Συμβολή στη μελέτη ενεργών ρηγμάτων του ελληνικού χώρου με χρήση γεωδαιτικών μεθόδων

Abstract

The objective of this dissertation is the combination of active tectonics and satellite geodesy. In particular, the upper crust deformation is studied, using primary geodetic data, recorded by permanent GPS/GNSS stations, while the geodetically processed results are combined with tectonically active structures of Greek region. Moreover, the division of Greek area into independent, upper crust, tectonic blocks is performed (geological, geodetic and combined approach), while each of them is characterized by a typical tectonic behavior. Then, the total of extracted models is compared with the corresponding seismic zonation models of Greek region. In addition, the satellite geodesy implementation is performed in case studies of recent and strong earthquakes. The Greek area shows significant geodynamic activity, represented by neotectonics, expressed by active faults. The Greek Database of Seismogenic Sources (GreDaSS) is a reliable database, applied for the division of Greek region into independent, upper crust, tectonic blocks, based on geological criteria (geological approach). This division led to the determination of 50 independent, upper crust, tectonic blocks. Geological data have been bolstered with geodetic data. Initially, the permanently installed GPS/GNSS stations network (159 permanent stations) is described, as well as the primary geodetic results, derived from primary geodetic data processing of 2008 – 2014 time-period. Then, the two types of software packages, applied for the geodetic data processing, are described: 1) software packages, based on the least square methodology and 2) software packages, based on the triangulation methodology. The software packages comparison indicated that the GPS triangular calculator software is more suitable for the aforementioned data processing. During the GPS triangular calculator software implementation, 5 parameters have been extracted such as: 1) Maximum and Minimum Horizontal Extension, 2) Total Velocity, 3) Maximum Shear Strain, 4) Area Strain and 5) Rotation. Each of these outcomes has been geostatistically analyzed, by applying interpolation techniques for determining their spatial distribution. For obtaining higher spatial resolution and facilitating our processing, the Greek area has been divided into 11 parts (for each of them the above parameters were calculated). The major, active tectonic structures were determined for each part, leading to the division of the Greek area into 10 independent, upper crust, tectonic blocks, based on geodetic criteria implementation (geodetic approach). Taking into consideration the two aforementioned division types, the final division was determined, comprising of 5 independent, upper crust, tectonic blocks. Then, it was compared with the most significant seismic zonation models, proposed for the Greek area. Moreover, the tectonic activity was examined for two different case studies of recent and strong earthquakes (Lesvos Island – June 2017, Kos Island – July 2017), based on the satellite geodesy results, leading to the determination of surface deformation. The major conclusions of this dissertation include the confirmation of significant structures tectonic activity of Greek area, as well as the highlighting of remarkable tectonic activity regions. Moreover, the geodetic data analysis indicated that the upper crust deformation of Greek area is related to all three faulting types, highlighting the significant role of satellite geodesy in the active tectonics study.

Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι ο συνδυασμός των επιστημονικών πεδίων της ενεργού τεκτονικής και της δορυφορικής γεωδαισίας. Ειδικότερα, μελετάται η παραμόρφωση του ανώτερου φλοιού του ελληνικού χώρου με τη χρήση πρωτογενών γεωδαιτικών δεδομένων, τα οποία λαμβάνονται από μόνιμους σταθμούς GPS/GNSS, ενώ ταυτόχρονα τα αποτελέσματα της γεωδαιτικής επεξεργασίας συνδυάζονται με τεκτονικά ενεργές δομές του ελληνικού χώρου. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται η διαίρεση του ελληνικού χώρου σε ανεξάρτητα τεκτονικά τεμάχη του ανώτερου φλοιού, βάσει της γεωλογικής, της γεωδαιτικής και της συνδυαστικής προσέγγισης, καθένα εκ των οποίων χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένη τεκτονική συμπεριφορά, ενώ στη συνέχεια συγκρίνεται το σύνολο των εξαγόμενων μοντέλων με αντίστοιχα μοντέλα σεισμικής ζωνοποίησης του ελληνικού χώρου. Επιπλέον, πραγματοποιείται η εφαρμογή της δορυφορικής γεωδαισίας στις περιπτώσεις πρόσφατων, ισχυρών σεισμών. Ο ελληνικός χώρος χαρακτηρίζεται από σημαντική γεωδυναμική δραστηριότητα και ειδικότερα από έντονη νεοτεκτονική δράση, η οποία εκφράζεται με τα ενεργά ρήγματα. Η Ελληνική Βάση Δεδομένων Ενεργών Ρηγμάτων (GreDaSS) αποτελεί την πληρέστερη βάση δεδομένων του ελληνικού χώρου και βάσει αυτής πραγματοποιήθηκε ο διαχωρισμός του ελληνικού χώρου σε ανεξάρτητα τεκτονικά τεμάχη του ανώτερου φλοιού με γεωλογικά κριτήρια (γεωλογική προσέγγιση). Από το συγκεκριμένο διαχωρισμό προσδιορίστηκαν 50 ανεξάρτητα τεκτονικά τεμάχη του ανώτερου φλοιού. Ακολούθως, εφαρμόζεται η γεωδαιτική προσέγγιση. Αρχικά, περιγράφεται το δίκτυο των μόνιμων (159 συνολικά) σταθμών GPS/GNSS και των πρωτογενών γεωδαιτικών αποτελεσμάτων, τα οποία προέρχονται από την επεξεργασία πρωτογενών γεωδαιτικών δεδομένων της περιόδου 2008 – 2014, ενώ στη συνέχεια περιγράφονται αναλυτικά τα λογισμικά πακέτα, τα οποία διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: 1) τα λογισμικά πακέτα, με βάση τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων και 2) τα λογισμικά πακέτα, με βάση τη μέθοδο του τριγωνισμού. Η σύγκρισή τους υπέδειξε ότι το λογισμικό GPS triangular calculator είναι καταλληλότερο για την επεξεργασία των προαναφερόμενων δεδομένων. Η εφαρμογή του λογισμικού GPS triangular calculator οδήγησε στον υπολογισμό 5 παραμέτρων, οι οποίες είναι: 1) Μέγιστη και Ελάχιστη Οριζόντια Έκταση, 2) Συνολική Ταχύτητα, 3) Μέγιστη Διατμητική Παραμόρφωση, 4) Περιοχική Παραμόρφωση και 5) Περιστροφή, ενώ για τα αποτελέσματα της καθεμίας πραγματοποιήθηκε γεωστατιστική ανάλυση, προκειμένου να προσδιοριστεί η χωρική κατανομή τους. Για την αναλυτικότερη μελέτη των παραμέτρων θεωρήθηκε απαραίτητος ο διαχωρισμός του ελληνικού χώρου σε 11 μικρότερες περιοχές, ενώ για την καθεμία προσδιορίστηκαν οι κυριότερες, ενεργές τεκτονικές δομές. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ο διαχωρισμός του ελληνικού χώρου σε 10 ανεξάρτητα τεκτονικά τεμάχη του ανώτερου φλοιού με γεωδαιτικά κριτήρια (γεωδαιτική προσέγγιση). Λαμβάνοντας υπόψη τους δύο προαναφερόμενους τύπους διαχωρισμού του ελληνικού χώρου, πραγματοποιήθηκε ο τελικός – οριστικός διαχωρισμός, ο οποίος χαρακτηρίζεται από 5 ανεξάρτητα τεκτονικά τεμάχη του ανώτερου φλοιού. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η σύγκρισή του με τα σημαντικότερα μοντέλα σεισμικής ζωνοποίησης του ελληνικού χώρου. Επιπρόσθετα, εξετάστηκε η ενεργός τεκτονική σε δύο περιπτωσιολογικές μελέτες πρόσφατων, ισχυρών σεισμών (Λέσβος – Ιούνιος 2017, Κως – Ιούλιος 2017), βάσει των αποτελεσμάτων της δορυφορικής γεωδαισίας, οδηγώντας στην εκτίμηση της επιφανειακής παραμόρφωσης. Κατά την ολοκλήρωση της παρούσας διατριβής επιβεβαιώθηκαν οι κυρίαρχες τεκτονικές δομές του ελληνικού χώρου, ενώ ταυτόχρονα αναδείχθηκαν περιοχές αξιοσημείωτης τεκτονικής δραστηριότητας. Ταυτόχρονα, η ερμηνεία των γεωδαιτικών αποτελεσμάτων υπέδειξε ότι η παραμόρφωση του ανώτερου φλοιού του ελληνικού χώρου συνδέεται και με τους τρεις τύπους ρηγμάτων, ενώ επιπρόσθετα αναδείχθηκε ο ρόλος της δορυφορικής γεωδαισίας στη μελέτη της ενεργού τεκτονικής.