Θαλάσσια γεωλογική εξέλιξη του Σαρωνικού κόλπου κατά το τεταρτογενές

Abstract

The scope of this thesis is to establish a robust chronostratigraphic framework for Saronikos Gulf through the study and the interpretation of the Quaternary seismic stratigraphy of the sea-bottom of the region. The chronostratigraphic framework will be correlated with the lithostratigraphic sequences, as extracted from retrieved cores, for the Upper Quaternary sediments that constitute the contemporary analogue of sedimentation. The mapped faults as well as the Quaternary sea level changes will be discussed within the proposed chronostratigraphic framework. Furthermore, the detailed mapping of the submarine manifestations of the northwest part of the South Aegean Active Volcanic Arc will be accomplished by the use of modern imaging acoustic methods such as swath bathymetry - morphology and seabed texture classification. This will lead to the clarification of the Quaternary evolution of the west end of the South Aegean Active Volcanic Arc, within the elucidated seismic stratigraphy.During research missions, swath bathymetric data of 3000 Km total length, using multibeam echosounders of two different frequencies, resulted in the coverage of a large portion of Saronikos Gulf whereas in specific areas, such as the area Northwest of Methana peninsula and the Epidaurus basin, full coverage has been achieved.For the determination of the seabed features northwest from Methana peninsula, where the submarine volcano of Pausanias has been reported, side scan sonar data has been acquired. The sub-bottom features were identified by the simultaneous deployment of chirp and sparker sub bottom profilers resulting in the acquisition of high resolution 2d seismic data profiles of 5.000 Km approximately of total length. Moreover, for the verification and the correlation of the surficial and the sub-bottom geological features of Saronikos Gulf, core samples ranging from 0,8m to 2,7m in length were recovered by the use of gravity core sampler.A general bathymetric map of Saronikos Gulf, in 1/100.000 scale, as well as a detailed bathymetric map of the northwestern part of Methana peninsula at the scale of 1/12.000 has been compiled. Shaded relief and slope distribution maps that have been extracted were used for the description of the seabed morphology of Saronikos Gulf and the description of its main characteristics like the outlined platforms and the sedimentary basins. The detailed bathymetric mapping of the area northwest of Methana peninsula in combination with the determination of the seabed textures as elucidated by the use of side scan sonar led, to the thorough description of the area. Six volcanic outcrops have been distinguished and their morphological characteristics have been described in detail. Furthermore, a hummocky area north of Methana peninsula has also been mapped in detail.From the interpretation the acquired seismic profiles in Saronikos Gulf a robust chronostratigraphic framework has been established, based on the identification of the transgressive surfaces according to the principles of seismic stratigraphy and the recognition of shoreline progradational units. Within the progradational clinoforms, the inflection points that correspond to the palaeoshoreline positions have been identified and these have been correlated with the low sea level during Marine Isotopic Stages MIS2, MIS4, MIS6, MIS8, MIS10, MIS12, MIS14, MIS16, MIS18, MIS20, MIS22 as well as with older – prior Mid Pleistocene Transition low sea level Marine Isotopic Stages. For the correlation, shoreline progradational models have been used whereas the results from the adjacent areas were also considered. The chronostratigraphic framework has been validated by the sedimentation rates, as these were extracted from the retrieved core samples. The integration of both the progradational units and the transgressive surfaces in a single chronostratigraphic framework and the identification of the inflection points – shoreline positions throughout the whole Saronikos Gulf resulted in the creation of shoreline evolution maps from MIS22 (866Kyr) to MIS2(14Kyr). Isopach maps, clearly defining the sedimentary basins of Saronikos Gulf have also been extracted.The established chronostratigraphic framework has been further utilized for the determination of the activity of the identified faults but also for the chronostratigraphic interpretation of the volcanic products and the Quaternary evolution of Saronikos Gulf. A general map, presenting the submarine volcanic rocks of Saronikos Gulf has been extracted. The mapped submarine volcanic rocks have been related with the onshore volcanism at the adjacent areas of Sousaki, Aegina Island and Methana Peninsula. A more detailed attention has been attributed to the interpretation of the marine geophysical data from the northwestern part of Methana peninsula and the submarine volcano of Pausanias. The dense grid of the interpreted seismic profiles in addition to the detailed bathymetric and morphological mapping of the seafloor led to the comprehensive imaging of three main pyroclastic – volcaniclastic flows. These flows have been traced prolonged, 5 Km to the west and northwest and 1 – 1.5 Km to the east from the submarine volcanic outcrops, covering 37 Km2 approximately. The age of these flows has been accurately defined, based on the established chronostratigraphic framework. The chronostratigraphically older flow is related with post 624 Kyr volcanic activity while the age of the last flow is 14 Kyr approximately.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως σκοπό να αποτυπώσει ένα ενιαίο χρονοστρωματογραφικό πλαίσιο του Σαρωνικού κόλπου μέσω της μελέτης και της ερμηνείας της σεισμικής στρωματογραφίας των Τεταρτογενών ιζημάτων του κόλπου. Το χρονοστρωματογραφικό πλαίσιο θα αποδοθεί, έχοντας ως οδηγό τη λιθοστρωματογραφία των πυρήνων των Άνω Τεταρτογενών ιζημάτων που θα αποτελέσουν το σύγχρονο ανάλογο του μηχανισμού και του ρυθμού ιζηματογένεσης ολόκληρου του Τεταρτογενούς. Εντός του χρονοστρωματογραφικού πλαισίου θα επιχειρηθεί να εξεταστούν τα χαρτογραφημένα ρήγματα και να εκτιμηθούν οι μεταβολές της στάθμης της θάλασσας κατά το Τεταρτογενές. Τέλος, θα επιχειρηθεί η λεπτομερής χαρτογράφηση της υποθαλάσσιας προέκτασης του βορειοδυτικού άκρου του Ενεργού Ηφαιστειακού Τόξου του Νότιου Αιγαίου, με τη βοήθεια σύγχρονων μεθόδων απεικόνισης της βυθομετρίας-μορφολογίας και της υφής του πυθμένα, διασαφηνίζοντας το χρονοστρωματογραφικό πλαίσιο της Τεταρτογενούς εξέλιξής του.Κατά τους ερευνητικούς πλόες συγκεντρώθηκαν δεδομένα βυθομετρίας συνολικού μήκους 3000 Km, με χρήση πολυδεσμικών βυθομέτρων διαφορετικών συχνοτήτων και καλύφθηκε αρκετά μεγάλο τμήμα του πυθμένα του Σαρωνικού κόλπου ενώ σε συγκεκριμένες περιοχές, όπως στα βορειοδυτικά της χερσονήσου των Μεθάνων και στη λεκάνη της Επιδαύρου, επετεύχθη πλήρης κάλυψη. Για τη διερεύνηση της υφής του πυθμένα βορειοδυτικά της χερσονήσου των Μεθάνων, συλλέχτηκαν δεδομένα πλευρικού ισομετρικού ηχοβολιστή. Η υποδομή του πυθμένα ερευνήθηκε με την ταυτόχρονη καταγραφή δεδομένων από τομογράφους τύπου τερετιστή (chirp) και τύπου σπινθηριστή (sparker) με τους οποίους συλλέχτηκαν προφίλ σεισμικής ανάκλαση συνολικού μήκους 5000 Km περίπου. Τέλος, με σκοπό την επαλήθευση και τη διασαφήνιση της υφής και της υποδομής του πυθμένα του Σαρωνικού κόλπου εξετάσθηκαν δείγματα ιζημάτων από πυρήνες μήκους 0,8-2,7 m περίπου, τα οποία ανασύρθηκαν με πυρηνολήπτη βαρύτητας.Η βυθομετρία του Σαρωνικού απεικονίστηκε σε γενικό βυθομετρικό χάρτη κλίμακας 1/100.000 ενώ αποτυπώθηκε και ένας λεπτομερής βυθομετρικός χάρτης κλίμακας 1/12.000 του τμήματος του Σαρωνικού κόλπου βορειοδυτικά της χερσονήσου των Μεθάνων. Με περαιτέρω επεξεργασία δημιουργήθηκαν χάρτες σκιασμένου αναγλύφου και κατανομής κλίσεων που βοήθησαν στην περιγραφή της μορφολογίας του Σαρωνικού κόλπου και των επιμέρους διακρινόμενων λεκανών, υβωμάτων και βυθισμάτων. Η λεπτομερής βυθομετρική απεικόνιση της υποθαλάσσιας περιοχής βορειοδυτικά της χερσονήσου των Μεθάνων, σε συνδυασμό με τη διερεύνηση της υφής του πυθμένα μέσω της λήψης του οπισθοσκεδαζόμενου σήματος με πλευρικό ισομετρικό ηχοβολιστή, οδήγησε στην εμπεριστατωμένη περιγραφή της. Εντοπίστηκαν έξι ηφαιστειακές εξάρσεις και περιγράφηκαν λεπτομερώς τα μορφολογικά τους χαρακτηριστικά ενώ χαρτογραφήθηκε με μεγάλη ακρίβεια και μια περιοχή με λοφοειδείς εξογκωματικές εξάρσεις και ανώμαλη μορφολογία.Από την ερμηνεία του συνόλου των σεισμικών προφίλ στο Σαρωνικό κόλπο δημιουργήθηκε ένα ενιαίο χρονοστρωματογραφικό πλαίσιο που στηρίχθηκε στην διάκριση των επιφανειών επίκλυσης με βάση τις αρχές της σεισμικής στρωματογραφίας αλλά και την αναγνώριση των παράκτιων προσχωματικών αποθέσεων. Εντός των προσχωματικών αποθέσεων εντοπίστηκαν τα σημεία καμπής που αντιστοιχούν σε θέσεις παλαιοακτογραμμής και συσχετίστηκαν με τα χαμηλά θαλάσσια ισοτοπικά στάδια MIS2, MIS4, MIS6, MIS8, MIS10, MIS12, MIS14, MIS16, MIS18, MIS20, MIS22 αλλά και με τα παλαιότερα ισοτοπικά στάδια πριν τη Μεσο-Πλειστοκαινική Μετάβαση. Η συσχέτιση στηρίχθηκε στα υπάρχοντα μοντέλα προέλασης της ακτογραμμής αλλά και στη σύγκριση με γειτονικές περιοχές. Η ορθότητα του χρονοστρωματογραφικού πλαισίου επιβεβαιώθηκε από τους ρυθμούς ιζηματογένεσης που προέκυψαν από τα δείγματα πυρήνων που ανασύρθηκαν και μελετήθηκαν από την περιοχή. Η ένταξη των προσχωματικών αποθέσεων και των επιφανειών επίκλυσης σε ένα ενιαίο χρονοστρωματογραφικό πλαίσιο και η επισήμανση των σημείων καμπής -παλαιοακτογραμμών σε ολόκληρο το Σαρωνικό κόλπο οδήγησε στην δημιουργία χαρτών εξέλιξης των παλαιοακτογραμμών από το από το MIS22 (866 Ka) έως τo MIS2(14 Ka) καθώς και στη δημιουργία χαρτών ισοπαχών όπου διακρίνονται οι λεκάνες ιζηματογένεσης. Το χρονοστρωματογραφικό πλαίσιο χρησιμοποιήθηκε περαιτέρω ως εργαλείο για τη διερεύνηση της δραστηριότητας των ανιχνευμένων ρηγμάτων αλλά και τη χρονοστρωματογραφική ερμηνεία των ηφαιστειακών εμφανίσεων στο Σαρωνικό κόλπο. Δημιουργήθηκε ένας γενικός χάρτης με τα υποθαλάσσια ηφαιστειακά πετρώματα του Σαρωνικού κόλπου τα οποία συσχετίστηκαν με τις χερσαίες εμφανίσεις ηφαιστειακών στο Σουσάκι, την Αίγινα και τη χερσόνησο των Μεθάνων. Κατά την ερμηνεία των σεισμικών προφίλ ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην υποθαλάσσια περιοχή βορειοδυτικά της χερσονήσου των Μεθάνων όπου εντοπίζεται το υποθαλάσσιο ηφαίστειο του Παυσανία. Από τον μεγάλο αριθμό σεισμικών προφίλ που ερμηνεύτηκαν στην περιοχή αυτή, σε συνδυασμό με τη λεπτομερή βυθομετρική – μορφολογική της απεικόνιση, χαρτογραφήθηκε λεπτομερώς η εξάπλωση τριών κύριων πυροκλαστικών - ηφαιστειοκλαστικών ροών που εντοπίζονται σε απόσταση 5km προς τα δυτικά αλλά και τα βορειοδυτικά των ηφαιστειακών εξάρσεων ενώ προς τα ανατολικά περιορίζονται στo 1-1,5Km περίπου. Η συνολική έκταση που καλύπτουν είναι 37Km2 περίπου και από το χρονοστρωματογραφικό πλαίσιο που θεμελιώθηκε φαίνεται ότι είναι μεταγενέστερες των 624 Ka με την τελευταία να τοποθετείται στα 14 Ka περίπου.