Ανάλυση επίγειων και δορυφορικών γεωδαιτικών παρατηρήσεων για την εκτίμηση επιφανειακών παραμορφώσεων

Abstract

The research focuses on the regions of Western Greece and Central Ionian Sea as well as Central Greece and the Corinthian Gulf. The first angular measurements of the trigonometric network were carried out during the period 1889-1893 on these regions.In 1889, the trigonometric network reestablished and is the one used up to now. Taking advantage of such historical measurements requires an additional process of cataloging, evaluating and archiving the data. A database was designed and implemented for the first time in order to collect, evaluate and store all the available information.The terrestrial geodetic measurements analysis, used 56 triangles which were selected from the trigonometric network covering the region. The data has been divided into three time periods while, the analysis was carried pairs of epochs of observations. The results include shear strain and direction of elongation axes for each triangle as they were calculated by the Frank (1966) method.In the last 30 years campaign GPS measurements were carried out at 31 points between 1989 and 2001 in order to analyze the kinematic behavior of Western Greece. Tectonic velocities of 23 permanent GNSS stations located in the area were also analyzed. The study focuses on the kinematic analysis of Western Greece, using satellite GNSS data. Based on the tectonic velocities of the stations, the region has been subdivided into blocks and the parameters of the strain tensors are estimated. The last part of the thesis investigates the contribution of geodetic data to the analysis of seismic events. The research focuses on triangles with high values of total shear strain and investigates whether these values are due to seismic activity or gross errors in the observations.For the recent years, the Kephalonia’s seismic sequence was analyzed. Significant shifts have been recorded in the GNSS permanent stations located on the island of Kefalonia. Using different models for fault geometry as suggested by previous research, surface displacements were calculated using the Okada algorithm and were compared with the shifts of GNSS permanent stations.The analysis of the terrestrial geodetic data agrees with the Stiros (1993) results, that the deformation field before and after 1930 differs. In the region of Western Greece and the Ionian Sea, the direction of the principal axes of elongation is N - S in all three periods of analysis. For the region of Sterea Hellas many trigonometric stations were re-established. From the second period of analysis, elongation is observed in NE - SW direction. The analysis of the GNSS geodetic data was concentrated in the region of Western Greece. The area of northwest Greece is moving at a very low velocity with respect to a stable Europe in a NNW direction, while it is extending to the NNW - SSE with a similarly low rate. South of Lefkada Island, velocities are increasing in SW direction .From the interpretation of the strain tensors it appears that the region of Central Greece - Ionian Sea extends in a N - S direction, while the southern area of the Ionian in a NNE - SSW one. In the wider area of the Central Ionian, a single segment is rotated clockwise. The area of the Gulf of Patras and the western part of the Corinthian Gulf is extending to the NNE – SSW. Comparing the analysis between terrestrial measurements and the GNSS data, it seems that the Ionian region, with small deviations, extends to the N - S direction for the entire time period of geodetic observations.The analysis of the six strong seismic events in the region of Western Greece, show that some triangles with higher total shear values are located in the area where a strong earthquake occured. The earthquakes of Nafpaktos in 1909 and Katouna in 1953 may have affected the adjacent trigonometric stations. The strongest earthquake of Kefalonia in 1953 has clearly contributed to the enormous values of the strain tensor estimated of the adjacent triangles.The analysis of the recent earthquake sequence in Kefalonia (2014) shows significant shifts at the permanent stations on Kefalonia Island. The opposite direction of the KEFA (SSE) and KIPO (NNW) shifts confirms the results of Ganas et al. (2015), Karakostas et al. (2015), Sakkas and Lagios (2015), Sokos et al. (2015) that the zone of activated fault is located between the two stations on the peninsula of Paliki. For the first seismic event, from the investigation of the fault geometry, the solutions converge to a fault with a NNE direction and a slope to the east. For the second seismic event, the shifts of the GNSS stations are more in agreement with the Okada (1985) surface deformation field for a two-segment fault as suggested by Boncori et al. (2015).

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει σκοπό την αξιοποίηση επίγειων και δορυφορικών γεωδαιτικών δεδομένων για την εκτίμηση του πεδίου παραμορφώσεων σε συγκεκριμένες περιοχές ενδιαφέροντος της Ελλάδας, καθώς και τη διερεύνηση πιθανής συσχέτισης των γεωδαιτικών δεδομένων με ισχυρά σεισμικά γεγονότα.Η έρευνα επικεντρώνεται στις περιοχές της Δυτικής Ελλάδας και του Κεντρικού Ιονίου πελάγους καθώς και της Κεντρικής Ελλάδας και του Κορινθιακού Κόλπου. Οι περιοχές επιλέχθηκαν καθώς αποτελούν ζώνες με έντονη τεκτονική και σεισμική δραστηριότητα, όπου υπάρχουν και πυκνοκατοικιμένες πόλεις και σημαντικά έργα υποδομής. Επίσης είναι οι περιοχές όπου πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες μετρήσεις γωνιών του τριγωνομετρικού δικτύου τη περίοδο 1889-1893.Ένα από τα σημαντικά εργαλεία στη προσπάθεια διερεύνησης της συσσώρευσης ελαστικής παραμόρφωσης και του σεισμικού κινδύνου σε μια περιοχή είναι η εκτίμηση των ανηγμένων παραμορφώσεων με βάση τις γεωδαιτικές μετρήσεις. Για την εκτίμηση των ανηγμένων παραμορφώσεων χρησιμοποιούνται οι αλγόριθμοι των Pope (1966), Frank (1966) και Prescott (1976) όπως αναπτύχθηκαν στις αντίστοιχες εργασίες.Τα γεωδαιτικά δεδομένα που αξιοποιούνται είναι επίγειες μετρήσεις διευθύνσεων του τριγωνομετρικού δικτύου της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ) και δορυφορικά δεδομένα GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Η ανάκτηση των επίγειων μετρήσεων έγινε από το ιστορικό αρχείο της ΓΥΣ και καλύπτουν το διάστημα 1889 έως 1987. Τα δεδομένα έχουν αρχειοθετηθεί σε βάση δεδομένων η οποία σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε στα πλαίσια της εργασίας για την καλύτερη διαχείρισή τους και περιλαμβάνει πλέον 2394 εγγραφές.Για την ανάλυση της κινηματικής συμπεριφοράς την τελευταία 30ετία στη Δυτική Ελλάδα χρησιμοποιήθηκαν περιοδικές μετρήσεις GPS που πραγματοποιήθηκαν σε 31 σημεία την περίοδο 1989 έως 2001 ένω παράλληλα έγινε ανάλυση δεδομένων για 23 μόνιμους σταθμούς GNSS.Στην ανάλυση των επίγειων γεωδαιτικών μετρήσεων έχουν επιλεγεί 56 τρίγωνα από το τριγωνομετρικό δίκτυο τα οποία κάλυπτουν την περιοχή ενδιαφέροντος. Τα δεδομένα έχουν χωριστεί σε τρεις περιόδους ανάλυσης μεταξύ των κοντινών περιόδων μετρήσεων και έγινε υπολογισμός των ανηγμένων διατμητικών παραμορφώσεων και των αξόνων επιμήκυνσης για κάθε τρίγωνο ξεχωριστά.Στη συνέχεια η μελέτη εστιάζεται στην ανάλυση της κινηματικής συμπεριφοράς της Δυτικής Ελλάδας με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων GNSS. Με βάση την ανάλυση των τεκτονικών ταχυτήτων των σταθμών, η περιοχή έχει χωριστεί σε υποπεριοχές (blocks) και έχει γίνει διερεύνηση για τον υπολογισμό των παραμέτρων των τανυστών ανηγμένης παραμόρφωσης. Αναλύονται τα μοντέλα των 4 μπλοκ για την ευρύτερη περιοχή της Δυτικής Ελλάδας και των 5 μπλοκ για την περιοχή του Κεντρικού Ιονίου και του Πατραϊκού Κόλπου.Στο τελευταίο μέρος της εργασίας διερευνάται η συμβολή των γεωδαιτικών δεδομένων στην ανάλυση των σεισμικών γεγονότων. Επιλέχθηκαν έξι ισχυρά σεισμικά γεγονότα στη περιοχή της Δυτικής Ελλάδας για το χρονικό διάστημα 1909 έως 1965. Η έρευνα εστιάζεται σε τρίγωνα που παρουσίασαν υψηλές τιμές ολικής διατμητικής ανηγμένης παραμόρφωσης και γίνεται διερεύνηση εαν οι τιμές αυτές οφείλονται στη σεισμική δραστηριότητα ή σε χονδροειδή σφάλματα των μετρήσεων. Στη συνέχεια διερευνήθηκε η σεισμική ακολουθία της περιόδου 26 Ιανουαρίου - 3 Φεβρουαρίου 2014 στη περιοχή της Κεφαλονιάς. Χρησιμοποιώντας διαφορετικά μοντέλα για τη γεωμετρία των ρηγμάτων όπως προτάθηκαν από επιστημονικές εργασίες, υπολογίζονται οι επιφανειακές μετατοπίσεις με τη χρήση του αλγορίθμου Okada (1985) και παρουσιάζεται η σύγκριση με τις μετατοπίσεις των μόνιμων σταθμών GNSS.