Επεξεργασία και ερμηνεία θαλάσσιων σεισμικών καταγραφών ανάκλασης στην περιοχή του Ιονίου

Abstract

Deep Seismic Profiling (DSP) being one of the most useful seismic methods, aims at obtaining information about the structure of the crust and the upper mantle. The seismic data from a DSP survey along the line ION-7 in Ionian Sea have been processed and interpreted. During the seismic reflection experiment carried out in 1992 with the support of the European Union within the frameworks of the JOULE PROJECT STREAMERS, seven seismic lines of total length 700 Km were scanned in the central Mediterranean Sea from southern Italy to western Greece. One of these lines namely ION - 7 crosses the deep Ionian basin and the Gulf of Patras. Strong sea floor and internal multiples, coherent noise and lateral reflections make almost imposed difficulties in discriminating the primary reflections especially from deeper horizons. Two methods have been proposed and applied for the suppression of multiples. One method involves demultiple techniques prior stacking. In particular, it combines deconvolution and wave equation techniques. The wave equation method predicts sea floor multiples, while deconvolution mostly attenuates internal multiples. The second method involves poststack demultiple techniques. It uses two velocity models to generate stacked sections that are subsequently subtracted. The first model is deduced from the velocity analysis of the primary reflections. The second velocity model is homogeneous and its velocity corresponds to the seawater. Karhunen-Loeve and dynamic signal to noise ratio (S/N) filters are applied on the stacked section resulting from the subtraction. F-K filtering and surface consistent deconvolution have been also applied to reduce the coherent noise and the lateral reflections. Poststack Kirchoff migration removed distortions due to lateral velocity variations and improved lateral resolution. On a selected portion of the stacked section depth migration was applied to image better diapirism. The instantaneous attributes associated with the seismic signal computed by Hilbert transform were used in the interpretation of stacked and migrated section. The last step was the computation of synthetic seismograms to test the accuracy of the RMS velocities. The results from geological, seismological, magnetic, gravity, geothermal and GPS studies in Ionian Sea were utilized in the interpretation of the stacked and migrated sections. Reflections from the Moho discontinuity at a depth of 13-15 Km are probably present study in the western part of the seismic section, while no clear Moho reflections are recognized in the eastern part of the seismic section. Additionally, reflections from the crystalline basement, the Mesozoic and Paleozoic sequences and the Lower crust are present in the seismic section. The western part of the section has not been affected by the structural evolution of the folded belt of the outer Hellenides. Diapiric movement of the Messinian sediments is detected. The Cephalonia Fault and the thrusts of Pre-Apulian or Paxos zones are other features in the seismic section. The Cephalonia Diapir seems to be active, while the overlying Plio-Quaternary sediments do not show any significant deformation.

Η μέθοδος της σεισμικής ανάκλασης μεγάλου βάθους αποτελεί ένα από τα βασικότερα εργαλεία της σεισμικής διασκόπησης, με σκοπό την όσο δυνατόν ακριβέστερη γνώση της δομής του φλοιού της γης. Η παρούσα διατριβή κινείται σε αυτά τα πλαίσια. Για την ακρίβεια έγινε επεξεργασία και ερμηνεία θαλάσσιων σεισμικών δεδομένων ανάκλασης (γραμμή ΙΟΝ -7) από την περιοχή του Ιονίου με σκοπό την μελέτη της δομής του φλοιού στην συγκεκριμένη περιοχή. Το πείραμα σεισμικής ανάκλασης πραγματοποιήθηκε το 1992 με την υποστήριξη της Ευρωπαϊκής Ένωσης, στα πλαίσια του προγράμματος JOULE STREAMERS. Το πρόγραμμα αυτό αφορούσε την συγκέντρωση δεδομένων στο Ιόνιο Πέλαγος κατά μήκος 7 γραμμών μελέτης συνολικού μήκους 700 km. Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από την γραμμή ΙΟΝ - 7, μήκους 180 km και χρονικής διάρκειας καταγραφές 22 s. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα κατά τη διάρκεια επεξεργασίας των δεδομένων ανάκλασης της γραμμής ΙΟΝ - 7 ήταν η σχετικά χαμηλή ποιότητα τους. Πιο αναλυτικά αυτό αναφέρεται: α) στη συνεχή παρουσία πολλαπλών ανακλάσεων από τον πυθμένα της θάλασσας και από τα στρώματα κάτω από αυτόν, β) στο μη συναφή θόρυβο, γ) στις πλευρικές ανακλάσεις και δ) στη μειωμένη διακριτική ικανότητα, ιδιαίτερα στα βαθύτερα τμήματα της σεισμικής τομής. Η αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων αποτελεί έναν από τους κύριους στόχους της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Το σημαντικότερο βήμα για την εξασθένιση των πολλαπλών ανακλάσεων είναι η κατανόηση της φύσης και των χαρακτηριστικών τους. Η διαδικασία αυτή ξεκίνησε με την αρχική μελέτη των καταγραφών κοινής πηγής, όπου εντοπίζονται και καταγράφονται οι χρόνοι εμφάνισης πολλαπλών ανακλάσεων. Οι δοκιμές εξασθένισης των πολλαπλών ανακλάσεων πριν την υπέρθεση των δεδομένων κατέληξαν σε συνδυασμό φίλτρων με βάση την κυματική εξίσωση και την αποσυνέλιξη, ο οποίος αποδείχθηκε αρκετά αποτελεσματικός. Επίσης κατά την ανάλυση των ταχυτήτων δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή, ώστε να αποφεύγονται οι ταχύτητες των πολλαπλών ανακλάσεων. Έτσι κατά την υπέρθεση των δεδομένων επήλθε περαιτέρω βελτίωση στην ποιότητα της σεισμικής τομής. Θεωρήθηκε απαραίτητο να γίνει προσπάθεια εξασθένισης των πολλαπλών ανακλάσεων μετά την υπέρθεση των δεδομένων χωρίς την εφαρμογή φίλτρων πριν την υπέρθεση. Η διαδικασία εξασθένισης στηρίζεται στην αφαίρεση των σεισμικών τομών υπέρθεσης που έχουν παραχθεί αφενός με τις μέσες τετραγωνικές ταχύτητες που αντιστοιχούν στις πολλαπλές ανακλάσεις και αφετέρου με τις μέσες τετραγωνικές ταχύτητες που αντιστοιχούν στις κύριες ανακλάσεις. Και στις δύο τομές υπέρθεσης έχει εφαρμοστεί φίλτρο ιδιοανύσματος. Η εξασθένιση των πολλαπλών ανακλάσεων με την παραπάνω μέθοδο είναι σημαντική. Το πρόβλημα του μη συναφούς θορύβου και των πλευρικών ανακλάσεων αντιμετωπίστηκε εν μέρει με την εφαρμογή του φίλτρου φαινόμενης ταχύτητας αλλά και της αποσυνέλιξης σταθερής επιφάνειας. Έτσι αναδείχθηκε πληροφορία για τους ανακλαστήρες σε μεγάλο βάθος. Όμως η διακριτική ικανότητα της σεισμικής τομής βελτιώθηκε σημαντικά με την χωροθέτηση κατά Kirchhoff. Επίσης επιλέχθηκε τμήμα της σεισμικής τομής υπέρθεσης, το οποίο σχετίζεται με διαπειρισμό και εφαρμόστηκε χωροθέτηση βάθους με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών, με σκοπό να επιτευχθεί βελτιωμένη εικόνα του υπεδάφους. Πραγματικά η σύγκριση της χωροθετημένης τομής κατά Kirchhoff με την χωροθετημένη τομή βάθους δίνει το προβάδισμα στην δεύτερη. Ακολούθησε ανάλυση των στιγμιαίων χαρακτηριστικών του σήματος, όπως της φάσης, του πλάτους και της συχνότητας, η οποία συνέβαλε στη συνέχεια στην ερμηνεία των σεισμικών τομών υπέρθεσης και χωροθέτησης. Με σκοπό να ελεγχθεί η ακρίβεια με την οποία προσδιορίστηκαν οι ταχύτητες, χρησιμοποιήθηκε τμήμα του μοντέλου ταχυτήτων της περιοχής για να παραχθούν συνθετικά σεισμογράμματα, τα οποία στη συνέχεια συγκρίθηκαν με τα πραγματικά σεισμογράμματα. Διαπιστώθηκε ικανοποιητική σύγκλιση, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα, ότι το μοντέλο ταχυτήτων που χρησιμοποιήθηκε ήταν ακριβές. Για την ερμηνεία των σεισμικών τομών υπέρθεσης και χωροθέτησης συγκεντρώθηκαν τα αποτελέσματα σεισμικών, μαγνητικών, βαρυτικών, γεωθερμικών και κινηματικών, με GPS, ερευνών για την υπό μελέτη περιοχή. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν σεισμολογικά δεδομένα για να διαπιστωθεί η κατανομή των σεισμικών εστιών. Η ερμηνεία στηρίζεται κυρίως στις ταχύτητες που προσδιορίστηκαν στην φάση της επεξεργασίας και σε ότι πληροφορίες συγκεντρώθηκαν από προηγούμενες έρευνες στην περιοχή. Η γεωλογική και τεκτονική πολυπλοκότητα της περιοχής καθιστούν δύσκολη την ερμηνεία της σεισμικής τομής αλλά συγχρόνως εξαιρετικά ενδιαφέρουσα. Η ερμηνεία της σεισμικής τομής εκτείνεται τόσο στα ρηχά τμήματα της τομής όσο και στα βαθύτερα. Η ασυνέχεια Moho εντοπίστηκε στο δυτικότερο τμήμα της τομής σε ένα βάθος μεταξύ 13 - 15 km ενώ προχωρώντας ανατολικότερα εμφανίζεται σαφής καταβύθιση της. Επίσης εντοπίστηκαν ανακλάσεις και από το κρυσταλλικό υπόβαθρο της περιοχής, όπως και από τα ιζήματα της Παλαιοζωϊκής και Μεσοζωϊκής περιόδου. Η παραλληλία των ιζηματογενών στρωμάτων στην άβυσσο του Ιονίου αποτελεί απόδειξη ότι το μέτωπο της ορογένεσης δεν έχει επηρεάσει το συγκεκριμένο τμήμα της τομής. Στην ίδια περιοχή εντοπίστηκε παρουσία κίνησης αλάτων του Μεσσηνίου. Η ζώνη του ρήγματος της Κεφαλληνίας αποτελεί χαρακτηριστικό στοιχείο στην συγκεκριμένη τομή καθώς και οι λεπιώσεις της ζώνης Παξών, οι οποίες υποβοηθούνται από το στρώμα των Μεσοζωϊκών εβαποριτών. Ο διαπειρισμός της Κεφαλληνίας εμφανίζεται μέχρι και σήμερα ενεργός ενώ τα ιζήματα του Πλειοτεταρτογενούς δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερη παραμόρφωση.