Ανάλυση μικρομετακινήσεων στη περιοχή του νοτίου Αιγαίου πελάγους με συνδιασμό ιστορικών γεωδαιτικών, γεωφυσικών και σύγχρονων δορυφορικών μετρήσεων

Abstract

The determination of crustal deformations and their interactions with seismic events through interdisciplinary approaches and the use of methods, techniques and data from various scientific fields offers to researchers a broader and more complete picture of the tectonic behavior of a region.This thesis focuses on the determination of the temporal crustal deformations of the study area (South - East Aegean Sea) through historical geodetic measurements and the investigation of their correlation with the seismotectonic behavior of the region.The study area is further divided into four subareas named Cyclades, Aegean (referring to the area of the Eastern Aegean), Dodecanese and Crete, based on the characteristics of each area and the availability of historical geodetic data be split.The available historical geodetic data includes triangulation measurements from the Hellenic Military Geographical Service, for the time period between 1895 and 1982, not uniform for the whole network but for different time periods (total five periods of analysis) for each area of analysis (triangle).After the recording and documentation of all the historical data, selected data were processed for each analysis period with the method presented by Frank in 1966 (Frank, 1966).The chosen processing method uses the differences of angles measurements of a triangle, for two sequential time periods, in order to determine the parameters ( of the strain tensor for the area of a triangle.To present the results of the above mentioned analysis the principal axes of strain are plotted at the center of gravity of each triangle with magnitude corresponding in each case to the total shear area for a time period suitably chosen.The differentiation of this thesis in relation to older studies with similar scope [(Veis et al., 1992) and (Stiros, 1993)] lies in the process of all the available data (triangulation measurements of first order for all the time period) and in the use of the triangle as a spatial unit of analysis. Also for three of the study subareas (East Aegean, Dodecanese and Crete) this was the first time that the historical geodetic data were used to to estimate crustal deformation.This approach of a uniform and homogeneous process of raw data (triangulation measurements) provides information concerning the parameters of strain tensor, which permits a comprehensive and coherent interpretation of study areas deformation.The key finding of the results interpretation is that the deformation behavior of all the triangles, which exhibit high values of total shear strain rates, can be associated with either the historical seismic behavior of these areas or with their geology (faults direction) in accordance with the suggestions of Pope (Pope, 1966).As secondary findings could be mentioned the agreement of this thesis results with those of other studies (which use GPS data) regarding the directions of contraction and expansion in the area of Rhodes-Karpathos and also the importance of a proper triangle geometry for the analysis and interpretation of strain tensor.The results of this thesis lead automatically to the conclusion that historical geodetic measurements could, after a proper processing and analysis, provide information on the tectonic behavior of a region. Therefore could be concluded that the specified deformation behavior of the study area presents a temporal sequence over the past 100 years and it should not be regarded as a characteristic of the two last decades, whereas the modern satellite methods have allowed its detailed determination.Finally regarding the usefulness of the available historical geophysical (gravity and geomagnetism) data, the main and only ascertainment is that both spatial and temporal distribution of them and also in the case of geomagnetism and the type of available data do not provide a basis to obtain appropriate information, which can assist the documentation and interpretation of the tectonic behavior of the study area.

Ο προσδιορισμός των παραμορφώσεων της επιφάνειας της γης καθώς και των αλληλεπιδράσεων αυτών με σεισμικά γεγονότα μέσα από διεπιστημονικές προσεγγίσεις και με χρήση μεθόδων, τεχνικών και δεδομένων διαφόρων επιστημονικών πεδίων έχει τη δυναμική να προσφέρει στους ερευνητές μια ευρύτερη και πιο ολοκληρωμένη εικόνα για τη τεκτονική συμπεριφορά μιας περιοχής Ο κύριος σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι ο προσδιορισμός των διαχρονικών παραμορφώσεων της περιοχής μελέτης (Νότιο - Ανατολικό Αιγαίο) με χρήση ιστορικών γεωδαιτικών μετρήσεων και η διερεύνηση της συσχέτισης αυτών με την σεισμική και τεκτονική συμπεριφορά της περιοχής.Η περιοχή μελέτης μπορεί, με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε περιοχής άλλα και την διαθεσιμότητα ιστορικών γεωδαιτικών στοιχείων, να κατατμηθεί περαιτέρω σε τέσσερεις μεγάλες υπό-περιοχές με ονομασία Κυκλάδες, Αιγαίο (εννοείται η περιοχή του Ανατολικού Αιγαίου), Δωδεκάνησα και Κρήτη. Τα διαθέσιμα ιστορικά γεωδαιτικά δεδομένα περιλαμβάνουν μετρήσεις τριγωνισμού από το αρχείο της ΓΥΣ, που εκτείνονται χρονικά μεταξύ των ετών 1895 και 1982 όχι όμως ενιαία για όλο το δίκτυο, αλλά ανά περιοχές και για διαφορετικές χρονικές περιόδους (συνολικά πέντε χρονικές περίοδοι ανάλυσης).Μετά την καταγραφή, την τεκμηρίωση και την επιλογή των δεδομένων που θα συμμετέχουν στην διαδικασία ανάλυσης, αυτά επεξεργάστηκαν ανά χρονική περίοδο σύμφωνα με τη μέθοδο που παρουσιάστηκε από τον Frank το 1966 (Frank, 1966).Η επιλεγμένη μέθοδος επεξεργασίας χρησιμοποίει τις διαφορές των μετρήσεων γωνιών ενός τριγώνου, για δύο χρονικές εποχές, ώστε να προσδιορίσει τις παραμέτρους ( του τανυστή παραμόρφωσης για τη περιοχή του συγκεκριμένου τρίγωνου.Για την απεικόνιση των αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκαν οι κύριοι άξονες παραμόρφωσης στο κέντρο βάρους κάθε τρίγωνου και με μέγεθος που να αντιστοιχεί σε κάθε περίπτωση με την ολική διάτμηση της περιοχής σε βάθος μιας χρονικής περιόδου κατάλληλα επιλεγμένης ώστε να είναι όσο το δυνατό αναγνώσιμη η απεικόνιση.Η διαφοροποίηση και πρωτοτυπία της συγκεκριμένης διατριβής σε σχέση με άλλες μελέτες που έχουν λάβει χώρα στο παρελθόν με ανάλογες επιδιώξεις [(Βέης et al., 1992) και (Stiros, 1993)] έγκειται στο γεγονός ότι κάνει χρήση του συνόλου της διαθέσιμης πληροφορίας (γωνιομετρήσεις όλων των χρονολογιών) και παράλληλα χρησιμοποίει ως χωρική μονάδα ανάλυσης την μικρότερη δυνατή (τη περιοχή ενός τριγώνου).Μάλιστα για ορισμένες υπό-περιοχές μελέτης (Ανατολικό Αιγαίο, Δωδεκάνησα και Κρήτη) αυτό γίνεται για πρώτη φορά.Προσφέρεται έτσι η δυνατότητα να προκύψουν στοιχεία για τις παραμέτρους των τανυστών παραμόρφωσης μέσα από μια ενιαία και ομοιογενής επεξεργασία των πρωτογενών δεδομένων (γωνιομετρήσεις) με αποτέλεσμα την ολοκληρωμένη και συνεκτική ερμηνεία τους.Αναφορικά με τα αποτελέσματα της όλης διαδικασίας επεξεργασίας και ανάλυσης των μετρήσεων γωνιών των τριγωνομετρικών σταθμών πρώτης τάξης, η βασική διαπίστωση είναι ότι για το σύνολο των περιοχών (τριγώνων) οι οποίες παρουσιάζουν υψηλές τιμές ολικής διάτμησης η συμπεριφορά αυτή μπορεί να συνδεθεί είτε με τη σεισμική ιστορική συμπεριφορά των εν λόγω περιοχών είτε με τη γεωλογία τους (διευθύνσεις ρηγμάτων) σύμφωνα και με τις παρατηρήσεις του Pope (Pope, 1966).Ως δευτερεύουσες διαπιστώσεις μπορούν να αναφερθούν η συμφωνία των αποτελεσμάτων ανάλυσης με αυτά των σύγχρονων μελετών αναφορικά με τις διευθύνσεις συστολής και διαστολής στη περιοχή της Ρόδου-Καρπάθου καθώς και η σημασία της μη «αδύναμης» γεωμετρίας των τριγώνων ανάλυσης στην ερμηνεία των τανυστών και την εξαγωγή συμπερασμάτων.Οι προηγούμενες διαπιστώσεις οδηγούν αυτομάτως στο συμπέρασμα ότι οι ιστορικές γεωδαιτικές μετρήσεις είναι σε θέση, κατόπιν κατάλληλης επεξεργασίας και ανάλυσης, να παρέχουν πληροφορία για την τεκτονική συμπεριφορά της περιοχής μελέτης και τα αποτελέσματα αυτής (όπως οι παραμορφώσεις της επιφανείας).Κατά συνέπεια μπορεί να αναφερθεί ότι η προσδιοριζομένη συμπεριφορά αυτή παρουσιάζει μια διαχρονικότητα σε βάθος χρόνου (άνω των 100 ετών) και δεν θα πρέπει να θεωρείται ότι αποτελεί χαρακτηριστικό των τελευταίων δεκαετιών, κατά τις οποίες οι σύγχρονες δορυφορικές μέθοδοι έχουν επιτρέψει την πολύ καλή μοντελοποίησης και τεκμηρίωση της. Τέλος αναφορικά με την επεξεργασία και ανάλυση των διαθέσιμων ιστορικών γεωφυσικών (βαρύτητα και γεωμαγνητισμός) δεδομένων, η κύρια και μόνη διαπίστωση είναι ότι τόσο η χωρική όσο και η χρονική κατανομή τους αλλά στη περίπτωση του γεωμαγνητισμού και το είδος των διαθέσιμων στοιχείων δεν παρέχουν μια βάση για την εξαγωγή κατάλληλων συμπερασμάτων, τα οποία θα λειτουργήσουν είτε αυτόνομα είτε συμπληρωματικά προς τα αποτελέσματα που προέρχονται από την επεξεργασία και ανάλυση των γωνιομετρήσεων με απώτερο σκοπό την υποβοήθηση της τεκμηρίωσης και ερμηνείας της τεκτονικής συμπεριφοράς της περιοχής μελέτης.