Application of geophysical technique to the investigation of tectonic structures in urban and sub-urban environments
Authors: Δίλαλος Σπυρίδων 
Published: September 2021

Στις 7 Σεπτεμβρίου 1999, ένας ισχυρός σεισμός μεγέθους 5,9R πραγματοποιήθηκε στην πρωτεύουσα της Ελλάδος, την Αθήνα, προκαλώντας υλικές ζημιές σε περίπου 70.000 κτίρια, εκ των οποίων περίπου 100 τελικά κατέρρευσαν. Πάνω από 2.000 άτομα τραυματίστηκαν, 143 εντοπίστηκαν νεκροί και τουλάχιστον 100.000 άνθρωποι έμειναν άστεγοι. Παρότι τα τελευταία 100 χρόνια έχουν καταγραφεί αρκετοί ισχυροί σεισμοί στην ευρύτερη περιοχή της λεκάνης των Αθηνών, αυτός ήταν ο πιο καταστροφικός. Το επίκεντρο του σεισμού της 7ης Σεπτέμβριου 1999 εντοπίζεται σε μια ρηξιγενή ζώνη που μέχρι τότε δεν ήταν γνωστή γιατί δεν είχε προκαλέσει ισχυρούς σεισμούς μέχρι τότε. Γεωλογικά, η λεκάνη των Αθηνών είναι ένα περίπλοκο επίμηκες νεοτεκτονικό βύθισμα, διεύθυνσης ΒΑ-ΝΔ, που καλύπτεται από μεταλπικά ιζήματα στο μεγαλύτερο μέρος της. Τα περίγυρα όρη καθώς και λόφοι που βρίσκονται στο εσωτερικό της λεκάνης δομούνται από αλπικά πετρώματα, τα οποία χωρίζονται τεκτονικά σε δύο διαφορετικούς τύπους από μια μεγάλη ζώνης τεκτονικής αποκόλλησης. Στα ανατολικά περιθώρια, εντοπίζεται η σχετικά αυτόχθονη Αττικο-Κυκλαδική Ενότητα με μεταμορφωμένα πετρώματα. Στα βόρεια και δυτικά περιθώρια εντοπίζεται η αμέταμόρφωτη Υποπελαγονική Ενότητα. Τα μεταμορφωμένα πετρώματα που απαρτίζουν την Αττικό-Κυκλαδική μάζα στην περιοχή είναι κυρίως μάρμαρα, σχιστόλιθοι και δολομίτες, τα οποία βυθίζονται προς τα ΒΔ κάτω από τους αμεταμόρφωτους σχηματισμούς των ασβεστόλιθων και κλαστικών του Παλαιοζωικού. Οι λόφοι στο εσωτερικό του λεκανοπέδιου δομούνται από ημι-μεταμορφωμένα πετρώματα (κυρίως ψαμμίτες, σχίστες, τοφφίτες και ασβεστόλιθους) που ανήκουν στις αλλόχθονες ενότητες των Αθηνών και Αλεποβουνίου. Υπερκείμενα και των τεσσάρων αυτών αλπικών ενοτήτων εντοπίζονται τα πρόσφατα μεταλπικά ιζήματα τα οποία και καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος του λεκανοπέδιου Αθηνών. Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, η βαρυτική μέθοδος εφαρμόστηκε για τη διερεύνηση της υπεδαφικής δομής των αστικών και περιαστικών περιοχών του λεκανοπέδιου των Αθηνών, λαμβάνοντας υπόψη όλους τους περιορισμούς που προκύπτουν από την αυξημένη κάλυψη του από ανθρωπογενείς κατασκευές (κτίρια, στάδια, δρόμους, παιδικές χαρές, σταθμοί μέσων μαζικής μεταφοράς κ.ά.). Τα αποτελέσματα της αναμένεται να συνεισφέρουν είτε στην επιβεβαίωση ρηξιγενών ζωνών που έχουν ήδη αποτυπωθεί ως πιθανές είτε στον εντοπισμό νέων καλυμμένων ρηξιγενών ζωνών που θα μπορούσαν μελλοντικά να επηρεάσουν την πόλη των Αθηνών προκαλώντας κάποιο καταστροφικό σεισμό. Η πυκνότητα του κάθε γεωλογικού σχηματισμού της περιοχής καθορίστηκε συνδυαστικά από εργαστηριακές μετρήσεις επιφανειακών γεωλογικών δειγμάτων και πυρήνων γεωτρήσεων, από την εφαρμογή της μεθόδου Nettleton κατά μήκος τοπογραφικών εξάρσεων καθώς και από στοιχεία σεισμικών ταχυτήτων. Η συνδυαστική αυτή πληροφορία συγκρίθηκε και αξιολογήθηκε προκειμένου να αποδοθεί μια χαρακτηριστική τιμή πυκνότητας για κάθε γεωλογικό σχηματισμό. Στο πλαίσιο της βαρυτικής έρευνας, συγκεντρώθηκαν δεδομένα από 1.122 θέσεις βαρυτικών μετρήσεων, συμπεριλαμβανομένων βαρυτικών σταθμών καννάβου, τομές Nettleton και τις βαρυτικές βάσεις του δικτύου που ιδρύθηκε. Οι αντίστοιχες μετρήσεις Διαφορικού GPS πραγματοποιήθηκαν προκειμένου να καθορισθούν με ακρίβεια οι συντεταγμένες των θέσεων. Εφαρμόστηκαν όλες οι απαραίτητες διορθώσεις (drift, παλιρροιακές, γεωγραφικού πλάτους, ελευθέρου αέρα, τοπογραφικές, πλάκας Bouguer) και κατασκευάστηκε ο Χάρτης Ανωμαλίας Bouguer. Επιπλέον, περιγράφεται ενδελεχώς η διαδικασία υπολογισμού της διόρθωσης λόγω του όγκου των κτιρίων, απαραίτητη για βαρυτικές μετρήσεις σε αστικές περιοχές. Ο διαχωρισμός της τοπικής ή υπολειπόμενης (residual) ανωμαλίας Bouguer από της ευρείας (regional) πραγματοποιήθηκε με Ανάλυση και εφαρμογή φίλτρων Fourier, βασιζόμενη στην φασματική ανάλυση των δεδομένων, που στην συγκεκριμένη περιοχή κατέδειξε δύο διαφορετικά βάθη για τις μάζες που προκαλούν τις ανωμαλίες.Για την ποιοτική ερμηνεία των βαρυτικών δεδομένων που συγκεντρώθηκαν, οι παράγωγοι τους χρησιμοποιήθηκαν για την ενίσχυση των τεκτονικών γραμμών. Κατασκευάστηκαν αρκετοί χάρτες «τεκτονικών γραμμώσεων» (structural maps) εκμεταλλευόμενοι τις παραγώγους, όπως αυτοί της Ολικής Οριζόντιας Παράγωγου (THDR), της Πρώτης Κατακόρυφης Παράγωγου (VDR), της Δεύτερης Κατακόρυφης Παράγωγου (SVDR), του ‘Αναλυτικού σήματος’ (Analytic Signal) και της ‘Κλίσης’ (Tilt). Τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμα, προσδίδοντας σοβαρά στοιχεία για την σκιαγράφηση του τεκτονικού ιστού του λεκανοπέδιου. Η τελική αξιολόγηση των βαρυτικών δεδομένων στηρίχθηκε στην ποσοτική ερμηνεία τους, μέσω της οποίας προσπαθούμε να καθορίσουμε κάποιες χαρακτηριστικές παραμέτρους, όπως η θέση, το βάθος, το γεωμετρικό σχήμα και η διαφορά πυκνότητας των υπεδαφικών γεωλογικών σχηματισμών. Αυτού του είδους τα στοιχεία συγκεντρώθηκαν από διάφορες πηγές. Αρχικά, πληροφορίες βάθους συλλέχθηκαν από τα αποτελέσματα της 3D αποσυνέλιξης Euler. Έπειτα, με την κατασκευή των 3D μοντέλων κατανομής της υπεδαφική πυκνότητας, συλλέξαμε στοιχεία κυρίως για το γεωμετρικό σχήμα, το βάθος και τη διαφορά πυκνότητας των γεωλογικών σωμάτων που προκαλούν τις βαρυτικές ανωμαλίες. Επιπλέον, κατασκευάστηκαν 2.75D γεωλογικές-γεωφυσικές τομές, συγκρίνοντας την βαρυτική απόκριση των γεωλογικών μοντέλων με αυτή των μετρήσεων, από τις οποίες προέκυψε μια υπεδαφική απεικόνιση της γεωτεκτονική δομής. Η εφαρμογή της βαρυτικής μεθόδου σε αστικές και περι-αστικές περιοχές του λεκανοπέδιου Αθηνών θεωρείται παραπάνω από επιτυχής, προσφέροντας αρκετές νέες πληροφορίες. Θεωρούμε πολυπαραμετρική τη συνεισφορά της παρούσα διδακτορικής διστριβής, δεδομένου ότι συνεισφέρει όχι μόνο στην αμιγώς γεωτεκτονική γνώση της περιοχής αλλά και στην γεωφυσική γνώση, μέσα από την εκτενή εφαρμογή και αξιολόγηση της Διόρθωση Κτιρίων (Building Correction). Παρότι σε πολλές θέσης βαρυτικής μέτρησης προέκυψαν σχεδόν αμελητέες διαφορές στην τοπική ανωμαλία Bouguer, πριν και μετά την εφαρμογή της Διόρθωσης Κτιρίων, σε κάποιες θέσεις υπολογισθήκαν τιμές ως και 0.19 mGal.Επιπλέον, παρατηρήθηκαν έντονες συσχετίσεις μεταξύ δημοσιευμένων ισόσειστων καμπύλων από το σεισμό της 7-9-1999 και των βαρυτικών χαρτών τοπικής ανωμαλίας και ‘τεκτονικών γραμμώσεων’ που παρήχθησαν, με τις πληγείσες περιοχές να εντοπίζονται εντός των περιοχών χαμηλών βαρυτικών τιμών ανωμαλίας. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι νέα επιστημονική προσέγγιση, σχετικά με τον εντοπισμό και σκιαγράφηση επικίνδυνων περιοχών, επιρρεπών σε αυξημένες καταστροφές από σεισμικό γεγονός, ειδικά εντός αστικών ζωνών όπου η συλλογή επιστημονικών δεδομένων θεωρείται πιο δύσκολη. Εξαιτίας της σημαντικότητας της, η συγκεκριμένη επιστημονική προσέγγιση έχει ήδη δημοσιευθεί σε επιστημονικό περιοδικό.Τέλος, τα νέα γεωλογικά και τεκτονικά δεδομένα που προκύπτουν από την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής φτάνουν σε βάθη της τάξεως των 2000-2500 μέτρων. Σημαντικά στοιχεία σχετικά με την εκτίμηση των παχών γεωλογικών σχηματισμών έχουν προκύψει. Επιπλέον, σχετικά και με το τελικό στόχο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, συγκεντρώθηκαν αρκετά στοιχεία ώστε να μπορέσουμε είτε να εντοπίσουμε και να προτείνουμε νέες θέσεις ρηξιγενών ζωνών είτε να επιβεβαιώσουμε και να τροποποιήσουμε ήδη προτεινόμενες ρηξιγενείς ζώνες από παλαιότερες γεωλογικές έρευνες.