Πειραματική και θεωρητική μελέτη της τοπικής εδαφικής ενίσχυσης με τη χρήση δεδομένων μικροθορύβου και γεωφυσικών μετρήσεων πεδίου

Abstract

The PhD thesis main target is to study the local seismic response of the sedimentary deposit formations in the broader Chania area by the use of seismic records (noise and earthquake). More specifically, the first chapter includes an introduction to the nature of ambient seismic noise, an description of the methods that have been developed and are presently used for the study of local site effects, the presentation of local geology, the active seismotectonic setting, and a brief report of older studies that have been conducted regarding the study area (municipality of Chania). In the second chapter, a detailed description of the Horizontal to Vertical Spectral Ratio method is given and its application to the study area is discussed. The obtained results show the existence of two peak "resonant" frequencies of the HVSR curve, which associate the higher frequency peak with the presence of Quaternary deposits and the lower frequency with the whole group of sediments (Quanternary-Neogene) that overlay the geological (metamorphic) bedrock. In the third chapter, an explanation of the frequency-wavenumber method for the analysis of array recordings of seismic ambient noise, the processing software and the instrumentation are included. The results of the variation of the velocity of S-waves with depth are interpolated to create spatial maps that show the distribution of velocity in the study area at various depths, showing a good correlation with the results from the previous chapter. In the fourth chapter, the Standard Spectral Ratio and the Receiver Function methods are presented in order to calculate the transfer function of seismic signals. Furthermore, simulation of ambient noise and strong seismic motion is illustrated for one-dimensional models, and the production of synthetic seismograms for the calculation of the theoretical transfer function is given, in order to allow its comparison with the experimental results. In summary, the simulations enables qualitative and quantitative comparisons between the previous results and supports the geological/geophysical models proposed in previous chapters. Finally, the fifth chapter presents a summary of all results obtained from the different methods and their combined interpretation in order to create the final modeling results of the thesis. Conclusions are drawn for the geological formations of the study area, including a final model for the 3D distribution of S-wave velocities.

Στόχος της διατριβής είναι η μελέτη της εδαφικής απόκρισης των επιφανειακών σχηματισμών της περιοχής των Χανίων με τη χρήση σεισμικών καταγραφών (εδαφικού θορύβου και καταγραφών σεισμών). Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγική αναφορά στη φύση του εδαφικού θορύβου και στις μεθόδους και τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί ως τώρα για τη μελέτη των τοπικών εδαφικών συνθηκών. Ακολουθεί η παρουσίαση της γεωλογικής δομής της περιοχής ενδιαφέροντος και μια συνοπτική αναφορά σε παλαιότερες σχετικές μελέτες στην περιοχή. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η μέθοδος του φασματικού λόγου της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα του εδαφικού θορύβου και η εφαρμογή της στην περιοχή έρευνας. Τα αποτελέσματα δείχνουν την ύπαρξη δύο συχνοτήτων ενίσχυσης, συνδέοντας την υψηλότερη συχνότητα ενίσχυσης με το πάχος των επιφανειακότερων Τεταρτογενών σχηματισμών, και πιθανά τη χαμηλότερη συχνότητα με την αντίθεση ανάμεσα στο γεωλογικό υπόβαθρο και το σύνολο Νεογενών-Τεταρτογενών ιζηματογενών σχηματισμών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η μέθοδος συχνότητας-κυματαρίθμου που εφαρμόστηκε σε δεδομένα εδαφικού θορύβου που ελήφθησαν με τη μέθοδο των ειδικών διατάξεων σεισμομέτρων. Γίνεται παρουσίαση του λογισμικού επεξεργασίας και των οργάνων μέτρησης. Τα αποτελέσματα της κατανομής της ταχύτητας διάδοσης των εγκαρσίων κυμάτων συνθέτονται για να προκύψουν ψευδοδισδιάστατοι χωρικοί χάρτες για την περιοχή έρευνας, αποκαλύπτοντας κατανομές ταχύτητας σε πολύ καλή συμφωνία με την επιφανειακή γεωλογία. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέθοδοι του κλασσικού φασματικού λόγου και του φασματικού λόγου της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα δεδομένων ασθενούς σεισμικής κίνησης για τον υπολογισμό της συνάρτησης μεταφοράς. Ακολουθεί η παρουσίαση των τεχνικών προσομοίωσης της σεισμικής κίνησης από ισχυρή σημειακή πηγή ή από σύνολο ασθενών μηχανικών πηγών, και η παραγωγή συνθετικών καταγραφών με σκοπό τον υπολογισμό της θεωρητικής συνάρτησης μεταφοράς, και σύγκριση τους με τα πειραματικά αποτελέσματα. Οι προσομοιώσεις οδηγούν σε ποσοτική ερμηνεία των αποτελεσμάτων που παρουσιάζονται στα δύο προηγούμενα κεφάλαια και υποστηρίζουν το προτεινόμενο μοντέλο δομής. Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται σύνοψη και σύνθεση των αποτελεσμάτων για τη εξαγωγή των γενικών συμπερασμάτων για την επίδραση των τοπικών εδαφικών συνθηκών στη σεισμική κίνηση, αλλά και την τρισδιάστατη κατανομής της ταχύτητας διάδοσης των εγκαρσίων κυμάτων, και διατυπώνονται οι πιθανοί μελλοντικοί στόχοι έρευνας.