Διερεύνηση της σεισμοτεκτονικής των Ιονίων νήσων με τη μέθοδο "τάσεων Coulomb" βασισμένη σε δεδομένα μετρήσεων GPS και απεικόνιση στο Google Earth

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας, όπως φανερώνει και ο τίτλος της είναι η διερεύνηση της σεισμοτεκτονικής των Ιονίων νήσων με τη μέθοδο «τάσεων Coulomb» και η απεικόνιση των αποτελεσμάτων (τάσεων Coulomb και οριζόντιων μετατοπίσεων) στο Google earth. Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει υπολογισμό των παραμορφώσεων (εφελκυσμός και θλίψη) που προκύπτουν από μετρήσεις GPS και σύγκρισή τους με τις αντίστοιχες που προκύπτουν από προηγούμενη μεταπτυχιακή εργασία. Στο τμήμα αυτό θα γίνει μια αναφορά στα έντεκα κεφάλαια που απαρτίζουν την εργασία αυτή για να αναφερθεί το τι ακολουθεί. Μετά το πέρας των κεφαλαίων ακολουθεί η βιβλιογραφία. Στο πρώτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας γίνεται μια προσπάθεια να αναλυθεί ο σκοπός της εργασίας αυτής, η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε, καθώς και τι αποτελέσματα εξάχθηκαν. Ο αναγνώστης επηρεάζεται εν πρώτοις για το τι πρόκειται να αναλυθεί. Στη συνέχεια και συγκεκριμένα στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα σεισμοτεκτονικά χαρακτηριστικά της Ελλάδας με τη γεωλογική ανάπτυξη της στο γεωτεκτονικό σύστημα αλλά και στο παγκόσμιο ηπειρωτικό σύστημα διάρρηξης. Αναφέρονται η γεωλογική ανάπτυξη της Ανατολικής Μεσογείου, όπως και της Ελλάδας. Η Ελλάδα είναι μια ιδιαίτερα σεισμογενής χώρα και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι βρίσκεται στο όριο της Ευρασιατικής και της Αφρικανικής πλάκας. Στο επόμενο κεφάλαιο που ακολουθεί αναφέρονται οι βασικές θεωρητικές έννοιες των ρηγμάτων, η ταξινόμησή τους με διάφορα κριτήρια, τα χαρακτηριστικά ορισμένων εξ’ αυτών, καθώς και η πιθανότητα ενεργοποίησής τους. Η θεωρία των ρηγμάτων δε θα μπορούσε να απουσιάζει από μια εργασία που έχει ως θέμα τη σεισμοτεκτονική. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι απαραίτητες προς κατανόηση έννοιες για τους σεισμούς, λαμβάνοντας υπόψη ότι είναι χρήσιμες για την περαιτέρω επεξεργασία στο θέμα των σεισμικών διαρρήξεων. Γίνεται μια ταξινόμηση με βάση τα αίτια που τους προκαλούν αλλά και με το βάθος της διάρρηξης και στη συνέχεια παρουσιάζονται τα βασικά στοιχεία και μεγέθη και τέλος αναλύονται τα σεισμικά κύματα, οι τρόποι γένεσης των σεισμών και οι παράμετροί τους. Στο επόμενο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι βασικές έννοιες από τη θεωρία τάσεων και παραμορφώσεων, όπως και μερικά στοιχεία για τους τανυστές παραμόρφωσης, οι οποίοι χρειάζονται στο δεύτερο μέρος της εργασίας. Γίνεται επίσης αναφορά στις ελαστικές σταθερές, καθώς και στον κύκλο τάσεων Mohr. Στο έκτο κεφάλαιο αναφέρεται το θεωρητικό υπόβαθρο του προγράμματος Coulomb, το οποίο πρέπει να είναι γνωστό για να γίνει εύκολα και κατανοητά η διαδικασία υπολογισμού των τάσεων και των μετατοπίσεων, μέσω του προγράμματος αυτού. Αρχικά δίνονται τα κύρια χαρακτηριστικά του, οι απαιτήσεις που χρειάζεται για να λειτουργήσει τόσο σε λογισμικό, όσο και σε hardware, καθώς επίσης και οι νέες δυνατότητές του σε σχέση με τις προηγούμενες εκδόσεις. Στη συνέχεια γίνεται περιγραφή για τη χρήση του, την περιγραφή των menu, καθώς και τις διαστάσεις του και τις μονάδες μέτρησης που έχει το κάθε μέγεθος που εισάγεται στο πρόγραμμα. Γενικά αναλύονται όλα τα απαραίτητα εργαλεία τα οποία χρησιμοποιούνται για τη διαδικασία υπολογισμού τάσεων και οριζόντιων μετατοπίσεων. Όπως αναφέρεται στις διαστάσεις του Coulomb στο έκτο κεφάλαιο, οι μετρήσεις συντεταγμένων πραγματοποιούνται στο επίπεδο σύστημα συντεταγμένων. Το Google earth αντίστοιχα, στο οποίο απεικονίζονται οι τάσεις και οι μετατοπίσεις είναι ελλειψοειδές και χρησιμοποιεί τις γεωγραφικές συντεταγμένες. Σκοπός του έβδομου κεφαλαίου είναι να αναλύσει το πρόβλημα που δημιουργείται από την απεικόνιση αυτή, αλλά και να αναφέρει τη διαδικασία που ακολουθήθηκε ούτως ώστε να απαλειφθεί το πρόβλημα. Το όγδοο κεφάλαιο αποσκοπεί στην παρουσίαση τάσεων και μετατοπίσεων, τόσο όπως προέκυψαν στο Coulomb, όσο και την απεικόνισή τους στο Google earth. Τα Ιόνια νησιά χωρίστηκαν σε Λευκάδα, Ζάκυνθο και Κεφαλονιά, ανάλογα με τις γεωγραφικές συντεταγμένες των διαρρήξεων των ρηγμάτων. Για κάθε μία ομάδα ρηγμάτων παρουσιάζονται κατ’ αρχήν τα δεδομένα των διαρρήξεων και εν συνεχεία οι τάσεις και οι μετατοπίσεις μετά από κάθε σεισμική διάρρηξη, οι οποίες απεικονίζουν τις περιοχές γύρω από τα ρήγματα, όπου οι τάσεις αυξάνονται και τις περιοχές που εκτονώνονται οι τάσεις αυτές. Στο ένατο κεφάλαιο δίνονται οι βασικές έννοιες για το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης GPS, όσον αφορά τα χαρακτηριστικά του, τα δορυφορικά γεωδαιτικά συστήματα αναφοράς, καθώς και για τις ειδικές τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια και τα σφάλματα που υπεισέρχονται από τις διαδικασίες μέτρησης με το σύστημα αυτό. Τέλος γίνεται αναφορά στις μετρήσεις που έλαβαν χώρα στο Δυτικό Ελληνικό τόξο (Ιόνια νησιά) με το σύστημα αυτό. Οι μετρήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των μετατοπίσεων (εφελκυσμός και θλίψη) για να γίνει σύγκριση με τις αντίστοιχες από προηγούμενη εργασία και να επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματα. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζεται ολόκληρη η διαδικασία που απαιτείται για τον υπολογισμό των τανυστών παραμόρφωσης. Δίνονται οι πίνακες δεδομένων, οι απαραίτητες μετατροπές συντεταγμένων καθώς και τα τελικά αποτελέσματα. Τέλος γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων αυτών με προηγούμενα και ακολουθούν συμπεράσματα. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την εκπόνηση της εργασίας αυτής.

The purpose of this degree thesis is, according to its title, to explore the structure of the Ionian islands according to the method of “Coulomb stresses” and presents its findings (coulomb tendencies and horizontal displacements) at Google earth. The second part includes calculations of deformations (tensor notation and compression)that occurred in GPS measurements; then compare them with respective calculations that occurred in another post – graduated thesis. In addition, this part briefly refers to the content of each of the eleven chapters. Finally bibliography will follow. The first chapter presents an effort of analyzing the aspirations of this work, the methodology, as well as which results were exported. The reader gets a first impression of the analysis that will follow in the next chapters. The second chapter analyzes the seism tectonic characteristics of Greece with its geological growth in the geotectonic system as well as in the global continental rupture system. Reference is made to the geological growth of Eastern Mediterranean, and particularly Greece. Greece is a predominantly seismic country due to the fact that is located between Evrasiatiki and African plate. In the next chapter, the basic theoretical significances of faults are reported; their classification with various criteria, some of their characteristics, as well as their probability of activation. The theory of faults could not be missing in a work that has seism tectonic as its dominant subject. The fourth chapter presents essential definitions to comprehend the earthquakes, taking into consideration that they are helpful in analyzing further the subject of seismic ruptures. A classification is attempted, based on the reasons that cause them as well as based on the depth of rupture; following that, basic elements and sizes are presents. Finally, an analysis of the seismic waves, the ways an earthquake is originated and their parameters occurs. The next chapter raises the basic terminology of the theory of tendencies and deformations, as well as certain elements for deformations tensors that will be useful need in the second part. Reference is also made in the flexible deformation, as well as the Mohr circle of tendencies. In the sixth chapter, the theoretical background of Coulomb program is presented in order to support comprehension of the process of calculating stresses and displacements, via this program. Initially a presentation is made of its main characteristics and requirements for its function, not only as software, but in hardware as well. Its new possibilities in combination with the previous publications are also explored. Following that, a description for the program use, description menu, its dimensions and units of measurement for each data that will be imported in the program. Overall, all essential tools that are used for the process of calculating the tendencies and horizontal displacements are analyzed here. Hence, as explained in Coulomb’s dimensions in the sixth chapter, the measurements of coordinates are accomplished in the flat – level system of coordinates. Respectively Google Earth, that portrays the stresses and the displacements, it is ellipsoid and it uses the geographic coordinates. Seventh chapter aims to analyze the problem that is created bye this depiction, and moreover report the path that was followed in order to resolve this problem. The eighth chapter aims in the presentation of coulomb stresses and horizontal displacements; so much as they resulted in Coulomb program, as their depiction in Google Earth. The Ionian Islands were separated in Lefkada, Zakinthos and kephalonia, depending on the geographic coordinates of ruptures of faults. For every team of faults they are presented at beginning the data of ruptures and on continue coulomb stresses and horizontal displacements after each seismic rupture, what they portray the regions round the faults, where the stresses increase also the regions where are defused this stresses. The basic significances for the Global Positioning System are presented in the ninth chapter, with special regard to its characteristics, the satellite geodetic systems, as well as on the special techniques that have been developed lately and the errors that occur from the procedures of measuring with this system. Finally, a reference of the measurements that took place in the West Hellenic Arc (Ionian Islands), by using GPS . Such measurements were used to calculate the deformations (tensor notation and compression) in order to compare them with respective calculations in another post – graduated thesis. The following chapter presents the whole procedure that is required in order to calculate deformations tensors. Data tables are given, as well as the essential transformations of coordinates. Hence the final outcomes are provided with those that occurred from a previous thesis. This comparison thus demonstrates useful conclusions. To conclude, the last chapter demonstrates the conclusions that arise from the development of this thesis degree.