Μελέτη της επίδρασης των τοπικών εδαφικών συνθηκών και καθορισμός της επιφανειακής δομής του φλοιού της γης με τη συνδυαστική αντιστροφή καταγραφών θορύβου και σεισμών
Authors: Χατζής Νικόλαος 
Published: December 2023

Κύριος στόχος της διδακτορικής διατριβής ήταν η εφαρμογή ανεξάρτητης, αλλά και συνδυαστικής επεξεργασίας/αντιστροφής γεωφυσικών δεδομένων, με έμφαση σε δεδομένα περιβαλλοντικού θορύβου και καταγραφών σεισμών. Η ταυτόχρονη επεξεργασία επιτυγχάνεται μέσω της συνδυαστικής αντιστροφής δεδομένων από καταγραφές θορύβου και σεισμών για την εκτίμηση της τοπικής μονοδιάστατης επιφανειακής δομής του φλοιού, η οποία να ερμηνεύει ικανοποιητικά το σύνολο των δεδομένων, αλλά και να περιορίζει ταυτόχρονα τόσο τις αβεβαιότητες των λύσεων της αντιστροφής, όσο και της θεωρητικής εδαφικής απόκρισης των σχηματισμών. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μελέτη της γεωμετρίας του μεταμορφωμένου υποβάθρου της Σαντορίνης με χρήση και αξιοποίηση δεδομένων HVSR και σκέδασης κυμάτων Rayleigh από μετρήσεις επιφανειακών κυμάτων ενεργής και παθητικής σεισμικής πηγής. Αξιοποιώντας αποτελέσματα συνδυαστικής αντιστροφής δεδομένων επιφανειακών κυμάτων, δεδομένα HVSR, καθώς και ανεξάρτητες γεωλογικές πληροφορίες προσδιορίστηκε η γεωμετρία του προ-ηφαιστειακού υποβάθρου της κεντρικής-νότιας Σαντορίνης. Τα αποτελέσματα της γεωμετρίας του υποβάθρου αναδεικνύουν βαθιές λεκάνες, πληρωμένες με ηφαιστειακά υλικά, οι οποίες παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για τη διαμόρφωση της εδαφικής απόκρισης των σχηματισμών της, καθώς επίσης και για τη γεωλογική εξέλιξη του ηφαιστείου της Σαντορίνης. Μελέτη της ενίσχυσης της σεισμικής κίνησης πραγματοποιήθηκε μέσω του υπολογισμού των καμπυλών εδαφικής απόκρισης για τις θέσεις με διαθέσιμες καταγραφές σεισμών στη Σαντορίνη. Οι καμπύλες εδαφικής απόκρισης υπολογίστηκαν με χρήση της μεθόδου SSR χρησιμοποιώντας δεδομένα κοινών καταγραφών σεισμών σε θέσεις στόχων, και αναφοράς. Συνολικά υπολογίστηκαν 35 καμπύλες SSR για τις θέσεις των προσωρινών σταθμών της παρούσας διατριβής και προγενέστερων πειραμάτων, καθώς και των σταθμών του μόνιμου δικτύου της Σαντορίνης. Από τις καμπύλες SSR παρουσιάζονται υψηλές ενισχύσεις της σεισμικής κίνησης για μεγάλο εύρος συχνοτήτων για τις θέσεις, τόσο με πυροκλαστικές αποθέσεις, όσο και με σχηματισμούς λάβας. Θεωρητική διερεύνηση των δυνατοτήτων της αντιστροφής του αλγορίθμου γειτνίασης πραγματοποιήθηκε μέσω της εξέτασης και βαθμονόμησης διαφόρων συνδυασμών συνδυαστικών αντιστροφών συνθετικών δεδομένων. Συνολικά εξετάστηκαν 6 συνδυασμοί συνδυαστικών αντιστροφών μεταξύ των δεδομένων σκέδασης και ελλειπτικότητας των κυμάτων Rayleigh, της ιδιοσυχνότητας του εδάφους, και της εδαφικής απόκρισης των SH-κυμάτων, σε σχέση με την αντιστροφή μόνο της καμπύλης σκέδασης. Από τη βαθμονόμηση προέκυψε ότι τα εκτιμώμενα μοντέλα δομής βελτιώνονται μερικώς με την αξιοποίηση της ιδιοσυχνότητας και περισσότερο με χρήση της ελλειπτικότητας των κυμάτων Rayleigh. Μεγαλύτερη βελτίωση των εκτιμώμενων μοντέλων δομής παρουσιάζεται με τη συνεισφορά της εδαφικής απόκρισης των SH-κυμάτων στις συνδυαστικές αντιστροφές. Με βάση τα θεωρητικά αυτά αποτελέσματα πραγματοποιήθηκε συνδυαστική αντιστροφή δεδομένων θορύβου (καμπύλη σκέδασης και ιδιοσυχνότητας) και καταγραφών σεισμών (καμπύλη SSR) σε τέσσερεις θέσεις στους ηφαιστειακούς σχηματισμούς της Σαντορίνη, αλλά και σε δύο θέσεις του ελληνικού χώρου με Τεταρτογενή ιζήματα. Από τα αποτελέσματα των συνδυαστικών αντιστροφών προέκυψε ότι εκτός από τις ταχύτητες των S-κυμάτων, και οι πυκνότητες του εδάφους διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο για τον καθορισμό ρεαλιστικών θεωρητικών ενισχύσεων της σεισμικής κίνησης. Για τους πυροκλαστικούς σχηματισμούς της Σαντορίνης εκτιμήθηκαν αρκετά χαμηλές πυκνότητες από την αντιστροφή. Αντίθετα, για τους σχηματισμούς των Τεταρτογενών λεκανών εκτιμήθηκαν πιο «τυπικές» πυκνότητες, οι οποίες μπορούν να υπολογιστούν και με χρήση κατάλληλων εμπειρικών σχέσεων. Από τα αποτελέσματα της διατριβής προκύπτει ότι, η υψηλή ενίσχυση της σεισμικής κίνησης στη Σαντορίνη είναι αποτέλεσμα της αντίθεσης των μέτριας-ταχύτητας και χαμηλής-πυκνότητας πυροκλαστικών αποθέσεων, πάνω από το υψηλής ταχύτητας και πυκνότητας μεταμορφωμένο υπόβαθρο.