ΜΑΡΙΑ Β. ΜΑΝΑΚΟΥ Γεωλόγος Α.Π.Θ.

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΔΑΦΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ, ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΩΝ ΚΑΙ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΑΡΙΑ Β. ΜΑΝΑΚΟΥ Γεωλόγος Α.Π.Θ. ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ: ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2007

2

3 ΜΑΡΙΑ Β. ΜΑΝΑΚΟΥ ΣΥΜΒΟΛΗ ΣΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ: ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Τομέας Γεωτεχνικής Μηχανικής, Εργαστήριο Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής Ημερομηνία Προφορικής Εξέτασης: 8 Ιουνίου, 2007 Εξεταστική Επιτροπή Καθηγητής Κ. Πιτιλάκης, Επιβλέπων Λέκτορας Δ. Ραπτάκης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής Π. Χατζηδημητρίου, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής Γ. Αθανασόπουλος, Εξεταστής Καθηγητής Σ. Παυλίδης, Εξεταστής Καθηγητής Θ. Χατζηγώγος, Εξεταστής Καθηγητής Σ. Τσότσος, Εξεταστής

4 Μαρία Β. Μανάκου Α.Π.Θ. Τίτλος Διδακτορικής Διατριβής ISBN «Η έγκριση της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής από το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή της γνώμης της συγγραφέως» (Ν. 5343/932, άρθρο 202, παρ.2).

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ : EΙΣΑΓΩΓΗ.. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ).. 2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΕΩΤΕΚΤΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Σεισμικότητα της περιοχής Πεδίο τάσεων Καταγραφικά δίκτυα Σεισμικά δεδομένα ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΕΡΕΥΝΑ ΓΙΑ ΤΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΡΟΝΟΥ ΑΠΟΚΟΠΗΣ ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΜΕΘΟΔΟΣ ΜΙΚΡΟΘΟΡΥΒΟΥ Κυματικό περιεχόμενο μικροθορύβου Μέθοδοι ανάλυσης καταγραφών μικροθορύβου Μαθηματικό υπόβαθρο μεθόδου SPAC και στάδια ανάλυσης μικροθορύβου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΑ, ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Σεισμικές καταγραφές και επεξεργασία Μέθοδοι ανάλυσης ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΗΣ Προσδιορισμός ταχύτητας διαμήκων κυμάτων V p Προσδιορισμός ταχύτητας διατμητικών κυμάτων V s ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΗΣ

6 4.5. Προσδιορισμός ταχύτητας διαμήκων κυμάτων V p Προσδιορισμός ταχύτητας διατμητικών κυμάτων V s ΣΥΝΘΕΣΗ V p ΚΑΙ V s ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΗΣ ΜΗΚΟΤΟΜΗΣ Α Δ Συσχέτιση ταχυτήτων V p και V s για το πείραμα Συσχέτιση ταχυτήτων V p και V s για το πείραμα Γεωλογική διαστρωμάτωση κατά μήκος της διεύθυνσης Α Δ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΙΚΡΟΘΟΡΥΒΟΥ Μετρήσεις Αναλύσεις λογισμικού Αναλυτικό παράδειγμα εφαρμογής στη θέση BRG Συγκρίσεις και γεωφυσική ερμηνεία Θέση ΑΝΑ Συγκρίσεις και γεωφυσική ερμηνεία Θέση DAB Συγκρίσεις και γεωφυσική ερμηνεία ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΙΚΡΟΘΟΡΥΒΟΥ ΚΑΙ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΕΧΝΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΙΚΟΥ ΛΟΓΟΥ HVSR ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ Υπολογισμός ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς Υπολογισμός θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς Θέση BRG Θέση ΜΑΝ Διάταξη γεωφώνων ΙΙΙ Συγκεντρωτικά αποτελέσματα ΔΙΣΔΙΑΣΤΑΤΕΣ ΕΔΑΦΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΤΟΜΕΣ Τομή Τομή Τομή Τομή Τομή Τομή Τομή Τομή ΑΑ 5.2

7 5.4.9 Τομή BB Τομή CC Τομή DD Τομή EE Τομή II Τομή KK Τομή LL Τομή ZZ Τομή JJ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΟΥ 3D ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ Τεταρτογενείς σχηματισμοί Α & Β Μυγδονιακού συστήματος Τεταρτογενείς σχηματισμοί C & D Μυγδονιακού συστήματος Νεογενείς σχηματισμοί E & F Προμυγδονιακού συστήματος Αλπικοί Προαλπικοί σχηματισμοί Βραχώδες υπόβαθρο Συγκρίσεις ψηφιακών προσομοιωμάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ Ενόργανη/εμπειρική προσέγγιση Τεχνική του κλασσικού φασματικού λόγου (SSR) Τεχνική του φασματικού λόγου της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα (HVSR) Τεχνική της γενικευμένης αντιστροφής (GIS) Μέθοδος Nakamura Θεωρητική προσέγγιση ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ΔΕΔΟΜΕΝΑ KAI ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Δεδομένα θορύβου Σεισμικές καταγραφές Μέθοδοι ανάλυσης ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Συναρτήσεις μεταφοράς θορύβου (σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής) Συναρτήσεις μεταφοράς θορύβου (σε προσωρινό δίκτυο) Συναρτήσεις μεταφοράς θορύβου (σε κυκλική διάταξη) Συναρτήσεις μεταφοράς (ασθενούς κίνησης)

8 6.5.5 Συναρτήσεις μεταφοράς (ισχυρής κίνησης) ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΘΕΜΕΛΙΩΔΟΥΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ Σεισμική απόκριση και δυσδιάστατη τομή Προφήτης Στίβος Σεισμική απόκριση και τρισδιάστατη δομή Μυγδονίας λεκάνης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ 7. SUMMARY. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ..

9 Ευχαριστίες Η παρούσα διατριβή δεν θα μπορούσε να ολοκληρωθεί χωρίς τη βοήθεια και συμπαράσταση κάποιων ανθρώπων, που θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά. Ειδικότερα: Τον επιβλέποντα Καθηγητή κ. Κυριαζή Πιτιλάκη για την ανάθεση της διδακτορικής διατριβής, την επιστημονική του καθοδήγηση και τη συμπαράσταση σε όλη τη διάρκεια των μεταπτυχιακών μου σπουδών, καθώς και την εμπιστοσύνη που μου έδειξε στην ανάθεση διαφόρων επιστημονικών θεμάτων κατά τη συμμετοχή μου σε ερευνητικά προγράμματα που υπήρξε επιστημονικώς υπεύθυνος. Τον Λέκτορα κ. Δημήτριο Ραπτάκη για τη συνεχή επιστημονική καθοδήγηση σε όλα τα στάδια της διατριβής, τις γόνιμες συζητήσεις σε θέματα γεωφυσικής και τεχνικής σεισμολογίας και τις βασικές παρατηρήσεις του για τη βελτίωση συγγραφής της διατριβής. Τον Καθηγητή του Τμήματος Γεωλογίας κ. Παναγιώτη Χατζηδημητρίου, για τη συμμετοχή του στην τριμελή συμβουλευτική επιτροπή και τις διορθώσεις του σε επίπεδο βελτίωσης συγγραφής της διατριβής. Τον Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Πάτρας κ. Γεώργιο Αθανασόπουλο, τον Καθηγητή του Τμήματος Γεωλογίας κ. Σπύρο Παυλίδη, τους Καθηγητές του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. κ. Στέφανο Τσότσο και κ. Θεόδωρο Χατζηγώγο, ως μέλη της επταμελούς εξεταστικής επιτροπής για τις πολύτιμες συμβουλές και διορθώσεις τους σε επίπεδο βελτίωσης συγγραφής της διατριβής. Τον Καθηγητή του Ιδρύματος Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma

10 de México - UNAM του Πανεπιστημίου του Μεξικό κ. Francisco J. Chávez-García, για τις επιστημονικές συζητήσεις, τις επεξηγήσεις και τις προτάσεις του σε θέματα που ασχολείται η διατριβή και την υποστήριξή του σε θέματα υπολογιστικών προγραμμάτων. Τον Δρ Πασχάλη Αποστολίδη, για την πολύτιμη βοήθειά του σε θέματα συλλογής και επεξεργασίας μετρήσεων θορύβου, τις γόνιμες επιστημονικές συζητήσεις και την ηθική υποστήριξή του σε όλη τη διάρκεια της συνεργασίας μας. Τον Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. κ. Παρασκευά Σαββαϊδη για την υποστήριξή του σε θέματα μετατροπής συντεταγμένων διαφόρων προβολικών συστημάτων. Την Ερευνήτρια του ΙΤΣΑΚ Κωνσταντία Μάκρα για την υποστήριξή της σε υπολογιστικό πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε στη διατριβή. Τους κ. Ιωάννη Κασσάρα (Τμήμα Γεωλογίας του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών), Δρ Ζαφειρία Ρουμελιώτη, υπ. Δρ Οδυσσέα Γαλάνη και Δρ Ελένη Καραγιάννη του Τμήματος Γεωλογίας Α.Π.Θ. για τη διαθεσιμότητά τους σε ότι αφορά τον εξοπλισμό των σεισμογράφων. Τα μέλη ΔΕΠ και όλους τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. και ειδικότερα τους Μανώλη Κίρτα, Σωτήρη Αργυρούδη, Βασιλική Τερζή και την εκτελούσα χρέη γραμματέως Αναστασία Αργυρούδη για την αρμονική συνύπαρξη στον ίδιο χώρο εργασίας και τη γενικότερη συνεργασία μας στα πλαίσια ερευνητικών προγραμμάτων και άλλων αναγκών του εργαστηρίου. Τους επιστήμονες και τεχνικούς της Refraction Technology Inc. κ. Ian Billings και κ. Antonio Sanchez, και της εταιρίας Guralp Ltd. κ. Nathan Pearce για τη συνεχή τεχνική υποστήριξη σε ότι αφορά τις υψηλές απαιτήσεις λειτουργίας των καταγραφικών οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια της διατριβής και ταλαιπώρησαν επί μακρό χρονικό διάστημα την εκπόνησή της. Τον φοιτητή του Τεχνικού Ιδρύματος Indian Institute of Technology Kanpur κ. Kunal Gaurav για τη βοήθειά του στη σύνδεση των προγραμμάτων Fortran επεξεργασίας μετρήσεων μικροθορύβου με το λογισμικό πακέτο Matlab. Μέρος των μετρήσεων αναλύσεων - αποτελεσμάτων εντάχθηκε στο πρόγραμμα δοκιμών του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος Euroseisrisk (EVG-CT ) το οποίο έλαβε χώρα στη Μυγδονία λεκάνη κατά τη χρονική περίοδο , με επιστημονικό υπεύθυνο τον κ. Κ. Πιτιλάκη. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τους γονείς μου και τον αδερφό μου για την αμέριστη και συνεχή ηθική υποστήριξή τους και ειδικά το σύζυγό μου Δημήτρη για την κατανόηση με την οποία αντιμετώπισε τα προβλήματα που δημιούργησε η πολύωρη απασχόλησή μου με τη διδακτορική μου διατριβή. Επίσης τους φίλους μου που με στήριξαν ηθικά.

11 στην οικογένειά μου

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ EΙΣΑΓΩΓΗ Η γεωμετρία και οι δυναμικές ιδιότητες των επιφανειακών εδαφικών σχηματισμών είναι από τις σημαντικότερες παραμέτρους που επηρεάζουν τη σεισμική συμπεριφορά μιας περιοχής. Ο κύριος παράγοντας για τον προσδιορισμό του είδους και του βαθμού επιρροής των τοπικών εδαφικών συνθηκών (site effects) στη σεισμική κίνηση, είναι η δυστμησία που εκφράζεται με την ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων V s. Η κατανομή της με το βάθος και σε έκταση από την ελεύθερη επιφάνεια ως το βραχώδες υπόβαθρο αποτελεί τη βασική παράμετρο εισαγωγής στις αναλύσεις σεισμικής απόκρισης σε μια, δύο και τρεις διαστάσεις, στα αποτελέσματα της οποίας στηρίζονται οι βασικές παράμετροι σχεδιασμού στα έργα πολιτικού μηχανικού. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι ο προσδιορισμός ενός αξιόπιστου -στο μέτρο του δυνατού- τρισδιάστατου γεωλογικού προσομοιώματος που να περιγράφει τον όγκο των γεωλογικών σχηματισμών που συναντούνται στο τεκτονικό βύθισμα της Μυγδονίας λεκάνης, κατάλληλο για τη μελέτη της σεισμικής απόκρισης σε διάφορες διαστάσεις. Η περιοχή της Μυγδονίας λεκάνης παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον μελέτης, μιας και περιβάλει την πιο κοντινή σεισμική πηγή στην πόλη της Θεσσαλονίκης. «Φιλοξένησε» το καταστροφικό σεισμό του Στίβου (20 Ιουνίου 978, M s =6.5R) ο οποίος προκάλεσε ανθρώπινες απώλειες και πολλές αστοχίες σε κατασκευές στη Θεσσαλονίκη αλλά και στα χωριά που τοποθετούνται στην ευρύτερη περιοχή του επικέντρου του σεισμού..

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο κεντρικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης, στη θέση Euroseistest (TST), λειτουργεί συνεχώς εξελισσόμενο από το 993 έως σήμερα ένα διεθνές πολυδύναμο πεδίο δοκιμών το Euroseistest, με ένα από τα μεγαλύτερα οργανωμένα δίκτυα επιταχυνσιογράφων στην Ευρώπη ( Λειτουργεί με την ευθύνη και το γενικό συντονισμό του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. (Ε.Ε.Θ.Γ.Σ.Μ. - Α.Π.Θ.) Από τη στιγμή λειτουργίας του έχουν πραγματοποιηθεί πλήθος γεωφυσικά πειράματα, γεωτεχνικές δοκιμές, μελέτες σεισμικής απόκρισης εδαφών, πειράματα απόκρισης κατασκευών, κ.ά. τα οποία έχουν προσφέρει πολύτιμη γνώση σε θέματα Σεισμικής Μηχανικής και Τεχνικής Σεισμολογίας. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της Μυγδονίας λεκάνης όπως είναι γνωστά μέχρι σήμερα περιορίζονται μόνο στο γεωλογικό της υποβάθρο. Η πρώτη σε τρεις διαστάσεις δομή της περιοχής σχεδιάστηκε από τη B.R.G.M. (97) στα πλαίσια μελετών εκτίμησης του υδρογραφικού δυναμικού της. Το τρισδιάστατο αυτό προσομοίωμα περιγράφει τη γεωμετρία του αδιαπέρατου γεωλογικού σχηματισμού, του βραχώδους υποβάθρου, στην περιοχή μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης. Οι δυναμικές ιδιότητες των εδαφικών σχηματισμών (η γεωμετρία των οποίων είναι άγνωστη) και του βραχώδους υποβάθρου της λεκάνης περιγράφονται με όρους ταχύτητας διαμήκων κυμάτων V p. Η χρήση του προσομοιώματος της B.R.G.M. σε μελέτες σεισμικής απόκρισης προϋποθέτει τη γνώση της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων V s, η εκτίμηση της οποίας μπορεί να γίνει έμμεσα μέσω εμπειρικών σχέσεων που συνδέουν τις τιμές ταχύτητας V p και V s. Το ποσοστό αβεβαιότητας που θα εισαχθεί στις τιμές ταχύτητας V s οι οποίες θα προκύψουν από σχέσεις που ισχύουν για ακόρεστα εδάφη (σημειώνεται ότι ο υδροφόρος ορίζοντας στην περιοχή βρίσκεται επιφανειακά) θα πρέπει να συνυπολογιστεί στα αποτελέσματα των αναλύσεων απόκρισης. Η γεωλογική δομή της Μυγδονίας λεκάνης σε τρεις διαστάσεις αναπαράχθηκε και στα πλαίσια μεταγενέστερων μελετών με ηλεκτρικές και βαρυτικές μετρήσεις (Θανάσουλας 983, Ι.Γ.Μ.Ε. 200, Τουρνάς 2005). Στα τρισδιάστατα αυτά προσομοιώματα, τα οποία αποτελούν γεωφυσικού χαρακτήρα δομές, αποτυπώνεται μόνο η γεωμετρία του αλπικού υποβάθρου της περιοχής ενώ δεν δίνεται κανένα στοιχείο για τις δυναμικές ιδιότητες του ίδιου ή των επιμέρους εδαφικών σχηματισμών που συναντούνται στην περιοχή. Το κενό γνώσης αναφορικά με τη γεωλογική διατρωμάτωση της Μυγδονίας λεκάνης και την κατανομή της ταχύτητας V s από την επιφάνεια μέχρι το βραχώδες υπόβαθρο, έρχεται να καλύψει η παρούσα διδακτορική διατριβή. Από τη συλλογή και ανάλυση μετρήσεων πεδίου σε συνδυασμό με στοιχεία προηγούμενων και νέων γεωλογικών, γεωτεχνικών και γεωφυσικών μετρήσεων, επιτυγχάνεται ο σχεδιασμός ενός τρισδιάστατου ψηφιακού προσομοιώματος το οποίο περιγράφει με σαφήνεια τη γεωμετρία και το πάχος των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της περιοχής ενδιαφέροντος, ενώ δίνεται η οριζόντια και κατακόρυφη διακύμανση της ταχύτητας των διατμητικών V s και διαμήκων κυμάτων V p. Παράλληλα, πραγματοποιείται για πρώτη φορά η μελέτη της σεισμικής απόκρισης σε όλη.2

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ την έκταση της Μυγδονίας λεκάνης σε πλήθος γεωγραφικά κατανεμημένων θέσεων καταγραφής θορύβου, ισχυρής και ασθενούς σεισμικής κίνησης με την εφαρμογή διαφορετικών τεχνικών ενόργανης προσέγγισης εδαφικής απόκρισης. Τα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης (συχνότητα και πλάτος ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού) που προσδιορίζονται στις θέσεις αυτές προσφέρουν σημαντική πληροφορία αναφορικά με τη σεισμική συμπεριφορά διαφορετικών περιοχών της Μυγδονίας, ενώ χρησιμοποιούνται και στη συσχέτισή τους με τη γεωλογία της περιοχής μέσω μονοδιάστατων (D) θεωρητικών αναλύσεων απόκρισης, με στόχο την επιβεβαίωση της τρισδιάστατης γεωλογικής δομής που προτείνεται στα πλαίσια της διατριβής. Το προτεινόμενο προσομοίωμα θα χρησιμοποιηθεί εκτός από τη δισδιάστατη ή/και τρισδιάστατη μελέτη της σεισμικής απόκρισης της Μυγδονίας λεκάνης, στην ερμηνεία πλήθους σεισμικών καταγραφών προερχόμενων από προσωρινά και μόνιμα καταγραφικά δίκτυα της ευρύτερης περιοχής μελέτης, αλλά και για την προσομοίωση του σεισμού και του φάσματος σχεδιασμού. Ουσιαστικά στην παρούσα διδακτορική διατριβή ταυτόχρονα με το προτεινόμενο τρισδιάστατο εδαφικό προσομοίωμα παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη συνθετική βήμα προς βήμα διαδικασία που σκοπό έχει τον προσδιορισμό της επιφανειακής γεωλογικής δομής, η οποία ως γνωστό διαμορφώνει σε πολύ μεγάλο βαθμό τα χαρακτηριστικά (πλάτος, συχνοτικό περιεχόμενο, διάρκεια) της εδαφικής ταλάντωσης. Η διαδικασία περιλαμβάνει συγκρίσεις, συσχετίσεις, επαληθεύσεις και διασταυρώσεις επιμέρους χωρικά αταξινόμητων γεωφυσικών και γεωτεχνικών μετρήσεων. Το γεγονός αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία, διότι αντικειμενικός στόχος είναι η χρησιμοποίηση των αποτελεσμάτων στην εκτίμηση της ισχυρής εδαφικής κίνησης σε σύνθετες γεωλογικές δομές όπου τα χαρακτηριστικά της εδαφικής ενίσχυσης δεν καθορίζονται αποκλειστικά από τη γεωμετρία και τις δυναμικές ιδιότητες οριζοντίως στρωματοποιημένων εδαφικών σχηματισμών. Η εμπειρία και η τεχνογνωσία που έχουν αποκτηθεί είναι μεγάλης σημασίας μεταξύ άλλων και για την εκπόνηση μικροζωνικών μελετών. Η διάρθρωση που ακολουθήθηκε στα επτά κεφάλαια της διατριβής, έχει ως ακολούθως. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται το γεωλογικό, σεισμοτεκτονικό περιβάλλον της ευρύτερης περιοχής μελέτης και δίνεται η γεωλογική δομή της Μυγδονίας λεκάνης όπως είναι γνωστή από προηγούμενες μελέτες. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι μέθοδοι διασκόπησης που εφαρμόστηκαν στα πλαίσια της διατριβής για τον προσδιορισμό της γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης. Δίνονται συνοπτικά οι βασικές αρχές και το μαθηματικό υπόβαθρο που τις διέπουν. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται οι μετρήσεις πεδίου που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό του πάχους και των δυναμικών ιδιοτήτων των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της λεκάνης, με όρους ταχύτητας διαμήκων V p και διατμητικών V s.3

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ κυμάτων. Σε αυτές συμπεριλαμβάνονται πειράματα μεγάλης κλίμακας, γραμμικές διατάξεις σεισμικής διάθλασης αναπτυγμένα κατά τη διεύθυνση Α - Δ της λεκάνης και μετρήσεις μικροθορύβου κυκλικής διάταξης (Microtremor Exploration Method, SPAC) σε γεωγραφικά κατανεμημένες θέσεις στην έκταση της Μυγδονίας. Περιγράφονται αναλυτικά όλα τα στάδια επεξεργασίας τους από τις αρχικές καταγραφές, τον προσδιορισμό των πειραματικών καμπυλών σκέδασης της ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των επιφανειακών (Rayleigh) κυμάτων, μέχρι τα τελικά εδαφικά προσομοιώματα. Τα αποτελέσματά τους συσχετίζονται με προηγούμενα γεωφυσικά και γεωτεχνικά στοιχεία και με τη γεωλογία της περιοχής. Στο Κεφάλαιο 5 με τη χρήση της μεθόδου σεισμικής απόκρισης HVSR (Nogoshi and Igarashi, 97) γίνεται η εκτίμηση του βάθους του βραχώδους υποβάθρου των προσδιοριζόμενων στο προηγούμενο κεφάλαιο εδαφικών προσομοιωμάτων των θέσεων διασκόπησης (μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης). Η εκτίμηση του βράχου γίνεται με την εφαρμογή επαναληπτικής διαδικασίας trial-end-error, κατά την οποία με μόνη ελεύθερη παράμετρο το πάχος των εδαφικών αποθέσεων (ειδικότερα του βαθύτερου δύστμητου εδαφικού σχηματισμού των προσομοιωμάτων), επιδιώκεται η σύγκλιση των χαρακτηριστικών θεωρητικής και ενόργανης προσέγγισης της σεισμικής απόκρισης σε όλες τις θέσεις διασκόπησης. Τα προτεινόμενα εδαφικά προσομοιώματα που προκύπτουν με τη διαδικασία αυτή χρησιμοποιούνται μαζί με γεωτρήσεις, γεωλογικά και γεωτεχνικά στοιχεία στη σύνθεση δισδιάστατων εδαφοδυναμικών τομών οι οποίες περιγράφουν τη γεωμετρία των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης και δίνουν τη μεταβολή των δυναμικών ιδιοτήτων τους με όρους ταχύτητας διατμητικών (κυρίως) και διαμήκων κυμάτων. Από την οριζόντια συσχέτιση των 2D τομών και με τη βοήθεια του Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (GIS) κατασκευάζεται τρισδιάστατο προσομοίωμα στο οποίο χαρτογραφούνται το πάχος, η γεωμετρία και το εύρος ταχύτητας V s και V p των εδαφικών αποθέσεων και του βραχώδους υποβάθρου της περιοχής. Το 3D προσομοίωμα που προτείνεται με τη διαδικασία αυτή θεωρείται και εξ αντικειμένου είναι αντιπροσωπευτικό της γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης με όρους σεισμικής απόκρισης. Στο Κεφάλαιο 6 μελετάται η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών της Μυγδονίας λεκάνης στη διαφοροποίηση της σεισμικής κίνησης. Η μελέτη γίνεται σε πλήθος θέσεων καταγραφής θορύβου, ισχυρής και ασθενούς σεισμικής κίνησης με τη χρήση διαφορετικών τεχνικών ενόργανης προσέγγισης (Nakamura, HVSR, SSR, GIS). Τα χαρακτηριστικά της απόκρισης (συχνότητα f res και ενίσχυση A max του θεμελιώδους συντονισμού) υπολογίζονται σε αριθμό γεωγραφικά κατανεμημένων θέσεων εντός των ορίων της λεκάνης. Από τη διακύμανση των f res και A max εξάγονται συμπεράσματα για τη σεισμική απόκριση των διαφορετικών περιοχών της λεκάνης, ενώ συσχετίζονται και με τη γεωλογία της περιοχής, μέσω μονοδιάστατων θεωρητικών προσομοιώσεων οι οποίες υπολογίζονται με την τεχνική του συντελεστή ανακλαστικότητας (reflectivity coefficient method) του Kennett (983) στα D εδαφικά προσομοιώματα που εξάγονται από το.4

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ προτεινόμενο 3D προσομοίωμα. Σκοπός της συσχέτισης αυτής είναι η επιβεβαίωση της τρισδιάστατης δομής της Μυγδονίας λεκάνης που προτείνεται στα πλαίσια της διατριβής. Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα βασικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρουσίαση της συνθετικής διαδικασίας για τον προσδιορισμό του τρισδιάστατου γεωλογικού προσομοιώματος της Μυγδονίας λεκάνης και την επιβεβαίωσή του με όρους σεισμικής απόκρισης, ενώ δίνονται προοπτικές συνέχισης της προσπάθειας που ξεκίνησε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Μέρος των μετρήσεων - αποτελεσμάτων - συμπερασμάτων που παρουσιάζονται και αναλύονται στα πλαίσια της διατριβής πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος Euroseisrisk (EVG-CT ) το οποίο πραγματοποιήθηκε στη Μυγδονία λεκάνη κατά τα έτη , με συντονιστή το Εργαστήριο Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. και Επιστημονικό Υπεύθυνο τον Καθηγητή κ. Κ. Πιτιλάκη..5

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) 2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πεδίο εφαρμογής όλων των μεθόδων και των αποτελεσμάτων που αναπτύσσονται αναλυτικά στην παρούσα διατριβή, είναι μια υπαρκτή γεωλογική δομή σε μια περιοχή που περιλαμβάνει το κεντρικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης το οποίο οριοθετείται κατά τον μεγάλο άξονά της από τις λίμνες Λαγκαδά και Βόλβης, ενώ από το Βορρά από τα όρη της Βόλβης και του Βερτίσκου και Νότια από τα όρη Χορτιάτη, Χολομώντα και Στρατονικού. Αποτελεί τμήμα του παλαιότερου Προμυγδονιακού τεκτονικού βυθίσματος. Το μεγαλύτερο τμήμα της ανήκει γεωτεκτονικά στη Σερβομακεδονική μάζα. Παρουσιάζει την ποικιλομορφία των γεωλογικών σχηματισμών της αλλά και την υψηλή σεισμικότητά της. Αποτέλεσμα του έντονου εφελκυστικού πεδίου των τάσεων που έχει υποστεί η ευρύτερη περιοχή, είναι οι ρηξιγενείς ζώνες διαφορετικής διεύθυνσης που τη διατρέχουν. Η κυριότερη από αυτές θεωρείται σεισμικά ενεργή και είναι υπεύθυνη για τον καταστροφικό σεισμό του Στίβου (20/6/978, M s =6.5) ο οποίος προκάλεσε ανθρώπινες απώλειες, λίγες καταρρεύσεις και πολλές αστοχίες κατασκευών στη Θεσσαλονίκη. Αποτελεί τον κοντινότερο σεισμογόνο χώρο της, για το λόγο αυτό έχει μελετηθεί πολύπλευρα από πλήθος ερευνητών. Οι κυριότερες από τις μελέτες αυτές σχετίζονται με το γεωλογικό και σεισμοτεκτονικό περιβάλλον, το υδρογραφικό δυναμικό, τη δομή και τη 2.

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) σεισμική συμπεριφορά των γεωλογικών σχηματισμών της. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον αποτελεί η μελέτη της γεωλογικής δομής της περιοχής, η οποία προσδιορίστηκε από διάφορους ερευνητές με ποικίλες γεωφυσικές διασκοπήσεις και αποτυπώθηκε σε δύο και τρεις διαστάσεις με τη βοήθεια ψηφιακών προσομοιωμάτων. Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζεται η σύνθεση (state-of-the-art) της γνώσης που αποκτήθηκε από πλήθος μελετών-ερευνών στο διάστημα των τελευταίων 37 ετών μέχρι το πέρας της παρούσας διδακτορικής διατριβής. 2.2 ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ H λεκάνη της Μυγδονίας, ένα επίμηκες τεκτονικό βύθισμα που χωρίζει τη χερσόνησο της Χαλκιδικής από τη Μακεδονία, αποτελεί μέρος του ευρύτερου Προμυγδονιακού βυθίσματος το οποίο περιλαμβάνει και τις γειτονικές λεκάνες Ζαγκλιβερίου, Μαραθούσης και Βρωμολιμνών. Τοποθετείται 30 km περίπου βόρεια, βορειοανατολικά της πόλης της Θεσσαλονίκης και εκτείνεται κατά τη διεύθυνση Α Δ μεταξύ του όρους Καμήλα και της Ρεντίνας (Σχήμα 2.). Ανατολικά ορίζεται από τους ορεινούς όγκους των Κερδυλλίων και Στρατονικού, βόρεια από τα όρη της Βόλβης και του Βερτίσκου, νότια από το Χορτιάτη, και το όρος Χολομώντα, ενώ δυτικά δεν υπάρχουν σαφή φυσικά όρια. Εντός της λεκάνης βρίσκονται οι λίμνες Λαγκαδά (Κορώνεια ή Αγίου Βασιλείου) και Βόλβης (Μπεσικίων), υπολειμματικές μορφές της μεγάλης πλειστοκαινικής Μυγδονίας λίμνης. Στη σημερινή μορφή η λεκάνη της Μυγδονίας αποτελείται από δύο τμήματα. Το ανατολικό που αποτελεί την υπολεκάνη Βόλβης και το δυτικό την υπολεκάνη Λαγκαδά. Από γεωτεκτονική άποψη το αλπικό προαλπικό υπόβαθρο της Μυγδονίας λεκάνης ανήκει κυρίως στη Σερβομακεδονική μάζα, ενώ ένα μικρότερο τμήμα στα νοτιοδυτικά αυτής, καταλαμβάνεται από σχηματισμούς της Περιροδοπικής και της ζώνης Αξιού (Σχήμα 2.2). Η Σερβομακεδονική μάζα συγκροτείται κυρίως από κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα τα οποία ανήκουν σε δύο μεγάλες σειρές, την κατώτερη των Κερδυλλίων και την ανώτερη του Βερτίσκου (Mercier et al. 983, Μουντράκης 985). Το υπόβαθρο της περιοχής κατέχεται κατά βάση από πετρώματα της ανώτερης σειράς Βερτίσκου τα οποία αποτελούνται από βιοτιτικούς και διμαρμαρυγιακούς γνευσίους, οφθαλμογνευσίους, μαργαρυγιακούς σχιστολίθους, μεταγάββρους, μεταδιαβάσες και αμφιβολίτες και λεπτές ενστρώσεις μαρμάρων. Συχνή είναι η παρουσία όξινων πλουτωνικών πετρωμάτων γρανιτικής και πηγματιτικής σύστασης τα οποία διεισδύουν με μορφή φλεβών στα πετρώματα της σειράς. Ασύμφωνα πάνω στο μεταμορφωμένο υπόβαθρο της λεκάνης τοποθετούνται οι Νεογενείς και Τεταρτογενείς ιζηματογενείς σχηματισμοί χερσαίας κυρίως προέλευσης, οι οποίοι διαιρούνται σε δύο συστήματα. Το Προμυγδονιακό με ηλικία άνω Μειόκαινο κάτω Πλειστόκαινο το οποίο αποτέθηκε στην Προμυγδονιακή λεκάνη και το υπερκείμενο Μυγδονιακό, με ηλικία μέσο Πλειστόκαινο Ολόκαινο. Η μετάβαση των δύο ιζηματογενών συστημάτων σε αρκετές περιπτώσεις είναι βαθμιαία, ενώ σε άλλες το Μυγδονιακό κάθεται ασύμφωνα πάνω στο Προμυγδονιακό σύστημα (Σχήματα 2.3 & 2.4). 2.2

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Οι σημαντικότεροι σχηματισμοί του Προμυγδονιακού συστήματος στην ευρύτερη περιοχή μελέτης (Σχήματα 2.4 & 2.5) έτσι όπως εμφανίζονται σε φυσικές τομές (Ψιλοβίκος, 977), παλαιοντολογικά (Koufοs et al., 989) και στοιχεία βαθιών γεωτρήσεων (B.R.G.M., 97), αποτελούνται με σειρά διαδοχής από κάτω προς τα πάνω από ) ένα στρώμα αποσάθρωσης του αλπικού μεταμορφωμένου υποβάθρου (γνευσίου και μαρμαρυγιακού σχιστολίθου) εντός του οποίου υπάρχουν κατά θέσεις ασβεστιτικά συγκρίματα, 2) κροκαλοπαγή αποτελούμενα κυρίως από κροκάλες μαρμαρυγιακού σχιστολίθου, γνευσίου και αμφιβολιτών οι οποίες συγκολλούνται μεταξύ τους με χαλαζιακό ψαμμιτικό υλικό, 3) ψαμμίτες, 4) αργιλοψαμμιτικά ιζήματα εναλλαγών αργίλου, άμμου και ιλύος και 5) ερυθροστρώματα τα οποία συνίστανται από αργιλικά υλικά, κροκάλες και άμμους που παρουσιάζουν χαρακτηριστικό ερυθρό χρώμα. Το βάθος στο οποίο αναπτύσσεται το Προμυγδονιακό σύστημα σχετίζεται με τα παλαιογεωγραφικά χαρακτηριστικά της λεκάνης. Στο δυτικό τμήμα αυτής συναντάται στα 60 m (Ψιλοβίκος, 977), στο κεντρικό στα 80 m (Ραπτάκης 995, Raptakis et. al. 2000), ενώ για το ανατολικό δεν υπάρχουν σαφή στοιχεία. Στο νότιο, νοτιοδυτικό άκρο της λεκάνης κατά μήκος των χωριών Στίβου Νικομηδινού Γερακαρού Βασιλούδι Ζεστό Νερό Αγιάσματος Λαγυνά Λητή, εμφανίζεται επιφανειακά ο σχηματισμός των ερυθροστρωμάτων ο οποίος είναι γνωστός και ως σχηματισμός «Γερακαρούς» με πάχη κατά περιοχές μεγαλύτερα των 00 m (Κουφός και συν., 994). Σχήμα 2.. Τοπογραφικό διάγραμμα της ευρύτερης περιοχής μελέτης στο οποίο απεικονίζεται με τη στικτή γραμμή τα όρια της Μυγδονίας λεκάνης. Το Μυγδονιακό σύστημα στην ευρύτερη περιοχή μελέτης διακρίνεται σε κατώτερες και ανώτερες αποθέσεις. Οι κατώτερες συνίσταται από ) κροκάλες γνευσίου, μαρμαρυγιακού σχιστολίθου και φυλλίτη, 2) άμμοι, 3) αργιλικά υλικά και 4) ένα στρώμα λεπτόκοκκης άμμου. Στο ανώτερο τμήμα αποθέσεων συναντούνται από ) αργιλικά υλικά, 2) εναλλαγές 2.3

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) αργίλου και άμμου, 3) άμμοι, 4) κροκάλες και άμμοι και 5) χημικά ιζήματα (τραβερτίνες). Οι σχηματισμοί αυτοί καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος της σημερινής Μυγδονίας λεκάνης με πάχος που σε πολλές περιοχές ξεπερνά τα 00 m (Ψιλοβίκος, 977). Στο Σχήμα 2.6 παρουσιάζεται η γεωγραφική εξάπλωση των δύο ιζηματογενών συστημάτων στην περιοχή μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης. Μεταλπικά ιζήματα κοιλάδας Στρυμόνα Σειρά Βερτίσκου Σειρά Κερδυλλίων Μάζα Ροδόπης Περιροδοπική ζώνη Όρια Σερβομακεδονικής μάζας Σχήμα 2.2. Χάρτης της Σεβομακεδονικής μάζας (Μουντράκης, 985). Σχήμα 2.3. Χάρτης της Μυγδονίας λεκάνης με την ανάπτυξη των κύριων λιθολογικών ενοτήτων που τη συνιστούν (Sotiriadis et al., 983). 2.4

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Περίοδος Τ ε τ α ρ τ ο γ ε ν έ ς Ν ε ο γ ε ν έ ς Εποχή Πόντιο Βιλλαφράγκιο Πλειστόκαινο Ολόκαινο Προμυγδονιακό Μυγδονιακό Σύστημα Σχηματισμός Ευθροστρώματα Ιλυοαμμούχα ιζήματα Σχιστόλιθος Βάθος (m) Λιθολογία Γεωλογική περιγραφή Απολιθώματα Τραβερτίνες Κροκαλοπαγές Άμμος Λεπτά στρώματα άμμου, ιλύος Εναλλαγές αργίλου, ιλύος, άμμου Βάρβες Λεπτά στρώματα άμμου, ιλύος Άμμος Κροκαλοπαγές Διασταυρούμενη στρώση χοντρόκοκκων και λεπτόκοκκων κλαστικών ιζημάτων, κόκκινου - καφέ χρώματος, xερσαίας προέλευσης. Ρυθμίτες αποτελούμενοι από 3 στρώματα: ιλυώδης αργίλου, λεπτές στρώσεις αμμώδης ιλύος και άμμου/κροκαλοπαγούς. Λιμναία - ποτάμια ιζήματα sταχτοκίτρινου - καφέ χρώματος. Διασταυρούμενη στρώση χοντρόκοκκης - λεπτόκοκκης άμμου, καφέ - μαύρου χρώματος. Λεπτοί φακοί αργίλου με pillow lava. Sus scrofa Bos faurus Capra hircus Equus sp. Bos sp. Unio sp. Cardium edule Spondylus gaederopus Donax verustrus Eguus stenonis Dicerothinus etruscus Canis etruscus Croizetoceros ramosus Eucladoceros senezensis Dicerorhinus orrientalis Κροκαλοπαγές 500 Φερτά υλικά ποταμών: κροκάλες και άμμοι Μανδύας αποσάθρωσης με ασβεστιτικά συγκρίματα Γεωλογικό υπόβαθρο (γνεύσιος, μαρμαρυγιακός σχιστόλιθος, αμφιβολίτες, γρανίτες, φυλλίτες, κ.ά.) Σχήμα 2.4. Στρωματογραφική διάρθρωση της Μυγδονίας λεκάνης (Sotiriadis et al., 983). Sandy marl Silty, clay Silty sand Red beds Sandstone Fossil verbebrates Σχήμα 2.5. Στρωματογραφική διάρθρωση της Μυγδονίας λεκάνης κοντά στη Γερακαρού (Koufos et al., 995). 2.5

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Ολόκαινο Αλλουβιακές αποθέσεις Αποθέσεις στις κοίτες ποταμών και χειμάρρων Αποθέσεις κοιλάδων Ρήγματα, ασυνέχειες Πλειστόκαινο Λιμναίες αποθέσεις (Μυγδονιακό σύστημα) Χερσαία (ποτάμια και πλημμυριακά) ερυθροστρώματα (Σχηματισμός Γερακαρούς Προμυγδονιακού συστήματος) Τεταρτογενές Ριπιδογενείς αποθέσεις στις εξόδους ρεμάτων Αλπικοί και προαλπικοί σχηματισμοί Φυλλίτες και χαλαζίτες (Περιροδοπικής ζώνης και Αξιού) Όξινοι πλουτωνίτες (γρανίτες, γρανοδιορίτες, κ.ά.) Μεταμορφωμένα πετρώματα (γνεύσιοι, σχιστόλιθοι, αμφιβολίτες, πρασινοσχιστόλιθοι, ορθογνεύσιοι) Υπερβασικά πετρώματα Σχήμα 2.6. Νεοτεκτονικός χάρτης της Μυγδονίας λεκάνης (φύλλο Λαγκαδά, κλίμακας :00.000, Μουντράκης και συν., 997). 2.6

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) 2.3 ΓΕΩΤΕΚΤΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Στην Προμυγδόνια λεκάνη έλαβαν χώρα δύο κύρια τεκτονικά στάδια. Κατά το πρώτο, ο εφελκυσμός του μέσου κατώτερου Μειοκαίνου δημιούργησε ρηξιγενείς ζώνες διεύθυνσης ΒΔ - ΝΑ και ΒΑ - ΝΔ στη Σερβομακεδονική μάζα, με αποτέλεσμα την καταβύθιση της εντός των ρηγμάτων περιοχής (Σχήμα 2.7α). Ασύμφωνα πάνω στο κρυσταλλικό υπόβαθρο αυτής άρχισε η ιζηματογένεση της Προμυγδονιακής ακολουθίας ιζημάτων, ενώ η δράση των ρηξιγενών ζωνών δημιούργησαν μεταξύ Ποντίου άνω Βιλλαφράγκιου την Προμυγδονιακή λεκάνη (Σχήμα 2.7β). Η καταβύθιση της περιοχής συνεχίσθηκε από τη δράση μικρότερων ρηγμάτων, με αποτέλεσμα τη δημιουργία της Μυγδονίας λεκάνης. Με τη συγκέντρωση των μεταφερόμενων της περιβάλλουσας περιοχής υδάτων, που δεν έβρισκαν διέξοδο προς τη λεκάνη του Στρυμόνα, δημιουργήθηκε η ομώνυμη λίμνη. Η έκτασή της ήταν περίπου 500 km 2 και κάλυπτε το χαμηλότερο τμήμα των υπολεκανών Λαγκαδά και Βόλβης καθώς και το βόρειο της Μαραθούσης λεκάνης. Στο Τεταρτογενές, έλαβε χώρα το δεύτερο τεκτονικό στάδιο κατά το οποίο υπήρξε καταβύθιση της Μυγδονίας λεκάνης και παράλληλη πλήρωσή της με τη Μυγδονιακή ακολουθία ιζημάτων (Σχήμα 2.7γ). Ακολούθησε σταδιακή ταπείνωση της στάθμης της Μυγδονίας λίμνης, λόγω της διοχέτευσης μέρους των υδάτων της προς τη λεκάνη του Στρυμόνα και ο χωρισμός της σε δύο μικρότερες λεκάνες, του Λαγκαδά και της Βόλβης. Η διαχωρισμός των δύο λιμνών προήλθε από ένα έξαρμα ράχεων και αναβαθμίδων μεταξύ Σχολαρίου Στίβου. Η παρουσία του ανιχνεύτηκε με διασκοπήσεις σεισμικής διάθλασης που διεξήχθησαν από τη B.R.G.M. (97) κατά μήκος του ποταμού Δερβένι που ρέει στο κέντρο της λεκάνης. Η δημιουργία του εξάρματος οφείλεται στην έντονη μεταφορά κλαστικών υλικών μέσω χειμάρρων και ρευμάτων και εναπόθεσή τους στο κεντρικό τμήμα της Μυγδονίας λίμνης (Ψιλοβίκος 977, Sotiriadis et al. 983). Η έντονη διάβρωση που ακολούθησε στη περιοχή είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του ύψους του εξάρματος (μέγιστο ύψος 85 m), με αποτέλεσμα την αποκατάσταση της επικοινωνίας των δύο υπολεκανών Λαγκαδά και Βόλβης (Ψιλοβίκος, 997). Η στάθμη των λιμνών μειώθηκε αισθητά, φτάνοντας τα σημερινά περίπου επίπεδα. Μεταξύ των δύο υπολεκανών επικρατεί τεκτονική ανεξαρτησία, γεγονός που επιβεβαιώθηκε από παρατηρήσεις σε μεγάλους σεισμούς του παρελθόντος. Οι κύριες τεκτονικές δομές που παρατηρούνται στην υπολεκάνη Λαγκαδά είναι το ρήγμα του Χορτιάτη και του Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου στη νότια πλευρά της, και του Ευαγγελισμού Δρακοντίου Κολχικού στη βορειοδυτική (Kockel et al., 97). Η τεκτονική κατάσταση του ανατολικού τμήματος της Μυγδονίας εμφανίζεται πιο περίπλοκη. Κανονικά ρήγματα διεύθυνσης Α Δ, ΒΑ - ΝΔ και ΒΔ - ΝΑ έχουν σχηματισθεί στη βόρεια και νότια πλευρά της υπολεκάνης Βόλβης (Σχήματα 2.6 & 2.8). Οι Μουντράκης και συν. (997) μελέτησαν διεξοδικά τα ρήγματα της περιοχής με σκοπό τον χαρακτηρισμό τους ως σεισμικά, ενεργά, πιθανά ενεργά και ανενεργά. 2.7

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) α) Κατώτερο-Ανώτερο Μειόκαινο β) Πόντιο-Βιλλαφράγιο γ) Τεταρτογενές Προμυγδονιακό σύστημα Μυγδονιακό σύστημα Γεωλογικό υπόβαθρο Σχήμα 2.7. Σχεδιάγραμμα με τα κύρια τεκτονικά στάδια εξέλιξης της Προμυγδονιακής λεκάνης (Sotiriadis et al., 983). Ο διαχωρισμός βασίσθηκε σε στρωματογραφικά και γεωμορφολογικά στοιχεία, στην κατανομή επικέντρων μικροσεισμών, τη γραμμική τοποθέτηση θερμών πηγών, τις επιφάνειες ρηγμάτων, κλπ. Σύμφωνα με τους προαναφερόμενους ερευνητές, το ρήγμα Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου (απεικονίζεται ως F-GNSP στο Σχήμα 2.8) θεωρείται σεισμικά ενεργό. Αναπτύσσεται σε μήκος 2 km περίπου με κύρια διεύθυνση Α Δ η οποία κατά διαστήματα γίνεται ΔΒΔ ΑΝΑ, ΑΒΑ ΔΝΔ, λόγω της τοξοειδούς ανάπτυξής του. Πρόκειται για ένα τυπικά λιστρωτό ρήγμα με διεύθυνση κλίσης προς το βορρά και γωνία κλίσης 70 ο 80 ο η οποία με την αύξηση του βάθους μειώνεται στις 35 ο (Pavlidis and Kilias 987, Pavlides et al. 2006, Tranos et al. 2003). Εμφανίζεται ως το όριο μεταξύ του υποβάθρου και των Νεογενών - Τεταρτογενών αποθέσεων αλλά και μεταξύ των τελευταίων. Με βάση ιζηματολογικές και ενδείξεις το συνολικό γεωλογικό άλμα στο Τεταρτογενές φτάνει τα 250 m, ενώ ο ρυθμός ολίσθησης κατά τη διάρκεια Ολοκαίνου άνω Πλειστοκαίνου κυμαίνεται μεταξύ mm/year (Χατζηπέτρος 988). Το ρήγμα διαχωρίζεται στη θέση του Στίβου σε δύο επιμέρους κλάδους. Ο βόρειος με μήκος 8 km αναπτύσσεται κατά μήκος του άξονα Σχολαρίου - Στίβου με διεύθυνση ΒΔ ΝΑ και μετάπτωση προς τα ΝΔ (απεικονίζεται ως F-Sx στο Σχήμα 2.8) και αποτελεί γεωμορφολογική αναβαθμίδα ως όριο του υποβάθρου με τις Νεογενείς Τεταρτογενείς 2.8

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) αποθέσεις. Ο μεσαίος κλάδος αναπτύσσεται σε μήκος 5 km στον άξονα Στίβος - Σχολάρι με διεύθυνση ΑΝΑ ΔΒΔ και κλίση ΒΒΑ (απεικονίζεται ως F-VL στο Σχήμα 2.8) και κόβει τις πολύ πρόσφατες αλλουβιακές προσχώσεις της Μυγδονίας λεκάνης. Σχήμα 2.8. Δορυφορική εικόνα (Landsat-5) των κύριων τεκτονικών δομών της Μυγδονίας λεκάνης ( η Ετήσια Τεχνική Έκθεση του Ερευνητικού Προγράμματος SRM-Life, 2004). 2.4 ΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΔΕΔΟΜΕΝΑ 2.4. Σεισμικότητα της περιοχής Η Σερβομακεδονική μάζα αποτελεί μια από της πιο σεισμικά ενεργές ζώνες του βορειοελλαδικού χώρου με μεγάλη συγκέντρωση εστιών μεγάλων σεισμών (Papazachos et al. 979 & 982, Mercier et al. 983, Mountrakis et al. 983, Pavlidis and Kilias 987, Tranos et al. 2003). Μια κύρια συγκέντρωση σεισμικών εστιών παρατηρείται στη γειτονία του σεισμικού ρήγματος Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου, ενώ δευτερεύουσες στους κόλπους Ιερισσού, Θερμαϊκού και Κασσάνδρας (Σχήμα 2.9). Η πλειοψηφία των πηγών δίνει επιφανειακούς σεισμούς με εστιακά βάθη που κυμαίνονται από 5 έως 5 km. Οι σημαντικότεροι σεισμοί του προηγούμενου αιώνα είναι της Ασσήρου (5 Ιουλίου 902, M s = 6.6), της Kresna (4 Απριλίου 904, M s = 7.6), του Αγίου Όρους (8 Νοεμβρίου 905, M s = 7.4), της Ιερισσού (26 Σεπτεμβρίου 932, M s = 7.0) και του Στίβου (20 Ιουνίου 978, M s = 6.5). Ο σεισμός του 978 υπήρξε καταστροφικός για την πόλη της Θεσσαλονίκης και αποτέλεσε την αιτία εντατικής μελέτης του σεισμοτεκτονικού περιβάλλοντος της Μυγδονίας λεκάνης. Συνδέθηκε με το ρήγμα Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου (Papazachos et al. 979, Mountrakis et al. 983). Ο σεισμός του 978 προκάλεσε ουσιαστικά την έναρξη της συστηματικής σεισμολογικής και γεωτεχνικής έρευνας στην Ελλάδα, δεδομένου ότι για πρώτη φορά στα χρονικά 2.9

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) «χτυπήθηκε» μια μεγάλη σύγχρονη πόλη. Η σεισμική δραστηριότητα του 978 χωρίζεται σε δύο σεισμικές ακολουθίες (Papazachos et al., 982). Την προσεισμική ακολουθία (8/5 - /6/978) που προκλήθηκε από την ενεργοποίηση του ανατολικού τμήματος του σεισμικού ρήγματος διεύθυνσης ΑΒΑ - ΔΝΔ και την κύρια ακολουθία (/6-2/7/978) στο δυτικό τμήμα του ρήγματος με διεύθυνση ΔΒΔ - ΑΝΑ (Σχήμα 2.0). Η διάρρηξη του ανατολικού τμήματος του ρήγματος επηρέασε την ισορροπία των τάσεων στο δυτικό, με συνέπεια τη μετακίνηση της σεισμικής δράσης προς το τμήμα αυτό (Tranos et al., 2003). Η κατανομή της ολίσθησης από τη σεισμική ακολουθία του 978 προσδιορίστηκε με την αντιστροφή μακροσεισμικών και γεωδαιτικών δεδομένων (Roumelioti et al., 2005). Η χωρική κατανομή της ολίσθησης δείχνει δύο συγκεντρώσεις. Η κύρια τοποθετείται στην περιοχή μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης και η δεύτερη κάτω από τη λίμνη Λαγκαδά (Σχήμα 2.α). Με βάση το προτεινόμενο προσομοίωμα ολίσθησης των Roumelioti et al. (2005) έγινε η εκτίμηση των τιμών της εδαφικής μετατόπισης λόγω της σεισμικής ακολουθίας του 978 (Σχήμα 2.β). Οι μέγιστες τιμές της παρατηρούνται στο κεντρικό - δυτικό τμήμα της λεκάνης κοντά στον Προφήτη, Σχολάρι και το ανατολικό τμήμα της λίμνης Λαγκαδά. Οι συνθετικές εκτιμήσεις συμφωνούν με την κατανομή της ολίσθησης, τις εδαφικές διαρρήξεις, τα φαινόμενα ρευστοποίησης και τις κυριότερες υλικές ζημιές που παρατηρήθηκαν στα χωριά Περιστερώνα, Στίβος, Γερακαρού, Νικομηδινό, Σχολάρι, κ.ά. (Σχήμα 2.2). Σχήμα 2.9. Επίκεντρα σεισμών στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης για τη χρονική περίοδο (Galanis et al., 2004). 2.0

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Σχήμα 2.0. Κατανομή επικέντρων (a - d) της σεισμικής ακολουθίας του 978 με τους μηχανισμούς γένεσης των μεγαλύτερων προσεισμών και του κυρίως σεισμού, τα ρήγματα (γκρί γραμμές) και τις εδαφικές διαρρήξεις που παρατηρήθηκαν (Tranos et al., 2003). α) β) Σχήμα 2.. α) Προτεινόμενο προσομοίωμα ολίσθησης με τα επίκεντρα των προσεισμών και μετασεισμών και του κυρίως σεισμού του 978 (κύκλοι χρώματος πράσινο, κίτρινο και κόκκινο αντίστοιχα), β) συνθετικές εκτιμήσεις μετατόπισης (σε mm) και γεωδαιτικές μετρήσεις (άσπροι κύκλοι) που έλαβαν χώρα πριν και μετά το σεισμό του Στίβου (Roumelioti et. al., 2005). 2.

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Σχήμα 2.2. Χάρτης εδαφικών διαρρήξεων που παρατηρήθηκαν κατά τον κύριο σεισμό του 978 (Papazachos et al., 979) Πεδίο τάσεων Με τη χρήση μηχανισμών γένεσης σεισμών που έλαβαν χώρα στο Βορειοελλαδικό χώρο, προσδιορίσθηκε η διεύθυνση του κύριου άξονα εφελκυσμού Τ για την ευρύτερη περιοχή της Μυγδονίας λεκάνης (Final Euroseisrisk Report, 2005). Το πεδίο εφελκυσμού είναι υπεύθυνο για την ενεργοποίηση των κανονικών ρηγμάτων στη περιοχή (Μουντράκης και συν. 997). Το Σχήμα 2.3 αποτυπώνει τη διεύθυνση του άξονα εφελκυσμού Τ σε 0 υπο-περιοχές του ανατολικού τμήματος της Μυγδονίας λεκάνης (Vamvakaris et al., 2006) καθώς και τη μέση τιμή του, όπως υπολογίστηκε από τους Papazachos and Kiratzi (992) και Gephart and Forsyth (984). Η διεύθυνση της μέσης τιμής του είναι ΒΒΑ ΝΝΔ και παρουσιάζει μικρές αποκλίσεις από αυτή που προσδιορίσθηκε μέσω νεοτεκτονικών μελετών (Mountrakis et al., 2003). Οι παραμορφώσεις του στερεού φλοιού λόγω του εφελκυστικού πεδίου καταγράφηκαν από δίκτυο 25 καταγραφικών μονάδων GPS στην ευρύτερη περιοχή μελέτης (Σχήμα 2.4). Οι γεωδαιτικές μετρήσεις που έγιναν σε διαφορετικές χρονικές περιόδους (Savvaidis et al. 997, Fotiou et al. 2003, Savvaidis and Ifadis 2000, Doukas et al. 2004) έδειξαν έντονες μετακινήσεις του φλοιού της τάξης των 5-6 mm/year διεύθυνσης Β Ν, για την περίοδο Στο χρονικό διάστημα ακολούθησε περίοδος «εκτόνωσης» των τάσεων με εξαίρεση μεμονωμένα σημεία της περιοχής (Σχήμα 2.5). Τα αποτελέσματα των γεωδαιτικών μετρήσεων υπήρξαν συμβατά με αυτά σεισμολογικών, νεοτεκτονικών μελετών και βαρυτικών μετρήσεων που έλαβαν χώρα στην ευρύτερη περιοχή μελέτης (Martinod et al. 997, Papazachos et al. 2003). 2.2

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Σχήμα 2.3. Χάρτης με τη διεύθυνση του άξονα εφελκυσμού Τ (άσπρα βέλη: Papazachos and Kiratzi 992, μαύρα: Gephart and Forsyth 984, γκρι: Mountrakis et al. 2003). Η μέση τιμή του άξονα Τ για τις 0 υπο-περιοχές μελέτης απεικονίζεται με το μαύρο έντονο βέλος στο κάτω μέρος του σχήματος και παρουσιάζει διεύθυνση ΒΒΑ ΝΝΔ (Vamvakaris et al., 2006). Σχήμα 2.4. Δίκτυο καταγραφικών μονάδων GPS που χρησιμοποιήθηκε στις γεωδαιτικές μετρήσεις της Μυγδονίας λεκάνης ( st Annual Euroseisrisk Report, 2002/Team coordinator: P. Savvaidis). 2.3

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Σχήμα 2.5. Μετακινήσεις στην περιοχή της Μυγδονίας λεκάνης για την περίοδο (Doukas et al., 2004) Καταγραφικά δίκτυα Η σεισμικότητα του Βορειοελλαδικού χώρου και της ευρύτερης περιοχής καταγράφεται από το 98 από το μόνιμο τηλεμετρικό σεισμομετρικό δίκτυο του Εργαστηρίου Γεωφυσικής του Τμήματος Γεωλογίας Α.Π.Θ. Κατά καιρούς μικρότερα, προσωρινά δίκτυα σεισμογράφων λειτούργησαν περιφερειακά της Μυγδονίας λεκάνης και της Θεσσαλονίκης για τη μελέτη της τοπικής σεισμικότητας (Σχήμα 2.6). Από τη στιγμή της λειτουργίας του μόνιμου δικτύου έχει καταγραφεί πλήθος τοπικών και μακρινών σεισμών. Οι καταγραφές τους αποδελτιώνονται σε πλήρη κατάλογο, ο οποίος περιλαμβάνει νέους και ιστορικούς σεισμούς της Ελλάδος (Papazachos et al., 2000 & 2006). Είναι ομοιογενής ως προς το μέγεθος σεισμικής ροπής (Μ w ) και για κάθε σεισμικό γεγονός δίνονται οι βασικές εστιακές παράμετροι (χρόνος γένεσης, επίκεντρο, εστιακό βάθος, μέγεθος). Παρουσιάζει πληρότητα για σεισμούς με μέγεθος Μ 6.0 από το 550 π.χ., με Μ 4.9 από το 9 και Μ 4.5 από το 950 έως σήμερα. Στην περιοχή μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης, εγκαταστάθηκε σταδιακά με σχεδιασμό και ευθύνη του Eργαστηρίου Εδαφοδυναμικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. στα πλαίσια των Ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραμμάτων Euroseistest, Euroseismod και Euroseisrisk ένα τρισδιάστατο δίκτυο επιταχυνσιογράφων, οι σταθμοί του οποίου είναι γεωγραφικά κατανεμημένοι στις διευθύνσεις Β Ν και Α Δ περίπου (Σχήμα 2.7). Το δίκτυο λειτουργεί σε μόνιμη βάση από το 993 έως σήμερα και περιλαμβάνει 8 επιφανειακούς και εντός γεωτρήσεων επιταχυνσιογράφους τριών συνιστωσών υψηλής ανάλυσης (>8 bits). Τα 2/3 των σταθμών είναι επιφανειακοί και οι υπόλοιποι εγκαταστημένοι σε γεωτρήσεις σε διαφορετικά βάθη και γεωλογικούς σχηματισμούς στις θέσεις TST και PRO 2.4

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) (Pitilakis et al. 994, Ραπτάκης 995, Raptakis et al. 998 & 2000). Στην περιοχή κατά διαστήματα εγκαταστάθηκαν για σύντομα χρονικά διαστήματα παροδικά δίκτυα σεισμογράφων, τα δεδομένα των οποίων χρησιμοποιήθηκαν σε πλήθος πρόσφατων ερευνών (Ραπτάκης 995, Raptakis et al. 998 & 2000, Jongmans et al 998, Riepl et al. 998, Chávez-García et al. 2000, Μάκρα 2000, Makra et al. 200). DEP AGE LAG KLH AGV PLA Σχήμα 2.6. Μόνιμο σεισμομετρικό δίκτυο (τρίγωνα) του Εργαστηρίου Γεωφυσικής του Τμήματος Γεωλογίας Α.Π.Θ. και προσωρινό δίκτυο (τετράγωνα) που λειτούργησε κατά την περίοδο 7/200 6/2005 για τις ανάγκες του Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος Euroseisrisk. Παρουσιάζονται τα επίκεντρα των σεισμών με μέγεθος 2.5 Μ w 5.5 που καταγράφηκαν κατά τη χρονική περίοδο // /6/2005 [2 nd Annual Euroseisrisk Report, 2003/Team coordinator: P. Hatzidimitriou]. 2.5

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) PRO ΒΒΔ PRO-33m GRA BRG KOK ANA TST TSE ATH DAB ΔNΔ TST-2m FRM BUT ΑBA TST-40m TST-72m TST-36m TST-97m STC STI ΝΝΑ Χωρίς κλίμακα Σχήμα 2.7. Επιφανειακοί (BRG, KOK, ANA, TST, TSE, ATH, DAB, PRO, GRA, FRM, BUT, STC, STI) και εντός γεωτρήσεων (PRO-33m, TST-2m, TST-40m, TST-72m, TST- 36m, TST-97m) σταθμοί του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων της Μυγδονίας λεκάνης (Final Euroseisrisk Report, 2005/Team coordinator: K. Pitilakis) Σεισμικά δεδομένα Στο μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων έχουν καταγραφεί από το χρόνο λειτουργίας του πάνω από 300 τοπικοί και μακρινοί σεισμοί. Οι καταγραφές μεταφέρονται ενσύρματα και ασύρματα και αποθηκεύονται σε μια βάση δεδομένων που έχει κατασκευαστεί ειδικά για 2.6

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) το σκοπό αυτό. Σε αυτή περιέχονται υψηλής ποιότητας και ανάλυσης χρονοϊστορίες με παραμέτρους τόσο της πηγής όσο και του σταθμού καταγραφής. Ειδικότερα, για κάθε σεισμό με μέγεθος πάνω από 4.5 δίνονται οι συντεταγμένες του επικέντρου, το εστιακό βάθος, το μέγεθος, ο μηχανισμός γένεσής του, και άλλες παράμετροι. Για το σταθμό καταγραφής το όριο διέγερσης, το βήμα δειγματοληψίας, ο προσανατολισμός, οι γεωλογικές και γεωτεχνικές συνθήκες της θέσης εγκατάστασής του. Η βάση αυτή δεδομένων εμπλουτίστηκε από τις καταγραφές των προσωρινών σεισμομετρικών δικτύων που λειτούργησαν στην ευρύτερη περιοχή της Μυγδονίας. Οι κοινές καταγραφές των δύο δικτύων χρησιμοποιήθηκαν για τον επανακαθορισμό των επικέντρων (Galanis et al., 2004) και τον υπολογισμό των μηχανισμών γένεσης των σεισμών (Vamvakaris et al., 2004). Οι μεγαλύτεροι σεισμοί που καταγράφηκαν στο δίκτυο είναι ο σεισμός της Αρναίας 4/5/995 (Μ w =5.8), της Κοζάνης 3/5/995 (M w =6.6), της Λευκάδας 4/8/2003 (M w =6.3), της Ν. Σάντα 20/4/2005 (Μ L =4.), των Κυθήρων 8//2006 (M w =6.9). Στο Σχήμα 2.8 παρουσιάζονται ενδεικτικά οι χρονοϊστορίες του σεισμού της Ν. Σάντα 20/4/2005 (επίκεντρο σεισμού 40.84, 22.96) όπως καταγράφηκε στους επιταχυνσιογράφους της διεύθυνσης Α Δ. Στον Πίνακα 2. παρουσιάζονται σεισμοί που καταγράφηκαν στο μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων τη χρονική περίοδο BRG KOK ANA TST ATH DAB Σχήμα 2.8. Καταγραφές του σεισμού της Ν. Σάντα (20/4/2005, Μ L =4.) στους σταθμούς του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων της διεύθυνσης Α Δ. 2.7

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Πίνακας 2.. Σεισμοί που έχουν καταγραφεί στο μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων της Μυγδονίας κατά τη χρονική περίοδο 3/0/ /04/2005. Νο EventDate EventTime Magnitude EcoordN EcoordE Depth (km) 3/0/ :56: /03/ :32: /06/ :35: /2/ :49: /0/200 00:42: /07/200 00:2: /08/200 2:49: /0/200 04:50: /0/200 05:32: /0/200 06:55: /0/200 08:00: /0/2003 2:5: /03/2004 0:39: /05/ :55: /06/2004 8:9: /06/ :38: /07/ :04: /07/ :2: /07/ :40: /07/2004 6:6: /08/ :7: /09/ :09: /09/ :5: /09/2004 2:24: /09/2004 2:32: //2004 :46: //2004 2:0: /2/2004 0:06: /2/ :50: /2/ :5: /0/ :54: /0/2005 5:08: /0/ :33: /03/2005 4:36: /03/ :8: /04/ :52:

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) 2.5 ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΕΡΕΥΝΑ ΓΙΑ ΤΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ Αντικείμενο πολλών μελετών που διεξήχθησαν στην περιοχή της Μυγδονίας λεκάνης κατά τα έτη ήταν η διερεύνηση της γεωμετρίας και των δυναμικών ιδιοτήτων των γεωλογικών σχηματισμών της (B.R.G.M 97, Θανάσουλας 983, Final Euroseistest Report 995, Ραπτάκης 995, Jongmans et al. 998, Pitilakis et al. 999, Ι.Γ.Μ.Ε. 200, Raptakis et al. 998 & 2000, Τουρνάς 2005). Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε πλήθος γεωφυσικών και γεωτεχνικών μετρήσεων, και γεωτρήσεων. Στις επόμενες παραγράφους αναφέρονται περιληπτικά τα βασικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την έρευνα της περιόδου αυτής. Η πρώτη εκτεταμένη γεωφυσική διασκόπηση στην περιοχή έγινε από τη γαλλική εταιρία B.R.G.M. (Bureau de Recherché Geologiques et Minieres) σε συνεργασία με την Υ.Ε.Θ. κατά τα έτη , με σκοπό την αποτίμηση του υδρογραφικού δυναμικού της Μυγδονίας λεκάνης (B.R.G.M., 97). Οι μετρήσεις πεδίου συμπεριλάμβαναν ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις, σεισμική διάθλαση και διάτρηση υδρογεωτρήσεων και πιεζογεωτρήσεων σε όλη την έκταση της λεκάνης (Σχήμα 2.9). Από τις τρεις τομές σεισμικής διάθλασης προσδιορίστηκε το βάθος της επιφάνειας του μη-υδροπερατού γεωλογικού σχηματισμού που συμπίπτει με το κρυσταλλοσχιστώδες υπόβαθρο της περιοχής, και οι τιμές της ταχύτητας των διαμήκων κυμάτων (V p ) τεσσάρων γεωλογικών σχηματισμών. Από τις γεωτρήσεις που διατρήθηκαν, η S3 art είναι η μοναδική υδρογεώτρηση που συνάντησε το βραχώδες υπόβαθρο σε βάθος 405 m, νότια, νοτιοανατολικά του Σχολαρίου. Η σύνθεση όλων των αποτελεσμάτων έρευνας της B.R.G.M έδωσε τη δυνατότητα κατασκευής του τρισδιάστατου προσομοιώματος του Σχήματος 2.9. Περιγράφει τη γεωμετρία του κρυσταλλοσχιστώδους υποβάθρου της περιοχής μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης. Η γεωμετρία της ενδιάμεσης διαστρωμάτωσης της περιοχής δεν προσδιορίστηκε με τη γεωφυσική διασκόπηση της B.R.G.M. (97). Σύμφωνα με το προσομοίωμα αυτό, το βάθος του υποβάθρου αναγόμενο στην επιφάνεια της θάλασσας είναι μεγαλύτερο των 300 m στο δυτικό τμήμα της λεκάνης, ενώ δεν ξεπερνά τα 00 m στο κεντρικό και ανατολικό τμήμα αυτής. Η γεωμετρία του «δείχνει» ένα σύγκλινο με άξονα παράλληλο με τον κύριο άξονα της λεκάνης (διεύθυνσης Α Δ). Στα πλαίσια διδακτορικής διατριβής (Θανάσουλας, 983) που ακολούθησε την έρευνα της B.R.G.M. (97) πραγματοποιήθηκε αριθμός ηλεκτρικών βυθοσκοπήσεων στη Μυγδονία, με σκοπό την εκτίμηση του βραχώδους υποβάθρου και των τεκτονικών της δομών (Σχήμα 2.20). Σε αριθμό 48 βυθοσκοπήσεων, 2 από αυτές τοποθετούνται στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης. Σε αυτές υπολογίστηκε η μεταβολή της φαινόμενης ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης με το βάθος, και κατασκευάστηκαν γεωηλεκτρικές τομές και χάρτες με όμοια διακύμανση των τιμών της για κάθε ανάπτυγμα ηλεκτροδίων ρεύματος (ΑΒ/2) που χρησιμοποιήθηκε στο πεδίο. Στην ερμηνεία των γεωηλεκτρικών χαρτών λήφθηκε υπόψη πληροφορία από βαρυτικές (Makris, 977) και μαγνητικές μετρήσεις (ΑΒΕΜ, 966) που πραγματοποιήθηκαν στην ευρύτερη περιοχή. Προσδιορίστηκαν τρία 2.9

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) κύρια στρώματα που χαρακτηρίζονται από αντίστοιχες τιμές ειδικής αντίστασης: 0-00 Ωm, Ωm και μεγαλύτερες των 600 Ωm. Το πρώτο στρώμα συσχετίστηκε με τις εδαφικές αποθέσεις, το δεύτερο με το βραχώδες υπόβαθρο και το τρίτο με ένα σχηματισμό ενδιάμεσο του υποβάθρου και των μαγματικών διεισδύσεων (Σχήμα 2.20). Τομές σεισμικής διάθλασης (CC, DD, EE ) Ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις Υδρογεωτρήσεις (Sx), Πιεζογεωτρήσεις (Px) Σχήμα 2.9. Άνω: θέσεις γεωφυσικών διασκοπήσεων και γεωτρήσεων, κάτω: το βάθος του κρυσταλλοσχιστώδους υποβάθρου αναγόμενο στην επιφάνεια της θάλασσας σύμφωνα με την B.R.G.M. (97). 2.20

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Το Ι.Γ.Μ.Ε. (200) πραγματοποίησε 20 επιπλέον ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης μεταξύ των μετρήσεων του Θανάσουλα (983) για υδρογεωλογικούς σκοπούς. Μαζί με τις νέες μετρήσεις αναλύθηκαν και οι βυθοσκοπήσεις του Θανάσουλα (983), ο οποίος σε ορισμένες περιοχές της λεκάνης προσδιόρισε το βραχώδες υπόβαθρο σε εξαιρετικά μεγάλα βάθη. Προσδιορίστηκε η κατανομή της ειδικής αντίστασης με το βάθος και κατασκευάστηκαν νέοι γεωηλεκτρικοί χάρτες, η ερμηνεία των οποίων σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα της B.R.G.M. (97), έδωσαν τη γεωμετρία του υποβάθρου του Σχήματος 2.2. Λίμνη Λαγκαδά Λίμνη Βόλβης Σχήμα Χάρτης με τις βυθοσκοπήσεις (σημεία) και τις ισοβαθείς της άνω επιφάνειας του αλπικού κρυσταλλοσχιστώδους υποβάθρου (σε μέτρα από την επιφάνεια της θάλασσας) σύμφωνα με τον Θανάσουλα (983). Σχήμα 2.2. Χάρτης ισοβαθών του κρυσταλλικού υποβάθρου (σε μέτρα από την επιφάνεια της θάλασσας) σύμφωνα με το Ι.Γ.Μ.Ε. (200). 2.2

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Η γεωμετρία του υποβάθρου μελετήθηκε και στα πλαίσια μεταπτυχιακής διατριβής (Τουρνάς, 2005). Έγινε επεξεργασία αριθμού νέων ηλεκτρικών τομογραφιών και βυθοσκοπήσεων (μέθοδος Schlumberger) που εκτελέστηκαν με χρηματοδότηση και σχεδιασμό στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος Euroseisrisk. Στην επεξεργασία των νέων μετρήσεων αξιοποιήθηκαν και οι μετρήσεις των Θανάσουλα (983) και Ι.Γ.Μ.Ε. (200). Η διακύμανση της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης έδωσε τη δυνατότητα κατασκευής χάρτη με το πάχος των ιζηματογενών αποθέσεων στα όρια της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 2.22). Σχήμα Χάρτης μεταβολής του πάχους των ιζηματογενών αποθέσεων της Μυγδονίας λεκάνης σύμφωνα με τον Τουρνά (2005). Στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος Euroseistest (EV5V-CT /Program Coordinator: K. Pitilakis) που έλαβε χώρα στην Μυγδονία λεκάνη κατά τα έτη , πραγματοποιήθηκε ο κύριος όγκος των γεωφυσικών και γεωτεχνικών μελετών της περιοχής οι οποίες επικεντρώθηκαν στη διεύθυνση Β Ν μεταξύ Προφήτη - Στίβου (Σχήμα 2.23). Οι γεωφυσικές μελέτες περιλάμβαναν ηλεκτρικά, σεισμικά επιφανείας και εντός γεωτρήσεων, ενώ οι γεωτεχνικές μελέτες διάτρηση γεωτρήσεων, δειγματοληψία, δοκιμές πεδίου και εργαστηρίου. Τα βασικότερα αποτελέσματά τους (Pitilakis et al. 994 & 999, Ραπτάκης 995, Jongmans et al. 998, Raptakis et al. 996, 998 & 2000) παρουσιάζονται συνοπτικά στις επόμενες παραγράφους. Κατά μήκος της μηκοτομής Προφήτης Στίβος και βόρειο - βορειοανατολικά αυτής πραγματοποιήθηκαν 35 ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις με τη μέθοδο Schlumberger (Σχήμα 2.23). Από την ανάλυσή τους προσδιορίστηκε σημειακά η μεταβολή της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης με το βάθος ανάλογα με το ανάπτυγμα των ηλεκτροδίων ρεύματος (ΑΒ/2). Από τη μεταξύ τους συσχέτιση κατασκευάστηκαν έξι γεωηλεκτρικές τομές διαφορετικού μήκους και διεύθυνσης (Τ-6), στις οποίες εκτιμήθηκε το πάχος των εδαφικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης (Final Euroseistest Report, 995). 2.22

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Οι σεισμικές διασκοπήσεις περιλάμβαναν 84 αντίστροφες διατάξεις σεισμικής διάθλασης επιμήκων και διατμητικών κυμάτων παράλληλες και κάθετες στη διεύθυνση της μηκοτομής Προφήτης Στίβος (συνολική κάλυψη της μηκοτομής απόσταση 3.5 km), καθώς και 8 μετρήσεις εντός γεωτρήσεων Cross-hole και Down-hole συνολικού βάθους 475 m (Σχήμα 2.23). Τα παραχθέντα από την τεχνητή πηγή σεισμικά κύματα καταγράφηκαν από αριθμό γραμμικά αναπτυσσόμενων γεωφώνων, σεισμομέτρων και επιταχυνσιομέτρων μιας ή/και τριών συνιστωσών. Η ανάλυση των καταγραφών πραγματοποιήθηκε με διάφορες τεχνικές (διάθλαση επιμήκων και διατμητικών κυμάτων, αντιστροφή επιφανειακών κυμάτων, κ.ά.). Προσδιορίστηκε το πάχος, η ταχύτητα των διαμήκων (V p ) και διατμητικών (V s ) κυμάτων, και η απόσβεση (Q p και Q s ) των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών της λεκάνης κατά μήκος της μηκοτομής Προφήτης Στίβος (Final Euroseistest Report, 995). Η διασκόπηση των βαθύτερων γεωλογικών σχηματισμών της πραγματοποιήθηκε με πειράματα μεγάλων εκρήξεων τα οποία πραγματοποιήθηκαν τα έτη 994 και 997 (Final Euroseistest Report 995, Final Euroseismod Report 999). Τα σεισμικά κύματα των εκρήξεων καταγράφηκαν από προσωρινά δίκτυα σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων που εγκαταστάθηκαν στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης (Σχήμα 2.23). Από τις μετρήσεις της περιόδου κατασκευάστηκαν μονοδιάστατες γεωσεισμικές τομές αντιπροσωπευτικές των θέσεων διασκόπησης στις οποίες διακρίθηκαν έξι εδαφικοί σχηματισμοί (από την επιφάνεια προς το υπόβαθρο A, B, C, D, E και F), το γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής (G) και ο μανδύας αποσάθρωσής του (G*). Ο διαχωρισμός των γεωλογικών σχηματισμών της μηκοτομής βασίστηκε στις ταχύτητες V s και δευτερευόντως στις V p των διατάξεων σεισμικής διάθλασης (Final Euroseistest Report, 995). Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των επιφανειακών εδαφικών σχηματισμών της λεκάνης (μέχρι το βάθος των m κατά μήκος της μηκοτομής Προφήτης Στίβος και ως τα 200 m στο κέντρο της λεκάνης στη θέση Euroseistest - TST), προσδιορίστηκαν από το πρόγραμμα γεωτεχνικών δοκιμών το οποίο εκτελέστηκε σε θέσεις γειτονικές των γεωφυσικών διασκοπήσεων (Σχήμα 2.23). Το πρόγραμμα περιλάμβανε δειγματοληπτικές γεωτρήσεις, δοκιμές πρότυπης διείσδυσης (NSPT), πενετρομετρήσεις (CPT) και εργαστηριακές δοκιμές (Final Euroseistest Report 995, Pitilakis et al. 999). Οι δοκιμές NSPT και CPT έγιναν σε πυκνά διαστήματα βάθους στις δειγματοληπτικές γεωτρήσεις, ενώ οι εργαστηριακές σε αντιπροσωπευτικά αδιατάρακτα και διαταραγμένα δείγματα των εδαφικών σχηματισμών τους. Οι τελευταίες περιλαμβάνουν συμβατικές δοκιμές κατάταξης, οιδημέτρου, διάτμησης, στήλης συντονισμού και κυκλικής τριαξονικής. Έγινε η κατάταξη κατά USGS των εδαφικών σχηματισμών της μηκοτομής Προφήτης Στίβος και προτάθηκαν καμπύλες μεταβολής των παραμέτρων G-γ-D για κάθε σχηματισμό (Pitilakis et al., 999). Στις θέσεις εκτέλεσης των γεωτεχνικών δοκιμών κατασκευάστηκαν D γεωτεχνικές τομές οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για το γεωτεχνικό χαρακτηρισμό των εδαφικών σχηματισμών της περιοχής (Σχήμα 2.24). Σε συνδυασμό με τις D γεωσεισμικές τομές στις ίδιες θέσεις, χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνθεση της δισδιάστατης γεωλογικής δομής της λεκάνης. 2.23

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Ηλεκτρική βυθοσκόπηση Μετρήσεις Cross-hole και Down-hole Διάταξη οργάνων και τεχνητή πηγή (έκρηξη) Δειγματοληπτική γεώτρηση Σεισμική διάθλαση επιφανείας Σχήμα Θέσεις γεωφυσικών και γεωτεχνικών δοκιμών κατά τη διεύθυνση Β - Ν S4 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S S8 S9 S0 S S3 S5 S Vs (m/s) DEPTH (m) Soil Type SM. SM-SC, ML CL SM SM-SG SM-ML CL-ML CH CL stiff SC-CL gravels Wheather Rock Rock 250 Σχήμα Μονοδιάστατες γεωφυσικές και γεωτεχνικές τομές κατά μήκος της διεύθυνσης Β - Ν της Μυγδονίας (S4: Προφήτης, S2: Στίβος) με την κατάταξη των σχηματισμών και τη μεταβολή της ταχύτητας V s (Ραπτάκης 995, Raptakis et al. 998). 2.24

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Για τη γεωλογική δομή της μηκοτομής Προφήτης Στίβος προτάθηκαν δύο εδαφικά προσομοιώματα που περιγράφουν τη γεωμετρία και τις δυναμικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών της, κάνοντας χρήση των ίδιων γεωφυσικών και γεωτεχνικών δεδομένων που αναφέρθηκαν παραπάνω (Jongmans et al. 998, Raptakis et al. 998 & 2000). Η κατασκευή του εδαφικού προσομοιώματος των Jongmans et al. (998) βασίστηκε στις ταχύτητες V p που προσδιορίστηκαν από τις διατάξεις σεισμικής διάθλασης επιμήκων κυμάτων. Οι εδαφικοί σχηματισμοί που διαχωρίστηκαν με βάση τις ταχύτητες V p, χαρακτηρίστηκαν ως προς τις ταχύτητες των διατμητικών κυμάτων σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μεθόδου της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων σε 20 θέσεις κατά μήκος της μηκοτομής. Οι ταχύτητες V s για το κεντρικό τμήμα της λεκάνης (θέση SL στο Σχήμα 2.23) προσδιορίστηκαν μέχρι το βάθος των 20 m. Οι τιμές V s των βαθύτερων εδαφικών σχηματισμών των προαναφερόμενων ερευνητών παρουσιάζουν διαφορές με τις αντίστοιχες των Raptakis et al. (998 & 2000), έστω και αν έχουν χρησιμοποιηθεί τα ίδια γεωφυσικά στοιχεία. Οι Raptakis et al. (998 & 2000) πρότειναν ένα εδαφικό προσομοίωμα για την τομή Προφήτης Στίβος βασιζόμενοι στις ταχύτητες V s των διατάξεων σεισμικής διάθλασης διατμητικών κυμάτων και της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων. Στη σύνθεση του προσομοιώματός τους έλαβαν υπόψη και γεωτεχνικά στοιχεία της μηκοτομής. Σύμφωνα με το προσομοίωμα των Raptakis et al. (998 & 2000), το πάχος των εδαφικών σχηματισμών στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης (θέση TST) φτάνει τα 96 m. Το προτεινόμενο από τους Raptakis et al. (2000) γεωλογικό προσομοίωμα για την μηκοτομή Προφήτης Στίβος παρουσιάζεται στο Σχήμα Σε αυτό αποτυπώνεται η γεωμετρία, το πάχος και η μέση τιμή των δυναμικών παραμέτρων των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της λεκάνης με όρους ταχύτητας επιμήκων (V p για ακόρεστα, V pw για κορεσμένα εδάφη) και διατμητικών (V s ) κυμάτων, παράγοντα απόσβεσης (Q s ) και πυκνότητας (d). Χαρακτηρίζεται από την παρουσία τεσσάρων μεταπτωτικών ρηγμάτων (F F4) στο βόρειο και νότιο άκρο της, τα οποία οριοθετούν τη βύθιση του υποβάθρου σε βάθος έως και 200 m περίπου στο κεντρικό τμήμα της (θέση Euroseistest - TST). Τα ρήγματα F & F2 έχουν επιφανειακή εκδήλωση και ανήκουν στη ζώνη διάρρηξης του σεισμικού ρήγματος Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου. Το εδαφικό προσομοίωμα των Jongmans et al. (998) χαρακτηρίζει μια γεωφυσικού χαρακτήρα δομή για την οποία δίνονται οι ταχύτητες των διαμήκων κυμάτων V p. Το προσομοίωμα αυτό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατάλληλα στη μελέτη της σεισμικής απόκρισης της περιοχής μελέτης, καθώς οι τιμές ταχύτητας V s που υπολογίζονται έμμεσα από τις ταχύτητες V p μέσω εμπειρικών σχέσεων που ισχύουν για ακόρεστα εδάφη (σημειώνεται ότι ο υδροφόρος ορίζοντας στην περιοχή μελέτης βρίσκεται επιφανειακά) εισάγουν ένα ποσοστό αβεβαιότητας που θα πρέπει να συνυπολογιστεί στα αποτελέσματα των αναλύσεων απόκρισης. Από τα προσομοιώματα της γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης που 2.25

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) παρουσιάστηκαν μέχρι στιγμής, μόνο η δισδιάστατη εδαφοδυναμική τομή Προφήτης Στίβος των Raptakis et al. (2000) μπορεί και έχει χρησιμοποιηθεί σε μονοδιάστατες (D) και δισδιάστατες (2D) αναλύσεις σεισμικής απόκρισης (Κεφ. 6). Οι περισσότερες από τις αναλύσεις αυτές πραγματοποιήθηκαν από τους Ραπτάκης (995), Raptakis et al. (998 & 2000), Jongmans et al. (998), Riepl et al. (998), Pitilakis et al. (999), Chávez- García a et al. (2000), Μάκρα (2000), Makra et al. (200 & 2005). Σχήμα Δισδιάστατη εδαφοδυναμική τομή Προφήτης Στίβος σύμφωνα με τους Raptakis et al. (2000). Τα εδαφικά προσομοιώματα της B.R.G.M. (97), του Θανάσουλα (983), Ι.Γ.Μ.Ε. (200) και Τουρνά (2005) παρουσιάζουν ελλιπείς πληροφορίες αναφορικά με τις παραμέτρους που απαιτούνται για τη μελέτη της σεισμικής απόκρισης σε μια, δύο και τρεις διαστάσεις. Ειδικότερα, το προσομοίωμα της B.R.G.M. (97) δίνει τη γεωμετρία μόνο του γεωλογικού υποβάθρου και όχι των επιμέρους εδαφικών σχηματισμών της λεκάνης. Οι δυναμικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών της λεκάνης περιγράφονται με όρους ταχύτητας επιμήκων κυμάτων V p για το σύνολο των εδαφικών σχηματισμών της και όχι ταχύτητας διατμητικών V s, βασική παράμετρο εισαγωγής στις θεωρητικές αναλύσεις απόκρισης. Το προσομοίωμα της B.R.G.M. (97) παρουσιάζει επιπλέον αρκετές αβεβαιότητες ως προς τη γεωμετρία του γεωλογικού υποβάθρου κατά μήκος της μηκοτομής Προφήτης - Στίβος σε σχέση με την εδαφοδυναμική τομή των 2.26

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΣΕΙΣΜΟΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΗΣ ΜΥΓΔΟΝΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ( ) Raptakis et al. (2000) η κατασκευή της οποίας βασίστηκε σε λεπτομερή γνώση της ταχύτητας V s των εδαφικών σχηματισμών που συναντούνται στην περιοχή. Τα τρισδιάστατα προσομοιώματα των Θανάσουλα (983), Ι.Γ.Μ.Ε. (200) και Τουρνά (2005) απεικονίζουν τη γεωμετρία του κρυσταλλοσχιστώδους υποβάθρου της Μυγδονίας λεκάνης χωρίς καμιά πληροφορία για τη διαστρωμάτωση και τις δυναμικές ιδιότητες των εδαφικών σχηματισμών που τη συνιστούν. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής επιδιώχθηκε ο προσδιορισμός ενός τρισδιάστατου ψηφιακού προσομοιώματος στο οποίο θα περιγράφεται με αξιοπιστία και επαρκή σαφήνεια η γεωμετρία των κύριων εδαφικών σχηματισμών και του γεωλογικού υποβάθρου της Μυγδονίας λεκάνης με την οριζόντια και κατακόρυφη μεταβολή των δυναμικών ιδιοτήτων τους, κυρίως της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων. Βασικός στόχος είναι το προτεινόμενο προσομοίωμα να είναι κατάλληλο για τη μελέτη της σεισμικής εδαφικής απόκρισης και την ερμηνεία σεισμικών καταγραφών προερχόμενων από τα μόνιμα και προσωρινά καταγραφικά δίκτυα της περιοχής μελέτης. Στα επόμενα κεφάλαια παρουσιάζεται η διαδικασία που εφαρμόσθηκε για την κατασκευή ενός τέτοιου προσομοιώματος ως σύνθεση μετρήσεων μικροθορύβου, πειραμάτων μεγάλων εκρήξεων (σεισμικής διάθλασης), γεωλογικών και γεωτεχνικών στοιχείων. Η γεωμετρία και οι δυναμικές ιδιότητες του τρισδιάστατου αυτού προσομοιώματος επιβεβαιώνεται ως προς την αξιοπιστία του με βάση τα χαρακτηριστικά της ενόργανης σεισμικής απόκρισης (συχνότητα και πλάτος ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού) που προσδιορίστηκαν από καταγραφές θορύβου και σεισμών ισχυρής και ασθενούς σεισμικής κίνησης, διαμέσω της μονοδιάστατης θεωρητικής προσομοίωσης της σεισμικής απόκρισης σε πλήθος θέσεων στην Μυγδονία λεκάνη. 2.27

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ 3. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η γνώση της γεωμετρίας και των δυναμικών ιδιοτήτων των γεωλογικών σχηματισμών αποτελεί τη βασική προϋπόθεση για τη μελέτη προβλημάτων γεωφυσικού και γεωτεχνικού χαρακτήρα, της συμπεριφοράς των σχηματισμών μιας περιοχής σε περίπτωση σεισμού, κ.ά. Οι παράμετροι αυτές σε επίπεδο ταχύτητας επιμήκων και διατμητικών κυμάτων (V p και V s αντίστοιχα) δύναται να προσδιοριστούν από μεθόδους γεωφυσικών (με σημαντικότερες τις σεισμικές διασκοπήσεις) και γεωτεχνικών δοκιμών (δειγματοληπτικές γεωτρήσεις, επιτόπου και εργαστηριακές δοκιμές). Οι σεισμικές διασκοπήσεις περιλαμβάνουν επιφανειακές και εντός γεωτρήσεων δοκιμές (σεισμική ανάκλαση και διάθλαση και αντιστροφή επιφανειακών κυμάτων, cross-hole και dowhhole) οι οποίες έχουν ως βασική τους αρχή την παραγωγή σεισμικών διεγέρσεων μέσω τεχνητής πηγής και την καταγραφή των παραγόμενων σεισμικών κυμάτων από όργανα καταγραφής αναπτυγμένα σε διάφορες διατάξεις. Άλλες μέθοδοι προσδιορισμού των ταχυτήτων V p και V s αποτελούν οι παθητικές μέθοδοι διασκόπησης, οι οποίες καταγράφουν τo μόνιμο εδαφικό θόρυβο σε διάταξη καταγραφικών οργάνων υψηλής ευκρίνειας και μεγάλης εμβέλειας (μέθοδος μικροθορύβου). Τα σεισμικά κύματα που καταγράφονται σε κάθε περίπτωση περιέχουν πληροφορίες που σχετίζονται με α) την πηγή γένεσής τους, β) το δρόμο διάδοσης από την πηγή στο σταθμό καταγραφής τους και γ) την επιφανειακή γεωλογική δομή στο σημείο λήψης τους. Από την ανάλυση του 3.

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ δρόμου και του χρόνου διαδρομής των σεισμικών κυμάτων μέσα στους διαφορετικούς γεωλογικούς σχηματισμούς προσδιορίζονται η γεωμετρία και οι ταχύτητες V p και V s. Οι γεωτεχνικές δοκιμές οι οποίες εντάσσονται στην περιοχή της εδαφοδυναμικής και γεωτεχνικής σεισμικής μηχανικής περιλαμβάνουν δειγματοληπτικές γεωτρήσεις, επιτόπου (δοκιμή πρότυπης διείσδυσης NSPT, πενετρομετρήσεις CPT) και εργαστηριακές δοκιμές (συσκευή στήλης συντονισμού). Από το σύνολο των προαναφερόμενων γεωφυσικών και γεωτεχνικών δοκιμών, στο παρόν κεφάλαιο περιγράφονται οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για την επεξεργασία των καταγραφών των πειραμάτων μεγάλης κλίμακας και του μικροθορύβου (Κεφ. 4) με σκοπό τον προσδιορισμό της γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης. Αυτές αποτελούν τη μέθοδο της σεισμικής διάθλασης (refraction method), της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων (Seismic Wave Inversion, SWI) και της μεθόδου του μικροθορύβου (Microtremor Exploration Method, MEM) με ιδιαίτερη μνεία στη μέθοδο ανάλυσης του χωρικού συντελεστή αυτοσυσχέτισης (Spatial Autocorellation Method, SPAC) η οποία χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση των καταγραφών μικροθορύβου. 3.2 ΜΕΘΟΔΟΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ Η διάθλαση είναι η μέθοδος σεισμικής διασκόπησης που αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε για τη μελέτη της δομής του εσωτερικού της Γης. Τη δεκαετία του 920 έτυχε πολλών εφαρμογών στον εντοπισμό δόμων άλατος, αλλά σύντομα αντικαταστάθηκε από τη μέθοδο της σεισμικής ανάκλασης. Τις τελευταίες δεκαετίες αποτελεί την πλέον εύχρηστη μέθοδο σε προβλήματα γεωτεχνικής μηχανικής, με κύριες εφαρμογές τον προσδιορισμό του βάθους του βραχώδους υποβάθρου μιας περιοχής, του πάχους και των ταχυτήτων διαμήκων και διατμητικών κυμάτων των επιμέρους γεωλογικών σχηματισμών της. Χρησιμοποιείται κυρίως διερευνητικά σε πρώτο στάδιο και συνήθως σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους γεωφυσικής διασκόπησης (μεταξύ άλλων Dooley 952, Mota 954, Parasnis 962, Dobrin 976, Sheriff and Geldart 982, Yilmaz 987). Βασίζεται στο φαινόμενο της διάθλασης σεισμικών διαταραχών στις επιφάνειες διαφορετικών γεωλογικών σχηματισμών και στον προσδιορισμό των χρόνων διαδρομής των απευθείας, επιμήκων και διατμητικών κυμάτων. Τα σεισμικά κύματα παράγονται από επιφανειακή τεχνητή πηγή η οποία τοποθετείται συνήθως σε γραμμική διάταξη και σε αποστάσεις και θέσεις από τα όργανα καταγραφής αντίστοιχες του επιδιωκόμενου σκοπού. Από τις πρώτες αφίξεις των σεισμικών κυμάτων και την απόσταση πηγής σταθμών καταγραφής κατασκευάζονται οι καμπύλες χρόνου διαδρομής τους (ή αλλιώς δρομοχρονικά διαγράμματα). Από αυτές και με διάφορες τεχνικές υπολογίζονται οι ταχύτητες και τα πάχη των γεωλογικών σχηματισμών. Όλες οι τεχνικές ανάλυσης της μεθόδου σεισμικής διάθλασης προϋποθέτουν την 3.2

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ κατασκευή δρομοχρονικού διαγράμματος με δύο τουλάχιστον κλάδους οι οποίοι κατασκευάζονται από τους χρόνους άφιξης αντίστροφων σεισμικών πειραμάτων στα οποία οι πηγές τους τοποθετούνται στα άκρα διάταξης καταγραφικών οργάνων. Τα αντίστροφα πειράματα είναι αναγκαία για την ακριβέστερη ανάλυση της ταχύτητας και του πάχους των επιμέρους εδαφικών σχηματισμών της θέσης διασκόπησης. Άλλες διατάξεις κατά τις οποίες η πηγή των σεισμικών κυμάτων τοποθετείται τόσο στα άκρα όσο και στο μέσο της διάταξης είναι επιβεβλημένες για τη μεγαλύτερη ακρίβεια και αξιοπιστία της ανάλυσης. Περιορισμοί της μεθόδου αποτελούν ) η παρουσία στρώματος μικρού πάχους και συγκρίσιμης ταχύτητας με αυτή του υπερκείμενου σχηματισμού και 2) η παρουσία «τυφλής» ζώνης, στρωμάτων δηλαδή με ταχύτητα μικρότερη από αυτή υπερκείμενών τους. Στην πρώτη περίπτωση, οι χρόνοι άφιξης των κυμάτων που διαδίδονται στην επιφάνεια του στρώματος μικρού πάχους δεν καταγράφονται πρώτοι σε κανένα όργανο καταγραφής οπότε είναι αδύνατος ο προσδιορισμός της ταχύτητας και του πάχους αυτού, ενώ στη δεύτερη περίπτωση η μη-αναγνώριση του στρώματος μικρής ταχύτητας οδηγεί στην αδυναμία εκτίμησης των παραμέτρων του αλλά και στην υπερεκτίμηση του πάχους των υποκείμενων σχηματισμών του. Οι συνήθεις τεχνικές επεξεργασίας των σεισμικών δεδομένων διάθλασης είναι η τεχνική του χρόνου αποκοπής (intercept time) και η τεχνική της γενικευμένης αντιστρόφου (Generalized Reciprocal Method - GRM). Η πρώτη αναλύει την τοπική γεωλογία με αρκετή λεπτομέρεια και αναδεικνύει τις όποιες ανωμαλίες των διαθλαστών της θέσης μελέτης. Η τεχνική GRM μπορεί να εφαρμοστεί σε περιπτώσεις στρωμάτων μεγάλης κλίσης, με καμπύλες επιφάνειες, οριζόντια μεταβολή της ταχύτητας, κ.ά. Περισσότερες πληροφορίες για τις τεχνικές αυτές μπορούν να αναζητηθούν στον Palmer (986). Η τεχνική του χρόνου αποκοπής χρησιμοποιήθηκε στα πλαίσια της διατριβής για την επεξεργασία των σεισμικών καταγραφών των πειραμάτων μεγάλης κλίμακας που εκτελέστηκαν κατά μήκος της διεύθυνσης Α Δ της λεκάνης, με σκοπό τον προσδιορισμό της ταχύτητας των επιμήκων κυμάτων και του πάχους των γεωλογικών σχηματισμών του κεντρικού τμήματος αυτής (Κεφ. 4). Στην παράγραφο που ακολουθεί παρουσιάζεται συνοπτικά το μαθηματικό υπόβαθρο της τεχνικής Τεχνική χρόνου αποκοπής Ας υποθέσουμε μια απλή γεωμετρία κατά την οποία οριζόντιο στρώμα πάχους z και ταχύτητας U υπέρκειται στρώματος ταχύτητας U 2 (U 2 > U ). Καθορισμός της δομής στην περίπτωση αυτή σημαίνει προσδιορισμός των ταχυτήτων U και U 2 και του πάχους z του υπερκείμενου στρώματος. Για το σκοπό αυτό τοποθετείται πηγή σεισμικών κυμάτων στη θέση Α στο άκρο γραμμικής διάταξης καταγραφικών οργάνων D σε αποστάσεις Δ από την πηγή (Σχήμα 3.). Τα κύματα που παράγονται στην πηγή Α, μπορούν να φτάσουν στη θέση του γεωφώνου D ακολουθώντας τρεις τρόπους διαδρομής. Απευθείας, ακολουθώντας τη διαδρομή ΑD, μετά από διάθλαση στη διεπιφάνεια των στρωμάτων ακολουθώντας τη διαδρομή ABCD, και μετά από ανάκλαση σε σημείο Ε της διεπιφάνειας των στρωμάτων 3.3

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ακολουθώντας την διαδρομή ΑΕD. Ο χρόνος με τον οποίο τα σεισμικά κύματα διατρέχουν τις αποστάσεις πηγής - όργανα καταγραφής, αποτελεί το χρόνο διαδρομής των σεισμικών κυμάτων. Με βάση τους χρόνους διαδρομής t των ελαστικών κυμάτων και τις αποστάσεις Δ μεταξύ πηγής - καταγραφικών οργάνων, κατασκευάζονται οι καμπύλες χρόνων διαδρομής Δ t (Σχήμα 3.). Από αυτές και με μαθηματικές σχέσεις που αναφέρονται παρακάτω υπολογίζονται οι ταχύτητες U και U 2 και το πάχος z του στρώματος. Τα πρώτα κύματα που καταγράφονται στα όργανα σε μικρές αποστάσεις από την πηγή είναι τα απευθείας και τα μετωπικά (διάθλασης). Τα πρώτα διατρέχουν την διαδρομή ΑD απόστασης Δ με ταχύτητα U. Ο χρόνος διαδρομής τους Τ 0 δίνεται από τη σχέση: T 0 Δ = (3.) U Ο χρόνος διαδρομής αντίστοιχα των μετωπικών κυμάτων που διαθλώνται στην διεπιφάνεια των δύο στρωμάτων με ορική γωνία i c και διατρέχουν τη διαδρομή ΑΒ-ΒC-CD με ταχύτητες U και U 2, δίνεται από τη σχέση: T 2 2 Δ 2z U 2 U = + (3.2) U U U 2 2 Σύμφωνα με τις γραμμικές Σχέσεις 3. & 3.2 προκύπτει ότι οι καμπύλες χρόνων διαδρομής των απευθείας και των μετωπικών κυμάτων είναι ευθείες (Σχήμα 3.). Από το αντίστροφο της κλίσης τους υπολογίζονται οι ταχύτητες U και U 2. Το πάχος z του στρώματος υπολογίζεται με βάση το χρόνο συνάντησης Τ i (προέκταση του κλάδου του υποκείμενου στρώματος με τον άξονα των χρόνων και ο οποίος ισούται με το δεύτερο όρο της Σχέσης 3.2), με βάση τη σχέση: z U T 0 i = (3.3) 2cosi c Στην περίπτωση περισσότερων οριζόντιων στρωμάτων, οι ταχύτητές τους υπολογίζονται από το αντίστροφο της κλίσης των αντίστοιχων κλάδων και το πάχος τους από Σχέσεις της μορφής 3.3 στις οποίες λαμβάνονται υπόψη οι επιμέρους ταχύτητες των σχηματισμών και οι αντίστοιχοι χρόνοι συνάντησης αυτών. Στην περίπτωση κεκλιμένου στρώματος που σχηματίζει γωνία θ με το οριζόντιο επίπεδο, ο χρόνος διαδρομής των μετωπικών κυμάτων δίνεται από τη σχέση: T ( cosα cosβ ) sinβ z + = Δ + U U (3.4) 3.4

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ όπου α και β είναι οι γωνίες που σχηματίζουν οι σεισμικές ακτίνες με την κατακόρυφη κατά τη διαδρομή τους από την πηγή Α στο σταθμό καταγραφής D (Σχήμα 3.). Για τον υπολογισμό της κλίσης θ του διαθλαστή, της ταχύτητας U και των παχών z και z στις θέσεις αντίστοιχα της πηγής και των οργάνων καταγραφής, απαιτούνται δύο αντίστροφες στη διεύθυνση μετρήσεις διάθλασης. Κατά την πρώτη η πηγή τοποθετείται στη θέση Α και κατά τη δεύτερη στη θέση D (Σχήμα 3.). Από τις κλίσεις των κλάδων των απευθείας κυμάτων υπολογίζεται η ταχύτητα U του κεκλιμένου στρώματος, ενώ η ταχύτητα U 2 από τις κλίσεις S - και S + των καμπυλών χρόνων διαδρομής των αντίστροφων μετρήσεων, σύμφωνα με τη σχέση: 2cosθ U 2 = (3.5) S S + + Η γωνία κλίσης θ του διαθλαστή και το πάχος του z κάτω από τη θέση της πηγής υπολογίζονται αντίστοιχα από τις σχέσεις: [ sin ( U S ) sin ( U )] θ = S 2 +, UTi z = (3.6) 2cosi socθ c όπου i c η γωνία πρόσπτωσης και T i ο χρόνος συνάντησης της αντίστοιχης καμπύλης χρόνου διαδρομής των μετωπικών κυμάτων (Σχήμα 3.). Στην περίπτωση περισσότερων διαδοχικών κεκλιμένων στρωμάτων οι ταχύτητες (U, U 2,..U n ), οι κλίσεις (θ, θ 2,..θ n ) και τα πάχη (z, z 2,..z n ) στις θέσεις των πηγών υπολογίζονται από ανάλογες πιο πολύπλοκης μορφής Σχέσεις από τις 3.5 & 3.6. Ο χρόνος διαδρομής του σεισμικού κύματος που παράγεται στην πηγή διεισδύει μέχρι το στρώμα n και διαδίδεται παράλληλα προς την επιφάνειά του μέχρι την καταγραφή του σε όργανο στην επιφάνεια, συνίσταται από το άθροισμα των επιμέρους όρων του δεύτερου μέλους της Σχέσης 3.4, λαμβάνοντας υπόψη τις γωνίες α n και β n που σχηματίζουν οι σεισμικές ακτίνες με την κατακόρυφη. 3.3 ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Η μέθοδος της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων πρόκειται για μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο στη σεισμολογία (Ewing et al., 957). Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται στη γεωφυσική και τη γεωτεχνική σεισμική μηχανική, καθώς πρόκειται για μέθοδο χαμηλού κόστους με την οποία προσδιορίζονται οι δυναμικές ιδιότητες μεγάλου όγκου εδαφικών σχηματισμών. Η μέθοδος της αντιστροφής των κυμάτων επιφανείας σε διατμητικά με το βάθος, αξιοποιεί τα κύματα οδηγούς (guide waves) που εγκλωβίζονται στους επιφανειακούς εδαφικούς σχηματισμούς και είναι υπεύθυνα για τη διάδοση των επιφανειακών κυμάτων. Τα επιφανειακά κύματα Rayleigh και Love γεννιούνται από τα διαδιδόμενα στα επιφανειακά στρώματα μετωπικά κύματα, τα οποία 3.5

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ Slope: /U 2 Time Time S+ S- Time T i T i T i Slope: /U Slope: /U Slope: /U A Distance from A(x) R x 2 D A Distance D z i i 2 i 2 i 2 E U U U 2 (U 2 > U ) d z α β z i 2 B C U 2 (U 2 > U ) θ Σχήμα 3.. Κάτω: σεισμικές ακτίνες απευθείας και μετωπικών κυμάτων, άνω: αντίστοιχες καμπύλες χρόνων διαδρομής τους σε περίπτωση οριζόντιου (αριστερά) και κεκλιμένου (δεξιά) στρώματος (Parasnis, 962). 3.6

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ προέρχονται από τη συμβολή ανακλάσεων στις επιφάνειες σχηματισμών με διαφορετική ακουστική εμπέδηση (ταχύτητα V s και πυκνότητα). Οι πολλαπλές ανακλάσεις των μετωπικών κυμάτων προκαλούν στα κύματα επιφανείας διαφορετικούς τρόπους διάδοσης (modes). Οι τρόποι αυτοί διαχωρίζονται στο θεμελιώδη (fundamental) και τους ανώτερους αρμονικούς (higher modes). Οι διαφορετικοί τρόποι διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων αντιστοιχούν σε διαφορετικές ταχύτητες διάδοσης αυτών με ίδια περίοδο. Η εμφάνιση των ανώτερων αρμονικών εξαρτάται από τη στρωματογραφία, το δρόμο διάδοσης των κυμάτων επιφανείας, την πηγή γένεσής τους και τους σταθμούς καταγραφής στη θέση μελέτης. Η καμπύλη σκέδασης περιγράφει τον τρόπο και την ταχύτητα διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων. Αποτελεί χαρακτηριστική ιδιότητα της στρωματογραφίας και εκφράζει τη μεταβολή της ταχύτητας φάσης c(t) ή/και ομάδας U(T) σε σχέση με τη συχνότητα. Η ταχύτητα φάσης αφορά μια συγκεκριμένη φάση του σήματος, ενώ η ταχύτητα ομάδας αντιπροσωπεύει τη ταχύτητα ενός συνόλου φάσεων που περιβάλλονται σε έναν κυματοσυρμό (Σχήμα 3.2). Η καμπύλη σκέδασης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh και Love κυμάτων χαρακτηρίζεται από μικρές τιμές ταχύτητας σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων σε αντίθεση με τους ανώτερους τρόπους διάδοσης αυτών. Ο σαφής διαχωρισμός των διαφορετικών τρόπων διάδοσης γίνεται εύκολα στην περίπτωση απλής στρωματογραφίας. Σε πολύπλοκες γεωλογικές δομές ή στις περιπτώσεις όπου έχουμε αναστροφή ταχύτητας με το βάθος ο διαχωρισμός των αρμονικών περιπλέκεται, ιδίως σε μικρές τιμές περιόδου. Η διαδικασία της ανάλυσης των επιφανειακών κυμάτων βασίζεται στον προσδιορισμό της καμπύλης σκέδασης c(t) του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων, η οποία παρουσιάζει μεγαλύτερες τιμές από την καμπύλη U(T). Είναι πάντοτε αύξουσα συνάρτηση και οι τιμές της μεταβάλλονται μεταξύ της ταχύτητας υπερκείμενου και υποκείμενου στρώματος στις μικρές και μεγάλες περιόδους αντίστοιχα. Η εφαρμογή της μεθόδου της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων γίνεται σε δύο στάδια. Κατά το πρώτο, από τις σεισμικές καταγραφές υπολογίζεται η πειραματική καμπύλη σκέδασης της ταχύτητας φάσης c(t) ή/και ομάδας U(T). Κατά το δεύτερο στάδιο, η πειραματική καμπύλη σκέδασης c(t) ή/και U(T) αντιστρέφεται μέσω της διαδικασίας της αντιστροφής και προσδιορίζεται η κατανομή της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων V s με το βάθος. Ο υπολογισμός της πειραματικής καμπύλης σκέδασης της ταχύτητας φάσης c(t) των επιφανειακών κυμάτων γίνεται με τη φασματική ανάλυση των σεισμογραμμάτων που λαμβάνονται από ανάλογες της σεισμικής διάθλασης διατάξεις πηγής καταγραφικών οργάνων. Η πιο απλή διάταξη περιλαμβάνει μια τεχνητή πηγή και δύο καταγραφικά όργανα (συνήθως γεώφωνα) τα οποία τοποθετούνται σε διαδοχικά αυξανόμενη απόσταση ως προς την πηγή και μεταξύ τους. Η ανάλυση των σεισμικών κυμάτων που λαμβάνονται με τη διάταξη αυτή γίνεται με τη μέθοδο SASW (Spectral Analysis of Surface Waves) των Nazarian et al. (983) η οποία βρίσκει ευρεία εφαρμογή σε πλήθος γεωτεχνικά προβλήματα (μεταξύ άλλων Stokoe et al. 988 & 994, Nazarian and Desai 993, Yuan and Nazarian 993, Tokimatsu 995, Athanasopoulos et al. 997 & 2000, Foti et al. 2003). Η μέθοδος SASW βασίζεται στον υπολογισμό των φασμάτων - μετασχηματισμών Fourier μεταξύ των σεισμικών καταγραφών των δύο 3.7

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ καταγραφικών οργάνων και της διαφοράς φάσης φ που παρουσιάζουν για κάθε συχνότητα f. Ο χρόνος διάδοσης t κάθε συχνότητας f και η ταχύτητα διάδοσης φάσης αυτής c, λαμβάνοντας υπόψη την απόσταση d 2 -d μεταξύ των οργάνων καταγραφής, δίνονται αντίστοιχα από τις σχέσεις: t φ =, 2πf d d = (3.7) t 2 c Καθώς η μέθοδος SASW είναι πολύ ευαίσθητη στο θόρυβο, χρησιμοποιούνται διατάξεις περισσότερων καταγραφικών οργάνων, όπως η Multiple Analysis of Surface Waves MASW (Park et al., 999), ώστε να αθροίζονται οι συναρτήσεις διασυσχέτισης μεταξύ των αναπτυσσόμενων οργάνων. Μια από τις συνηθισμένες μεθόδους υπολογισμού της καμπύλης σκέδασης c(t) του θεμελιώδη και ανώτερων αρμονικών διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων (McMechan and Yeldin 98, Herrmann 985, Mokhtar et al. 988), βασίζεται στο γραμμικό μετασχηματισμό του πεδίου χρόνου απόστασης (t-d) στο πεδίο χρόνου αποκοπής καθυστέρηση φάσης (τ-p, όπου p είναι το αντίστροφο της ταχύτητας φάσης c) και τον υπολογισμό του μετασχηματισμού Fourier ως προς το χρόνο αποκοπής τ, για την επίτευξη του κυματικού πεδίου Ε(c,f) στο χώρο, το οποίο περιγράφεται με τη μορφή ισοενεργειακών καμπυλών. Η καμπύλη σκέδασης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων αντιστοιχεί στο μέγιστο της συνάρτησης Ε(c,f). Είναι η μέθοδος που εφαρμόστηκε στα πλαίσια της διατριβής, για τον υπολογισμό της πειραματικής καμπύλης σκέδασης c(t) του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων των καταγραφών γραμμικής κλίμακας και μικροθορύβου (Κεφ. 4). Η πιο διαδεδομένη τεχνική υπολογισμού της καμπύλης σκέδασης της ταχύτητας ομάδας U(Τ) των επιφανειακών κυμάτων, είναι αυτή του πολλαπλού φιλτραρίσματος (Dziewonski and Hales, 972). Σύμφωνα με την τεχνική αυτή μελετάται η μεταβολή του πλάτους των σεισμικών κυμάτων σε συνάρτηση με την ταχύτητα και την περίοδο. Τα κύματα φιλτράρονται διαδοχικά με φίλτρο μια συνάρτηση Gauss, η συχνότητα της οποίας είναι ίδια με την εκάστοτε εξεταζόμενη περίοδο σε μια στενή ζώνη συχνοτήτων, με απώτερο σκοπό τον προσδιορισμό της μέγιστης ενέργειας του κύματος. Το παροδικό κύμα που προκύπτει σε κάθε στάδιο εφαρμογής του φίλτρου, παρουσιάζει μια περιβάλλουσα το μέγιστο της οποίας τοποθετείται στο χρόνο άφιξης της ταχύτητας ομάδας U(f). Συνδέοντας τα μέγιστα ενέργειας των περιβαλλουσών σε ένα διάγραμμα (U,f) προκύπτουν οι καμπύλες σκέδασης των διαφορετικών τρόπων διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων (Herrmann, 985 & 2004). Στο δεύτερο στάδιο ανάλυσης της μεθόδου της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων, χρησιμοποιείται η διαδικασία της αντιστροφής για τον υπολογισμό της κατανομής της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων με το βάθος (Menke 984, Herrmann 985). Οι συνηθέστερες τεχνικές αντιστροφής είναι η επαναληπτική αντιστροφή (Iterative method), 3.8

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ο γενετικός αλγόριθμος (Genetic algorithm), και η Monte-Carlo. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής για τον προσδιορισμό της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων από τις καταγραφές γραμμικών διατάξεων και μικροθορύβου, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό πρόγραμμα surf του Herrmann (985, 987b) το οποίο στηρίζεται στη τεχνική της επαναληπτικής αντιστροφής (Iterative method). Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή, στη γραμμική περίπτωση, είναι απαραίτητη η εισαγωγή ενός τεχνητού ομοιώματος χ ο το οποίο περιγράφει τη γεωλογία της θέσης μελέτης με το πάχος, την πυκνότητα, την απόσβεση και τις ταχύτητες των επιμήκων και διατμητικών κυμάτων των επιμέρους γεωλογικών σχηματισμών της θέσης μελέτης. Ο προσδιορισμός της προσομοιώματος ταχύτητας επιτυγχάνεται μέσω μιας επαναληπτικής διαδικασίας παλινδρόμησης (iterative regression inversion) κατά την οποία το τεχνητό ομοίωμα χ ο αναπροσαρμόζεται με κάθε επανάληψη (iteration) του προγράμματος. Το ομοίωμα χ ο και η πειραματική καμπύλη σκέδασης χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό της θεωρητικής καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης c(t) ή/και ομάδας U(T) των επιφανειακών κυμάτων. Ο προσδιορισμός της ταχύτητας V s γίνεται μέσω επαναληπτικής διαδικασίας κατά την οποία επιδιώκεται η σύγκλιση πειραματικής και θεωρητικής καμπύλης σκέδασης c(t) ή/και U(T). Η μαθηματική έκφραση της διαδικασίας της γενικευμένης αντιστροφής περιγράφεται με τη γραμμική επίλυση ενός πίνακα Α, ο οποίος συνδέεται με το εδαφικό ομοίωμα χ ο και την πειραματική καμπύλη σκέδασης μέσω της σχέσης: b V the V A( n, m)x = (3.8) exp = όπου b η διαφορά μεταξύ θεωρητικών (V the ) και πειραματικών ταχυτήτων (V exp ) για κάθε συχνότητα, A η ορίζουσα των μερικών παραγώγων που συνδέει τις παραμέτρους του χ ο με αυτές που έχουν μετρηθεί στο πεδίο, και χ το διάνυσμα των μεταβολών των παραμέτρων που πρέπει να προσδιοριστούν και να αντικατασταθούν στο αρχικό ομοίωμα χ ο ώστε να ελαχιστοποιηθεί ο όρος b. Σύμφωνα με τη στοχαστική μέθοδο αντιστροφής, η λύση της παραπάνω σχέσης συνίσταται στην ελαχιστοποίηση της έκφρασης: b Ax + ε x (3.9) όπου ε συντελεστής απόσβεσης. Θεωρητικά υπάρχει άπειρο πλήθος πιθανών λύσεων οι οποίες ικανοποιούν τη Σχέση 3.8. Η σχέση που συνδέει το ακριβές ομοίωμα x t, με την επαγόμενη λύση της αντιστροφής x περιγράφεται από την εξίσωση: x= Rxt (3.0) όπου ο όρος R ονομάζεται πίνακας διακριτικής ικανότητας (resolution matrix) και δίνεται 3.9

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ από τη σχέση: 2 Λ R = V 2 2 ( Λ + ει ) V T (3.) P-SV Group velocity = U = Δx/Δt g Phase velocity = C = Δx/Δt p Σχήμα 3.2. Άνω: ορισμός ταχύτητας φάσης και ομάδας και αφίξεις σκεδαζόμενου κύματος σε διαδοχικές θέσεις καταγραφής (Sheriff and Geldart, 982). Κάτω: θεωρητικές καμπύλες σκέδασης των ταχυτήτων φάσης και ομάδας στην περίπτωση στρώματος υπερκείμενου γεωλογικού υποβάθρου. Από τη Σχέση 3. είναι φανερό ότι η ποιότητα της λύσης της αντιστροφής εξαρτάται από το κατά πόσο η τιμή του όρου R προσεγγίζει τη μονάδα. Όταν πλησιάζει τη μονάδα, τότε ισχύει το κριτήριο «δέλτα». Οι γραμμές του πίνακα R είναι γνωστές ως επιλυόμενοι 3.0

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ πυρήνες (resolving kernels) και έχουν τη μορφή της συνάρτησης μοναδιαίας ώσης (συνάρτηση «δέλτα»). Όλα τα στοιχεία του πίνακα έχουν την τιμή 0 εκτός της διαγωνίου του που παίρνει την τιμή. Λόγω μη-γραμμικότητας του προβλήματος της αντιστροφής, η διαδικασία είναι επαναληπτική. Με τον υπολογισμό του ομοιώματος x, το αρχικό τεχνητό ομοίωμα χ ο επανακαθορίζεται και υπολογίζονται οι νέες τιμές θεωρητικών ταχυτήτων (V the ), μέσω των οποίων επιτυγχάνεται διαμέσου της Σχέσης 3.9 μια νέα ελαχιστοποίηση με τις αντίστοιχες πειραματικές (V exp ). Ο συντελεστής απόσβεσης ε μπορεί να αλλάξει σε κάθε επανάληψη. Η διαδικασία της αντιστροφής σταματά όταν η σύγκλιση μεταξύ θεωρητικών και πειραματικών τιμών ταχύτητας θεωρείται ικανοποιητική και οι επιλυόμενοι πυρήνες εμφανίζουν το μέγιστό τους (μονάδα) στο μέσο πάχος του εκάστοτε προσδιοριζόμενου στρώματος. Τελικό αποτέλεσμα αποτελεί η κατακόρυφη κατανομή της ταχύτητας V s με το βάθος. Η αποδοχή ή όχι ενός προσομοιώματος ταχύτητας, βασίζεται εκτός από τα προαναφερόμενα κριτήρια (σύγκλιση καμπυλών σκέδασης και τιμή επιλυόμενων πυρήνων) και στο σφάλμα (RMS) της υπολογιζόμενης ταχύτητας μεταξύ αρχικού και τελικού ομοιώματος (χ ο και χ αντίστοιχα). Στις περιπτώσεις που η διαφορά τελικού και αρχικού ομοιώματος είναι μεγαλύτερη του 0%, το αρχικό τεχνητό ομοίωμα χ ο επαναπροσδιορίζεται και η διαδικασία της αντιστροφής ξεκινά από την αρχή. Η υπολογιζόμενη από την αντιστροφή ταχύτητα, θεωρείται αξιόπιστη όταν το υπολογιζόμενο με τους όρους του προγράμματος, RMS είναι της τάξης του 0-5. Για την γεωφυσική ερμηνεία του προσδιοριζόμενου προσομοιώματος ταχύτητας V s αξιοποιούνται διαθέσιμα γεωλογικά και γεωτεχνικά στοιχεία για τη θέση μελέτης. Η μέθοδος της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων με την τεχνική της επαναληπτικής αντιστροφής του Herrmann (985) έχει εφαρμοστεί επιτυχώς από πλήθος ερευνητών για τον προσδιορισμό της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων επιφανειακών και βαθύτερων γεωλογικών σχηματισμών χρησιμοποιώντας την καμπύλη σκέδασης της ταχύτητας φάσης ή/και ομάδας (μεταξύ άλλων Mokhtar et al. 988, Jongmans et al. 990, Ραπτάκης 995, Raptakis et al. 994a, 996, 998, 2000 & 2005, Malagnini et al. 995 & 997, Αποστολίδης 2002). Η επιλογή της τεχνικής της επαναληπτικής αντιστροφής για την επεξεργασία των καταγραφών γραμμικών διατάξεων και μικροθορύβου, σε σχέση με την τεχνική του γενετικού αλγορίθμου (Genetic Algorithm), βασίστηκε στη διαφορά που παρουσιάζουν οι δύο αυτές τεχνικές ως προς τον τρόπο διαχείρισης των πειραματικών δεδομένων και στον καθορισμό του τεχνητού ομοιώματος χ ο κατά τη διαδικασία σύγκλισης πειραματικής και θεωρητικής καμπύλης σκέδασης. Ειδικότερα, στην τεχνική της επαναληπτικής αντιστροφής ο υπολογισμός της θεωρητικής καμπύλης σκέδασης βασίζεται τόσο στο τεχνητό ομοίωμα εισαγωγής χ ο όσο και στην πειραματική καμπύλη σκέδασης, σε αντίθεση με την τεχνική του γενετικού αλγορίθμου που η θεωρητική καμπύλη σκέδασης υπολογίζεται μόνο από το τεχνητό ομοίωμα, χωρίς τη συμμετοχή των πειραματικών δεδομένων (Yamanaka and Ishida 996, Kudo et al. 2002). Στην τεχνική του γενετικού αλγορίθμου γίνεται αλλαγή του αρχικού ομοιώματος χ ο και προσδιορισμός της νέας θεωρητικής καμπύλης σκέδασης μέσω της οποίας επιδιώκεται νέα σύγκλιση με την αντίστοιχη πειραματική καμπύλη. Η όλη διαδικασία, 3.

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ που βασίζεται σε λογική trial-end-error, συνεχίζεται μέχρι να προσδιοριστεί λύση που να ικανοποιεί τα κριτήρια αξιοπιστίας που θέτονται από την τεχνική του γενετικού αλγορίθμου. Πρόκειται για λιγότερο ακριβής και περισσότερο χρονοβόρα διαδικασία σε σχέση με αυτή της επαναληπτικής αντιστροφής. 3.4 ΜΕΘΟΔΟΣ ΜΙΚΡΟΘΟΡΥΒΟΥ Μία εναλλακτική αξιόπιστη μέθοδος παθητικής διασκόπησης της επιφανειακής γεωλογίας με όρους γεωτεχνικής μηχανικής και τεχνικής σεισμολογίας, είναι αυτή του μικροθορύβου (Microtremor Exploration Method - MEM, Okada 998, Okada et al. 990). Ο μικροθόρυβος στη σεισμολογία αποτελεί γενικά ανεπιθύμητη παρεμβολή η οποία «κρύβει» σεισμικά κύματα ενδιαφέροντος. Για το λόγο αυτό απασχόλησε ιδιαίτερα η απάλειψή του από τις χρονοϊστορίες. Από τα τέλη του 8 ου αιώνα και μετά διαπιστώθηκε ότι η συνεχής χρονική και χωρική καταγραφή του μπορεί να αποτελέσει αξιοποιήσιμη πληροφορία για τη διασκόπηση της εδαφικής δομής σε μεγάλα βάθη. Για την πρακτική εφαρμογή της απαιτείται η ταυτόχρονη καταγραφή του μόνιμου εδαφικού θορύβου σε αριθμό ευαίσθητων καταγραφικών οργάνων που τοποθετούνται σε διάφορες διατάξεις (κυκλική, ημικυκλική, σχήματος «Τ», γραμμική, εξαγωνική, τυχαία στο χώρο, κ.ά.). Όπως κάθε σεισμική καταγραφή έτσι και ο μικροθόρυβος αποτελεί σήμα που περιέχει πληροφορίες που σχετίζονται με α) την πηγή γένεσής του, β) το δρόμο διάδοσης από την πηγή ως το σταθμό καταγραφής και γ) τη γεωλογική δομή στο σημείο λήψης του. Η διαφοροποίηση της μεθόδου σε σχέση με τις συμβατικές ενεργητικές σεισμικές μεθόδους, είναι ότι ο μικροθόρυβος αντιμετωπίζεται με μία στοχαστική διαδικασία σε αντίθεση με τον αιτιοκρατικό και άμεσο τρόπο ανάλυσης των σημάτων των συμβατικών διασκοπήσεων. Βασικά πλεονεκτήματα του μικροθορύβου έναντι των γεωφυσικών διασκοπήσεων, αποτελεί η μη-χρήση τεχνητής πηγής σεισμικών διεγέρσεων με ότι αυτό συνεπάγεται, η δυνατότητα διασκόπησης σε μεγάλα βάθη, η μη χρονοβόρα διαδικασία απολαβής των δεδομένων πεδίου, και τελικά το χαμηλό κόστος εφαρμογής της. Λόγω των προτερημάτων αυτών, η εφαρμογή της γίνεται όλο και συχνότερα τα τελευταία χρόνια στην εδαφοδυναμική, την αντισεισμική μηχανική και τεχνική σεισμολογία (μεταξύ άλλων Okada 997 & 2003, Malagnini et al. 993, Kudo et al &2, Αποστολίδης 2002, Saccorotti et al. 2003, Satoh et al. 2004, Kind et al. 2005, Wathelet 2005, Aldea at al. 2006). Περιορισμός της μεθόδου αποτελεί η προϋπόθεση της οριζόντιας διαστρωμάτωσης των γεωλογικών σχηματισμών στη θέση μελέτης Κυματικό περιεχόμενο μικροθορύβου Το είδος των κυμάτων που συνιστούν το μικροθόρυβο αποτέλεσε θέμα συζήτησης πολλών ερευνητών. Ορισμένοι (Aki 957, Nogoshi & Iragashi 97, Okada 990, Tokimatsu 995, Chouet et al. 998) υποστηρίζουν ότι ο μικροθόρυβος συνίσταται κατά κύριο λόγο 3.2

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ από επιφανειακά κύματα (Rayleigh και Love) μη αποκλείοντας την παράλληλη παρουσία κυμάτων χώρου, ενώ άλλοι (Toskoz και Lacoss 968, Kanai 983) υποστηρίζουν ότι κυριαρχείται από κύματα χώρου. Επικρατέστερη είναι η άποψη ότι ο μικροθόρυβος αποτελείται από μια συναρμογή ελαστικών κυμάτων χώρου (ανακλώμενων, διαθλώμενων και περιθλώμενων) και κυμάτων επιφανείας τα οποία γεννιούνται και διαδίδονται τυχαία στο χώρο και στο χρόνο. Η χρήση της ΜΕΜ προϋποθέτει την ύπαρξη επιφανειακών κυμάτων στο μικροθόρυβο με τυχαίο πλάτος και μορφή αλλά με στατιστικές ιδιότητες σταθερά μεταβαλλόμενες στο χρόνο και στο χώρο. Συνεπώς ο μικροθόρυβος μπορεί να περιγραφεί από εξισώσεις τυχηματικών και στάσιμων συναρτήσεων (Υaglom, 962). Η μέθοδος βασίζεται στο φαινόμενο της σκέδασης, χαρακτηριστική ιδιότητα των επιφανειακών κυμάτων που εμπεριέχονται στον θόρυβο. Η σκέδαση εκφράζεται με την καμπύλη της ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη (συνήθως) τρόπου διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων, χαρακτηριστική ιδιότητα των γεωλογικών σχηματισμών στη θέση διασκόπησης. Πηγές μικροθορύβου αποτελούν διάφορες φυσικές διαδικασίες (θαλάσσια κύματα, παλίρροιες, κλιματικές αλλαγές, ατμοσφαιρική πίεση, άνεμος, κ.ά.) ανθρωπογενείς δραστηριότητες (μηχανές, αυτοκίνητα, εργοστασιακός θόρυβος, κ.ά.) ή συνδυασμός τους. Το διαφορετικό συχνοτικό περιεχόμενο των διαδικασιών αυτών (συχνότητες μεγαλύτερες του Hz για τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες και μικρότερες του Hz για τις φυσικές διαδικασίες) που καταγράφεται στο μικροθόρυβο, καθορίζει σε μεγάλο βαθμό το βάθος διασκόπησης της μεθόδου. Ειδικότερα, με τις μικρές περιόδους του θορύβου γίνεται η διασκόπηση των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών, με τις μεγάλες των βαθύτερων αντίστοιχα Μέθοδοι ανάλυσης καταγραφών μικροθορύβου Η ανάλυση του μικροθορύβου γίνεται με δύο βασικές μεθόδους. Της Συχνότητας - Κυματάριθμου F-K (Frequency wavenumber spectrum method) η οποία αναπτύχθηκε από τους Lacoss et al. (969) και Capon (969), και του Χωρικού Συντελεστή Αυτοσυσχέτισης ΧΣΑ γνωστή διεθνώς με τον όρο SPAC - SPatial Autocorellation Coefficient η οποία πρωτοπαρουσιάστηκε από τον Aki (957). Η μέθοδος F-K αναπτύχθηκε στις Η.Π.Α. (Lacoss et al. 969, Capon 969) για το διαχωρισμό μεταξύ σεισμικών καταγραφών και υπόγειων πυρηνικών εκρήξεων χρησιμοποιώντας τη διάταξη LASA, στην οποία 546 σταθμοί καταγραφής (σεισμόμετρα) ήταν αναπτυγμένοι σε κυκλική διάταξη ακτίνας 200 km. Η μέθοδος προϋποθέτει την καταγραφή μικροθορύβου σε διάταξη σταθμών που η έκτασή της είναι ανάλογη με το βάθος ενδιαφέροντος. Βασίζεται στο φάσμα Συχνότητας - Κυματάριθμου (F-K spectra) των επιφανειακών κυμάτων από το οποίο προκύπτει η συνάρτηση συχνότητας και ταχύτητας φάσης, δηλαδή η πειραματική καμπύλη σκέδασης (Aki and Richards 980, Okada 999). Από την αντιστροφή της καμπύλης αυτής (Asten and Henstridge, 984) προσδιορίζεται η ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων με το βάθος στη θέση καταγραφής του θορύβου (Σχήμα 3.3). Η μέθοδος του ΧΣΑ αποτελεί επέκταση των μεθοδολογιών των σεισμικών καταγραφών σε 3.3

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ κυκλική διάταξη και βασίζεται στο μαθηματικό υπόβαθρο των τυχηματικών και στάσιμων διαδικασιών (Aki, 957 & 965). Ο χωρικός συντελεστής αυτοσυσχέτισης (ΧΣΑ) αποτελεί συνάρτηση της ταχύτητας φάσης, της συχνότητας των επιφανειακών κυμάτων και της απόστασης μεταξύ των σταθμών. Υπολογίζεται από τις αζιμουθιακά κατανεμημένες καταγραφές θορύβου και οδηγεί στον προσδιορισμό της πειραματικής καμπύλης σκέδασης της ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη (συνήθως) τρόπου διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων, χαρακτηριστική ιδιότητα της δομής στη θέση ανάπτυξης του καταγραφικού δικτύου. Από την καμπύλη σκέδασης μέσω της διαδικασίας αντιστροφής προσδιορίζεται η κατανομή ταχύτητας V s με το βάθος (Σχήμα 3.3). F-K Method Dispersed array SPAC Method Circular array ο 2ο Phase velocity Frequency Theoretical Experimental S wave velocity 3ο Depth V s V s2 V s3 Σχήμα 3.3. Τα τρία στάδια ανάλυσης του μικροθορύβου (Okada, 999). Πρώτος ο Aki (957) επιχείρησε να εκτιμήσει τη γεωλογική εδαφική δομή από καταγραφές μικροθορύβου μικρής περιόδου (Τ < sec), κάνοντας την υπόθεση ότι αποτελούνται από ισοτροπικά κύματα προερχόμενα από όλες τις διευθύνσεις. Βασικές 3.4

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ παραδοχές της μεθόδου αποτελούν ) το κυματικό πεδίο του θορύβου είναι μία τυχηματική στάσιμη διαδικασία στο χώρο και στο χρόνο, 2) ο χωρικός συντελεστής αυτοσυσχέτισης του θορύβου σε μια κυκλική διάταξη σχετίζεται με τα σκεδαζόμενα επιφανειακά κύματα και 3) ο συντελεστής αυτοσυσχέτισης είναι μία συνάρτηση της συχνότητας και ταχύτητας φάσης για σκεδαζόμενα κύματα. Σύμφωνα με τη μέθοδο, απαιτείται η καταγραφή θορύβου σε αζιμουθιακά κατανεμημένα στο χώρο όργανα σε κυκλική διάταξη (Okada, 997 & 999). Εκτός της κυκλικής η καταγραφή του θορύβου μπορεί να γίνει και σε άλλης γεωμετρίας διατάξεις όπως ημικυκλική, σχήματος «Τ» (Chávez-García at al., 2005), γραμμική (Louie 200, Chávez-García at al. 2006), εξαγωνική (Asten 2004, Roberts and Asten 2004, Hartzell et al. 2006), σταυρού (Sato et al., 99), κ.ά. Η επεξεργασία τους απαιτεί την τροποποίηση των εξισώσεων που περιγράφουν τα στάδια ανάλυσης θορύβου σύμφωνα με τη μέθοδο SPAC. Η βασική διαφορά που παρουσιάζει η μέθοδος F-K σε σχέση με τη SPAC είναι ότι από τις καταγραφές θορύβου μπορούν να διαχωριστούν εκτός του θεμελιώδη και ανώτεροι αρμονικοί των κυμάτων επιφανείας, με την προϋπόθεση ότι τα όργανα του καταγραφικού δικτύου είναι αζιμουθιακά κατανεμημένα σε διάφορες αποστάσεις μεταξύ τους. Η μέθοδος SPAC δε παρουσιάζει έναντι της F-K δύο βασικά πλεονεκτήματα. ) Προϋποθέτει τη χρήση λιγότερων σταθμών καταγραφής διαταγμένων σε μικρότερη διάταξη και 2) μπορούν να αναλυθούν εκτός από την κατακόρυφη και οι δύο οριζόντιες συνιστώσες του μικροθορύβου (κύματα Love). Το μαθηματικό υπόβαθρο για την ανάλυση της κατακόρυφης συνιστώσας του μικροθορύβου (κύματα Rayleigh) παρουσιάζεται συνοπτικά στην επόμενη παράγραφο, ενώ για τα κύματα Love (οριζόντιες συνιστώσες μικροθορύβου) αποτελεί επέκταση αυτού που χρησιμοποιείται για τα Rayleigh κύματα. Αναλυτική περιγραφή για την επεξεργασία των οριζόντιων συνιστωσών του θορύβου μπορεί να αναζητηθεί στους Οkada and Matsushima (989) Μαθηματικό υπόβαθρο μεθόδου SPAC και στάδια ανάλυσης μικροθορύβου Η τυχαία στο χώρο και χρόνο με διάφορους μηχανισμούς γένεση του θορύβου, δημιουργεί μια πολυπλοκότητα η οποία δεν μπορεί να περιγραφεί από απλές μαθηματικές εξισώσεις. Το πλάτος του θεωρούμενο ως τυχηματική διαδικασία (random process), μπορεί να προσδιοριστεί από το φάσμα της συνάρτησης πυκνότητας η οποία αποτελεί το φάσμα ισχύος του θορύβου (power spectrum) και δίνεται με βάση την κυκλική συχνότητα ω, τη διεύθυνση του θορύβου φ και τη φασματική πυκνότητα συχνότητας ω και διεύθυνσης φ, h(ω,φ), από τη σχέση: 2π h o ( ω) = h( ω, φ ) dφ (3.0) 0 Η μεταβολή του φάσματος ισχύος στο χώρο και στο χρόνο προδιαγράφει το κατά πόσο ο θόρυβος περιγράφεται από τις τυχηματικές και στάσιμες συναρτήσεις. Το φάσμα ισχύος h o (ω) εκφράζει την ισχύ για κάθε συχνότητα του θορύβου η οποία έρχεται από 3.5

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ οποιαδήποτε διεύθυνση φ. Για το λόγο αυτό ο υπολογισμός του είναι απαραίτητος κατά την ανάλυση του θορύβου. Όταν η σταθερότητα του φάσματος ισχύος επιτυγχάνεται για ένα εύρος συχνοτήτων ο μικροθόρυβος, σύμφωνα με τη θεωρία των τυχηματικών και στάσιμων συναρτήσεων (Αki 957, Υaglom 962, Pristley 98), μπορεί να περιγραφεί ως μια φασματική συνάρτηση του χρόνου t και ενός διανύσματος θέσης ξ(x, y), σύμφωνα με τη σχέση: X ( t, ξ ) = exp( iωt + ikξ ) dz ( ω, k) (3.) όπου k ο κυματάριθμος, ω η κυκλική συχνότητα και Ζ(ω,k) ορθογωνική στοχαστική διαδικασία. Αν λάβουμε υπόψη τις πολικές συντεταγμένες του σταθμού ξ=r(cosθ, sinθ) και k=k(cosφ, sinφ), η Σχέση 3. παίρνει τη μορφή: 2π X ( t, r, θ ) = exp{ iωt + irk cos( θ φ )} dζ ( ω, k, φ) (3.2) 0 Η φυσική σημασία της Σχέσης (3.2) είναι ότι κάθε τυχηματική μη-μεταβαλλόμενη διαδικασία στον χρόνο και στον χώρο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα άθροισμα ανεξάρτητων κυμάτων διαφορετικών διευθύνσεων φ, κυκλικών συχνοτήτων ω και κυματάριθμων k. Όταν έχουμε ταυτόχρονη καταγραφή θορύβου σε δύο όργανα ένα στο κέντρο και ένα σε θέση (r,θ) κυκλικής διάταξης ακτίνας r, η χωρική συνάρτηση αυτοσυμμεταβλητότητας (spatial autocovariance function) των δύο σταθμών ορίζεται ως: S ( r, θ ) = g( ω, r, θ ) dω (3.3) όπου ο όρος g(ω,r,θ) αποτελεί τη χωρική συνάρτηση συμμεταβλητότητας στη συχνότητα ω. Η συνάρτηση S(r,θ) στο κέντρο της διάταξης (r,θ)=(0,0) σχετίζεται με τη χωρική συνάρτηση συμμεταβλητότητας και με το φάσμα ισχύος της Χ(t,r,θ), μέσω της σχέσης: S( 0,0) = g( ω,0,0) dω = ho ( ω) dω (3.4) Στην περίπτωση σταθμών που κατανέμονται σε κυκλική διάταξη ακτίνας r, η μέση χωρική συνάρτηση συμμεταβλητότητας g m (ω,r) δίνεται σε σχέση με το φάσμα ισχύος h o (ω) και τις συναρτήσεις Bessel του πρώτου είδους της μηδενικής τάξης J o από τη σχέση: g m ( ω, r) = h0 ( ω) J ( rk) (3.5) o 3.6

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ Ο χωρικός συντελεστής αυτοσυσχέτισης (spatial autocorellation coefficient) ρ(ω,r) σε ένα σταθμό στα όρια της κυκλικής διάταξης συνδέεται με τη μέση χωρική συνάρτηση συμμεταβλητότητας κανονικοποιημένη με το φάσμα ισχύος h o (ω), από τη σχέση: g (, r) (, r) m ω ρ ω = = J ( rk) h ( ω) o (3.6) o Στην οποία αν αντικαταστήσουμε τον κυματάριθμο k με την ταχύτητα φάσης c(ω) ή c(f) k = ω 2πf c( ω) = (3.7) c( f ) παίρνει την τελική της μορφή: 2πfr ρ ( f, r) = J (3.8) o c(f) Σύμφωνα με τη Σχέση (3.8), η πειραματική καμπύλη σκέδασης c(t) του θεμελιώδους τρόπου διάδοσης των επιφανειακών Rayleigh κυμάτων υπολογίζεται από τη μεταβολή του χωρικού συντελεστή αυτοσυσχέτισης (ΧΣΑ) σε σχέση με τη συχνότητα f και την απόσταση r μέσω των συναρτήσεων Bessel (J o ). Από την προσδιοριζόμενη πειραματική καμπύλη σκέδασης c(t) και σύμφωνα με το τρίτο στάδιο ανάλυσης του μικροθορύβου (τα κύρια στάδια ανάλυσης του μικροθορύβου παρουσιάστηκαν αναλυτικά στην Παράγραφο 3.3 και συνοψίζονται στο Σχήμα 3.4) προσδιορίζεται η κατανομή της ταχύτητας V s με το βάθος. Ο υπολογισμός της ταχύτητας V s με τη μέθοδο SPAC γίνεται και από την αντιστροφή του Χωρικού Συντελεστή Αυτοσυσχέτισης κατά την οποία διαμέσου μιας επαναληπτικής διαδικασίας επιδιώκεται η σύγκλιση της μεταβολής του ΧΣΑ σε σχέση με τη συχνότητα για διαφορετικές αποστάσεις των σταθμών καταγραφής μεταξύ θεωρητικών και πειραματικών τιμών του (μεταξύ άλλων Satoh et al. 200, Asten et al. 2003, Roberts and Asten 2004 & 2005, Chávez-García et al. 2005, Hartzell et al. 2006). Οι θεωρητικές τιμές του ΧΣΑ υπολογίζονται αναλυτικά με βάση ένα αρχικό D εδαφικό ομοίωμα που περιγράφει στο μέτρο του δυνατού τη γεωλογία και τη μεταβολή της ταχύτητας V s στη θέση μελέτης, ενώ οι πειραματικές τιμές ΧΣΑ από τα δεδομένα πεδίου σύμφωνα με τις μαθηματικές σχέσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω. Το εύρος τιμών του ΧΣΑ για τις οποίες λαμβάνονται αξιόπιστες τιμές ταχύτητας V s περιλαμβάνονται στα μήκη κύματος μεταξύ 2r και 5r, όπου r η ακτίνα της διάταξης για την οποία υπολογίστηκαν οι ΧΣΑ (Henstridge, 979). Το προσομοίωμα V s για το οποίο επιτυγχάνεται ικανοποιητική σύγκλιση μεταξύ θεωρητικών και πειραματικών τιμών ΧΣΑ, αντιστοιχεί στο αντιπροσωπευτικό για τη θέση μελέτης προσομοίωμα ταχύτητας V s. Στα πλαίσια της 3.7

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ παρούσας διατριβής χρησιμοποιήθηκε ο υπολογισμός της ταχύτητας V s σύμφωνα με τη μέθοδο SPAC έγινε με τη διαδικασία που περιγράφεται στο Σχήμα 3.4. ΔΙΑΤΑΞΗ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΘΟΡΥΒΟΥ ΣE ΔΙΚΤΥΟ ΚΑΤΑΓΡΑΦΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΦΑΣΜΑΤΑ FOURIER, ΙΣΧΥΟΣ ΣΤΑΣΙΜΟΤΗΤΑ ΦΑΣΜΑΤΟΣ ΙΣΧΥΟΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΧΡΟΝΟ ΝΑΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΣΥΝΙΣΤΩΣΑ ΟΧΙ ΠΑΧΗ, ΤΑΧΥΤΗΤΕΣ, ΠΥΚΝΟΤΗΤΕΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΣΤΡΩΣΕΩΝ ΣΥΝΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΥΠΑΡΧΟΥΣΩΝ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΟΥΜΕΝΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΕΝΩΝ ΧΩΡΙΚΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ AYTOΣΥΜΜΕΤΑΒΛΗΤΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΙΣΑΠΕΧΟΝΤΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΧΩΡΙΚOΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΑΥΤΟΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ ΖΕΥΓΟΥΣ ΙΣΑΠΕΧΟΝΤΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΣΚΕΔΑΣΗΣ RAYLEIGH ΚΥΜΑΤΩΝ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ - ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΣΚΕΔΑΣΗΣ RAYLEIGH ΚΥΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΤΙΚΗ ΜΗ ΣΥΜΠΤΩΣΗ ΤΕΛΙΚΗ ΕΠΙΛΥΣΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ V s ΜΕ ΤΟ ΒΑΘΟΣ Σχήμα 3.4. Σχηματικό διάγραμμα των σταδίων ανάλυσης των καταγραφών μικροθορύβου. Υπολογισμός της πειραματικής καμπύλης σκέδασης του θεμελιώδους τρόπου διάδοσης των επιφανειακών Rayleigh κυμάτων και της κατανομής της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων με το βάθος, προσδιοριζόμενη με την τεχνική της επαναληπτικής αντιστροφής (Iterative method). 3.8

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ 4. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα προσομοιώματα ταχύτητας των διαμήκων και διατμητικών κυμάτων των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης, προσδιορίστηκαν από δύο μεγάλης κλίμακας πειράματα σεισμικής διασκόπησης που έγιναν κατά τα έτη 2003 και 2004 (Ερευνητικό Ευρωπαϊκό πρόγραμμα Euroseisrisk, ) και περιλάμβαναν τέσσερις γραμμικές διατάξεις σεισμικής διάθλασης. Οι σεισμικές καταγραφές που προέκυψαν από τα πειράματα αυτά επεξεργάστηκαν με τη μέθοδο του χρόνου αποκοπής (intercept time) και της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων (Surface Wave Inversion- SWI) για τον προσδιορισμό αντίστοιχα της κατανομής της ταχύτητας των διαμήκων (V p ) και διατμητικών κυμάτων (V s ) με το βάθος στο μέσο των γραμμικών διατάξεων. Επίσης η ταχύτητα V s των σχηματισμών προσδιορίστηκε από μετρήσεις μικροθορύβου (Microtremor Exploration Method, MEM) σε επιλεγμένες γεωγραφικά κατανεμημένες θέσεις εντός των ορίων της Μυγδονίας. Η καταγραφή του θορύβου έγινε σε ομόκεντρες ανά θέση διατάξεις διαφορετικών ακτίνων, για τη διασκόπηση των επιφανειακών και των βαθύτερων γεωλογικών σχηματισμών. Από την επεξεργασία των καταγραφών θορύβου με τη μέθοδο SPAC προέκυψαν τα εδαφικά προσομοιώματα, οι τιμές ταχύτητας και τα πάχη που χαρακτηρίζουν τους κύριους γεωλογικούς σχηματισμούς της περιοχής. Τα προσομοιώματα αυτά θα χρησιμοποιηθούν στη σύνθεση της τρισδιάστατης γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης. 4.

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ 4.2 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ Στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος Euroseisrisk (EVG-CT /Program Coordinator: K. Pitilakis) πραγματοποιήθηκαν στα έτη 2003 και 2004 δύο πειράματα μεγάλων εκρήξεων κατά τη διεύθυνση Α - Δ της Μυγδονίας λεκάνης. Κάθε πείραμα περιλάμβανε δύο αντίστροφες γραμμικές διατάξεις σεισμικής διάθλασης οι οποίες αναπτύχθηκαν εκατέρωθεν της θέσης ΤST (Euroseistest) στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης. Η γεωφυσική διασκόπηση του 2003 πραγματοποιήθηκε στο δυτικό τμήμα της λεκάνης, ενώ του 2004 στο ανατολικό αντίστοιχα. Η συνολική απόσταση που καλύφθηκε από τα δύο πειράματα είναι 8.5 km περίπου (Σχήμα 4.). Ως πηγή σεισμικών κυμάτων χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 75 kgr εκρηκτικής ύλης (ζελατοδυναμίτης), η οποία πυροδοτήθηκε εντός τεσσάρων γεωτρήσεων βάθους 30 m έκαστη για τη διοχέτευση μεγαλύτερου μέρους της εκλυόμενης ενέργειας στους βαθύτερους, πιο δύστμητους γεωλογικούς σχηματισμούς της περιοχής. Οι πηγές τοποθετήθηκαν στα άκρα των γραμμικών διατάξεων στις θέσεις SP & SP2 για το πείραμα του 2003 και SP3 & SP4 για το 2004 αντίστοιχα. Πείραμα 2003 Πείραμα 2004 Μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων Σχήμα 4.. Τα δύο πειράματα σεισμικής διάθλασης. Για την καταγραφή των εκρήξεων εγκαταστάθηκε προσωρινό δίκτυο 67 συνολικά καταγραφικών οργάνων αποτελούμενα από σεισμογράφους και επιταχυνσιογράφους διαφορετικού τύπου και ιδιοσυχνότητας. Μεταξύ των σταθμών των παροδικών δικτύων συμπεριλήφθηκαν και αυτοί του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων που λειτουργεί στη διεύθυνση Α Δ. Οι μεταξύ τους αποστάσεις κυμάνθηκαν από 60 έως 20 m (Σχήμα 4.2

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ 4.2). Τα όργανα του προσωρινού δικτύου προσανατολίστηκαν ως προς το Βορρά και συνδέθηκαν με αυτόνομες μονάδες GPS για τον προσδιορισμό του απόλυτου χρόνου των καταγραφών και των συντεταγμένων των σταθμών τους. Ρυθμίστηκαν με τις ίδιες παραμέτρους καταγραφής (τρόπος εγγραφής δεδομένων, βήμα δειγματοληψίας, ενίσχυση σήματος, κ.ά). Ο χρόνος των εκρήξεων καταγράφηκε από σεισμογράφο και επιταχυνσιογράφο στις θέσεις ακριβώς των εκρήξεων. Παράλληλα με τις δύο γραμμικές διατάξεις σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων και σε μικρή απόσταση από τις σεισμικές πηγές αναπτύχθηκαν τρεις μικρότερες διατάξεις γεωφώνων (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ). Η διάταξη Ι αναπτύχθηκε κοντά στη πηγή SP, η διάταξη ΙΙ στην SP2 και η διάταξη ΙΙΙ στην SP3 αντίστοιχα (Σχήμα 4.2). Συμπεριλάμβαναν 24 γεώφωνα ιδιοσυχνότητας 4.5 Hz (διάταξη Ι & ΙΙΙ) και 40 Hz (διάταξη ΙΙ). 4.3 ΔΕΔΟΜΕΝΑ, ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ 4.3. Σεισμικές καταγραφές και επεξεργασία Το σύνολο των σεισμικών καταγραφών που λήφθηκε από τα δύο πειράματα σεισμικής διάθλασης δεν ήταν απόλυτα ανάλογο του αριθμού των οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν, λόγω δυσλειτουργιών και αστοχιών σε ορισμένα από αυτά, οι οποίες όμως δεν επηρέασαν την ακρίβεια του τελικού αποτελέσματος (Σχήμα 4.2). Από το πείραμα του 2003 προέκυψαν 26 σεισμικές καταγραφές σε σύνολο 36 εγκαταστημένων οργάνων, του σε σύνολο 36 αντίστοιχα. Στο Σχήμα 4.3 παρουσιάζονται ενδεικτικά οι αρχικές καταγραφές που λήφθηκαν από τις σεισμικές πηγές SP & SP3. Σε αυτές αναγνωρίζονται οι δύο τύποι κυμάτων χώρου (διαμήκη και διατμητικά) και επιφανείας (Rayleigh και Love). Χαρακτηριστική είναι η σκέδαση των τελευταίων με την εμφανή ανάπτυξη διαφορετικών τρόπων διάδοσής τους (modes). Ο βαθμός σκέδασης είναι σημαντικός και παρατηρήθηκε σε όλες τις καταγραφές που λήφθηκαν από τα αντίστροφα πειράματα διάθλασης. Τα στάδια επεξεργασίας τα οποία εφαρμόστηκαν και στις τρεις συνιστώσες του συνόλου των καταγραφών πεδίου διαμέσου του προγράμματος SAC (Goldstein et al. 996, 2003), συμπεριλαμβάνουν τα ακόλουθα ) διόρθωση της βασικής γραμμής αναφοράς (base line correction), 2) απάλειψη αποκλίσεων των καταγραφών (trend), 3) ομογενοποίηση ως προς το πλάτος των καταγραφών, 4) εφαρμογή φίλτρου τύπου tapering 5% για τη μείωση του πλάτους στα άκρα των καταγραφών, 5) εφαρμογή αποσυνέλιξης για την επίδραση των οργάνων λόγω της χρήσης διαφορετικών καταγραφικών μονάδων (instrument response), 6) αναγωγή σε ίδιο σύστημα μονάδων (χρησιμοποιήθηκαν μονάδες ταχύτητας, λόγω πλειονότητας χρήσης σεισμογράφων στα δύο σεισμικά πειράματα), 7) εφαρμογή φίλτρου ζώνης διέλευσης συχνοτήτων με όρια από 0. έως 25 Hz, 8) εφαρμογή φίλτρου για την ανάδειξη των επιφανειακών κυμάτων στην κατακόρυφη συνιστώσα των χρονοϊστοριών, 9) συγχρονισμός των σεισμικών καταγραφών. 4.3

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Οι πρώτες αφίξεις των διαμήκων κυμάτων καθώς και το σύνολο των χρονοϊστοριών που προέκυψαν από τα δύο σεισμικά πειράματα χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της ταχύτητας V p και V s. Για τον υπολογισμό της V p οι πρώτες αφίξεις των καταγραφών της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων χρησιμοποιήθηκαν από κοινού ανά σεισμικό πείραμα. Για τον υπολογισμό της V s, οι χρονοϊστορίες της διάταξης γεωφώνων (I, II και III) αναλύθηκαν χωριστά από αυτές των σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων ανά σεισμική πηγή. Οι καταγραφές ορισμένων γεωφώνων που τοποθετούνταν σε κοντινή απόσταση στις αντίστοιχες σεισμικές πηγές που αναπτύχθηκαν εξαιρέθηκαν από τη διαδικασία της ανάλυσης για τον προσδιορισμό της ταχύτητας V s λόγω κορεσμό στο πλάτος των φάσεων των καταγραφών τους. 60 m 30 m Διάταξη γεωφώνων ΙI SP2 Διάταξη γεωφώνων Ι SP BRG 20 m 20 m Διάταξη γεωφώνων ΙII SP3 4 Σχήμα 4.2. Διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων στο σεισμικό πείραμα 2003 (άνω) και 2004 (κάτω). Με τετράγωνο παρουσιάζονται τα όργανα που δεν λειτούργησαν στη διάρκεια των δύο σεισμικών πειραμάτων και με ρόμβους οι σταθμοί του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων της διεύθυνσης Α - Δ (BRG, KOK, ANA, TST, TSE, ATH, DAB). Παρουσιάζονται επίσης οι διατάξεις γεωφώνων I, II και III, ενώ δίνονται στοιχεία για τις αποστάσεις των καταγραφικών οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν στα δύο πειράματα. 4.4

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Μέθοδοι ανάλυσης Τα διαμήκη κύματα των σεισμικών καταγραφών χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ταχύτητας V p κατά μήκος των γραμμικών διατάξεων των σεισμικών πειραμάτων 2003 & Από τις πρώτες αφίξεις τους και το χρόνο γένεσης των σεισμικών κυμάτων από τις σεισμικές πηγές (εκρήξεις), υπολογίστηκε ο χρόνος διαδρομής που απαιτήθηκε για να διατρέξουν την απόσταση (Δ) από την πηγή στον σταθμό καταγραφής τους. Από τους χρόνους αυτούς και τις αποστάσεις σεισμικών πηγών καταγραφικών οργάνων κατασκευάστηκαν τα δύο αντίστροφα δρομοχρονικά διαγράμματα (Δ-t) της διάταξης του Κατά αντιστοιχία προέκυψαν και τα διαγράμματα (Δ-t) της διάταξης Από τα δρομοχρονικά ανά σεισμικό πείραμα διαγράμματα υπολογίστηκε η ταχύτητα V p και το πάχος των γεωλογικών σχηματισμών που συναντούνται στο μέσο της διάταξης οργάνων. (α) (β) Σχήμα 4.3. Κατακόρυφη συνιστώσα αρχικών χρονοϊστοριών όπως καταγράφηκαν στους σεισμογράφους α) W 7 του πειράματος 2003 (σεισμική πηγή SP) και β) Ε-6 του πειράματος 2004 (σεισμική πηγή SP3). Δεν συμπεριλαμβάνονται οι χρονοϊστορίες των σταθμών του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων καθώς και οργάνων του παροδικού δικτύου που παρουσίασαν προβλήματα δυσλειτουργίας (βλέπε Σχήμα 4.2). Οι καταγραφές κατανέμονται με αυξανόμενη απόσταση από τις αντίστοιχες σεισμικές πηγές. Η κατακόρυφη συνιστώσα των χρονοϊστοριών της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυσνιογράφων, και γεωφώνων χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της κατανομής της V s με το βάθος (McMechan and Yeldin, 98). Οι πειραματικές καμπύλες 4.5

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ σκέδασης της ταχύτητας φάσης c(t) των επιφανειακών Rayleigh κυμάτων των πειραμάτων 2003 & 2004 υπολογίστηκαν με το λογισμικό πρόγραμμα do_pom του Herrmann (2004) σε λειτουργικό Linux. Η καμπύλη σκέδασης c(t) που προσδιορίστηκε για κάθε σεισμικό πείραμα αποτελεί αντιπροσωπευτική καμπύλη στο μέσο της διάταξης των οργάνων, οι χρονοϊστορίες των οποίων λήφθηκαν για τον υπολογισμό της. Κάθε καμπύλη σκέδασης αντιστοιχεί σε ένα τρόπο διάδοσης (mode) των κυμάτων επιφανείας που αναπτύσσονται στις αρχικές χρονοϊστορίες. Η επιλογή του mode που ενδιαφέρει γίνεται με την κρίση και την εμπειρία του χρήστη. Η καμπύλη σκέδασης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων περιγράφεται από τις ισοενεργειακές καμπύλες που αντιστοιχούν στο 99% της συνάρτησης Ε(c,f). Αναπτύσσεται με μικρή κλίση καταλαμβάνοντας μικρές τιμές ταχύτητας φάσης σε μεγάλο εύρος περιόδων, έναντι των καμπυλών σκέδασης των ανώτερων αρμονικών. Η αντιστροφή της καμπύλης c(t) έγινε με το λογισμικό πακέτο surf του Herrmann (985) σε λειτουργικό Linux, το οποίο βασίζεται στη τεχνική της γραμμικής επαναληπτικής αντιστροφής (Iterative method), οι βασικές αρχές της οποίας παρουσιάστηκαν στο Κεφάλαιο ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΗΣ Προσδιορισμός ταχύτητας διαμήκων κυμάτων V p Οι πρώτες αφίξεις των καταγραφών των διατάξεων σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων I & II, χρησιμοποιήθηκαν ταυτόχρονα για τον προσδιορισμό της μέσης ταχύτητας V p κατά μήκος της διάταξης του σεισμικού πειράματος Από το δρομοχρονικό διάγραμμα (Δ-t) των δύο αντίστροφων πειραμάτων (SP & SP2), το βάθος διασκόπησης της διάταξης έφθασε τα 365 m περίπου (Σχήμα 4.4). Με βάση τη ταχύτητα των διαμήκων κυμάτων προσδιορίστηκαν ένα στρώμα το οποίο χαρακτηρίζεται από μέση ταχύτητα 2072 m/sec και πάχος 365 m στη θέση της πηγής SP και 70 m αντίστοιχα στην πηγή SP2. Ο ημίχωρος εκτιμήθηκε με ταχύτητα 4523 m/sec (Πίνακας 4.). Οι ταχύτητες V p συγκρίθηκαν με αυτές προηγούμενων γεωφυσικών διασκοπήσεων που πραγματοποιήθηκαν στη Μυγδονία λεκάνη. Παρουσιάζουν καλή συνάφεια τιμών με τις αντίστοιχες ταχύτητες που προσδιορίστηκαν από τη σεισμική διασκόπηση της B.R.G.M. (97), καθώς και με τις ταχύτητες V p των Raptakis et al. (2000) για την εδαφοδυναμική τομή Προφήτης Στίβος (Σχήμα 2.8 & 2.25 αντίστοιχα). Οι ταχύτητες V p συσχετίστηκαν με τη γεωλογία της περιοχής, ώστε να προσδιοριστεί η γεωλογική διαστρωμάτωση του δυτικού τμήματος της λεκάνης. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν γεωλογικά και γεωτεχνικά στοιχεία προηγούμενων μελετών (B.R.G.M. 97, Ψιλοβίκος 977, Raptakis et al. 2000, Ι.Γ.Μ.Ε. 200). Από το συσχετισμό προέκυψε ότι το πρώτο στρώμα με ταχύτητα 2072 m/sec αντιστοιχεί στο σύνολο των εδαφικών σχηματισμών της περιοχής και το δεύτερο με ταχύτητα V p 4523 m/sec χαρακτηρίζει βραχώδη - ημιβραχώδη σχηματισμό ο οποίος πιθανόν αντιστοιχεί στο γνευσιακό υπόβαθρο της λεκάνης. 4.6

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Time (sec) Distance (m) Χρόνος (msec) SP SP2 Απόσταση (m) Σχήμα 4.4. Άνω: κατακόρυφη συνιστώσα καταγραφών στη διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων (αριστερά), και γεωφώνων (δεξιά) για την πηγή SP. Οι χρονοϊστορίες που λείπουν αντικατοπτρίζουν κακή ποιότητα ή έλλειψη καταγραφών. Οι πρώτες χρονοϊστορίες της διάταξης γεωφώνων αφαιρέθηκαν λόγω κορεσμό στο πλάτος των φάσεών τους. Κάτω: δρομοχρονικό διάγραμμα των δύο αντίστροφων εκρήξεων (SP & SP2). Πίνακας 4.. Ταχύτητες V p και πάχη γεωλογικών σχηματισμών πειράματος Στρώμα Πάχος (m) SP SP2 Ταχύτητα V p (m/sec) Γεωλογία ο Εδαφικοί σχηματισμοί 2 ο ημίχωρος 4523 Γνεύσιος 4.7

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Προσδιορισμός ταχύτητας διατμητικών κυμάτων V s Οι πειραματικές καμπύλες σκέδασης όλων των αναπτυσσόμενων τρόπων διάδοσης (θεμελιώδης και ανώτεροι αρμονικοί) των Rayleigh κυμάτων του σεισμικού πειράματος 2003 παρουσιάζονται στο Σχήμα 4.5. Με τα χρώματα απεικονίζονται οι ισοενεργειακές καμπύλες που αντιστοιχούν σε διαφορετικά ποσοστά ενέργειας της συνάρτησης Ε(c,f). Το ποσοστό ενέργειας αυξάνεται με τη διακύμανση της χρωματικής κλίμακας από τα ανοιχτά προς τα σκούρα χρώματα. Με τη διακεκομμένη άσπρη γραμμή περιγράφεται ο θεμελιώδης τρόπος διάδοσης των Rayleigh κυμάτων, ο οποίος αντιστοιχεί στο 99% της ενέργειας της Ε(c,f). Στην περίπτωση της πηγής SP η καμπύλη σκέδασης αναπτύσσεται στο εύρος περιόδων από 0.3 ως.5 sec, με αντίστοιχες τιμές ταχύτητας φάσης 260 ως 930 m/sec (Σχήμα 4.5α). Για περίοδο.5 sec παρατηρείται μια ασυνέχεια στην ανάπτυξη της καμπύλης με ταυτόχρονη μείωση των ταχυτήτων φάσης κατά 00 m/sec περίπου. Για τη σεισμική πηγή SP2, η καμπύλη c(t) αναπτύσσεται στο εύρος περιόδων από 0.35 ως.2 sec με αντίστοιχες τιμές ταχύτητας από 300 ως 900 m/sec (Σχήμα 4.5β). Η ταχύτητα της καμπύλης SP2 στην περίοδο 0.7 sec, αυξάνεται κατά 70 m/sec. Οι καμπύλες σκέδασης του θεμελιώδη και ανώτερων αρμονικών διάδοσης των Rayleigh κυμάτων της πηγής SP είναι σαφώς πιο ευδιάκριτες και αναπτύσσονται σε μεγαλύτερο εύρος περιόδων σε σχέση με τις αντίστοιχες καμπύλες της SP2. Το γεγονός αυτό πιθανόν οφείλεται στην καλύτερη ποιότητα των χρονοϊστοριών που καταγράφηκαν από την πηγή SP. Η πολύπλοκη μορφή που παρουσιάζει η καμπύλη της πηγής SP2 στις μικρές περιόδους, οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τον υπολογισμό της δεν χρησιμοποιήθηκαν πολλές χρονοϊστορίες καταγραφικών οργάνων στη γειτονία της SP2, λόγω δυσλειτουργιών ορισμένων από αυτά (Σχήμα 4.2). Η πειραματική καμπύλη για τη διάταξη γεωφώνων Ι παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.6 (Raptakis et al., 2005). Με τη διακεκομμένη άσπρη γραμμή περιγράφεται ο θεμελιώδης τρόπος διάδοσης των Rayleigh κυμάτων ο οποίος αναπτύσσεται στο εύρος περιόδων από 0.28 ως 0.7 sec με αντίστοιχες τιμές ταχύτητας από 250 ως 600 m/sec. Από τις χρονοϊστορίες της διάταξης γεωφώνων ΙΙ δεν κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός της καμπύλης σκέδασης c(t) των κυμάτων επιφανείας καθώς δεν καταγράφηκαν τέτοιου είδους κύματα, λόγω χρήσης γεωφώνων ιδιοσυχνότητας 40 Hz. Συγκρίνοντας τις πειραματικές καμπύλες σκέδασης των σεισμικών πηγών SP & SP2 μεταξύ τους, διαπιστώθηκε σύμπτωση μορφής και τιμών για μεγάλο εύρος περιόδων. Και οι δύο καμπύλες απεικονίζονται στο Σχήμα 4.7, μαζί και η καμπύλη σκέδασης της διάταξης γεωφώνων Ι. Οι καμπύλες των πηγών SP & SP2 παρουσιάζουν ικανοποιητική συνάφεια μεταξύ τους στο εύρος περιόδων από 0.35 ως.2 sec. Από αυτές μόνο η καμπύλη SP αναπτύσσεται σε μεγαλύτερες περιόδους. Η καμπύλη της διάταξης γεωφώνων I παρουσιάζει καλή συνάφεια τιμών με τις καμπύλες των SP & SP2 για Τ < 0.6 sec. Για 0.6 < Τ < 0.7 sec παρουσιάζει διαφορά στις ταχύτητες φάσης σε σχέση με τις άλλες δύο καμπύλες, που φτάνει και τα 00 m/sec. Η διαφορά των καμπυλών των σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων I για Τ > 0.6 sec, πιθανόν αντικατοπτρίζει τη διαφοροποίηση της γεωλογικής δομής στο δυτικό τμήμα της λεκάνης. 4.8

70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ (α) (β) Σχήμα 4.5. Πειραματικές καμπύλες σκέδασης ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης (διακεκομμένη άσπρη γραμμή) και ανώτερων αρμονικών των Rayleigh κυμάτων όπως προσδιορίστηκαν από τις καταγραφές των σεισμικών πηγών SP (α) και SP2 (β). 4.9

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Σχήμα 4.6. Πειραματική καμπύλη σκέδασης c(t) του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης (διακεκομμένη άσπρη γραμμή) και ανώτερων αρμονικών των Rayleigh κυμάτων για τη διάταξη γεωφώνων Ι (Raptakis et al., 2005)..2. Καμπύλη σκέδασης διάταξης γεωφώνων I Καμπύλη σκέδασης πηγής SP Καμπύλη σκέδασης πηγής SP2 0.9 Ταχύτητα φάσης (km/sec) Περίοδος (sec) Σχήμα 4.7. Σύγκριση μεταξύ πειραματικών καμπυλών σκέδασης c(t) του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων των σεισμικών πηγών SP & SP2 και της διάταξης γεωφώνων Ι. 4.0

72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Τα όρια των καμπυλών σκέδασης που χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία της αντιστροφής περιορίστηκαν ως ακολούθως. Η καμπύλη σκέδασης της πηγής SP περιορίστηκε στο εύρος περιόδων από 0.3 ως.5 sec. Εξαιρέθηκε το τμήμα της καμπύλης στο εύρος περιόδων από.5 έως.5 sec, που παρουσιάζει ίδιες έως και φθίνουσες τιμές ταχύτητας φάσης σε σχέση με το τμήμα της καμπύλης για περιόδους μικρότερες του.5 sec. Τέτοιου είδους μεταβολές στην καμπύλη σκέδαση, δημιουργούν συνήθως προβλήματα «αστάθειας» κατά τη διαδικασία της αντιστροφής. Στην ίδια λογική βασίστηκε και η εξαίρεση των τριών τελευταίων σημείων από την καμπύλη σκέδασης της πηγής SP2, η οποία αναπτύσσεται πλέον σε περιόδους από 0.35 ως.3 sec. Στην περίοδο των 0.7 sec (θέση στην οποία παρουσιάζονται διαφορετικές τιμές ταχύτητας φάσης για ίδια περίοδο), η συνέχεια της καμπύλης σκέδασης της πηγής SP2 προδιαγράφηκε από τη γενικότερη τάση της συνάρτησης E(c,T) πριν και μετά την τιμή αυτή. Η όμοια διακύμανση των καμπυλών σκέδασης των πηγών SP & SP2 στο εύρος περιόδων από 0.35 έως.3 sec, επέτρεψε τη χρήση μιας εκ των δύο για τον υπολογισμό της V s. Η καμπύλη της πηγής SP θεωρήθηκε αντιπροσωπευτική για το μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων (για διάστημα m) και χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της κατανομής της ταχύτητας V s με το βάθος. Με την εισαγωγή τεχνητού ομοιώματος που περιγράφει στο μέτρο του δυνατού τη γεωλογία της θέσης και την πειραματική καμπύλη σκέδασης, υπολογίστηκε η αντίστοιχη θεωρητική καμπύλη c(t) της πηγής SP. Η σύγκλιση που επιτεύχθηκε μεταξύ των δύο καμπυλών και το προσομοίωμα ταχύτητας που προσδιορίστηκε παρουσιάζονται στο Σχήμα 4.8. Η αξιοπιστία της λύσης της αντιστροφής επιβεβαιώνεται τόσο από την ικανοποιητική σύγκλιση των δύο καμπυλών, όσο και από την ανάπτυξη των επιλυόμενων πυρήνων που παρουσιάζουν το μέγιστό τους στο μέσο κάθε προσδιοριζόμενου στρώματος. Οι ταχύτητες V s και τα πάχη των σχηματισμών που προσδιορίστηκαν δίνονται στον Πίνακα 4.2. Παράλληλα με την καμπύλη σκέδασης της πηγής SP και η καμπύλη c(t) διάταξης γεωφώνων I, χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της κατανομής της ταχύτητας V s με το βάθος στο μέσο της διάταξης γεωφώνων (για διάστημα 460 m). Το Σχήμα 4.9 παρουσιάζει τη σύγκλιση που επιτεύχθηκε μέσω της αντιστροφής μεταξύ θεωρητικής και πειραματικής καμπύλης σκέδασης καθώς και το προσομοίωμα ταχύτητας (Raptakis et al., 2005). Οι ταχύτητες V s και τα πάχη των σχηματισμών μέχρι το βάθος των 200 m δίνονται αναλυτικά στον Πίνακα 4.3. Από τις τιμές ταχύτητας V s της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων, διαπιστώνεται ότι σε γενικές γραμμές παρουσιάζουν καλή συμφωνία (Πίνακες 4.2 & 4.3). Παρόλο που τα δύο προσομοιώματα ταχύτητας χαρακτηρίζουν εδαφικούς σχηματισμούς που τοποθετούνται σε διαφορετική θέση στο δυτικό τμήμα της λεκάνης (καθώς αντιστοιχούν σε διατάξεις διαφορετικού μήκους), οι ταχύτητές τους παρουσιάζουν ικανοποιητική συμφωνία τιμών. Η ταχύτητα του τελευταίου στρώματος και στα δύο προσομοιώματα (Πίνακες 4.2 & 4.3) δεν θεωρείται αξιόπιστη καθώς οι τιμές τους δεν περιγράφονται από τις αντίστοιχες καμπύλες σκέδασης, για το λόγο αυτό δεν λήφθηκαν υπόψη στην περαιτέρω διαδικασία. 4.

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ? Σχήμα 4.8. Άνω: σύγκλιση θεωρητικής (συνεχής γραμμή) και πειραματικής (σημεία) καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης των Rayleigh κυμάτων για τη σεισμική πηγή SP. Στα αριστερά παρουσιάζεται το τεχνητό ομοίωμα που εισήχθη στη διαδικασία της αντιστροφής (διακεκομμένη γραμμή) μαζί με το τελικό προσδιοριζόμενο προσομοίωμα ταχύτητας (συνεχής γραμμή). Κάτω: κατανομή ταχύτητας και επιλυόμενοι πυρήνες με το βάθος στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος Η ταχύτητα του τελευταίου ανιχνεύσιμου στρώματος δεν θεωρείται αξιόπιστη (θέση ερωτηματικού), μιας και δεν προδιαγράφεται από την πειραματική καμπύλη σκέδασης. 4.2

74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Depth (km) Vs (km/s) Phase velocity (km/sec) Vs (km/s) Rayleigh Period (sec) Normalized Resolution Matrix Depth (km) 0.200? Σχήμα 4.9. Άνω: σύγκλιση θεωρητικής (συνεχής γραμμή) και πειραματικής (σημεία) καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης των Rayleigh κυμάτων, κάτω: κατανομή ταχύτητας V s και επιλυόμενοι πυρήνες με το βάθος στο μέσο της διάταξης γεωφώνων Ι σύμφωνα με τους Raptakis et al. (2005). Η ταχύτητα του τελευταίου ανιχνεύσιμου στρώματος δεν θεωρείται αξιόπιστη (θέση ερωτηματικού), μιας και δεν προδιαγράφεται από την πειραματική καμπύλη σκέδασης. 4.3

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Πίνακας 4.2. Ταχύτητες V s και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) Πίνακας 4.3. Ταχύτητες V s και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στο μέσο της διάταξης γεωφώνων Ι. Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) Η διαδικασία της αντιστροφής καταλήγει σε όμοιες ταχύτητες V s με αυτές του Πίνακα 4.3 αν χρησιμοποιηθεί η καμπύλη σκέδασης της διάταξης γεωφώνων με όρια περιόδων από 0.28 έως 0.82 sec, παρόλο που η μορφή της για μεγάλες τιμές περιόδων διαφοροποιείται σαφώς από την καμπύλη c(t) των σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων. Με τον τρόπο αυτό διαπιστώνεται ότι η συμβολή του τμήματος της καμπύλης c(t) των γεωφώνων για Τ > 0.6 sec, επηρεάζει ελάχιστα τον προσδιορισμό της ταχύτητας V s. Η διαπίστωση αυτή πιθανόν μπορεί να δικαιολογηθεί από το γεγονός ότι το τμήμα αυτό οφείλεται στην από κοινού συμβολή του θεμελιώδη και ανώτερων αρμονικών διάδοσης των επιφανειακών κυμάτων. Οι ανώτεροι αρμονικοί καταγράφονται στις χρονοϊστορίες των μακρινών σε σχέση με την πηγή οργάνων συνήθως πιο ευδιάκριτοι και με πλάτος μεγαλύτερο από το θεμελιώδη (Σχήμα 4.3), εμπλέκονται μαζί του και κατά τον υπολογισμό της καμπύλης σκέδασης δημιουργούν στις μεγάλες περιόδους μια «ψευδοκαμπύλη» η οποία δεν αντιστοιχεί στον θεμελιώδη τρόπο διάδοσης των κυμάτων επιφανείας. 4.5 ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΗΣ Προσδιορισμός ταχύτητας διαμήκων κυμάτων V p Οι πρώτες αφίξεις των καταγραφών των διατάξεων σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων III, χρησιμοποιήθηκαν ταυτόχρονα για τον προσδιορισμό της μέσης 4.4

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ταχύτητας V p κατά μήκος της διάταξης σεισμικής διάθλασης Από το δρομοχρονικό διάγραμμα (Δ - t) των δύο αντίστροφων πηγών (SP3 & SP4) προσδιορίστηκαν τρία στρώματα. Το πρώτο χαρακτηρίζεται με μέση ταχύτητα 2650 m/sec με πάχος 40 και 200 m στις θέσεις των πηγών SP3 & SP4 αντίστοιχα. Το δεύτερο στρώμα με ταχύτητα 4850 m/sec και πάχος 620 και 800 m αντίστοιχα, ενώ το τρίτο αποτελεί τον ημίχωρο και παρουσιάζει τιμές ταχύτητας μεγαλύτερες των 6600 m/sec. Οι τιμές ταχύτητας V p και τα πάχη των γεωλογικών σχηματισμών της διάταξης 2004 δίνονται στον Πίνακα 4.4. Οι προσδιοριζόμενες τιμές V p έρχονται σε καλή συμφωνία με τις ταχύτητες που προσδιορίστηκαν από την B.R.G.M. (97) στο κέντρο της λεκάνης (Σχήμα 2.8) και τους Raptakis et al. (2000) κατά μήκος της τομής Προφήτης Στίβος (Σχήμα 2.25). Οι V p συσχετίστηκαν με τη γεωλογία της περιοχής όπως αυτή είναι γνωστή από γεωλογικές και γεωφυσικές μελέτες (B.R.G.M. 97, Ψιλοβίκος 977, Raptakis et al. 2000, Ι.Γ.Μ.Ε. 200), προκύπτοντας έτσι η γεωλογική διαστρωμάτωση του ανατολικού τμήματος της λεκάνης. Από τη συσχέτιση προέκυψε ότι το στρώμα με ταχύτητα 2650 m/sec αντιστοιχεί πιθανόν στους Νεογενείς - Τεταρτογενείς εδαφικούς σχηματισμούς της λεκάνης. Το δεύτερο στρώμα με ταχύτητα 4850 m/sec αντιστοιχεί σε βραχώδη ημιβραχώδη σχηματισμό πιθανόν με το γνευσιακό υπόβαθρο της περιοχής, ενώ το τρίτο με ταχύτητα μεγαλύτερη των 6600 m/sec αντιστοιχεί σε βραχώδη σχηματισμό, πιθανόν με τις μαγματικές (γρανιτικές) διεισδύσεις του τεκτονικού βυθίσματος της Μυγδονίας λεκάνης. Πίνακας 4.4. Ταχύτητες V p και πάχη γεωλογικών σχηματισμών του πειράματος Στρώμα Πάχος (m) SP3 SP4 Ταχύτητα V p (m/sec) Γεωλογία ο Εδαφικοί σχηματισμοί 2 ο Γνεύσιος 3 ο ημίχωρος 6600 Γρανιτικές διεισδύσεις Προσδιορισμός ταχύτητας διατμητικών κυμάτων V s Από τις καταγραφές της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος 2004, προσδιορίστηκαν οι πειραματικές καμπύλες σκέδασης c(t) του θεμελιώδη και των ανώτερων τρόπων διάδοσης των κυμάτων επιφανείας (Σχήμα 4.0). Με τη διακεκομμένη άσπρη γραμμή περιγράφεται ο θεμελιώδης τρόπος διάδοσης των Rayleigh κυμάτων. Για την πηγή SP3 αναπτύσσεται στο εύρος περιόδων από 0.2 έως.24 sec με αντίστοιχες τιμές ταχύτητας φάσης 200 και 200 m/sec (Σχήμα 4.0α). Η καμπύλη σκέδασης της πηγής SP4 στις περιόδους 0.67, 0.72 και 0.83 sec παρουσιάζει ασυνέχειες στις τιμές ταχύτητας με διαφορές που δεν ξεπερνούν τα 50 m/sec. Παρά την παρουσία των ασυνεχειών αυτών η ανάπτυξή της προδιαγράφηκε από τη γενικότερη τάση της συνάρτησης E(c,T) στο εύρος περιόδων από 0.46 έως.8 sec με αντίστοιχες τιμές ταχύτητας 290 και 080 m/sec (Σχήμα 4.0β). Οι καμπύλες σκέδασης των διαφορετικών τρόπων διάδοσης των Rayleigh κυμάτων (ιδιαίτερα του θεμελιώδη) της SP3 είναι σαφώς 4.5

77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ πιο ευδιάκριτες και αναπτύσσονται σε μεγαλύτερο εύρος περιόδων από τις αντίστοιχες καμπύλες της SP4. Το γεγονός αυτό συνδέεται πιθανόν με την καλύτερη ποιότητα των χρονοϊστοριών που λήφθηκαν από την πηγή SP3 από ότι την SP4. Η ασάφεια στη μορφή της καμπύλης σκέδασης SP4 στις μικρές περιόδους πιθανόν να οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τον υπολογισμό της λήφθηκαν υπόψη λιγότερες χρονοϊστορίες προερχόμενες από όργανα κοντινά της πηγής, από όσες για την καμπύλη της SP3. Η πειραματική καμπύλη σκέδασης για τη διάταξη γεωφώνων ΙII όπως προσδιορίστηκε από τους Raptakis et al. (2005) παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.. Με τη διακεκομμένη άσπρη γραμμή περιγράφεται ο θεμελιώδης τρόπος διάδοσης των Rayleigh κυμάτων, ο οποίος αναπτύσσεται στο εύρος περιόδων 0.25 ως 0.9 sec με αντίστοιχες τιμές ταχύτητας φάσης 200 ως 530 m/sec. Συγκρίνοντας τις πειραματικές καμπύλες σκέδασης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων των πηγών SP3 & SP4 μεταξύ τους, διαπιστώνεται σύμπτωση μορφής και τιμών για περιόδους από 0.45 ως 0.9 sec (Σχήμα 4.2). Για Τ > 0.9 sec η καμπύλη της πηγής SP4 παρουσιάζει μεγαλύτερες τιμές ταχύτητας φάσης στις ίδιες περιόδους σε σχέση με αυτές της SP3. Η μεγαλύτερη διαφορά στις ταχύτητές τους δεν ξεπερνά τα 00 m/sec. Στο ίδιο σχήμα απεικονίζεται και η καμπύλη σκέδασης της διάταξης γεωφώνων IIΙ. Η τελευταία παρουσιάζει περιορισμένη ανάπτυξη σε σχέση με τις καμπύλες SP3 & SP4, δεδομένου του μικρότερου μήκους της διάταξης γεωφώνων ως προς αυτό των σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων. Για Τ 0.67 sec παρουσιάζει όμοιες τιμές ταχύτητας φάσης με τις προαναφερθείσες καμπύλες σκέδασης. Για το διάστημα από 0.67 ως 0.9 sec παρουσιάζει μεγαλύτερες ταχύτητες από τις καμπύλες c(t) των SP3 & SP4. Οι ομοιότητες και διαφοροποιήσεις μεταξύ των τριών καμπυλών σκέδασης υποδηλώνει ότι η υπεδάφεια δομή στο ανατολικό τμήμα της Μυγδονίας, γενικά δεν διαφοροποιείται παρά τις ενδεχόμενες τοπικές «ανωμαλίες» που σχετίζονται με τη διάδοση των επιφανειακών κυμάτων από τις αντίστροφες σεισμικές διεγέρσεις. Η όμοια ανάπτυξη των καμπυλών σκέδασης των πηγών SP3 & SP4, επέτρεψε τη χρήση μιας εκ των δύο για τον προσδιορισμό της μέσης ταχύτητας V s στο μέσο της σεισμικής διάθλασης 2004 (διάστημα m). Ως αντιπροσωπευτική καμπύλη επιλέχθηκε η καμπύλη σκέδασης της πηγής SP3 η οποία αναπτύσσεται σε μεγαλύτερο εύρος περιόδων από ότι η καμπύλη σκέδασης της πηγής SP4. Στο Σχήμα 4.3 παρουσιάζεται η σύγκλιση που επιτεύχθηκε μεταξύ θεωρητικής και πειραματικής καμπύλης σκέδασης για την SP3 και το προσομοίωμα ταχύτητας που προσδιορίστηκε μέχρι το βάθος των 50 m (Πίνακας 4.5). Στην καμπύλη σκέδασης της διάταξης γεωφώνων III έγινε παρεμβολή σημείων κατά μήκος ανάπτυξής της με σκοπό την πύκνωση της πληροφορίας. Η σύγκλιση της καμπύλης αυτής με την αντίστοιχη θεωρητική και το προσομοίωμα ταχύτητας που αντιστοιχεί στο μέσο της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ (απόστασης 580 m) παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.4. Η ταχύτητα του τελευταίου στρώματος και στα δύο προσομοιώματα (Πίνακες 4.5 & 4.6) δεν θεωρείται αξιόπιστη καθώς οι τιμές τους δεν περιγράφονται από τις αντίστοιχες καμπύλες σκέδασης, για το λόγο αυτό δεν λήφθηκαν υπόψη στην περαιτέρω διαδικασία. 4.6

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ (α) (β) Σχήμα 4.0. Πειραματικές καμπύλες σκέδασης ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης (διακεκομμένη άσπρη γραμμή) και ανώτερων αρμονικών των Rayleigh κυμάτων όπως προσδιορίστηκαν από τις καταγραφές των πηγών SP3 (α) και SP4 (β) αντίστοιχα. 4.7

79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Σχήμα 4.. Πειραματική καμπύλη σκέδασης c(t) του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης (διακεκομμένη άσπρη γραμμή) και ανώτερων αρμονικών των Rayleigh κυμάτων για τη διάταξη γεωφώνων ΙΙΙ (Raptakis et al., 2005)..3.2 Καμπύλη σκέδασης γεωφώνων Καμπύλη σκέδασης πηγής SP3 Καμπύλη σκέδασης πηγής SP4. Ταχύτητα φάσης (km/sec) Περίοδος (sec) Σχήμα 4.2. Σύγκριση μεταξύ πειραματικών καμπυλών σκέδασης c(t) του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων των σεισμικών πηγών SP3 & SP4 και της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ. 4.8

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ? Σχήμα 4.3. Άνω: σύγκλιση θεωρητικής (συνεχής γραμμή) και πειραματικής (σημεία) καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης των Rayleigh κυμάτων για τη σεισμική πηγή SP3. Στα αριστερά παρουσιάζεται το τεχνητό ομοίωμα που εισήχθη στη διαδικασία της αντιστροφής (διακεκομμένη γραμμή) μαζί με το τελικό προσδιοριζόμενο προσομοίωμα ταχύτητας (συνεχής γραμμή). Κάτω: κατανομή ταχύτητας και επιλυόμενοι πυρήνες με το βάθος στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος Η ταχύτητα του τελευταίου ανιχνεύσιμου στρώματος δεν θεωρείται αξιόπιστη (θέση ερωτηματικού), μιας και δεν προδιαγράφεται από την πειραματική καμπύλη σκέδασης. 4.9

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Depth (km) Vs (km/s) Phase velocity (km/sec) Rayleigh Period (sec) Vs (km/s) Normalized Resolution Matrix Depth (km) 0.00? Σχήμα 4.4. Άνω: σύγκλιση θεωρητικής (συνεχής γραμμή) και πειραματικής (σημεία) καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης των Rayleigh κυμάτων, κάτω: κατανομή ταχύτητας V s με το βάθος στο μέσο της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ (Raptakis et al., 2005). Η ταχύτητα του τελευταίου ανιχνεύσιμου στρώματος δεν θεωρείται αξιόπιστη (θέση ερωτηματικού), μιας και δεν προδιαγράφεται από την πειραματική καμπύλη σκέδασης. 4.20

82 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Πίνακας 4.5. Ταχύτητες V s και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) Πίνακας 4.6. Ταχύτητες V s και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στο μέσο της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ. Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) Από τις τιμές ταχύτητας V s της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων όπως παρουσιάζονται στους Πίνακες 4.5 & 4.6, διαπιστώνεται ότι σε γενικές γραμμές παρουσιάζουν καλή συμφωνία. Παρόλο που τα δύο προσομοιώματα ταχύτητας χαρακτηρίζουν εδαφικούς σχηματισμούς που τοποθετούνται σε διαφορετική θέση στο ανατολικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης (αντιστοιχούν στο μέσο διατάξεων διαφορετικού μήκους), οι τιμές ταχύτητας παρουσιάζουν ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ τους. 4.6 ΣΥΝΘΕΣΗ V p ΚΑΙ V s ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΗΣ ΜΗΚΟΤΟΜΗΣ Α - Δ Συσχέτιση ταχυτήτων V p και V s για το πείραμα 2003 Από τις χρονοϊστορίες που καταγράφηκαν στις γραμμικές διατάξεις σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων του πειράματος 2003 προσδιορίστηκε η κατανομή της ταχύτητας των διαμήκων και διατμητικών κυμάτων και το πάχος των κύριων γεωλογικών σχηματισμών του δυτικού τμήματος της Μυγδονίας λεκάνης (Πίνακες ). Τα αποτελέσματα της σεισμικής διάθλασης συσχετίστηκαν με τη γενικότερη γεωλογία της περιοχής, ώστε να προκύψει η στρωματογραφία (Πίνακας 4.). Σύμφωνα με τη συσχέτιση ταχυτήτων V p και γεωλογίας προσδιορίστηκαν δύο γεωλογικοί σχηματισμοί οι οποίοι από την επιφάνεια προς το βάθος αντιστοιχούν στις Τεταρτογενείς και Νεογενείς εδαφικές αποθέσεις (Μυγδονιακό και Προμυγδονιακό ιζηματογενές σύστημα) και το βραχώδες υπόβαθρο της περιοχής. Οι σχηματισμοί του Μυγδονιακού και Προμυγδονιακού 4.2

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ συστήματος ιζημάτων χαρακτηρίζονται από μέση ταχύτητα V p 2072 m/sec και το υπόβαθρο από V p 4523 m/sec αντίστοιχα. Το πάχος των εδαφικών αποθέσεων μεταξύ των δύο πηγών SP2 - SP (για διάστημα m) κυμαίνεται από 70 έως 365 m αντίστοιχα. Διαπιστώνεται δηλαδή βύθιση του υποβάθρου έως και 200 m περίπου από το κεντρικό προς το δυτικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης. Από βάση τα προσομοιώματα ταχύτητας V s που προσδιορίστηκαν με τη μέθοδο SWI και υιοθετώντας τη διαστρωμάτωση των σχηματισμών που προτάθηκε από τους Raptakis et al. (2000) για τους σχηματισμούς που συναντούνται κατά μήκος της τομής Προφήτης - Στίβος, έγινε η κατηγοριοποίηση των σχηματισμών στο δυτικό τμήμα της λεκάνης. Οι σχηματισμοί του Μυγδονιακού συστήματος στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος 2003, χαρακτηρίζονται με σταθμισμένη τιμή ταχύτητας V s 352 m/sec. Το Προμυγδονιακό σύστημα παρουσιάζει σταθμισμένη τιμή V s 53 m/sec (Πίνακας 4.2). Οι ταχύτητες V s στο μέσο της διάταξης γεωφώνων I διαμορφώνονται αντίστοιχα 30 και 546 m/sec για τα δύο ιζηματογενή συστήματα (Πίνακας 4.3). Κατά μήκος της τομής SP SP2 (για διάστημα m) παρουσιάζεται διακύμανση στη σταθμισμένη ταχύτητα V s για το Μυγδονιακό σύστημα από 30 ως 352 m/sec και για το Προμυγδονιακό από 53 ως 546 m/sec Συσχέτιση ταχυτήτων V p και V s για το πείραμα 2004 Από τις γραμμικές διατάξεις σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων του πειράματος 2004 προσδιορίστηκε η κατανομή ταχύτητας V p και V s καθώς και το πάχος των γεωλογικών σχηματισμών στο ανατολικό τμήμα της Μυγδονίας (Πίνακες ). Σύμφωνα με τη συσχέτιση ταχυτήτων V p και γεωλογίας, προσδιορίστηκαν τρεις γεωλογικοί σχηματισμοί οι οποίοι από την επιφάνεια προς το βάθος αντιστοιχούν στις εδαφικές αποθέσεις και στο βραχώδες υπόβαθρο της λεκάνης (Πίνακας 4.4). Το σύνολο των ιζηματογενών αποθέσεων (Μυγδονιακό και Προμυγδονιακό) στο τμήμα αυτό της λεκάνης, χαρακτηρίζονται από ταχύτητα V p 2650 m/sec και πάχος που κυμαίνεται από 40 m στη θέση της πηγής SP3 ως 200 m στην πηγή SP4. Το βραχώδες (γνευσιακό) υπόβαθρο της περιοχής χαρακτηρίζεται από ταχύτητα V p 4850 m/sec, ενώ οι βαθύτερες μαγματικές διεισδύσεις από ταχύτητα V p 6600 m/sec. Από τα προσομοιώματα ταχύτητας V s που προσδιορίστηκαν με τη μέθοδο της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων (SWI) στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος 2004, η σταθμισμένη τιμή ταχύτητας V s για το Μυγδονιακό σύστημα ιζημάτων υπολογίστηκε 290 m/sec. Για το Προμυγδονιακό σύστημα αντίστοιχα η ταχύτητα V s υπολογίστηκε 53 m/sec (Πίνακας 4.5). Οι σταθμισμένες τιμές V s στο μέσο της διάταξης γεωφώνων III υπολογίστηκαν 250 και 630 m/sec αντίστοιχα (Πίνακας 4.6). Κατά μήκος της τομής SP3 SP4 (για διάστημα m) παρουσιάζεται διακύμανση της σταθμισμένης ταχύτητας V s για το Μυγδονιακό ιζηματογενές σύστημα από 250 ως 290 m/sec και για το Προμυγδονιακό από 53 ως 630 m/sec αντίστοιχα. 4.22

84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Γεωλογική διαστρωμάτωση κατά μήκος της διεύθυνσης Α - Δ Η συνολική εικόνα που αποκτάται για τη διαστρωμάτωση της Μυγδονίας λεκάνης κατά μήκος της μηκοτομής των 8.5 km (περιοχή μεταξύ των σεισμικών πηγών SP - SP3) σύμφωνα με τα αποτελέσματα της σεισμικής διάθλασης, έχει ως ακολούθως. Το Μυγδονιακό και Προμυγδονιακό σύστημα ιζημάτων προσδιορίστηκαν στο δυτικό τμήμα της λεκάνης με μέση ταχύτητα V p 2072 m/sec και πάχος που κυμαίνονται από 70 m στη θέση της πηγής SP2 έως 365 m στη θέση της πηγής SP. Η σεισμική διάθλαση που αναπτύχθηκε στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης, προσδιόρισε για τις εδαφικές αποθέσεις τις λεκάνης μέση ταχύτητα V p 2650 m/sec. Συναντούνται με αυξανόμενο πάχος από τη σεισμική πηγή SP3 προς την SP4, από 40 έως 200 m. Το εύρος διακύμανσης της ταχύτητας V p των Μυγδονιακών και Προμυγδονιακών αποθέσεων κατά μήκος της τομής SP - SP3 (για διάστημα m), κυμαίνεται από 2072 έως 2650 m/sec. Το πάχος τους διαφοροποιείται από 40 σε 200 m από το ανατολικό προς το κεντρικό τμήμα της λεκάνης (πείραμα 2004) και από 70 έως 365 m από το κεντρικό προς το δυτικό τμήμα της λεκάνης (πείραμα 2003). Υποκείμενος σχηματισμός τοποθετείται το γνευσιακό υπόβαθρο της περιοχής το οποίο χαρακτηρίζεται από ταχύτητα V p στο εύρος 4523 έως 4850 m/sec. Το πάχος του στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης κυμαίνεται από 620 ως 800 m (στις θέσεις των πηγών SP4 και SP3 αντίστοιχα), ενώ στο δυτικό τμήμα αυτής αποτέλεσε τον ημίχωρο. Το βάθος διασκόπησης της διάθλασης 2004 επέτρεψε επίσης τον προσδιορισμό της ταχύτητας V p 6600 m/sec των μαγματικών διεισδύσεων της περιοχής. Με βάση τα αποτελέσματα της μεθόδου SWI η σταθμισμένη ταχύτητα V s κατά μήκος της τομής SP - SP3 για τους Μυγδονιακούς σχηματισμούς, κυμαίνεται στο εύρος από 250 έως 352 m/sec και για τους Προμυγδονιακούς από 53 έως 630 m/sec αντίστοιχα. Το πάχος του Μυγδονιακού συστήματος κατά μήκος της τομής SP - SP3 παραμένει σταθερό μεταξύ 80 και 90 m. Το πάχος του συνόλου των Προμυγδονιακών ιζημάτων δεν προκύπτει από τα αποτελέσματα της SWI. Τα εδαφικά προσομοιώματα χαρακτηρίζουν μόνο την ταχύτητα και το πάχος των επιφανειακών, μαλακών σχηματισμών του Προμυγδονιακού συστήματος. Η διακριτική ικανότητα της μεθόδου SWI στις τέσσερις διατάξεις καταγραφικών οργάνων (σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων για τα πειράματα 2003 & 2004), δεν υπήρξε ικανή ώστε να περιγράψει την επιφάνεια ιζημάτων - βραχώδους υποβάθρου, με αποτέλεσμα να μην γίνει η διασκόπηση των βαθύτερων, πιο δύστμητων σχηματισμών του Προμυγδονιακού συστήματος. Το πάχος του συστήματος κατά συνέπεια το βάθος του υποβάθρου, θα προκύψει από τη συνδυασμένη χρήση της μεθόδου SWI και της τεχνικής του φασματικού λόγου HVSR (Nakamura, 989) σε επόμενο κεφάλαιο της διατριβής (Κεφ. 5). Με τη μέθοδο SWI δεν προσδιορίστηκε επίσης και η ταχύτητα V s του βραχώδους υποβάθρου. Οι ταχύτητες και τα πάχη των γεωλογικών σχηματισμών που προσδιορίστηκαν στα δύο τμήματα της λεκάνης είναι συμβατά μεταξύ τους και με τη γενικότερη γεωλογία της περιοχής. Στον Πίνακα 4.7 συνοψίζονται τα αποτελέσματα της μεθόδων σεισμικής διάθλασης και αντιστροφής επιφανειακών κυμάτων για τα δύο πειράματα 2003 &

85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Πίνακας 4.7. Ταχύτητες και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στην τομή SP SP3. Μέθοδος V p (m/sec) Πάχος (m) Σεισμικής διάθλασης SP SP2 SP4 SP3 Γεωλογία Εδαφ. αποθέσεις ημίχωρος Γνεύσιος ημίχωρος Μαγμ. διεισδύσεις Αντιστροφή επιφανειακών κυμάτων σταθμισμένη V s (m/sec) Πάχος (m) σεισ.& επιτ. γεώφ. σεισ.& επιτ. γεώφ. Γεωλογία Μυγδονιακό > 70 > 20 Προμυγδονιακό σεισ.& επιτ. γεώφ. σεισ.& επιτ. γεώφ Μυγδονιακό > 60 > 20 Προμυγδονιακό Οι ταχύτητες V p και V s και τα πάχη των σχηματισμών που προσδιορίστηκαν από τη σεισμική διάθλαση, συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα προηγούμενων γεωφυσικών και γεωτεχνικών μελετών (B.R.G.M. 97, Raptakis et al. 998 & 2000, Jongmans et al. 998). Η ταχύτητα V p των εδαφικών αποθέσεων (Πίνακας 4.7) βρίσκεται στο εύρος τιμών ταχύτητας με αυτό που υπολογίστηκε από την B.R.G.M. (97) για τα ιζήματα της περιοχής μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης ( m/sec). Βρίσκεται επίσης σε ικανοποιητική συμφωνία με τη μέση ταχύτητα V p που προσδιόρισαν οι Raptakis et al. (998) και Jongmans et al. (998) κατά μήκος της εδαφοδυναμικής τομής Προφήτης Στίβος (2200 και 225 m/sec αντίστοιχα). Η σταθμισμένη ταχύτητα V s του Μυγδονιακού συστήματος (Πίνακας 4.7) συμφωνεί με την αντίστοιχη ταχύτητα που υπολογίστηκε στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης (330 m/sec) από τους Raptakis et al. (2000). Η ταχύτητα V s του Προμυγδονιακού συστήματος (Πίνακας 4.7) παρουσιάζει διαφορά ως προς την αντίστοιχη ταχύτητα (750 m/sec) που προσδιορίστηκε από τους Raptakis et al. (2000) η οποία δικαιολογείται από το γεγονός ότι κατά τον υπολογισμό της σταθμισμένης V s λήφθηκε υπόψη το πάχος των επιφανειακών και όχι του συνόλου των σχηματισμών του Προμυγδονιακού συστήματος, το οποίο δεν προσδιορίστηκε με τη μέθοδο SWI. Η ταχύτητα V p του γνευσιακού υποβάθρου της λεκάνης με βάση τα αποτελέσματα της διατριβής (Πίνακας 4.7), παρουσιάζει καλή συμφωνία με την αντίστοιχη ταχύτητα (4500 m/sec) που προσδιόρισαν οι Raptakis et al. (998) και Jongmans et al. (998) για την τομή Προφήτης Στίβος, καθώς και με την ταχύτητα ( m/sec) της B.R.G.M. (79). Επίσης η ταχύτητα V p των μαγματικών διεισδύσεων (6600 m/sec) είναι σύμφωνη με την ταχύτητα που δίνει η B.R.G.M. (79) για τον υγιή βράχο της λεκάνης ( m/sec). Το πάχος των αποθέσεων στο δυτικό τμήμα της λεκάνης όπως προσδιορίστηκε από τα δεδομένα της διατριβής (365 m), συμφωνεί ικανοποιητικά με τα στοιχεία της βαθιάς υδρογεώτρησης S3 art η οποία συνάντησε το υπόβαθρο στην περιοχή σε βάθος 405 m περίπου (B.R.G.M., 97). Στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης το πάχος των αποθέσεων κυμαίνεται από 70 έως 200 m (Πίνακας 4.7). Οι τιμές αυτές παρά τη διαφορά τους, βρίσκονται κοντά στο βάθος στο 4.24

86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ οποίο προσδιορίστηκε το υπόβαθρο στη θέση Euroseistest (96 m) σύμφωνα με στοιχεία δειγματοληπτικής γεώτρησης που διατρήθηκε στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος Euroseistest (Ραπτάκης, 995). Συγκεντρωτικά, με τα δύο πειράματα μεγάλων εκρήξεων έγινε η διασκόπηση των γεωλογικών σχηματισμών κατά τη διεύθυνση Α Δ της λεκάνης. Η γεωλογία της μηκοτομής SP SP3 περιγράφηκε με όρους ταχύτητας διαμήκων κυμάτων V p από τις επιφανειακές εδαφικές αποθέσεις μέχρι και το βραχώδες υπόβαθρο. Η διακριτική ικανότητα της μεθόδου σεισμικής διάθλασης δεν επέτρεψε τη διακριτοποίηση των επιμέρους εδαφικών σχηματισμών της περιοχής. Αντίθετα, με τη μέθοδο της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων στις καταγραφές των εκρήξεων προσδιορίστηκαν οι ταχύτητες V s του Μυγδονιακού και Προμυγδονιακού ιζηματογενούς συστήματος μέχρι την επιφάνεια με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης. Παρόλο που ο στόχος των εκρήξεων ήταν ο προσδιορισμός της ταχύτητας V s και όχι της V p, τα αποτελέσματα της σεισμικής διάθλασης δίνουν μια γενική εικόνα για τη γεωλογική δομή κατά τη διεύθυνση Α Δ της λεκάνης. Οι προσδιοριζόμενες με τη σεισμική διάθλαση ταχύτητες V p αλλά κυρίως οι V s θα συσχετιστούν με τις αντίστοιχες ταχύτητες V s που θα προκύψουν από ένα εκτεταμένο πρόγραμμα μετρήσεων μικροθορύβου κυκλικής διάταξης που καλύπτουν όλη την περιοχή ενδιαφέροντος. Στο σύνολό τους θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο μαζί με το πάχος των Τεταρτογενών και Νεογενών εδαφικών σχηματισμών για τη σύνθεση της τρισδιάστατης γεωλογίας της Μυγδονίας λεκάνης (Κεφ. 5). Στις παραγράφους που ακολουθούν δίνονται τα στοιχεία και τα αποτελέσματα των μετρήσεων μικροθορύβου κυκλικής διάταξης. 4.7 ΜΕΤΡΗΣΕIΣ ΜΙΚΡΟΘΟΡΥΒΟΥ 4.7. Μετρήσεις Οι μετρήσεις μικροθορύβου πραγματοποιήθηκαν σε 29 θέσεις εντός της έκτασης της Μυγδονίας λεκάνης, με σκοπό να καλυφθούν αντιπροσωπευτικά οι γεωλογικές συνθήκες της. Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα καταγραφικά όργανα τύπου DAS-30 3 ης γενιάς (Reftek) υψηλής ανάλυσης (24 bit) και σεισμόμετρα τριών συνιστωσών CMG-40T (Guralp) εύρους καταγραφής συχνοτήτων Hz, με GPS για τον προσδιορισμό του απόλυτου χρόνου και των συντεταγμένων των καταγραφών θορύβου. Για τις μετρήσεις χρησιμοποιήθηκε η κυκλική διάταξη, τοποθετώντας ένα όργανο στο κέντρο του κύκλου και τα υπόλοιπα στις κορυφές ισόπλευρου τριγώνου (Σχήμα 4.5). Στο σύνολο των θέσεων η καταγραφή μικροθορύβου έγινε με τρεις διατάξεις διαφορετικής ακτίνας για τη διερεύνηση των γεωλογικών σχηματισμών σε διαφορετικά βάθη (Σχήμα 4.5). Οι διατάξεις με τις μικρότερες ακτίνες χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της καμπύλης σκέδασης των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών, με τις μεγαλύτερες ακτίνες των βαθύτερων αντίστοιχα. Η επιλογή των μεγάλων ακτίνων ανά θέση έγινε με 4.25

87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ βάση το αναμενόμενο βάθος του βραχώδους υποβάθρου, πληροφορία η οποία ήταν διαθέσιμη για κάποιες θέσεις από προηγούμενες μελέτες (B.R.G.M. 97, Ραπτάκης 995, Raptakis at al. 2000, Kudo et al., 2002, Αποστολίδης 2002, Manakou et al. 2004). Η καταγραφή του θορύβου ήταν συνεχής και ταυτόχρονη για χρονικό διάστημα min για κάθε ακτίνα. Το χρονικό βήμα δειγματοληψίας ήταν sec (25 Hz) και καταγράφηκαν όλες οι συνιστώσες του (δύο οριζόντιες και κατακόρυφη). Στην ανάλυση με τη μέθοδο SPAC χρησιμοποιήθηκε μόνο η κατακόρυφη συνιστώσα του θορύβου, η οποία κυριαρχείται από επιφανειακά κύματα Rayleigh. Οι δύο οριζόντιες συνιστώσες του χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια της διατριβής σε υπολογισμούς σεισμικής απόκρισης (Κεφ. 6). Η πρώτη εφαρμογή της μεθόδου SPAC στη Μυγδονία λεκάνη έγινε σε επιλεγμένες θέσεις στη δισδιάστατη εδαφοδυναμική τομή Προφήτης - Στίβος στα πλαίσια προηγούμενων μελετών (Kudo et al. 2002, Αποστολίδης 2002). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της αξιοπιστίας και της αποτελεσματικότητας του μικροθορύβου σε μια περιοχή όπου η στρωματογραφία, οι δυναμικές και μηχανικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών είναι γνωστές από πλήθος παλαιών και πρόσφατων γεωφυσικών και γεωτεχνικών δοκιμών. Χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος SPAC και η ανάπτυξη διατάξεων διαφορετικών ακτίνων. Η κατανομή της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων προσδιορίστηκε με τη χρήση των τεχνικών της επαναληπτικής (Αποστολίδης, 2002) και της γενετικής αντιστροφής (Kudo et al., 2002). Οι θέσεις των μετρήσεων μικροθορύβου που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής παρουσιάζονται στο Σχήμα 4.6, ενώ οι παράμετροί τους δίνονται στον Πίνακα 4.8. R3 2 R R2 20 o 3 4 Σχήμα 4.5. Κυκλική διάταξη τεσσάρων καταγραφικών οργάνων ( - 4) τριών διαφορετικών ακτινών R, R2 και R

88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Σχήμα 4.6. Γεωλογικός χάρτης της Μυγδονίας λεκάνης με τις θέσεις των μετρήσεων μικροθορύβου. Με κύκλους απεικονίζονται οι μετρήσεις θορύβου που έγιναν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, με τετράγωνο οι θέσεις προηγούμενων μελετών (Αποστολίδης, 2002). Παρουσιάζονται επίσης οι σταθμοί του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων (τετράγωνα), η θέση της υδρογεώτρησης S3 art (ρόμβος) της B.R.G.M. (97) και των δειγματοληπτικών γεωτρήσεων ΑΝΑ και ΑΤΗ (τρίγωνα) που έγιναν στα πλαίσια του Euroseisrisk. 4.27

89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Πίνακας 4.8. Παράμετροι μετρήσεων μικροθορύβου κυκλικής διάταξης που πραγματοποιήθηκαν στη Μυγδονία λεκάνης στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Νο Κωδικός θέσης Ακτίνες διασκόπησης (m) Ημερομηνία διεξαγωγής μέτρησης GER 0, 20, 40 23/02/ GER2 0, 20, 45 23/02/ GER3 0, 20, 45 23/02/ LAG 0, 20, 40 24/02/ LAG2 0, 20, 45 24/02/ BRG 0, 20, 60 24/02/ MAN 0, 20, 45 22/04/ DAB 0, 20, 45 22/04/ ANA 0, 20, 40 24/05/ THE 0, 20, 40 24/05/2005 FRM 0, 25, 43 3/05/ TOPO 0, 25, 45 3/05/ VOL 0, 25, 45 06/06/ FID 0, 25, 44 07/06/ VRO 0, 25, 45 07/06/ TRI 0, 25, 40 3/06/ FTE 0, 25, 45 3/06/ KAP 0, 20, 40 24/06/ MES 0, 25, 50 24/06/ KOT 0, 25, 45 30/09/ NIK 0, 20, 45 30/09/ NIK2 0, 20, 45 30/09/ SCH 0, 20, 45 8/0/ EVA 0, 20, 45 8/0/ LIM 0, 20, 50 8/0/ VATH 0, 20, 45 0// PER2 0, 25, 50 0// DAB2 0, 40, 90 0// LIM2 0, 40, 70 5/02/

90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Αναλύσεις λογισμικού Τα στάδια επεξεργασίας που πραγματοποιήθηκαν στην κατακόρυφη συνιστώσα των αρχικών καταγραφών θορύβου, μέσω του λογισμικού προγράμματος SAC (Goldstein et al., 996 & 2003) περιλαμβάνουν τα ακόλουθα ) διόρθωση της βασικής γραμμής αναφοράς των καταγραφών θορύβου (base line correction), 2) απάλειψη των αποκλίσεων των καταγραφών (trend), 3) εφαρμογή φίλτρου ζώνης διέλευσης συχνοτήτων από 0. έως 25 Hz, 4) απόρριψη τμήματος μη-ταυτόχρονης καταγραφής θορύβου στους τέσσερεις σταθμούς κάθε διάταξης για λόγους συνάφειας. Με απώτερο σκοπό τον υπολογισμό της πειραματικής καμπύλης σκέδασης c(t) των επιφανειακών Rayleigh κυμάτων, σύμφωνα με το μαθηματικό υπόβαθρο που αναπτύχθηκε στην Παράγραφο 3.4.3, ακολουθήθηκε η εξής διαδικασία. Από τις διορθωμένες καταγραφές θορύβου που προέκυψαν με την εφαρμογή των παραπάνω τεσσάρων σταδίων επεξεργασίας, λήφθηκε αντιπροσωπευτικό παράθυρο θορύβου το οποίο χωρίστηκε σε μικρότερα παράθυρα ανάλυσης χρονικής διάρκειας εξαρτώμενης από την ακτίνα της διάταξης θορύβου από την οποία λήφθηκαν οι αρχικές καταγραφές. Ειδικότερα, στις μικρές ακτίνες που χρησιμοποιούνται για τη διασκόπηση των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών λήφθηκαν παράθυρα χρονικής διάρκειας 6 ή 32 sec, ενώ στις μεγάλες ακτίνες που χρησιμοποιούνται για τη διασκόπηση των βαθύτερων οριζόντων, παράθυρα χρονικής διάρκειας 65 ή 3 sec. Ανεξάρτητα από τη χρονική διάρκεια των παραθύρων, παρουσίαζαν μεταξύ τους αλληλοεπικάλυψη 50%. Στο σύνολο των παραθύρων ανάλυσης όλων των ακτίνων του μικροθορύβου και για κάθε θέση καταγραφής του, έγινε ο έλεγχος της σταθερότητάς του στο χώρο και στο χρόνο με τον υπολογισμό των φασμάτων Fourier και ισχύος. Η ικανοποιητική σταθερότητα σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων των φασμάτων αυτών, αποτέλεσε τη βάση για τον υπολογισμό των συναρτήσεων συνάφειας μεταξύ όλων των ισαπέχοντων ζευγών (&2, &3, &4 και 2&3, 2&4, 3&4). Το εύρος συχνοτήτων στο οποίο ο θόρυβος αποτελεί στάσιμη διαδικασία στο χώρο και στο χρόνο, για πλάτος της συνάρτησης συνάφειας μεγαλύτερο του 0.7, αποτέλεσαν σε κάθε περίπτωση τα όρια συχνοτήτων για τους περαιτέρω υπολογισμούς. Το φάσμα ισχύος συνδέεται με τη συνάρτηση αυτοσυσχέτισης μεταξύ δύο σταθμών, μέσω της Σχέσης (3.5). Υπολογίστηκαν λοιπόν οι συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης καθώς και η μέση τιμή τους για όλα τα ισαπέχοντα ζεύγη σταθμών της διάταξης μικροθορύβου, ώστε να διαπιστωθεί η σταθερότητά τους στο εύρος συχνοτήτων που προσδιορίστηκε κατά το προηγούμενο στάδιο ανάλυσης. Στη συνέχεια προσδιορίστηκε η μεταβολή του Χωρικού Συντελεστή Αυτοσυσχέτισης (ΧΣΑ) σε σχέση με την απόσταση και τις συναρτήσεις Bessel του πρώτου είδους μηδενικής τάξης για όλες τις συχνότητες που περιέχονται στο εύρος συχνοτήτων ενδιαφέροντος. Από το ΧΣΑ και τη Σχέση (3.8) προσδιορίστηκε η πειραματική καμπύλη σκέδασης c(t) του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων για την ακτίνα της διάταξης από την οποία λήφθηκαν οι καταγραφές θορύβου. Η ανάλυση του μικροθορύβου με τη μέθοδο SPAC (προσδιορισμός της πειραματικής 4.29

91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ καμπύλης σκέδασης) έγινε με λογισμικό που αναπτύχθηκε στο πανεπιστήμιο Hokkaido της Ιαπωνίας (Linn, 995). Στα πλαίσια της διατριβής πραγματοποιήθηκε τροποποίηση του λογισμικού αυτού η οποία δεν αφορά τη μεταβολή του πυρήνα του προγράμματος, αλλά τον τρόπο εφαρμογής του στις καταγραφές θορύβου. Συγκεκριμένα, ενώ το λογισμικό ήταν σχεδιασμένο με τρόπο που να υπολογίζεται το σύνολο των παραμέτρων που απαιτούνται για τον προσδιορισμό της καμπύλης σκέδασης (φάσματα Fourier και ισχύος, συναρτήσεις συνάφειας και αυτοσυσχέτισης, μεταβολή ΧΣΑ) σε ένα αντιπροσωπευτικό παράθυρο θορύβου, με την τροποποίηση του λογισμικού όλες οι παράμετροι υπολογίζονται μέσω μιας αυτοματοποιημένης διαδικασίας σε όλη τη χρονική διάρκεια αυτού. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η χρήση όλης της καταγραφής και όχι ενός αντιπροσωπευτικού τμήματος του θορύβου που μπορεί να περιέχει τοπικού χαρακτήρα εξωτερικούς θορύβους (spikes) που να επηρεάζουν την ποιότητα των καταγραφών, κατά συνέπεια και των αποτελεσμάτων της ανάλυσης. Δίνεται επίσης η δυνατότητα επιλογής παραθύρων ανάλυσης ανάλογα με την ικανοποιητική ή όχι διακύμανση των υπολογιζόμενων παραμέτρων (φάσματα Fourier, ισχύος, κλπ.). Ως τελική πειραματική καμπύλη σκέδασης για κάθε ακτίνα της διάταξης μικροθορύβου, προκύπτει η μέση τιμή των επιμέρους καμπυλών σκέδασης που υπολογίζονται στα παράθυρα ανάλυσης που επιλέχθηκαν από την παραπάνω διαδικασία. Η διαχείριση και απεικόνιση του πλήθους των αρχείων που παράγονται στα επιμέρους στάδια ανάλυσης, γίνεται με το λογισμικό Matlab (The Language of Technical Computing, 984). Η παρέμβαση του είδους εξασφαλίζει την καλύτερη αξιοπιστία τόσο του ενδιάμεσου αποτελέσματος (πειραματική καμπύλη σκέδασης) όσο και του τελικού (προσομοίωμα ταχύτητας V s ). Η τελική πειραματική καμπύλη σκέδασης της ταχύτητας φάσης που προσδιορίζεται αντιστοιχεί στο θεμελιώδη (συνήθως) τρόπο διάδοσης των επιφανειακών Rayleigh κυμάτων. Μαζί με το τεχνητό ομοίωμα χ ο (Σχέση 3.8) που περιγράφει τη γεωλογία της θέσης διασκόπησης, χρησιμοποιείται στην αντιστροφή των επιφανειακών κυμάτων για τον υπολογισμό της θεωρητικής καμπύλης σκέδασης της ταχύτητας φάσης. Μέσω μιας επαναληπτικής διαδικασίας κατά την οποία επιδιώκεται η σύγκλιση πειραματικής και θεωρητικής καμπύλης σκέδασης (Σχέση 3.9), υπολογίζεται η κατανομή της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων με το βάθος. Στην παρούσα διατριβή για τον προσδιορισμό του προσομοιώματος ταχύτητας χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό surf του Herrmann (985, 987b) σε λειτουργικό Linux, το οποίο βασίζεται στη τεχνική της επαναληπτικής αντιστροφής (Iterative method). Στην επόμενη παράγραφο παρουσιάζονται αναλυτικά ως παράδειγμα όλα τα στάδια ανάλυσης που ακολουθήθηκαν για τον προσδιορισμό της πειραματικής καμπύλης σκέδασης και του προσομοιώματος ταχύτητας στη θέση BRG. Τα διαθέσιμα για τη θέση αυτή γεωφυσικά και γεωλογικά στοιχεία θα επιτρέψουν τη σύγκριση του αποτελέσματος του μικροθορύβου με αυτά (B.R.G.M. 97, Ψιλοβίκος 977, st Annual Euroseisrisk Report 2002). Παρουσιάζονται επίσης οι καμπύλες σκέδασης, η μεταβολή της ταχύτητας V s με το βάθος και τα πάχη των γεωλογικών σχηματισμών όπως προσδιορίστηκαν στις 4.30

92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ θέσεις μικροθορύβου ΑΝΑ και DAB2 (Σχήμα 4.6). Στις θέσεις αυτές υπάρχουν γεωτεχνικά στοιχεία τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιβεβαίωση της αξιοπιστίας των ταχυτήτων V s του μικροθορύβου. Για τις υπόλοιπες θέσεις η καμπύλη σκέδασης και η κατανομή της ταχύτητας με το βάθος παρουσιάζονται συγκεντρωτικά στα Σχήματα Π..48 και στους Πίνακες Π..24 του Παραρτήματος Π Αναλυτικό παράδειγμα εφαρμογής στη θέση BRG Η θέση BRG τοποθετείται στο δυτικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 4.6) δίπλα στη βαθιά γεώτρηση S3 art της B.R.G.M. (97). Οι διορθωμένες καταγραφές θορύβου που προέκυψαν από την εφαρμογή των τεσσάρων σταδίων ανάλυσης (Παράγραφος 4.7.2) για την ακτίνα των 0 m, έχουν χρονική διάρκεια 400 sec (Σχήμα 4.7). Χωρίστηκαν σε παράθυρα ανάλυσης διάρκειας 6 sec το καθένα με μεταξύ τους αλληλοεπικάλυψη 50%. Το σύνολο των παραθύρων που προέκυψαν με τη διαδικασία αυτή είναι 75. Στη συνέχεια παρουσιάζονται ενδεικτικά τα αποτελέσματα 2 από τα 75 παράθυρα ανάλυσης (57 68). Η επιλογή των παραθύρων που χρησιμοποιήθηκαν στον υπολογισμό της καμπύλης σκέδασης c(t), προέκυψε κατά την πορεία της παρακάτω διαδικασίας. Στα 2 παράθυρα ανάλυσης (57 68) έγινε ο έλεγχος της σταθερότητας της μεταβολής του θορύβου ως προς το χρόνο και το χώρο, με τον υπολογισμό των φασμάτων Fourier και ισχύος και των συναρτήσεων συνάφειας μεταξύ ζευγών ισαπέχοντων σταθμών (&2, &3, &4 και 2&3, 2&4, 3&4). Η σκοπιμότητα του ελέγχου αυτού γίνεται για να διαπιστωθεί αν ο μικροθόρυβος μπορεί να περιγραφεί από τις τυχηματικές και στάσιμες συναρτήσεις. Στα Σχήματα & & παρουσιάζεται η μεταβολή των παραμέτρων αυτών στα προαναφερόμενα παράθυρα του θορύβου. Η διακύμανση των φασμάτων Fourier και ισχύος και στους τέσσερεις σταθμούς της διάταξης παρουσιάζει ικανοποιητική σταθερότητα και στα 2 παράθυρα για συχνότητες από 0.5 έως 6.5 Hz περίπου (Σχήματα ). Οι συναρτήσεις συνάφειας των ισαπέχοντων ζευγών &2, &3, &4 παρουσιάζονται στα Σχήματα 4.22 & Η μεταβολή τους στο εύρος συχνοτήτων κατά το οποίο τα φάσματα Fourier και ισχύος παρουσιάζουν σταθερότητα, εμφανίζεται σταθερή. Ειδικότερα, μεταβολή των συναρτήσεων συνάφειας μεταξύ των ζευγών &2, &3, &4 με πλάτος μεγαλύτερο του 0.7 (κατώτερη αποδεκτή τιμή διακύμανσης της συνάφειας) έχουμε για τα παράθυρα ανάλυσης 57, 59, 6, 62, 66, 67 και 68, στο εύρος συχνοτήτων από 0.5 έως 5.0 Hz περίπου. Για τα παράθυρα ανάλυσης 58, 60, 63 και 64, η μεταβολή είναι ικανοποιητική στο εύρος συχνοτήτων από 0.8 έως 6.5 Hz. Από τα φάσματα Fourier και ισχύος και της συναρτήσεις συνάφειας διαπιστώνεται ότι ο μικροθόρυβος αποτελεί στάσιμη διαδικασία στο χώρο και στο χρόνο για το εύρος συχνοτήτων από 0.5 έως 6.5 Hz. Οι τιμές αυτές θα αποτελέσουν τα όρια συχνότητας ενδιαφέροντος στην περαιτέρω ανάλυση. Στο επόμενο στάδιο υπολογίστηκαν οι συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης των ισαπέχοντων ζευγών καθώς και η μέση τιμή τους. Στα Σχήματα 4.24 & 4.25 παρουσιάζονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης των ζευγών &2, &3 και &4 για τα παράθυρα 57, 59, 4.3

93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ 6, 62, 66, 67 και 68. Από τη διασπορά που παρουσιάζουν οι συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης μεταξύ τους και ως προς τη μέση τιμή τους, διαπιστώνεται σε πιο εύρος συχνοτήτων ο μικροθόρυβος παρουσιάζει στάσιμη μεταβολή. Από τα Σχήματα 4.24 & 4.25 διαπιστώνεται ότι η διασπορά των συναρτήσεων για τα παράθυρα ανάλυσης 57, 59, 6, 62, 65, 67 και 68 είναι μικρή στο εύρος συχνοτήτων από.0 έως 5.0 Hz, ενώ για τα παράθυρα 58, 60, 63, 64 και 66 στο εύρος συχνοτήτων από.0 έως 6.0 Hz περίπου. Από το στάδιο αυτό προκύπτει ότι το εύρος συχνότητας στο οποίο ο μικροθόρυβος μπορεί να περιγραφεί από τις τυχηματικές και στάσιμες συναρτήσεις είναι μεταξύ.0 και 6.0 Hz περίπου. Το επόμενο στάδιο συμπεριλαμβάνει τον έλεγχο της σύμπτωσης του ΧΣΑ και των συναρτήσεων Bessel του πρώτου είδους της μηδενικής τάξης. Στα Σχήματα 4.26 & 4.27 παρουσιάζεται η χωρική μεταβολή του ΧΣΑ σε σχέση με τις συναρτήσεις Bessel, ενδεικτικά για 2 από τα 2 παράθυρα ανάλυσης (59 και 64) για τις συχνότητες.,.5, 2.0, 4.0, 5.0 και 6.0 Hz οι οποίες περιέχονται στο παραπάνω εύρος συχνοτήτων ενδιαφέροντος. Στο ίδιο σχήμα με κύκλους προβάλλονται οι αποστάσεις των ισαπέχοντων ζευγών των σταθμών που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ταχύτητας φάσης. Για τα ζεύγη σταθμών &2, &3, &4 η απόσταση είναι 0 m, για τα ζεύγη 2&3, 2&4, 3&4 η απόσταση προκύπτει γεωμετρικά από την πλευρά του ισόπλευρου τριγώνου που σχηματίζουν μεταξύ τους οι σταθμοί 2, 3 και 4 και είναι ίση με 7.3 m. Παρατηρείται ότι και οι δύο ακτίνες ακολουθούν ικανοποιητικά τη μορφή των συναρτήσεων Bessel στο εύρος συχνοτήτων από.0 έως 6.0 Hz περίπου στο οποίο αναμένεται να προσδιοριστεί και η καμπύλη σκέδασης της ακτίνας των 0 m Amplitude (Volts) Time (sec) Σχήμα 4.7. Διορθωμένες καταγραφές θορύβου για τους σταθμούς, 2, 3, 4 σε διάταξη της ακτίνας 0 m στη θέση διασκόπησης BRG. 4.32

94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Fourier Graph :: Time Window Fourier Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Fourier Graph :: Time Window Fourier Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Fourier Graph :: Time Window Fourier Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα 4.8. Φάσματα Fourier των καταγραφών μικροθορύβου στους τέσσερις σταθμούς της διάταξης (,2,3,4) για τα παράθυρα ανάλυσης

95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Fourier Graph :: Time Window Fourier Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Fourier Graph :: Time Window Fourier Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Fourier Graph :: Time Window Fourier Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα 4.9. Φάσματα Fourier των καταγραφών μικροθορύβου στους τέσσερις σταθμούς της διάταξης (,2,3,4) για τα παράθυρα ανάλυσης

96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Power Graph :: Time Window Power Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Power Graph :: Time Window Power Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Power Graph :: Time Window Power Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα Φάσματα ισχύος των καταγραφών μικροθορύβου στους τέσσερις σταθμούς της διάταξης (,2,3,4) για τα παράθυρα ανάλυσης

97 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Power Graph :: Time Window Power Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Power Graph :: Time Window Power Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Power Graph :: Time Window Power Graph :: Time Window Amplitude Amplitude Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα 4.2. Φάσματα ισχύος των καταγραφών μικροθορύβου στους τέσσερις σταθμούς της διάταξης (,2,3,4) για τα παράθυρα ανάλυσης

98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Coherency Graph :: Time Window Coherency Graph :: Time Window Coherency Coherency Frequency (Hz) Frequency (Hz) Coherency Graph :: Time Window Coherency Graph :: Time Window Coherency Coherency Frequency (Hz) Frequency (Hz) Coherency Graph :: Time Window Coherency Graph :: Time Window Coherency Coherency Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα Συναρτήσεις συνάφειας των ισαπέχοντων ζευγών &2, &3, &4 για τα παράθυρα ανάλυσης

99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Coherency Graph :: Time Window Coherency Graph :: Time Window Coherency Coherency Frequency (Hz) Frequency (Hz) Coherency Graph :: Time Window Coherency Graph :: Time Window Coherency Coherency Frequency (Hz) Frequency (Hz) Coherency Graph :: Time Window Coherency Graph :: Time Window Coherency Coherency Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα Συναρτήσεις συνάφειας των ισαπέχοντων ζευγών &2, &3, &4 για τα παράθυρα ανάλυσης

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Autocorrelation function for Time Window(57) :: Autocorrelation function for Time Window(58) :: SPAC SPAC Frequency (Hz) Frequency (Hz) Autocorrelation function for Time Window(59) :: Autocorrelation function for Time Window(60) :: SPAC SPAC Frequency (Hz) Frequency (Hz) Autocorrelation function for Time Window(6) :: Autocorrelation function for Time Window(62) :: SPAC SPAC Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα Συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης για τα ισαπέχοντα ζεύγη &2, &3 και &4 και μέση τιμή τους (average) για τα παράθυρα ανάλυσης

101 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Autocorrelation function for Time Window(63) :: Autocorrelation function for Time Window(64) :: SPAC SPAC Frequency (Hz) Frequency (Hz) Autocorrelation function for Time Window(65) :: Autocorrelation function for Time Window(66) :: SPAC SPAC Frequency (Hz) Frequency (Hz) Autocorrelation function for Time Window(67) :: Autocorrelation function for Time Window(68) :: SPAC SPAC Frequency (Hz) Frequency (Hz) Σχήμα Συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης για τα ισαπέχοντα ζεύγη &2, &3, &4 και μέση τιμή τους (average) για τα παράθυρα ανάλυσης

102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Bessel Function/Frequency (.Hz) :: Time Window(59) :: Bessel Function/Frequency (.5Hz) :: Time Window(59) :: SPAC SPAC Distance (km) Distance (km) Bessel Function/Frequency (2.0Hz) :: Time Window(59) :: Bessel Function/Frequency (3.0Hz) :: Time Window(59) :: SPAC SPAC Distance (km) Distance (km) Bessel Function/Frequency (5.0Hz) :: Time Window(59) :: Bessel Function/Frequency (6.0Hz) :: Time Window(59) :: SPAC SPAC Distance (km) Distance (km) Σχήμα Μεταβολή του ΧΣΑ με την απόσταση πάνω στις συναρτήσεις Bessel του πρώτου είδους της μηδενικής τάξης για το παράθυρο ανάλυσης 59 ενδεικτικά στις συχνότητες.,.5, 2.0, 3.0, 5.0 και 6.0 Hz. Οι κύκλοι δηλώνουν τις ακτίνες που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ταχύτητας φάσης μεταξύ των ισαπέχοντων ζευγών (0 m για τα ζεύγη &2, &3, &4, και 7.3 m για τα ζεύγη 2&3, 2&4, 3&4).

103 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Bessel Function/Frequency (.Hz) :: Time Window(64) :: Bessel Function/Frequency (.5Hz) :: Time Window(64) :: SPAC SPAC Distance (km) Distance (km) Bessel Function/Frequency (2.0Hz) :: Time Window(64) :: Bessel Function/Frequency (3.0Hz) :: Time Window(64) :: SPAC SPAC Distance (km) Distance (km) Bessel Function/Frequency (5.0Hz) :: Time Window(64) :: Bessel Function/Frequency (6.0Hz) :: Time Window(64) :: SPAC SPAC Distance (km) Distance (km) Σχήμα Μεταβολή του ΧΣΑ με την απόσταση πάνω στις συναρτήσεις Bessel του πρώτου είδους της μηδενικής τάξης για το παράθυρο ανάλυσης 64 στις συχνότητες.,.5, 2.0, 3.0, 5.0 και 6.0 Hz. Οι κύκλοι δηλώνουν τις ακτίνες που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ταχύτητας φάσης μεταξύ των ισαπέχοντων ζευγών (0 m για τα ζεύγη &2, &3, &4, και 7.3 m για τα ζεύγη 2&3, 2&4, 3&4).

104 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Από τον ΧΣΑ προσδιορίστηκε στα παράθυρα που επιλέχθηκαν κατά τη διαδικασία ανάλυσης η πειραματική καμπύλη σκέδασης c(t), σύμφωνα με τη Σχέση (3.8). Η καμπύλη της ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων για την ακτίνα των 0 m προέκυψε ως η μέση τιμή 40 τέτοιων παραθύρων. Όλα τα στάδια επεξεργασίας που αναλύθηκαν και αναφέρθηκαν για τις καταγραφές θορύβου της ακτίνας 0 m της θέσης BRG, εφαρμόστηκαν και στις ακτίνες των 20 και 60 m. Η τελική καμπύλη σκέδασης προέκυψε από τη σύνθεση των πειραματικών καμπυλών c(t) των τριών ακτίνων της διάταξης. Μεταξύ τους παρουσιάζουν αλληλοεπικάλυψη τιμών ταχύτητας σε ίδιες τιμές συχνότητας, γεγονός που επιβεβαιώνει την αξιοπιστία προσδιορισμού της καμπύλης σκέδασης. Για την διασκόπηση των επιφανειακών γεωλογικών οριζόντων χρησιμοποιήθηκαν οι ακτίνες 0 και 20 m (μικρές διατάξεις), ενώ για τους βαθύτερους ορίζοντες η ακτίνα των 60 m (μεγάλη διάταξη). Η καμπύλη σκέδασης της ακτίνας των 0 m αναπτύσσεται στις συχνότητες Hz, ακολουθεί η καμπύλη των 20 m στο εύρος συχνοτήτων Hz και των 60 m που αναπτύσσεται στο εύρος Hz. Η τελική πειραματική καμπύλη σκέδασης για τη θέση BRG απεικονίζεται στο Σχήμα 4.28 και αναπτύσσεται μεταξύ των συχνοτήτων 0.4 ως 6.0 Hz. 0.9 Ακτίνα 60m Ακτίνα 20m Ακτίνα 0m 0.8 Ταχύτητα φάσης (km/sec) Σχήμα Τελική πειραματική καμπύλη σκέδασης ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των επιφανειακών Rayleigh κυμάτων στη θέση μικροθορύβου BRG. Αυτή η συνολική πειραματική καμπύλη σκέδασης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της κατανομής της ταχύτητας V s με το βάθος. Με βάση την καμπύλη αυτή και το τεχνητό εδαφικό ομοίωμα που περιγράφει τη γεωλογία -στο μέτρο του δυνατού- της θέσης διασκόπησης, υπολογίστηκε μέσω της διαδικασίας της αντιστροφής η θεωρητική καμπύλη σκέδασης. Διαμέσου μιας

105 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ επαναληπτικής διαδικασίας που περιγράφεται θεωρητικά από τη Σχέση (3.9), η σύγκλιση που επιτεύχθηκε μεταξύ θεωρητικής και πειραματικής καμπύλης σκέδασης παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.29, μαζί με το προσδιοριζόμενο εδαφικό προσομοίωμα. Η αξιοπιστία της λύσης της αντιστροφής επιβεβαιώνεται από την ικανοποιητική σύγκλιση των δύο καμπυλών σκέδασης, και από την κατανομή των επιλυόμενων πυρήνων (resolving kernels) με το βάθος οι οποίοι παρουσιάζουν τη μέγιστη αιχμή τους στο μέσο κάθε προσδιοριζόμενου στρώματος. Το βάθος διασκόπησης για τη θέση BRG έφθασε τα 400 m. Περιορίστηκε από την παρουσία της επιφάνειας με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης, η οποία στη θέση μελέτης συμπίπτει με την επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου της περιοχής, σύμφωνα με τα στοιχεία της υδρογεώτρησης S 3art (B.R.G.M., 97). Στον Πίνακα 4.9 παρουσιάζονται αναλυτικά οι τιμές ταχύτητας V s και τα πάχη των γεωλογικών σχηματισμών που προσδιορίστηκαν στη θέση BRG Συγκρίσεις και γεωφυσική ερμηνεία Οι ταχύτητες V s του εδαφικού προσομοιώματος της θέσης BRG συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες ταχύτητες που προσδιορίστηκαν από το πείραμα σεισμικής διάθλασης 2003 (Παράγραφος 4.4). Το εδαφικό προσομοίωμα της διάταξης γεωφώνων I τοποθετείται στην ίδια περίπου θέση με το προσομοίωμα μικροθορύβου, ενώ της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων σε απόσταση 2 km περίπου από αυτό. Όπως παρατηρείται και από τους Πίνακες 4.2, 4.3 και 4.9, οι τιμές ταχύτητας V s και στα τρία εδαφικά προσομοιώματα παρουσιάζουν καλή συνάφεια μεταξύ τους. Για απόσταση 2 km περίπου (μέγιστη απόσταση μεταξύ των τριών εδαφικών προσομοιωμάτων) διαπιστώνεται συνέχεια των ταχυτήτων V s, κατά συνέπεια και των εδαφικών σχηματισμών που περιγράφουν. Η δυστμησία των γεωλογικών σχηματισμών και στις τρεις θέσεις, αυξάνεται με το βάθος. Λαμβάνοντας υπόψη την κατηγοριοποίηση των γεωλογικών σχηματισμών των Raptakis et al. (2000) που αναφέρεται στη δισδιάστατη τομή Προφήτης Στίβος και το προσομοίωμα ταχύτητας του Πίνακα 4.9, έγινε ο διαχωρισμός των δύο ιζηματογενών συστημάτων (Μυγδονιακό και Προμυγδονιακό) και ο υπολογισμός των σταθμισμένων ταχυτήτων V s που τα χαρακτηρίζουν. Προέκυψε, ότι το Μυγδονιακό σύστημα χαρακτηρίζεται από σταθμισμένη ταχύτητα V s 367 m/sec και πάχος 20 m, και το Προμυγδονιακό αντίστοιχα από V s 66 m/sec και πάχος 280 m. Οι σταθμισμένες τιμές ταχύτητας των δύο συστημάτων στη διάταξη γεωφώνων I υπολογίστηκαν 30 m/sec και 546 m/sec, ενώ στη διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων 352 και 53 m/sec αντίστοιχα. Όπως παρατηρείται η συμφωνία μεταξύ των τιμών ταχύτητας των τριών προσομοιωμάτων, είναι αρκετά ικανοποιητική. Αποτελούν αντιπροσωπευτικές τιμές ταχύτητας για τους σχηματισμούς της Μυγδονίας λεκάνης, σύμφωνα με τα αποτελέσματα προηγούμενων μελετών (Raptakis et al., 2000). Το πάχος του Μυγδονιακού συστήματος όπως υπολογίστηκε στη θέση μικροθορύβου BRG και τη διάταξη γεωφώνων I, παρουσιάζει διαφορά της τάξης των 40 m. Η διαφοροποίηση αυτή του πάχους θα συνεκτιμηθεί σε επόμενο στάδιο της διατριβής (Κεφ. 5) με τα αποτελέσματα και άλλων μετρήσεων στην περιοχή, ώστε να προκύψει η αντιπροσωπευτική τιμή του.

106 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Το προσομοίωμα ταχύτητας του μικροθορύβου (Πίνακας 4.9) συγκρίθηκε με το εδαφικό προσομοίωμα που προσδιορίστηκε από σεισμικές διασκοπήσεις Down-hole εντός της υδρογεώτρησης S3 art (B.R.G.Μ., 97) στα πλαίσια προηγούμενων μελετών ( st Annual Euroseisrisk Report, 2002). Η γεώτρηση S3 art τοποθετείται 500 m ανατολικότερα της θέσης μικροθορύβου BRG, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 4.6. Μεταξύ των δύο προσομοιωμάτων διαπιστώνεται ικανοποιητική σύγκλιση τιμών ταχύτητας V s μέχρι το βάθος των 95 m που αποτελεί και το βάθος διασκόπησης των σεισμικών μετρήσεων (Σχήμα 4.30). Με τις σεισμικές μετρήσεις προσδιορίστηκαν δύο διαφορετικής δυστμησίας σχηματισμοί στο βάθος των 35 και 70 m, οι οποίοι χαρακτηρίζουν εδαφικές αποθέσεις με ταχύτητες από 200 έως 500 m/sec. Για τους ίδιους σχηματισμούς οι μέσες ταχύτητες V s όπως προσδιορίστηκαν από την ανεξάρτητη μέθοδο SPAC, δεν διαφέρουν σε ποσοστό μεγαλύτερο του 0% περίπου. Οι ταχύτητες του μικροθορύβου συσχετίστηκαν με την ευρύτερη γεωλογία της θέσης μελέτης. Με βάση τη γεωλογική περιγραφή της στρωματογραφίας της βαθιάς υδρογεώτρησης S3 art (B.R.G.M., 97) η οποία τοποθετείται στη γειτονία της θέσης BRG ο Ψιλοβίκος (977) τοποθέτησε το όριο μεταξύ Μυγδονιακού και Προμυγδονιακού ιζηματογενούς συστήματος στο τμήμα αυτό της λεκάνης στο βάθος των 60 m (Σχήμα 4.3). Η γεώτρηση συνάντησε την επιφάνεια εδαφικών αποθέσεων - βραχώδους υποβάθρου στο βάθος των 405 m περίπου (B.R.G.M., 97). Στο προσομοίωμα μικροθορύβου BRG, η επιφάνεια των δύο ιζηματογενών συστημάτων προσδιορίστηκε στο βάθος των 20 m, ενώ η επιφάνεια του βράχου η οποία συμπίπτει με την επιφάνεια με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης, στα 400 m. Παρατηρείται δηλαδή ότι ενώ ο μικροθόρυβος προσδιόρισε αξιόπιστα το βάθος του βράχου, παρουσιάζει διαφορά στο βάθος που τοποθετείται η επιφάνεια των δύο ιζηματογενών συστημάτων. Η διαφορά αυτή μπορεί πιθανόν να δικαιολογηθεί από τα διαφορετικά κριτήρια που λήφθηκαν υπόψη για τον διαχωρισμό τους. Ο Ψιλοβίκος (977) χρησιμοποίησε τα γεωλογικά χαρακτηριστικά των σχηματισμών που διατρήθηκαν στην υδρογεώτρηση S3 art, όπως σύσταση και χρώμα, ενώ στο μικροθόρυβο ο διαχωρισμός των σχηματισμών βασίστηκε στη διαφορετική δυστμησία που παρουσιάζουν. Μπορεί η εμφάνιση του σχηματισμού των ερυθροστρωμάτων (επιφανειακός ορίζοντας Προμυγδονιακού συστήματος με χαρακτηριστικό ερυθρό χρώμα) να αποτελεί ιδιαίτερο χαρακτηριστικό για το διαχωρισμό Τεταρτογενών και Νεογενών ιζημάτων, στα πλαίσια της διατριβής όμως ενδιαφέρει ο διαχωρισμός των διαφορετικών γεωλογικών σχηματισμών της περιοχής μελέτης με κριτήριο την ταχύτητα των διατμητικών τους κυμάτων, απαραίτητη παράμετρος εισαγωγής στις αναλύσεις σεισμικής απόκρισης. Στοιχεία γεωτρήσεων της περιοχής αναφορικά με το βραχώδες υπόβαθρο συνεκτιμήθηκαν με τα αποτελέσματα της σεισμικής διάθλασης και του μικροθορύβου για τη σύνθεση της γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης. Στοιχεία για το βάθος εμφάνισης του σχηματισμού των ερυθροστρωμάτων, χρησιμοποιήθηκαν επικουρικά και όχι ως βασική πληροφορία για τον διαχωρισμό μεταξύ Τεταρτογενών και Νεογενών ιζημάτων.

107 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Σχήμα Άνω: σύγκλιση θεωρητικής (συνεχής γραμμή) και πειραματικής (σημεία) καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης των Rayleigh κυμάτων, κάτω: κατανομή ταχύτητας V s και επιλυόμενοι πυρήνες (resolving kernels) με το βάθος στη θέση μικροθορύβου BRG.

108 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Πίνακας 4.9. Ταχύτητες V s και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στη θέση BRG. Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) V s velocity (m/sec) Depth (m) Μετρήσεις Downhole Μετρήσεις μικροθορύβου Σχήμα Κατανομή ταχύτητας V s με το βάθος από σεισμικές μετρήσεις Downhole και καταγραφές μικροθορύβου. Οι στικτές γραμμές διαχωρίζουν τους σχηματισμούς που ανιχνεύτηκαν από τις μετρήσεις Downhole ( st Annual Euroseisrisk Report, 2002). Από τη συσχέτιση του προσομοιώματος ταχύτητας του θορύβου με τη γεωλογία της περιοχής, διαπιστώνεται ότι για τη θέση BRG ο μικροθόρυβος περιγράφει ικανοποιητικά τους εδαφικούς σχηματισμούς και το βάθος της επιφάνειας του βραχώδους υποβάθρου.

109 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Στη θέση αυτή, εκτός από την ποιοτική έως τώρα γνώση της γεωλογίας, με το μικροθόρυβο αποκτήθηκε ποσοτική γνώση της κυριότερης δυναμικής ιδιότητάς της, της ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων V s. Το παράδειγμα της BRG αποδεικνύει τη σπουδαιότητα της μεθόδου ΜΕΜ σε συνδυασμό με τη SPAC και ενθαρρύνει τη συστηματική αξιοποίησή της στη διασκόπηση των γεωλογικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης. 0m 35m 60m Mygdonian system V s (m/sec) 225m 260m 287m 370m Promygdonian system 408m Bedrock Σχήμα 4.3. Στρωματογραφική στήλη υδρογεώτρησης S3 art της B.R.G.Μ. και κατανομή ταχύτητας V s προσδιοριζόμενη από μετρήσεις μικροθορύβου στη κοντινή θέση BRG Θέση ΑΝΑ Η θέση ΑΝΑ τοποθετείται στο δυτικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης κοντά στη θέση του ομώνυμου σταθμού του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων που λειτουργεί στην περιοχή (Σχήμα 4.6). Για τον προσδιορισμό της πειραματικής της καμπύλης σκέδασης, ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία που περιγράφηκε για τη θέση BRG. Στο Σχήμα 4.32 παρουσιάζεται η πειραματική καμπύλη c(t) με την ικανοποιητική σύγκλιση με τη θεωρητική σε όλο το εύρος συχνοτήτων. Από την αντιστροφή της προσδιορίστηκε η ταχύτητα V s μέχρι το βάθος των 200 m περίπου (Σχήμα 4.32). Οι ταχύτητες και τα πάχη των γεωλογικών σχηματισμών στη θέση ΑΝΑ παρουσιάζονται στον Πίνακα Συγκρίσεις και γεωφυσική ερμηνεία Το προσομοίωμα ταχύτητας της θέσης ΑΝΑ συγκρίθηκε με τα αποτελέσματα V s της θέσης μικροθορύβου BRG και του πειράματος σεισμικής διάθλασης 2003 (Παράγραφοι 4.4 &

110 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ). Η θέση ΑΝΑ τοποθετείται σε κοντινή απόσταση στη διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος 2003 και σε απόσταση περίπου 2 km από τη διάταξη γεωφώνων I και τη θέση μικροθορύβου BRG (Σχήμα 4.6). Όπως παρατηρείται από τους Πίνακες 4.2, 4.3, 4.9 και 4.0, οι ταχύτητες V s και στα τέσσερα εδαφικά προσομοιώματα παρουσιάζουν καλή συμφωνία τιμών. Παρουσιάζεται συνέχεια σε έκταση της κατανομής ταχύτητας V s με το βάθος μεταξύ των θέσεων ΑΝΑ και BRG. Σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση των Raptakis et al. (2000) και το προσομοίωμα ταχύτητας του Πίνακα 4.0, έγινε ο διαχωρισμός των δύο ιζηματογενών συστημάτων (Μυγδονιακό και Προμυγδονιακό) και ο υπολογισμός των σταθμισμένων ταχυτήτων V s. Για το Μυγδονιακό σύστημα υπολογίστηκε σταθμισμένη ταχύτητα V s 358 m/sec και πάχος 05 m, ενώ για το Προμυγδονιακό σύστημα ταχύτητα 566 m/sec και πάχος τουλάχιστον 200 m. Οι σταθμισμένες τιμές ταχύτητας των δύο συστημάτων βρίσκονται σε καλή συμφωνία με τις αντίστοιχες τιμές που υπολογίστηκαν για τη διάταξη γεωφώνων I (30 και 546 m/sec αντίστοιχα), της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων (352 και 53 m/sec αντίστοιχα) και της θέσης μικροθορύβου BRG (367 και 66 m/sec αντίστοιχα). Πρόκειται για αντιπροσωπευτικές τιμές ταχύτητας V s των σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των Raptakis et al. (2000). Το πάχος του Μυγδονιακού συστήματος στη θέση ΑΝΑ υπολογίστηκε παρόμοιο με αυτό της κοντινής θέσης της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος Λαμβάνοντας υπόψη και αποτελέσματα σεισμικών διασκοπήσεων που αναφέρονται στη θέση Euroseistest (Raptakis et al., 2000), παρατηρείται ότι το πάχος των Μυγδονιακών και των Προμυγδονιακών ιζημάτων αυξάνεται από το κεντρικό προς το δυτικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης. Σε κοντινή απόσταση από τη θέση μικροθορύβου τοποθετείται δειγματοληπτική γεώτρηση βάθους 40 m (απεικονίζεται ως ΑΝΑ στο Σχήμα 4.6), η οποία διατρήθηκε για τις ανάγκες του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος Euroseisrisk (2 nd Annual Euroseisrisk Report, 2003). Στο Σχήμα 4.33 παρατίθεται η στρωματογραφική της στήλη όπως προέκυψε από τη μακροσκοπική παρατήρηση των γεωλογικών σχηματισμών. Σε όλο το βάθος της γεώτρησης συναντώνται κατά κύριο λόγο αμμώδεις σχηματισμοί με κατά τόπους εμφάνιση χαλίκων. Εκτελέστηκαν επί τόπου δοκιμές πρότυπης διείσδυσης NSPT ανά 2-3 m βάθος και λήφθηκαν αδιατάρακτα και διαταραγμένα δείγματα εδάφους για δοκιμές εργαστηρίου. Με τη βοήθεια εμπειρικών σχέσεων που συνδέουν τις γεωτεχνικές μετρήσεις NSPT με τη δυστμησία των γεωλογικών σχηματισμών, υπολογίστηκε η κατανομή ταχύτητας V s σε όλο το βάθος της γεώτρησης (Σχήμα 4.33). Οι εμπειρικές σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν υπήρξαν ανάλογες με τη σύσταση του εκάστοτε γεωλογικού σχηματισμού οι τιμές NSPT του οποίου χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της ταχύτητας (Raptakis et al., 994). Οι σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν για μέσες έως πυκνές άμμους και για χαλικώδη μίγματα είναι αντίστοιχα οι εξής: V s = 23.4N, V s = 92.4N (4.)

111 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Σχήμα Άνω: σύγκλιση θεωρητικής (συνεχής γραμμή) και πειραματικής (σημεία) καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης των Rayleigh κυμάτων, κάτω: κατανομή ταχύτητας V s και επιλυόμενοι πυρήνες (resolving kernels) με το βάθος στη θέση διασκόπησης ΑΝΑ.

112 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Πίνακας 4.0. Ταχύτητες V s και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στη θέση ΑΝΑ. Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) Περιγραφή εδάφους Άργιλος με χαλίκια Άμμος με χαλίκια Αμμοιλύς Χονδρόκοκκη άμμος Εναλλαγές αμμοιλύος, αργιλοιλύος με μικρές στρώσεις αργίλου κατά διαστήματα Μετρήσεις NSPT Κατανομή Vs Υ.Ο Άμμος, άμμος με χαλίκια Άμμος, αμμοιλύς Εναλλαγές αργιλοιλύος, αργιλοαμμώδους ιλύoς Άμμος, άμμος με χαλίκια Αμμοιλύς, άμμος Vs από εμπειρικές σχέσεις NSPT-Vs Vs από μικροθόρυβο Σχήμα Δειγματοληπτική γεώτρηση ΑΝΑ. Περιγραφή εδάφους, μετρήσεις NSPΤ και κατανομή ταχύτητας V s με το βάθος από τις μετρήσεις μικροθορύβου και την εφαρμογή εμπειρικών σχέσεων NSPΤ - V s. Σύμφωνα με την κατανομή ταχύτητας V s που προσδιορίστηκε από τις εμπειρικές σχέσεις NSPT - V s, μέχρι το βάθος των 9 m οι τιμές της δεν ξεπερνούν τα 20 m/sec. Κάτω από το βάθος αυτό και μέχρι τα 9 m η μέση ταχύτητα έχει τιμή 250 m/sec, ενώ κάτω από το βάθος αυτό και τουλάχιστον μέχρι τα 40 m, η μέση ταχύτητα αυξάνεται στα 280 m/sec. Οι απότομες μεταβολές των μετρήσεων NSPT στα 9-23 m λόγω της παρουσίας χονδρόκοκκων και λεπτόκοκκων υλικών αντικατοπτρίζονται αντίστοιχα στις τιμές ταχύτητας. Η κατανομή της V s μέχρι το βάθος των 30 m ακολουθεί σε γενικές γραμμές την κατανομή ταχύτητας του μικροθορύβου. Κάτω από το βάθος αυτό και μέχρι το τέλος της γεώτρησης η ταχύτητα του θορύβου είναι μεγαλύτερη κατά 00 m/sec περίπου της

113 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ αντίστοιχης των εμπειρικών σχέσεων. Οι όποιες διαφορές μεταξύ τους σχετίζονται με τη χρήση της γενικευμένης στατιστικής εμπειρικής σχέσης που υπολογίζει έμμεσα και χονδρικά την ταχύτητα V s από τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά των εδαφικών σχηματισμών της θέσης, καθώς και στα εν γένη σφάλματα που παρουσιάζει η δοκιμή πρότυπης διείσδυσης. Οι εμπειρικές σχέσεις NSPΤ - V s που εφαρμόστηκαν στη θέση ΑΝΑ δίνουν μια γενική εικόνα για την κατανομή της ταχύτητας V s με το βάθος, η οποία δεν διαφέρει αισθητά από την κατανομή ταχύτητας που προσδιορίστηκε με τις πειραματικές μετρήσεις Θέση DAB2 Η θέση DAB2 τοποθετείται στο ανατολικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης σε κοντινή σχετικά απόσταση του σταθμού DAB, του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων που λειτουργεί στην περιοχή (Σχήμα 4.6). Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τον προσδιορισμό της ταχύτητας V s από την ανάλυση των καταγραφών θορύβου της θέσης διασκόπησης, παρουσιάστηκε αναλυτικά στη θέση BRG. Στο Σχήμα 4.34 παρουσιάζεται η σύγκλιση που επιτεύχθηκε μεταξύ θεωρητικής και πειραματικής καμπύλης σκέδασης και η κατανομή ταχύτητας η οποία προσδιορίστηκε μέχρι το βάθος των 220 m. Οι ταχύτητες V s και τα πάχη των σχηματισμών της θέσης DAB2 δίνονται στον Πίνακα Συγκρίσεις και γεωφυσική ερμηνεία Οι ταχύτητες V s του προσομοιώματος μικροθορύβου της θέσης μελέτης συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες ταχύτητες που υπολογίστηκαν από το πείραμα σεισμικής διάθλασης 2004 (Παράγραφος 4.5). Το εδαφικό προσομοίωμα της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του 2004 τοποθετείται.2 km περίπου ανατολικότερα της θέσης DAB2, ενώ της διάταξης γεωφώνων III περίπου 2 km. Σύμφωνα με τους Πίνακες 4.5, 4.6 και 4., οι τιμές ταχύτητας V s παρουσιάζουν καλή συνάφεια και συνέχεια μεταξύ των τριών εδαφικών προσομοιωμάτων. Με βάση την κατηγοριοποίηση των Raptakis et al. (2000) και το προσομοίωμα ταχύτητας του Πίνακα 4., έγινε ο διαχωρισμός των δύο ιζηματογενών συστημάτων (Μυγδονιακό και Προμυγδονιακό) και ο υπολογισμός των σταθμισμένων ταχυτήτων τους V s. Το Μυγδονιακό σύστημα παρουσιάζει σταθμισμένη ταχύτητα V s 308 m/sec και πάχος 00 m, ενώ το Προμυγδονιακό σταθμισμένη ταχύτητα V s 65 m/sec και πάχος τουλάχιστον 70 m. Οι σταθμισμένες τιμές V s των δύο ιζηματογενών συστημάτων για τη διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων υπολογίστηκαν 308 m/sec και 65 m/sec αντίστοιχα, ενώ για τη διάταξη γεωφώνων III αντίστοιχα 250 και 630 m/sec. Οι ταχύτητες του μικροθορύβου για τη θέση DAB2 αποτελούν αντιπροσωπευτικές τιμές V s για το είδος των εδαφικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης. Αν ληφθούν υπόψη τα προσομοιώματα ταχύτητας όλων των θέσεων διασκόπησης (συνολικά επτά) που πραγματοποιήθηκαν έως τώρα κατά μήκος της τομής Α Δ, διαπιστώνεται ότι τα όρια μεταβολής της ταχύτητας V s των εδαφικών σχηματισμών (διαφοροποιούνται ως προς αυτά που παρουσιάστηκαν στην Παράγραφο 4.6.3), διαμορφώνονται ως εξής. Το Μυγδονιακό σύστημα χαρακτηρίζεται από σταθμισμένη

114 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ταχύτητα V s στο εύρος από 250 έως 367 m/sec και πάχος μεταξύ 80 και 20 m αντίστοιχα (στις θέσεις αντίστοιχα της διάταξης γεωφώνων III και μικροθορύβου BRG). Οι σταθμισμένες τιμές V s στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης είναι μικρότερες από αυτές στο δυτικό, γεγονός που αν θεωρηθεί ίδια συνέχεια των σχηματισμών του Μυγδονιακού συστήματος σε όλη την μηκοτομή Α Δ, η διαφορά των τιμών V s αντικατοπτρίζει το διαφορετικό πάχος των επιμέρους σχηματισμών του συστήματος. Το Προμυγδονιακό σύστημα χαρακτηρίζεται από σταθμισμένη ταχύτητα V s στο εύρος 53 έως 66 m/sec (στις θέσεις αντίστοιχα της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων 2004 και της διάταξης γεωφώνων I). Στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης (Euroseistest) οι Raptakis et al. (2000) προσδιόρισαν για το ίδιο σύστημα σταθμισμένη ταχύτητα 750 m/sec. Η διαφορά στην τιμή ταχύτητας που παρουσιάζουν τα αποτελέσματα διασκόπησης της παρούσας διατριβής με αυτά των Raptakis et al. (2000) πιθανόν οφείλεται στο πάχος του Προμυγδονιακού συστήματος που χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της. Υπενθυμίζεται ότι η διακριτική ικανότητα του μικροθορύβου και της SWI στις σεισμικές διαθλάσεις 2003 & 2004 δεν επέτρεψε τον προσδιορισμό της επιφάνειας ιζημάτων - βραχώδους υποβάθρου, κατά συνέπεια και το συνολικό πάχος των Νεογενών ιζημάτων. Το συνολικό πάχος του Προμυγδονιακού συστήματος στις θέσεις διασκόπησης που παρουσιάστηκαν θα προκύψει σε επόμενο κεφάλαιο της διατριβής (Κεφ. 5) από τη συνδυασμένη χρήση των μεθόδων SPAC και SWI και της τεχνικής του φασματικού λόγου HVSR. Το βραχώδες (γνευσιακό) υπόβαθρο κατά μήκος της μηκοτομής Α Δ, προσδιορίστηκε στο δυτικό τμήμα της λεκάνης στα 400 m (θέση μικροθορύβου BRG), ενώ στις υπόλοιπες θέσεις διασκόπησης η διακριτική ικανότητα των μεθόδων εφαρμογής, δεν υπήρξε ικανή ώστε να το περιγράψουν. Η ταχύτητα V s του μανδύα αποσάθρωσης του υποβάθρου κυμαίνεται στο εύρος m/sec και m/sec για τον υγιή βράχο (Raptakis et al., 2000). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των πειραμάτων σεισμικής διάθλασης 2003 & 2004 (Παράγραφοι 4.4 & 4.5), η ταχύτητα V p των εδαφικών αποθέσεων κατά μήκος της διεύθυνσης Α Δ της λεκάνης κυμαίνεται στο εύρος τιμών m/sec, ενώ του γνευσιακού υποβάθρου μεταξύ 4523 και 4850 m/sec. Το πάχος του Μυγδονιακού συστήματος όπως προσδιορίστηκε με τη μέθοδο SWI στα δεδομένα σεισμικής διάθλασης, είναι συγκρίσιμο με το πάχος στις τρεις θέσεις μικροθορύβου. Το βάθος του γνευσιακού υποβάθρου κυμαίνεται από 40 έως 365 m (θέσεις σεισμικών πηγών SP3 & SP αντίστοιχα). Συγκεντρωτικά, διαπιστώνεται λοιπόν ότι για την μηκοτομή Α Δ, η εφαρμογή ανεξάρτητων μεθόδων διασκόπησης και τεχνικών ανάλυσης έδωσε συναφή αποτελέσματα και τη δυνατότητα να περιγραφεί η γεωμετρία και να υπολογιστούν με αξιοπιστία οι δυναμικές ιδιότητες (V p και V s ) των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της λεκάνης. Σε κοντινή -σχετικά- απόσταση της θέσης θορύβου DAB2 τοποθετείται δειγματοληπτική γεώτρηση βάθους 40 m (απεικονίζεται ΑΤΗ στο Σχήμα 4.6), η οποία πραγματοποιήθηκε

115 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Σχήμα Άνω: σύγκλιση θεωρητικής (συνεχής γραμμή) και πειραματικής (σημεία) καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης των Rayleigh κυμάτων, κάτω: κατανομή ταχύτητας V s και επιλυόμενοι πυρήνες με το βάθος στη θέση διασκόπησης DAB2.

116 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Πίνακας 4.. Ταχύτητες V s και πάχη γεωλογικών σχηματισμών στη θέση DAB2. Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) για τις ανάγκες του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος Euroseisrisk. Στο Σχήμα 4.35 δίνεται η στρωματογραφική της στήλη έτσι όπως προέκυψε από τη μακροσκοπική παρατήρηση των σχηματισμών που διατρήθηκαν. Στο μεγαλύτερο τμήμα της συναντώνται αμμώδεις σχηματισμοί με μικρές ενστρώσεις αργίλων και χαλίκων. Σε όλο το βάθος της γεώτρησης εκτελέστηκαν επί τόπου γεωτεχνικές δοκιμές (δοκιμή πρότυπης διείσδυσης NSPT ανά 2-3 m βάθος). Με τη βοήθεια εμπειρικών σχέσεων που συνδέουν τις τιμές NSPT με τη δυστμησία των εδαφικών σχηματισμών ανάλογα με τη γεωλογική σύσταση, προσδιορίστηκε η κατανομή ταχύτητας V s μέχρι το βάθος των 40 m (Σχήμα 4.35). Οι εμπειρικές σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν για στρώματα με σύσταση χαλικώδη μίγματα και μέσες έως πυκνές άμμους (Raptakis et al., 994), είναι αντίστοιχα οι εξής: V s = 92.4N, V s = 99.9N (4.2) Σύμφωνα με την κατανομή ταχύτητας από τις εμπειρικές σχέσεις NSPT - V s, προκύπτει ότι μέχρι το βάθος των 8.5 m η μέση τιμή V s είναι 60 m/sec. Από το βάθος των 8.5 m και μέχρι τα 2 m η ταχύτητα αυξάνεται στα 200 m/sec, ενώ τουλάχιστον μέχρι το τέλος της γεώτρησης αυξάνεται σταδιακά μέχρι τα 30 m/sec. Οι ταχύτητες αυτές συγκρίθηκαν με το προσομοίωμα ταχύτητας του μικροθορύβου DAB2 (Σχήμα 4.35). Σύμφωνα με την ανάλυση, μέχρι το βάθος των 40 m προσδιορίστηκαν δύο διαφορετικής δυστμησίας σχηματισμοί. Ένας επιφανειακός με πάχος 20 m και ταχύτητα V s 65 m/sec και ένας υποκείμενος που συναντάτε τουλάχιστον μέχρι το τέλος της γεώτρησης, με V s 354 m/sec. Στις ταχύτητες των δύο εδαφικών προσομοιωμάτων υπάρχει σε γενικές γραμμές καλή συμφωνία τιμών (η διαφορά δεν ξεπερνά το 2% περίπου), παρά τις όποιες διαφοροποιήσεις παρατηρούνται στο βάθος της γεώτρησης. Οι διαφορές αυτές οφείλονται στον έμμεσο και χονδρικό προσδιορισμό της ταχύτητας από των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών της θέσης μελέτης και στα εν γένη σφάλματα της δοκιμής NSPT. Η διακριτική ικανότητα του μικροθορύβου φαίνεται να είναι ο λόγος που η μέθοδος αδυνατεί να περιγράψει με λεπτομέρεια την επιφανειακή γεωλογία της θέσης. Έτσι οι δύο προσδιοριζόμενοι με τη γεωτεχνική έρευνα επιφανειακοί σχηματισμοί (μέχρι τα 2 m), προσδιορίστηκαν ως ένας με τη μέθοδο μικροθορύβου.

117 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Τα προσομοιώματα ταχύτητας που προσδιορίστηκαν για τις υπόλοιπες θέσεις μικροθορύβου παρουσιάζονται στα Σχήματα Π. Π.48 του Παραρτήματος Π. Οι ταχύτητες και τα πάχη των γεωλογικών σχηματισμών που περιγράφουν, παρουσιάζονται αναλυτικά στους Πίνακες Π. Π.24 του ίδιου παραρτήματος. 0 2 Περιγραφή εδάφους Μετρήσεις NSPT Κατανομή Vs Υ.Ο Αργιλοαμμώδης άμμος 0 0 Χονδρόκοκκη άμμος Αμμος, αμμοχάλικα Άργιλος με χαλίκια Αμμος, αμμοχάλικα, μικρές ενστρώσεις αργίλου κατά τόπους Σκούρα καφέ αργιλος με χαλίκια Αμμος, αμμοχάλικα Αν.καφέ αργιλόμαργα Αργιλοαμμώδη άργιλο Άμμος, αργιλοαμμώδης άμμος Αργιλόμαργα Άμμος με χαλίκια Vs από εμπειρικές σχέσεις NSPT-Vs Vs από μικροθόρυβο Σχήμα Δειγματοληπτική γεώτρηση ΑΤΗ. Περιγραφή εδάφους, μετρήσεις NSPΤ και κατανομή ταχύτητας V s με το βάθος από τις μετρήσεις μικροθορύβου και την εφαρμογή εμπειρικών σχέσεων NSPΤ - V s. 4.8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΙΚΡΟΘΟΡΥΒΟΥ ΚΑΙ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ Συγκεντρωτικά, στις 29 θέσεις καταγραφής μικροθορύβου που πραγματοποιήθηκαν στη Μυγδονία λεκάνη, προσδιορίστηκαν 27 πειραματικές καμπύλες σκέδασης ταχύτητας φάσης που αντιστοιχούν στο θεμελιώδη τρόπο διάδοσης των επιφανειακών Rayleigh κυμάτων. Αντίστοιχες καμπύλες σκέδασης c(t) προσδιορίστηκαν σε 4 επιπλέον θέσεις κατά μήκος της διεύθυνσης Α Δ, χρησιμοποιώντας τις σεισμικές καταγραφές των δύο πειραμάτων μεγάλων εκρήξεων 2003 & Οι καμπύλες σκέδασης c(t) των Rayleigh κυμάτων από τις μετρήσεις μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης, προβάλλονται συγκεντρωτικά στο Σχήμα 4.36.

118 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Η ποικιλομορφία τους σε εύρος τιμών συχνότητας και ταχύτητας φάσης, σχετίζεται κατά κύριο λόγο με την αντίστοιχη ποικιλία των εδαφικών συνθηκών στις θέσεις διασκόπησης. Η καμπύλη σκέδασης περιγράφει ποιοτικά τη διαφορετική δυστμησία των γεωλογικών σχηματισμών που αναμένουμε σε μια θέση μελέτης. Ειδικότερα, καμπύλη σκέδασης που καταλαμβάνει μεγάλες τιμές ταχύτητας φάσης c(t) σε μεγάλες τιμές περιόδου T (κατά συνέπεια και μεγάλου μήκους κύματος) σχετίζεται κατά κύριο λόγο με βαθιά, δύστμητη γεωλογική δομή, ενώ καμπύλη σκέδασης που περιορίζεται σε μικρές τιμές ταχύτητας φάσης και περιόδου, σχετίζεται με ρηχή δομή μαλακών σχηματισμών. Το μήκος κύματος της πρώτης καμπύλης σκέδασης είναι ικανό να περιγράψει τους βαθύτερους γεωλογικούς σχηματισμούς της θέσης που χαρακτηρίζει, σε αντίθεση με το μήκος κύματος της δεύτερης. Το βάθος διασκόπησης των μεθόδων SPAC και SWI εξαρτάται άμεσα από το ανάπτυγμα της διάταξης των καταγραφικών οργάνων. Γενικά, ισχύει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το ανάπτυγμα της διάταξης (ακτίνα για τη μέθοδο SPAC και απόσταση για τη SWI), τόσο μεγαλύτερο είναι και το βάθος διασκόπησης αυτής. Ένας επιπλέον παράγοντας που παρατηρήθηκε στα πλαίσια της διατριβής ότι επηρεάζει το βάθος διασκόπησης είναι η επιφάνεια με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης. Η επιφάνεια αυτή στα 2/3 των θέσεων μελέτης διαπιστώθηκε ότι συμπίπτει με την επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου της περιοχής. Κατά συνέπεια, η ταχύτητα V s προσδιορίστηκε μέχρι την επιφάνεια με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης. Το γεγονός αυτό μπορεί να δικαιολογηθεί από την «παγίδευση» των επιφανειακών κυμάτων (trapping waves) στους επιφανειακούς μαλακούς εδαφικούς σχηματισμούς μιας θέσης μελέτης κατά τη διαδρομή τους από το βάθος προς την επιφάνεια, για το λόγο ότι δεν περιέχουν πληροφορία για τους κατώτερους, πιο δύστμητους σχηματισμούς υποκείμενους της επιφάνειας με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης (Chávez-García et al. 2005, Stephenson 2005). Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξαν και οι Αποστολίδης και συν. (2005) με εφαρμογή της μεθόδου SPAC σε διαφορετικές θέσεις μελέτης. Συγκεντρωτικά λοιπόν με τις καμπύλες σκέδασης του Σχήματος 4.36 και το λογισμικό πακέτο αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων του Herrmann (985) έγινε η διασκόπηση των διαφορετικής δυστμησίας γεωλογικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης. Προσδιορίστηκε η ταχύτητα V s και το πάχος των εδαφικών αποθέσεων αυτής σε διαφορετικά βάθη. Οι ταχύτητες στο σύνολο των θέσεων διασκόπησης παρουσιάζουν καλή διακύμανση με το βάθος και είναι αντιπροσωπευτικές των κύριων γεωλογικών σχηματισμών που περιγράφουν. Παρόλο που δεν επιτεύχθηκε λεπτομερής προσδιορισμός της V s στους επιφανειακούς εδαφικούς σχηματισμούς, οι τιμές της παρουσιάζουν ικανοποιητική συμφωνία με αυτές προηγούμενων μελετών (B.R.G.M. 97, Jongmans et al. 998, Raptakis et al. 998 & 2000, 2 nd Annual Euroseisrisk Report 2003). Η κατανομή ταχύτητας των πειραματικών δεδομένων συγκρίθηκε και με αυτή που υπολογίστηκε από διαθέσιμα γεωτεχνικά στοιχεία σε θέσεις δειγματοληπτικών γεωτρήσεων μέσω εμπειρικών σχέσεων της μορφής NSPΤ - V s. Παρόλο που τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά των εδαφικών σχηματισμών δίνουν μια χονδροειδή και έμμεση εκτίμηση της ταχύτητάς τους V s, στις περιπτώσεις σύγκρισης με τα πειραματικά δεδομένα η

119 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ διαφορά των τιμών V s κυμαίνεται μεταξύ 0 ως 3%. Με τον τρόπο αυτό επιβεβαιώνεται ο αξιόπιστος προσδιορισμός της V s από τις μετρήσεις θορύβου και σεισμικής διάθλασης. Η κατανομή ταχύτητας λοιπόν προσδιορίστηκε μέχρι το βάθος της επιφάνειας με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης, η οποία όπως προαναφέρθηκε στα 2/3 των θέσεων διασκόπησης συμπίπτει με την επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου. Στις περιπτώσεις μη-προσδιορισμού της επιφάνειας του βράχου, η εκτίμηση του βράχου προκύπτει από τη συνδυασμένη χρήση της μεθόδου εφαρμογής (SPAC, SWI) και της τεχνικής της ενόργανης προσέγγισης της σεισμικής απόκρισης HVSR. Περισσότερες λεπτομέρειες για τη διαδικασία αυτή περιγράφονται στο επόμενο κεφάλαιο της διατριβής. Ταχύτητα φάσης (km/sec) GER GER2 GER3 SCH LAG LAG2 BRG LIM2 ΚΟΤ ΝΙΚ ΝΙΚ2 EVA VATH PER2 DAB2 MAN ANA THE FTE TRI FRM TOPO VOL FID VRO KAP MES exp-2003 exp-2004 geo-2003 geo Σχήμα Πειραματικές καμπύλες σκέδασης ταχύτητας φάσης του θεμελιώδη τρόπου διάδοσης των Rayleigh κυμάτων όπως προσδιορίστηκαν από τις μετρήσεις μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης. Οι αντιπροσωπευτικές καμπύλες σκέδασης της σεισμικής διάθλασης 2003 για τη διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων I απεικονίζονται αντιστοίχως ως exp-2003 και geo Για τη διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων IΙΙ της σεισμικής διάθλασης 2004 ως exp-2004 και geo-2004 αντίστοιχα. Ο τρόπος αυτός απεικόνισης των προσομοιωμάτων ταχύτητας των δύο σεισμικών πειραμάτων θα ισχύει από εδώ και στο εξής για λόγους συμβατότητας.

120 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ 5. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στόχος του παρόντος κεφαλαίου είναι ο προσδιορισμός των εδαφικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης μέχρι την επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου, ώστε να εκτιμηθούν τα γεωμετρικά και δυναμικά χαρακτηριστικά τους, βασικές παράμετροι εισαγωγής για τη μελέτη της σεισμικής απόκρισης σε διάφορες διαστάσεις. Είναι γνωστό, ότι η σεισμική συμπεριφορά των γεωλογικών σχηματισμών μιας περιοχής εξαρτάται από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και τη διαφορά των δυναμικών ιδιοτήτων (ταχύτητα διατμητικών κυμάτων V s ) μεταξύ ιζηματογενών αποθέσεων και βραχώδους υποβάθρου. Από τα εδαφικά προσομοιώματα των μετρήσεων μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης που παρουσιάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο της διατριβής, ο μανδύας αποσάθρωσης του βραχώδους υποβάθρου προσδιορίστηκε σύμφωνα με τα στοιχεία της υδρογεώτρησης S3 art (B.R.G.M., 97), τουλάχιστον σε μια θέση μικροθορύβου, στη θέση BRG. Στις υπόλοιπες θέσεις διασκόπησης το τελευταίο στρώμα του εδαφικού προσομοιώματος με ταχύτητα έως 800 m/sec περίπου, αντιστοιχεί σε δύστμητο εδαφικό σχηματισμό. Στις θέσεις αυτές για να εκτιμηθεί το βάθος του βράχου ακολουθήθηκε μια επαναληπτική διαδικασία trial-end-error, σύμφωνα με την οποία υπολογίστηκαν οι φασματικοί λόγοι της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα των καταγραφών μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης, οι οποίοι αντιστοιχούν στις ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR (Nakamura, 989). Από τις συναρτήσεις HVSR υπολογίστηκαν τα χαρακτηριστικά 5.

121 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ της απόκρισης, η συχνότητα f res και το πλάτος ενίσχυσης A max του θεμελιώδους συντονισμού οι τιμές των οποίων συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες τιμές της μονοδιάστατης (D) θεωρητικής προσομοίωσης της σεισμικής απόκρισης στις ίδιες θέσεις. Οι D θεωρητικοί φασματικοί λόγοι υπολογίστηκαν με τη μέθοδο του συντελεστή ανακλαστικότητας (Kennett, 983) στα εδαφικά προσομοιώματα που προσδιορίστηκαν από τη μέθοδο διασκόπησης (μικροθορύβου ή σεισμικής διάθλασης) που εφαρμόστηκε στη συγκεκριμένη θέση μελέτης. Με μόνη ελεύθερη παράμετρο το πάχος των εδαφικών αποθέσεων επιδιώχτηκε η σύμπτωση της συχνότητας και της ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού μεταξύ θεωρητικής και εμπειρικής συνάρτησης μεταφοράς, μέσω της σταδιακής αύξησης του πάχους του τελευταίου σχηματισμού του D εδαφικού προσομοιώματος που χαρακτηρίζει την εκάστοτε θέση μελέτης. Το πάχος για το οποίο οι τιμές f res και A max μεταξύ θεωρητικής και ενόργανης απόκρισης συμπίπτουν, αντιστοιχεί στο εκτιμώμενο βάθος του βράχου. Τα προτεινόμενα εδαφικά προσομοιώματα που προκύπτουν με τη διαδικασία αυτή, είναι αντιπροσωπευτικά της γεωλογικής διαστρωμάτωσης των θέσεων διασκόπησης και χρησιμοποιούνται στη σύνθεση δισδιάστατων τομών οι οποίες συσχετίζουν σχηματισμούς με όμοια διακύμανση ταχύτητας V s, κατά συνέπεια και ίδιας γεωλογικής σύστασης. Οι δισδιάστατες εδαφοδυναμικές τομές σχεδιάστηκαν με τρόπο ώστε να περιγραφούν οι κύριοι γεωλογικοί σχηματισμοί της Μυγδονίας λεκάνης. Από την ανάπτυξη των συσχετιζόμενων εδαφικών σχηματισμών συνεκτιμώντας γεωτρήσεις, γεωλογικά και γεωτεχνικά στοιχεία, κατασκευάστηκε τρισδιάστατο προσομοίωμα το οποίο περιγράφει τη γεωμετρία της διεπιφάνειας Μυγδονιακού Προμυγδονιακού ιζηματογενούς συστήματος και βραχώδους υποβάθρου, δίνοντας την οριζόντια και κατακόρυφη διακύμανση της ταχύτητας V s. Το προσομοίωμα αυτό θα αποτελέσει την κύρια παράμετρο εισαγωγής στην μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς των εδαφικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης σε δύο (2D) ή/και τρεις (3D) διαστάσεις και θα χρησιμοποιηθεί στην ερμηνεία πλήθους καταγραφών ισχυρής και ασθενούς σεισμικής κίνησης προερχόμενες από προσωρινά και μόνιμα καταγραφικά δίκτυα εγκαταστημένα στην περιοχή μελέτης ΤΕΧΝΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΙΚΟΥ ΛΟΓΟΥ HVSR O φασματικός λόγος Fourier της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα μιας καταγραφής, αντιστοιχεί στη συνάρτηση μεταφοράς HVSR. Από τη συνάρτηση μεταφοράς υπολογίζονται τα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης μιας θέσης μελέτης, η συχνότητα και το πλάτος (ή παράγοντας) ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού (Σχήμα 5.). Η τεχνική HVSR πρόκειται για μια γνωστή και ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική ενόργανης προσέγγισης σεισμικής απόκρισης, η οποία δεν απαιτεί τη χρήση σταθμού αναφοράς (Nogoshi and Igarashi, 97). Εφαρμόστηκε αρχικά από τον Nangston (979) για τον προσδιορισμό της ταχύτητας διάδοσης των διαμήκων κυμάτων στο φλοιό της γης, και τον Nakamura (989) σε καταγραφές θορύβου για την εκτίμηση της συχνότητας 5.2

122 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ συντονισμού εδαφικής στήλης. Αναφέρεται ως τεχνική Nakamura όταν χρησιμοποιούνται καταγραφές θορύβου (Nakamura, 996 & 2000). Έχει εφαρμοστεί από πλήθος ερευνητών σε καταγραφές επίσης ισχυρής και ασθενούς σεισμικής κίνησης (μεταξύ άλλων Lermo & Chávez-García 993, Field et al. 995, Ραπτάκης 995, Malagnini et al. 996, Bard 997, Riepl et al. 998, Noguchi and Nishida 2002, Cara et al. 2003, Pitilakis et al. 2004, Raptakis et al. 2005). Η τεχνική HVSR, ενώ υπολογίζει αξιόπιστα τη συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού αδυνατεί να προσδιορίζει την ενίσχυση αυτού, που συχνά υπολείπεται της ενίσχυσης που υπολογίζεται με την τεχνική του κλασικού φασματικού λόγου SSR. Περισσότερα για την τεχνική HVSR και τις άλλες ενόργανες μεθόδους σεισμικής απόκρισης, παρουσιάζονται σε επόμενο κεφάλαιο της διατριβής (Κεφ. 6). Η συχνότητα στην οποία εμφανίζεται το μέγιστο πλάτος ενίσχυσης A max της συνάρτησης μεταφοράς HVSR (μέγιστη πρώτη αιχμή), αντιστοιχεί στη συχνότητα f res του θεμελιώδους συντονισμού. Είναι η συχνότητα που οφείλεται στο συνολικό πάχος των εδαφικών αποθέσεων μιας θέσης μελέτης (Σχήμα 5.). Το πλάτος A max του θεμελιώδους συντονισμού εξαρτάται από τη διαφορά ακουστικής εμπέδησης (ταχύτητα V s, πυκνότητα) μεταξύ της διεπιφάνειας εδαφικών αποθέσεων βραχώδους υποβάθρου. Οι αιχμές του φασματικού λόγου HVSR που έπονται της αιχμής του θεμελιώδους συντονισμού και παρουσιάζουν συνήθως πλάτος ενίσχυσης μικρότερο του A max, αντιστοιχούν σε ανώτερους αρμονικούς της σεισμικής απόκρισης. Η συχνότητα f n των αρμονικών συνδέεται με τη συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού μέσω της σχέσης: f n = (2n+)f res. Οι ανώτεροι αρμονικοί οφείλονται στην απόκριση των επιμέρους σχηματισμών που συνιστούν το σύνολο των αποθέσεων της θέσης μελέτης. Amax f n = (2n+) f res f res f f 2 f 3 f 4 Σχήμα 5.. Συνάρτηση μεταφοράς HVSR. Ορισμός της συχνότητας f res και του πλάτους ενίσχυσης A max του θεμελιώδους συντονισμού, καθώς και των ανώτερων f n αρμονικών του. 5.3

123 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ 5.3. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ Με σκοπό τον προσδιορισμό των προσομοιωμάτων ταχύτητας των διατμητικών κυμάτων από την ελεύθερη επιφάνεια ως το βραχώδες υπόβαθρο, βασική πληροφορία για τη σύνθεση της τρισδιάστατης γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης, σε όλες τις θέσεις μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης που παρουσιάστηκαν στο Κεφάλαιο 4 της διατριβής, ακολουθήθηκε η ακόλουθη διαδικασία. Από τις διαθέσιμες σε κάθε θέση καταγραφές, υπολογίστηκαν σύμφωνα με την τεχνική HVSR, οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς των δύο οριζόντιων συνιστωσών (EW, NS) θορύβου και σεισμών. Από τις συναρτήσεις μεταφοράς προσδιορίστηκε η συχνότητα και το πλάτος ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού. Οι δύο αυτές παράμετροι (f res και A max ), υπολογίστηκαν και από τη μονοδιάστατη θεωρητική απόκριση του εδαφικού προσομοιώματος που προσδιορίστηκε από τη μέθοδο SPAC ή σεισμικής διάθλασης (ανάλογα με τη μέθοδο διασκόπησης που αναπτύχθηκε στην εκάστοτε θέση μελέτης) χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του συντελεστή ανακλαστικότητας (reflectivity coefficient method) του Kennett (983). Οι τιμές f res και A max των θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες τιμές των ενόργανων ανά θέση διασκόπησης. Ομοιότητα ή διαφοροποίηση στη θεμελιώδη συχνότητα f res μεταξύ των φασματικών λόγων σχετίζεται με το πάχος της εδαφικής στήλης, ενώ στο πλάτος ενίσχυσης A max με τη διαφορά ακουστικής εμπέδησης μεταξύ εδαφικών αποθέσεων βραχώδους υποβάθρου. Ειδικότερα, αν η συχνότητα f res της θεωρητικής συνάρτησης μεταφοράς είναι μεγαλύτερη της αντίστοιχης ενόργανης, το βραχώδες υπόβαθρο συναντάται σε βάθος μεγαλύτερο από το βάθος διασκόπησης της μεθόδου SPAC ή σεισμικής διάθλασης (ανάλογα με τη μέθοδο διασκόπησης που αναπτύχθηκε στη θέση που μελετάται). Για την εκτίμηση του βάθους εμφάνισης του βράχου πραγματοποιείται μια επαναληπτική διαδικασία κατά την οποία αυξάνεται σταδιακά το πάχος του τελευταίου εδαφικού στρώματος του εδαφικού προσομοιώματος και υπολογίζεται ξανά, με το νέο πάχος των εδαφικών αποθέσεων, η μονοδιάστατη θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς. Ακολουθεί νέα σύγκριση τιμών συχνότητας f res μεταξύ θεωρητικής και ενόργανης συνάρτησης μεταφοράς. Στην περίπτωση μη-σύγκλισης των τιμών τους, η διαδικασία αύξησης του πάχους του τελευταίου εδαφικού στρώματος επαναλαμβάνεται. Η επαναληπτική διαδικασία trial-enderror, σταματά όταν υπάρξει ικανοποιητική σύγκλιση της συχνότητας f res μεταξύ θεωρητικής και εμπειρικής συνάρτησης μεταφοράς. Στο βάθος που επιτυγχάνεται αυτό, εκτιμάται και το βάθος του βραχώδους υποβάθρου για τη συγκεκριμένη θέση μελέτης. Η υπόθεση της συνέχισης του τελευταίου εδαφικού στρώματος του προσομοιώματος με τη σταδιακή αύξηση του πάχους του μέχρι την επιφάνεια του βράχου, δεν απέχει πολύ από την πραγματικότητα. Στις περισσότερες θέσεις διασκόπησης, το τελευταίο εδαφικό στρώμα χαρακτηρίζεται από ταχύτητα V s μεγαλύτερη από 600 με 700 m/sec, η οποία στη σεισμική μηχανική αντιστοιχεί σε ταχύτητα σεισμικού υποβάθρου. Με βάση την ακολουθία των ιζηματογενών αποθέσεων της διεύθυνσης Β Ν της Μυγδονίας όπως είναι 5.4

124 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ γνωστή από την εδαφοδυναμική τομή Προφήτης Στίβος (Raptakis et al., 2000), στρώμα με ταχύτητα 600 ως 700 m/sec αντιστοιχεί στους δύστμητους εδαφικούς σχηματισμούς E & F του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων, οι οποίοι υπέρκεινται του βραχώδους υποβάθρου της περιοχής. Το πλάτος ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού των συναρτήσεων μεταφοράς HVSR, όπως προαναφέρθηκε, εξαρτάται από το λόγο ακουστικής εμπέδησης μεταξύ εδαφικών αποθέσεων βραχώδους υποβάθρου. Η τιμή Α max της D θεωρητικής συνάρτησης μεταφοράς είναι συνήθως μικρότερη της αντίστοιχης ενόργανης. Η διαφορά αυτή πιθανόν οφείλεται στο γεγονός ότι η ταχύτητα V s του βράχου δεν προσδιορίστηκε με τις μεθόδους SPAC και σεισμικής διάθλασης, λόγω του φαινομένου της «παγίδευσης» των σεισμικών κυμάτων στους λιγότερο δύστμητους εδαφικούς σχηματισμούς της λεκάνης. Τα σεισμικά κύματα δεν μπορεί να περιέχουν πληροφορία για τους βαθύτερους, πιο δύστμητους σχηματισμούς της λεκάνης, ως αποτέλεσμα να είναι αδύνατος ο προσδιορισμός των δυναμικών ιδιοτήτων τους (Chávez-García et al., 2005). Στη θέση μικροθορύβου BRG, όπου προσδιορίστηκε ο μανδύας αποσάθρωσης του βραχώδους υποβάθρου σύμφωνα με τα στοιχεία της υδρογεώτρησης S 3art (BRGM, 97) ο βράχος χαρακτηρίζεται από ταχύτητα V s 00 m/sec. Λόγω της αδυναμίας προσδιορισμού της ταχύτητας V s του βράχου, στις D θεωρητικές αναλύσεις η ταχύτητα αυτού αντικαθίσταται με την τιμή V s 2600 m/sec η οποία αποτελεί αντιπροσωπευτική ταχύτητα για το γνευσιακό υπόβαθρο της περιοχής (Ραπτάκης 995, Raptakis et al. 998, Jongmans et al. 998). Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής η διαδικασία εκτίμησης του βραχώδους υποβάθρου εφαρμόστηκε σε όλες τις θέσεις καταγραφής μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης (διατάξεις σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων των πειραμάτων 2003 & 2004). Ο έλεγχος αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων της διαδικασίας, έγινε στις θέσεις διασκόπησης που προσδιορίστηκε η άνω επιφάνεια του βράχου. Η σύμπτωση της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού μεταξύ θεωρητικής και εμπειρικής συνάρτησης μεταφοράς στις θέσεις αυτές υπήρξε ικανοποιητική, γεγονός που ενθαρρύνει τη συστηματική χρήση της διαδικασίας σε όλες τις θέσεις διασκόπησης που παρουσιάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο της διατριβής Υπολογισμός ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς Στην περίπτωση των θέσεων μικροθορύβου, οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR των δύο οριζόντιων συνιστωσών (EW, NS) υπολογίστηκαν με την τεχνική Nakamura (989) στις χρονοϊστορίες του κεντρικού σταθμού της κυκλικής διάταξης. Για τη σεισμική διάθλαση οι συναρτήσεις HVSR υπολογίστηκαν στο μέσο της εκάστοτε διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων των δύο πειραμάτων 2003 & 2004, μιας και στις θέσεις αυτές αντιστοιχούν τα εδαφικά προσομοιώματα που προσδιορίστηκαν από την επεξεργασία των καταγραφών διάθλασης. Για να υπάρξει άμεση σύγκριση θεωρητικών και ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς στις θέσεις των προσομοιωμάτων σεισμικής διάθλασης, οι τελευταίες υπολογίστηκαν με βάση τις χρονοϊστορίες των 5.5

125 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ σταθμών που ήταν εγκαταστημένοι στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων του αντίστοιχου σεισμικού πειράματος. Πιο συγκεκριμένα, οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων της σεισμικής διάθλασης 2003, υπολογίστηκαν από τις χρονοϊστορίες των σταθμών W20 και W2 (Σχήμα 4.2) και συγκρίθηκαν με την D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς που προέκυψε από το εδαφικό προσομοίωμα exp με την εφαρμογή της μεθόδου του συντελεστή ανακλαστικότητας του Kennett (983). Κατά αντιστοιχία, για τη διάταξη σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων της διάθλασης 2004 χρησιμοποιήθηκαν οι χρονοϊστορίες των σταθμών Ε6 και Ε7 (Σχήμα 4.2). Οι συναρτήσεις HVSR των σταθμών αυτών συγκρίθηκαν με την D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς που προέκυψε από το εδαφικό προσομοίωμα exp Η χρήση γεωφώνων μιας συνιστώσας (κατακόρυφη) και στις τρεις διατάξεις γεωφώνων στα πειράματα σεισμικής διάθλασης, δεν επέτρεψε την χρήση των χρονοϊστοριών τους για τον υπολογισμό των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR. Για το λόγο αυτό, στις διατάξεις γεωφώνων Ι και ΙΙΙ που προσδιορίστηκαν τα αντίστοιχα προσομοιώματα geo και geo-2004, χρησιμοποιήθηκαν οι χρονοϊστορίες των γειτονικών σταθμών W4 & W5 και Ε2 & Ε3 των πειραμάτων 2003 και 2004 αντίστοιχα (Σχήμα 4.2). Οι συναρτήσεις μεταφοράς των σταθμών W4 & W5 συγκρίθηκαν ως προς τη συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού με τη θεωρητική συνάρτηση του εδαφικού προσομοιώματος geo-2003, και αντίστοιχα των σταθμών Ε2 & Ε3 με τη συχνότητα του θεωρητικού φασματικού λόγου του προσομοιώματος geo Οι χρονοϊστορίες των σταθμών που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR στο μέσο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων αντιστοιχούν σε τμήμα θορύβου που καταγράφηκε πριν ή μετά τις εκρήξεις των δύο πειραμάτων 2003 & Τα στάδια ανάλυσης που εφαρμόστηκαν στο σύνολο των αρχικών χρονοϊστοριών θορύβου με τη χρήση του λογισμικού προγράμματος SAC (Goldstein et al. 996, 2003), συμπεριλαμβάνουν: ) διόρθωση της βασικής γραμμής αναφοράς των καταγραφών (base line correction), 2) απάλειψη αποκλίσεων των καταγραφών (trend), 3) εξομάλυνση των χρονοϊστοριών με εφαρμογή φίλτρου Tapering 5%, 4) εφαρμογή φίλτρου ζώνης διέλευσης συχνοτήτων (band-pass filter) με όρια από 0. ως 25 Hz, 5) λήψη ταυτόχρονης καταγραφής και στις τρεις συνιστώσες του θορύβου (δύο οριζόντιων και κατακόρυφης) χρονικής διάρκειας από 50 έως 400 sec και περαιτέρω χωρισμός σε μικρότερα παράθυρα ανάλυσης χρονικής διάρκειας 20 sec το καθένα με μεταξύ τους αλληλοεπικάλυψη 50%. Το σύνολο των παραθύρων ανάλυσης που προέκυψε με την διαδικασία αυτή κυμαίνεται από 4 ως 29, ανάλογα με τη χρονική διάρκεια των αρχικών καταγραφών θορύβου, 6) υπολογισμό των μετασχηματισμών - φασμάτων Fourier και στις τρεις συνιστώσες του θορύβου για κάθε παράθυρο ανάλυσης, 7) εξομάλυνση των φασμάτων Fourier με εφαρμογή φίλτρου Hanning, 8) διαίρεση των φασμάτων Fourier των δύο οριζόντιων συνιστωσών του θορύβου με την κατακόρυφη για τον προσδιορισμό της συνάρτησης μεταφοράς ανά παράθυρο ανάλυσης, 9) εύρεση της μέσης τιμής των 5.6

126 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ συναρτήσεων μεταφοράς ανά οριζόντια συνιστώσα (EW, NS) για όλα τα παράθυρα ανάλυσης θορύβου. Η μέση τιμή HVSR που προκύπτει είναι αντιπροσωπευτική της σεισμικής απόκρισης στη θέση που αναφέρεται. Οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR των μετρήσεων μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης, χρησιμοποιούνται σε επόμενο κεφάλαιο της διατριβής (π.χ. Σχήματα 6.2 & 6.3) για την εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης των εδαφικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης Υπολογισμός θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς Με βάση τα εδαφικά προσομοιώματα που προσδιορίστηκαν στις θέσεις καταγραφής μικροθορύβου, τις διατάξεις σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων, και γεωφώνων των πειραμάτων σεισμικής διάθλασης 2003 & 2004 (Κεφ. 4) και την εφαρμογή της μεθόδου του συντελεστή ανακλαστικότητας του Kennett (983), υπολογίστηκαν οι D θεωρητικές συναρτήσεις μεταφοράς. Βασική υπόθεση της μεθόδου αποτελεί η κατακόρυφη διάδοση διατμητικών κυμάτων από το βραχώδες υπόβαθρο στην ελεύθερη επιφάνεια. Προϋποθέτει την εισαγωγή ενός εδαφικού ομοιώματος που προσομοιώνει στο μέτρο του δυνατού, τη γεωλογία με το πάχος, τις ταχύτητες V p και V s και τον παράγοντα ποιότητας Q p και Q s των επιμέρους γεωλογικών σχηματισμών της θέσης μελέτης. Από τη θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς υπολογίστηκαν οι τιμές f res και Α max, οι οποίες συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες τιμές των ενόργανων συναρτήσεων, στις ίδιες θέσεις. Στις περιπτώσεις όπου δεν υπήρχε συμφωνία τιμών ως προς τη θεμελιώδη συχνότητα, έγινε σταδιακή ανά 0 m αύξηση του πάχους του τελευταίου πιο δύστμητου εδαφικού σχηματισμού του προσομοιώματος που αντιστοιχεί στη θέση μελέτης. Η αύξηση του πάχους του εδαφικού προσομοιώματος έγινε με βάση τη στρωματογραφική ακολουθία των εδαφικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης, η οποία βασίστηκε στις ταχύτητες V s των μετρήσεων μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης που παρουσιάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο της διατριβής. Σύμφωνα με τα προσομοιώματα ταχύτητας στο σύνολο των 3 θέσεων διασκόπησης, οι εδαφικοί σχηματισμοί με ταχύτητα V s στο εύρος 30 ως 450 m/sec ανήκουν στο Μυγδονιακό σύστημα ιζημάτων, ενώ υποκείμενοι πιο δύστμητοι σχηματισμοί με ταχύτητα 500 έως 800 m/sec στο Προμυγδονιακό. Ο αποσαθρωμένος μανδύας του βραχώδους υποβάθρου χαρακτηρίζεται από ταχύτητες μεγαλύτερες των 000 m/sec. Στα εδαφικά προσομοιώματα που η ταχύτητα V s του τελευταίου εδαφικού σχηματισμού κυμαίνεται στο εύρος διακύμανσης τιμών V s των σχηματισμών του Μυγδονιακού συστήματος και η D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς παρουσιάζει μεγαλύτερη συχνότητα f res από την αντίστοιχη των ενόργανων συναρτήσεων, έγινε η προσθήκη νέου στρώματος υποκείμενου του τελευταίου εδαφικού σχηματισμού του προσομοιώματος, με ταχύτητα χαρακτηριστική στο εύρος διακύμανσης σχηματισμών του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων. Η διαδικασία αυτή εφαρμόστηκε για παράδειγμα στις θέσεις μικροθορύβου GER2, LIM2, κ.ά. Στο νέο αυτό στρώμα δόθηκε αρχικό πάχος 0 m. Κατά τη διαδικασία εκτίμησης του βράχου τη μη-σύμπτωση των τιμών συχνότητας f res μεταξύ 5.7

127 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ενόργανης και νέας θεωρητικής συνάρτησης μεταφοράς, ακολούθησε η σταδιακή ανά 0 m αύξηση πάχους του νέου αυτού στρώματος. Εξαίρεση της περίπτωσης αυτής αποτέλεσαν θέσεις διασκόπησης που τοποθετούνται στις παρυφές της λεκάνης όπου η γεωμετρία του βράχου είναι τέτοια που δεν επέτρεψε την ιζηματογένεση σχηματισμών του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων. Στις θέσεις αυτές ακριβώς πάνω από το βραχώδες υπόβαθρο αποτέθηκαν οι Μυγδονιακοί σχηματισμοί. Το βραχώδες υπόβαθρο στις θέσεις αυτές εκτιμήθηκε με την αύξηση του πάχους του τελευταίου Μυγδονιακού σχηματισμού του εδαφικού προσομοιώματος. Στα εδαφικά προσομοιώματα που η ταχύτητα του τελευταίου σχηματισμού τους κυμαίνεται στο εύρος V s των σχηματισμών του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων, κατά τη διαδικασία εκτίμησης του βράχου η συνέχεια του στρώματος αυτού θεωρήθηκε μέχρι την επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου. Ως ταχύτητα υποβάθρου θεωρήθηκε η χαρακτηριστική ταχύτητα του γνευσιακού υποβάθρου της περιοχής V s 2600 m/sec η οποία είναι γνωστή από προηγούμενες γεωφυσικές μελέτες (Ραπτάκης 995, Raptakis et al. 998, Jongmans et al. 998). Στις επόμενες παραγράφους παρουσιάζεται η εφαρμογή της διαδικασίας εκτίμησης του βραχώδους υποβάθρου, ενδεικτικά για τις θέσεις μικροθορύβου BRG, ΜΑΝ, και στη διάταξη γεωφώνων ΙΙΙ της σεισμικής διάθλασης Θέση BRG Από τις καταγραφές μικροθορύβου (χρονικής διάρκειας 400 sec) υπολογίστηκαν οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς ως μέσος όρος, για κάθε οριζόντια συνιστώσα (EW, NS), των αντίστοιχων από 29 ισόχρονα παράθυρα ανάλυσης (διακεκομμένες γραμμές στο Σχήμα 5.2). Η συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού που υπολογίστηκε από αυτές είναι 0.4 Hz και της ενίσχυσης αυτού 4.5 με 5 και στις δύο συνιστώσες. Στο Σχήμα 5.2 απεικονίζεται επίσης η D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς όπως προσδιορίστηκε από το εδαφικό προσομοίωμα BRG (Παράγραφος ) και με V s ημιχώρου α) την ταχύτητα του τελευταίου σχηματισμού του εδαφικού προσομοιώματος (μαύρη γραμμή, Σχήμα 5.2) και β) αυτή του γνευσιακού υποβάθρου 2600 m/sec (κόκκινη γραμμή, Σχήμα 5.2). Η συχνότητα f res σε όλες τις συναρτήσεις μεταφοράς είναι παρόμοια, ενώ το πλάτος ενίσχυσης Α max διαφέρει μόνο στην περίπτωση που ως ημίχωρος θεωρηθεί το τελευταίο εδαφικό στρώμα του προσομοιώματος και όχι το βραχώδες (γνευσιακό) υπόβαθρο. Το γεγονός αυτό δείχνει ότι η αντίθεση των V s μεταξύ αποθέσεων ημίχωρου (υποβάθρου), καθορίζει το πλάτος ενίσχυσης της κίνησης και ότι η V s 2600 m/sec είναι η πιθανή ταχύτητα του υποβάθρου στο συγκεκριμένο βάθος διασκόπησης. Κατά τα λοιπά, οι διαφορές των συναρτήσεων μεταφοράς ως προς την μορφή τους είναι εύλογες, καθώς η τοπική γεωλογία είναι πιο περίπλοκη από ότι το μονοδιάστατο προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε στους υπολογισμούς της μονοδιάστατης θεωρητικής συνάρτησης μεταφοράς. 5.8

128 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ 0 Εμπειρική NS Εμπειρική EW D Θεωρητική D Θεωρητική (Ημίχωρος Vs=2600m/sec) 0 Σχήμα 5.2. Σύγκριση των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR των δύο οριζόντιων συνιστωσών του θορύβου και της D θεωρητικής στη θέση μικροθορύβου BRG Θέση ΜΑΝ Οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR των δύο οριζόντιων συνιστωσών του θορύβου (EW, NS) υπολογίστηκαν με την ίδια διαδικασία που αναφέρθηκε για τη θέση BRG. Ο μέσος φασματικός λόγος από τα 29 παράθυρα ανάλυσης ανά συνιστώσα, απεικονίζεται στο Σχήμα 5.3. Η f res είναι 0.62 Hz και ο Α max 2.5 στην NS και 4.0 στην EW συνιστώσα. Η D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς υπολογίστηκε με βάση το εδαφικό προσομοίωμα που προσδιορίστηκε με τη μέθοδο SPAC (βλ. Πίνακα Π.6 του Παραρτήματος Π) θεωρώντας ως ταχύτητα ημιχώρου α) αυτή του βαθύτερου εδαφικού στρώματος (μαύρη γραμμή, Σχήμα 5.3), και β) τη χαρακτηριστική ταχύτητα του υποβάθρου V s 2600 m/sec (κόκκινη γραμμή, Σχήμα 5.3). Η συχνότητα f res σύμφωνα με την D συνάρτηση έχει τιμή 0.97 Hz στις περιπτώσεις α & β με πλάτος ενίσχυσης 2.0 και 7.0 αντίστοιχα. Η διαφορά των συχνοτήτων f res μεταξύ θεωρητικής και ενόργανης συνάρτησης μεταφοράς υποδηλώνει ότι το γεωλογικό υπόβαθρο στη θέση ΜΑΝ βρίσκεται σε βάθος μεγαλύτερο από το βάθος διασκόπησης του μικροθορύβου. Για την εκτίμησή του έγινε η σταδιακή ανά 0 m αύξηση πάχους του τελευταίου εδαφικού στρώματος του προσομοιώματος, το οποίο χαρακτηρίζεται από ταχύτητα V s 62 m/sec, δηλαδή πρόκειται για συνεκτικό δύστμητο εδαφικό σχηματισμό του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων. Το πάχος του 5.9

129 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ τελευταίου στρώματος αυξήθηκε μέχρι να επέλθει σύμπτωση συχνοτήτων μεταξύ εμπειρικών και θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς. Στο βάθος αυτό εκτιμάται και η επιφάνεια του κρυσταλλικού υποβάθρου στη θέση μελέτης. Επιπλέον, το πλάτος ενίσχυσης της D συνάρτησης μεταφοράς γίνεται συγκρίσιμο ως προς το αντίστοιχο πλάτος της ενόργανης, θέτοντας ως ταχύτητα ημιχώρου τη χαρακτηριστική ταχύτητα 2600 m/sec του γνευσιακού υποβάθρου της περιοχής. Η συνάρτηση μεταφοράς του προτεινόμενου εδαφικού προσομοιώματος για τη θέση ΜΑΝ δίνεται στο Σχήμα 5.3 (πράσινη γραμμή), ενώ οι τελικές τιμές ταχύτητας και το πάχος της προτεινόμενης εδαφικής στήλης στον Πίνακα Εμπειρική NS Εμπειρική EW D Θεωρητική D Θεωρητική (Ημίχωρος Vs=2600m/sec) D Θεωρητική (εκτίμηση) 0 Σχήμα 5.3. Σύγκριση των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR των δύο οριζόντιων συνιστωσών του θορύβου και της D θεωρητικής στη θέση μικροθορύβου MAN. Πίνακας 5.. Προτεινόμενο εδαφικό προσομοίωμα για τη θέση μικροθορύβου MAN. Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec)

130 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Διάταξη γεωφώνων ΙΙΙ Για τον υπολογισμό των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR στο μέσο της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ, χρησιμοποιήθηκαν καταγραφές θορύβου από όργανο της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων του πειράματος 2004, που ήταν τοποθετημένο κοντά στα εγκαταστημένα στο μέσο της διάταξης γεώφωνα του ίδιου πειράματος. Η μέση τιμή των συναρτήσεων μεταφοράς ανά οριζόντια συνιστώσα του θορύβου παρουσιάζεται στο Σχήμα 5.4. Η συχνότητα συντονισμού παίρνει τιμή 0.63 Hz με πλάτος ενίσχυσης 6.0 με 6.5 και στις δύο συνιστώσες του θορύβου. Η θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς υπολογίστηκε από το εδαφικό προσομοίωμα του Πίνακα 4.5, θεωρώντας ως ταχύτητα ημιχώρου α) την ταχύτητα του τελευταίου σχηματισμού του προσομοιώματος (μαύρη γραμμή, Σχήμα 5.4) και β) τη χαρακτηριστική ταχύτητα του βραχώδους υποβάθρου της περιοχής (κόκκινη γραμμή, Σχήμα 5.4). Η συχνότητα συντονισμού της θεωρητικής συνάρτησης είναι 0.8 Hz με ενίσχυση 3.0 και 7.0 για τις περιπτώσεις α & β αντίστοιχα. 0 Εμπειρική NS (E2) Εμπειρική EW (E2) Εμπειρική NS (E3) Εμπειρική EW (E3) D θεωρητική D Θεωρητική (Ημίχωρος Vs=2600m/sec) D θεωρητική (εκτίμηση) 0 Σχήμα 5.4 Σύγκριση των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR και της D θεωρητικής για τη διάταξη γεωφώνων ΙΙΙ. Η διαφορά της συχνότητας συντονισμού μεταξύ θεωρητικής και εμπειρικής συνάρτησης μεταφοράς, υποδηλώνει ότι το βραχώδες υπόβαθρο βρίσκεται σε βάθος μεγαλύτερο από τη διακριτική ικανότητα της σεισμικής διάθλασης. Το μήκος της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ δεν ήταν ικανό για τον προσδιορισμό του. Το βάθος του βράχου εκτιμήθηκε με τη 5.

131 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ σταδιακή ανά 0 m αύξηση πάχους του στρώματος του εδαφικού προσομοιώματος που χαρακτηρίζεται από ταχύτητα V s 630 m/sec και αντιστοιχεί σε δύστμητο σχηματισμό του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων. Η αύξηση του στρώματος έγινε μέχρι το βάθος στο οποίο επήλθε σύμπτωση των συχνοτήτων f res μεταξύ θεωρητικών και εμπειρικών συναρτήσεων μεταφοράς. Το προτεινόμενο εδαφικό προσομοίωμα στο μέσο της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ, δίνεται στον Πίνακα 5.2. Πίνακας 5.2. Προτεινόμενο εδαφικό προσομοίωμα για τη διάταξη γεωφώνων ΙΙΙ. Πάχος (m) Ταχύτητα V s (m/sec) Η διαδικασία εκτίμησης του βράχου εφαρμόστηκε σε όλα τα εδαφικά προσομοιώματα μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης. Οι θεωρητικές και ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς για καθένα από αυτά δίνονται στα Σχήματα Π.49.76, ενώ τα αντίστοιχα εδαφικά προσομοιώματα στους Πίνακες Π του Παραρτήματος Π Συγκεντρωτικά αποτελέσματα Σε σύνολο 2/3 θέσεων καταγραφής μικροθορύβου και διατάξεων σεισμικής διάθλασης, προσδιορίστηκε η επιφάνεια με το μεγαλύτερο λόγο ακουστικής εμπέδησης, η οποία συμπίπτει με την άνω επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου της περιοχής. Στις υπόλοιπες θέσεις, οι διαστάσεις της διασκόπησης (ακτίνα μικροθορύβου και μήκος ανάπτυξης σεισμικής διάθλασης) δεν μπόρεσαν να καταγράψουν μήκη κύματος ικανά ώστε να περιγράψουν το βάθος εμφάνισης του βράχου. Η εκτίμηση αυτού βασίστηκε σε μια επαναληπτική διαδικασία σύγκλισης της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού μεταξύ θεωρητικών και εμπειρικών συναρτήσεων μεταφοράς. Στον Πίνακα 5.3 δίνεται το εκτιμώμενο βάθος του βραχώδους υποβάθρου σε σχέση με το βάθος διασκόπησης σε κάθε θέση μελέτης. Η αξιοπιστία του βάθους του βραχώδους υποβάθρου με τη διαδικασία που περιγράφηκε παραπάνω είναι σχετική και εξαρτάται α) από το πόσο έχει προσεγγιστεί το πραγματικό πάχος των εδαφικών αποθέσεων και β) ποια είναι η ταχύτητα V s του τελευταίου ανιχνεύσιμου σχηματισμού του εδαφικού προσομοιώματος στην εκάστοτε θέση μελέτης. Με τη διαδικασία εκτίμησης του βραχώδους υποβάθρου προκύπτουν τα πλήρη εδαφικά προσομοιώματα που δίνουν τη μεταβολή της ταχύτητας V s από την ελεύθερη επιφάνεια μέχρι το βραχώδες υπόβαθρο και το πάχος των γεωλογικών σχηματισμών που περιγράφουν. Θα αποτελέσουν τη βασική πληροφορία εισαγωγής για το σχεδιασμό 5.2

132 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ δισδιάστατων εδαφοδυναμικών τομών και τρισδιάστατων προσομοιωμάτων που θα περιγράψουν τη γεωλογία της Μυγδονίας λεκάνης. Πίνακας 5.3. Βάθος διασκόπησης και εκτιμώμενο βάθος βραχώδους υποβάθρου για το σύνολο των θέσεων μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης. Θέση διασκόπησης Βάθος διασκόπησης (m) Εκτιμώμενο βάθος βραχώδους υποβάθρου (m) GER GER GER LAG LAG BRG MAN ANA THE FRM TOPO VOL FID VRO TRI FTE KAP MES KOT NIK NIK SCH EVA VATH PER DAB LIM geo geo exp exp

133 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Στην προσπάθεια εξάρτησης του βάθους του υποβάθρου με παραμέτρους της εκάστοτε θέσης μελέτης, προτείνεται η εμπειρική του Σχήματος 5.5. Συνδέει τη συχνότητα f res του θεμελιώδους συντονισμού όπως προσδιορίστηκε από τις εμπειρικές συναρτήσεις μεταφοράς HVSR σε σχέση με το εκτιμώμενο βάθος του βράχου στις 3 συνολικά θέσεις μικροθορύβου και πειραμάτων μεγάλης κλίμακας. Από το Σχήμα 5.5 διαπιστώνεται ότι για μεγάλες τιμές συχνότητας το πάχος των εδαφικών αποθέσεων είναι μικρό (θέσεις στα όρια της λεκάνης), ενώ για μικρές τιμές συχνότητας το πάχος είναι μεγάλο (θέσεις στο κέντρο της λεκάνης). Παρόλο που η εκτίμηση του υποβάθρου σύμφωνα με τη σχέση αυτή συνοδεύεται σε κάποιες θέσεις από τυπική απόκλιση της τάξης ± 50 m περίπου, η σχέση μπορεί να δώσει μια πρώτη σημειακή εκτίμηση του πάχους των εδαφικών αποθέσεων στην περιοχή της Μυγδονίας λεκάνης, όταν η θεμελιώδης συχνότητα f res είναι γνωστή επί παραδείγματι από ενόργανες αναλύσεις σεισμικής απόκρισης. Ανάλογη σχέση έχει παρουσιαστεί από μετρήσεις μικροθορύβου κυκλικής διάταξης για την περιοχή της Θεσσαλονίκης από τον Αποστολίδη (2002). Η πληροφορία αυτή εκτίμησης του βράχου είναι δυνατόν να συνυπολογιστεί με άλλες παραμέτρους της περιοχής, για τον ορθότερο σχεδιασμό μετρήσεων πεδίου ανάλογα με το σκοπό και τον χαρακτήρα που θέλουν αν εξυπηρετήσουν. 500 H = * ln(f res ) Βάθος βραχώδους υποβάθρου H (m) Συχνότητα συντονισμού f res (Hz) Σχήμα 5.5. Εμπειρική σχέση συχνότητας συντονισμού βάθους βραχώδους υποβάθρου όπως προσδιορίστηκε από μετρήσεις πεδίου στη Μυγδονία λεκάνη. 5.4

134 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ 5.4 ΔΙΣΔΙΑΣΤΑΤΕΣ ΕΔΑΦΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΤΟΜΕΣ Από τη διακύμανση με το βάθος των δυναμικών ιδιοτήτων των γεωλογικών σχηματισμών που περιγράφηκαν στα προτεινόμενα D εδαφικά προσομοιώματα των θέσεων μικροθορύβου και σεισμικής διάθλασης, ιδιαίτερα της ταχύτητας V s η οποία περιγράφει καλύτερα από την ταχύτητα V p τους εδαφικούς σχηματισμούς μιας περιοχής και επηρεάζει άμεσα τις θεωρητικές αναλύσεις σεισμικής απόκρισης, και δευτερευόντως της ταχύτητας V p, έγινε ο διαχωρισμός των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης. Στο διαχωρισμό λήφθηκαν υπόψη διαθέσιμα γεωλογικά και γεωτεχνικά στοιχεία από υδρογεωτρήσεις, δειγματοληπτικές γεωτρήσεις και γεωτεχνικές δοκιμές (NSPT, CPT, εργαστηριακά). Η κατηγοριοποίηση των προσομοιωμάτων ταχύτητας βασίστηκε στη διαστρωμάτωση των σχηματισμών που προτάθηκε από τους Raptakis et al. (2000) για τη διεύθυνση Β Ν της λεκάνης. Από εδώ και στο εξής για συμβατικούς λόγους οι συμβολισμοί A, B, C, D, E, F, G* και G θα αφορούν τους ίδιους σχηματισμούς με αυτούς που αναφέρονται στην εργασία των Raptakis et al. (2000) με τους A, B, C, D να χαρακτηρίζουν τους σχηματισμούς του Μυγδονιακού ιζηματογενούς συστήματος (Τεταρτογενές), οι E, F τους σχηματισμούς του Προμυγδονιακού συστήματος (Νεογενές), ο G* τον μανδύα αποσάθρωσης του βράχου, και ο G το υγιές βραχώδες (γνευσιακό) υπόβαθρο της περιοχής (Σχήμα 2.25). Από την οριζόντια συσχέτιση των μέσων όρων ανά σχηματισμό ταχυτήτων V s και V p των D εδαφικών προσομοιωμάτων, την αλληλουχία τους με το βάθος, και λαμβάνοντας υπόψη κριτήρια σύνθεσης που αφορούν α) τη συνάφεια των ταχυτήτων V s και V p που προσδιορίστηκαν για τον ίδιο σχηματισμό και β) τη συνάφεια των V s και V p ίδιου γεωλογικού σχηματισμού που συναντάται σε γειτονικές θέσεις της λεκάνης, σχεδιάστηκαν 7 δισδιάστατες εδαφοδυναμικές τομές διαφορετικής διάστασης και διεύθυνσης στις οποίες συσχετίζονται σχηματισμοί με όμοια δυστμησία (Σχήμα 5.6). Για το σχεδιασμό τους συμπεριλήφθηκαν όσο το δυνατόν περισσότερες θέσεις διασκόπησης ούτως ώστε να περιγραφούν περισσότερο αντιπροσωπευτικά οι γεωλογικοί σχηματισμοί του κεντρικού τμήματος της Μυγδονίας λεκάνης. Εκτός από τις εμπίπτουσες στις τομές θέσεις χρησιμοποιήθηκαν και θέσεις που απείχαν μικρές αποστάσεις από αυτές, με την αντίστοιχη προβολή τους. Στις 7 δισδιάστατες τομές περιγράφεται η γεωμετρία της διεπιφάνειας Μυγδονιακών Προμυγδονιακών αποθέσεων και ιζημάτων βραχώδους υποβάθρου. Τα επιφανειακά στρώματα Α & Β του Μυγδονιακού συστήματος σχεδιάζονται στις τομές ως ένας σχηματισμός με εύρος τιμών ταχύτητας V s από 30 ως 275 m/sec. Ενιαία περιγράφονται και οι βαθύτεροι σχηματισμοί C & D του συστήματος, με ταχύτητα που κυμαίνεται από 280 έως 450 m/sec. Οι υποκείμενοι Προμυγδονιακοί σχηματισμοί E & F παρουσιάζουν μεγαλύτερη δυστμησία και χαρακτηρίζονται από ταχύτητα V s μεταξύ 500 και 800 m/sec. Το σύνολο των εδαφικών αποθέσεων της λεκάνης, κάθονται ασύμφωνα πάνω σε βραχώδη ημιβραχώδη σχηματισμό ο οποίος παρουσιάζει V s μεγαλύτερη των 000 m/sec. 5.5

135 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Οι 2D τομές εμπλουτίστηκαν αναφορικά με το βάθος του βραχώδους υποβάθρου από στοιχεία 6 γεωτρήσεων δειγματοληπτικών και υδρογεωτρήσεων (B.R.G.M. 97, Final Euroseistest Report 995, Ι.Γ.Μ.Ε. 200, 2 nd Annual Euroseisrisk Report 2003), γεωλογικά, γεωτεχνικά και νεοτεκτονικά στοιχεία της περιοχής (Ψιλοβίκος 977, Pitilakis et al. 999, Raptakis et al. 2000, Mountrakis et al. 992, Sotiriadis et al. 983). Η θέση των γεωτρήσεων τοποθετείται στο Σχήμα 5.6. Το βραχώδες υπόβαθρο σύμφωνα με στοιχεία γεωτρήσεων τοποθετείται στο δυτικό τμήμα της λεκάνης σε βάθος 405 m (BRGM, 97), στο κεντρικό τμήμα, στη θέση Euroseistest, σε βάθος 96 m (Final Euroseistest Report, 995) και στις παρυφές της λεκάνης σε μικρό βάθος από την επιφάνεια (ΙΓΜΕ, 200). Στοιχεία από τις υδρογεωτρήσεις αναφορικά με το βάθος εμφάνισης του σχηματισμού των ερυθροστρωμάτων (επιφανειακός ορίζοντας Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων με χαρακτηριστικό ερυθρό χρώμα), χρησιμοποιήθηκαν επικουρικά και όχι ως βασική πληροφορία για τον διαχωρισμό μεταξύ των Τεταρτογενών και Νεογενών ιζημάτων. Πληροφορία για το γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής προέκυψε από μετρήσεις ηλεκτρικής διασκόπησης (2 τομογραφίες και 3 βυθοσκοπήσεις) που σχεδιάστηκαν και πραγματοποιήθηκαν στο βόρειο και νότιο, νοτιοανατολικό άκρο της λεκάνης (Σχήμα 5.6). Οι μετρήσεις έγιναν στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος Euroseisrisk από το Εργαστήριο Γεωφυσικής του Τμήματος Γεωλογίας Α.Π.Θ. κάτω από το συντονισμό και τη χρηματοδότηση του Ε.Ε.Θ.Γ.Σ.Μ. του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. (2 nd Annual Euroseisrisk Report, 2003). Σχεδιάστηκαν και εκτελέστηκαν με σκοπό να αποτυπωθεί η γεωμετρία και η κλίση βύθισης του γεωλογικού υποβάθρου στα όρια της λεκάνης, ενώ παράλληλα από τη κατανομή της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης με το βάθος να γίνει μια έμμεση εκτίμηση για το βάθος εμφάνισης αυτού. Η πληροφορία για το βάθος του βράχου συσχετίστηκε με στοιχεία γειτονικών στις μετρήσεις ηλεκτρικής διασκόπησης υδρογεωτρήσεων (Τουρνάς, 2005). Το βάθος του υποβάθρου όπως εκτιμήθηκε από τις ηλεκτρικές μετρήσεις προβλήθηκε στις γειτνιάζουσες αυτών εδαφοδυναμικές τομές, ενώ επικουρικά χρησιμοποιήθηκε στη σύνθεσή τους μόνο σε θέσεις όπου υπήρχε συνάφεια των αποτελεσμάτων τους με στοιχεία γεωτρήσεων και λοιπές γεωλογικές πληροφορίες. Όλη η απαραίτητη πληροφορία για το βάθος εμφάνισης του βραχώδους υποβάθρου και το πάχος των εδαφικών σχηματισμών κατά τη διεύθυνση Β - Ν της Μυγδονίας λεκάνης, λήφθηκε από τη λεπτομερή εδαφοδυναμική τομή των Raptakis et al. (2000) και τα αποτελέσματα μετρήσεων μικροθορύβου κυκλικής διάταξης (απεικονίζονται ως SL, S3L, S4L S5L και S6L στο Σχήμα 5.6) που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια προηγούμενης διδακτορικής διατριβής (Αποστολίδης, 2002). Η επιμέρους διαστρωμάτωση των επιφανειακών Τεταρτογενών Μυγδονιακών ιζημάτων της περιοχής βασίστηκε στα αποτελέσματα 20 στατικών πενετρομετρήσεων (CPT) που πραγματοποιήθηκαν για τις ανάγκες του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος 5.6

136 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Euroseisrisk (Final Euroseirisk Report, 2005). Οι πενετρομετρήσεις εκτελέστηκαν σε κοντινές θέσεις των σταθμών του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων που λειτουργεί στην περιοχή, με σκοπό τη γεωτεχνική τεκμηρίωση των θέσεων εγκατάστασής τους (Σχήμα 5.6). Το μέγιστο βάθος διασκόπησης των μετρήσεων είναι 40 m. Πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση κώνου Begeman 00 KNt, από τη συνεχή διείσδυση του οποίου έγινε συνεχή καταγραφή ανά 20 cm βάθους της αντίστασης αιχμής q c και της τοπικής πλευρικής τριβής f s. Από τις τιμές των παραμέτρων αυτών και τον πίνακα κατάταξης κατά Schertmann (978) έγινε η κατηγοριοποίηση των εδαφών κατά USGS στις 20 θέσεις CPT (προσωπική επικοινωνία Αναστασιάδης, Final Euroseirisk Report 2005). Τα μέτρα διατμητικής αντοχής και συμπιεστότητας που προσδιορίστηκαν από τις μετρήσεις CPT για τα πρώτα 40 m, συσχετίσθηκαν με τις ιδιότητες της αντίστοιχης στρωματογραφίας. Στις 7 δισδιάστατες εδαφοδυναμικές τομές έχουν ενσωματωθεί τα νεοτεκτονικά στοιχεία της περιοχής με τις σεισμικά ενεργές και μη, κύριες τεκτονικές δομές που τη διατρέχουν (Μουντράκης και συν., 997). Η ρηξιγενής ζώνη Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου (απεικονίζεται ως F-GNSP στο Σχήμα 5.6) απεικονίζεται στις 2D τομές με γωνία κλίσης 70 ο 80 ο και τεκτονικό άλμα ανάλογο της διαφοράς βάθους μεταξύ υποβάθρου και υπερκείμενων ιζημάτων στις γειτονικές της δομής θέσεις. Με το ίδιο κριτήριο έγινε ο σχεδιασμός του άλματος και του βόρειου κλάδου του σεισμικού ρήγματος, F-Sx (Σχήμα 5.6). Η γωνία κλίσης με την οποία αποτυπώνεται ο κλάδος F-Sx στις τομές, είναι ενδεικτική. Ο μεσαίος κλάδος του σεισμικού ρήγματος, F-VL (Σχήμα 5.6) που επηρεάζει τις πολύ πρόσφατες αλλουβιακές προσχώσεις και όχι το υπόβαθρο της λεκάνης δεν αποτυπώνεται στις τομές. Το τεκτονικό του άλμα δεν μπορεί να προκύψει από τη διαφορά βάθους των αποθέσεων Α & Β που επηρεάζει μεταξύ θέσεων διασκόπησης που τοποθετούνται εκατέρωθεν του ρήγματος αυτού, εφόσον είναι μικρότερο από το πάχος τους. Τα ρήγματα στο βόρειο άκρο της λεκάνης σχεδιάστηκαν με γωνία κλίσης 70 ο και τεκτονικό άλμα ενδεικτικό, εφόσον δεν υπάρχουν σαφή στοιχεία εκτίμησής τους, ενώ έχει δοθεί πιθανή συνέχισή τους σε μεγάλα βάθη Τομή Η τομή με διεύθυνση ΒΑ ΝΔ και μήκος 4 km περίπου περιγράφει τους γεωλογικούς σχηματισμούς της λεκάνης που προσδιορίστηκαν στις θέσεις μικροθορύβου VRO, TOPO, SL και NIK. Για την κατασκευή της λήφθηκαν υπόψη και γεωλογικά στοιχεία από έξι γεωτρήσεις 75, 76, 79, TST, 90 και 9 (Σχήμα 5.6). Το γεωλογικό υπόβαθρο εμφανίζεται επιφανειακά στα άκρα της τομής, ενώ βυθίζεται σε μεγάλο βάθος στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης λόγω της δράσης δύο κανονικών ρηγμάτων που τοποθετούνται στα άκρα αυτής. Ένα από αυτά, είναι η ζώνη διάρρηξης Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου (F-GNSP) στα νότια, η οποία το αναγκάζει να βυθιστεί με κλίση προς βορρά σε βάθος 230 m στη γειτονία της θέσης ΝΙΚ. Το βάθος του υποβάθρου μειώνεται στα 200 m περίπου το κεντρικό τμήμα της τομής από 5.7

137 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Δειγματοληπτικές και υδρογεωτρήσεις Πενετρομετρήσεις CPT Μετρήσεις μικροθορύβου & σεισμικής διάθλασης Ηλεκτρική τομογραφία Ηλεκτρική βυθοσκόπηση Σχήμα 5.6. Οι διευθύνσεις των 7 δισδιάστατων εδαφοδυναμικών τομών. 5.8

138 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ τη δράση του βόρειου κλάδου (F-Sx) του σεισμικού ρήγματος, ενώ στην περιοχή της Νυμφόπετρας περιορίζεται σε μερικές δεκάδες μέτρα σύμφωνα με τα στοιχεία των υδρογεωτρήσεων 90 και 9 (Σχήμα 5.7). Στην ίδια περιοχή η εδαφοδυναμική τομή συναντάται με τη γεωηλεκτρική τομή DD2. Από τη γεωφυσική ερμηνεία της τελευταίας, ο βράχος εκτιμήθηκε στα 00 m βάθος, τιμή που διαφέρει σημαντικά σε σχέση με τα αποτελέσματα του μικροθορύβου και τα στοιχεία γειτονικών γεωτρήσεων, για το λόγο αυτό δεν λήφθηκε υπόψη στην περεταίρω διαδικασία. Το Προμυγδονιακό σύστημα ιζημάτων εμφανίζεται επιφανειακά στην περιοχή μεταξύ του νοτίου άκρου της τομής και του επιφανειακού ίχνους του σεισμικού ρήγματος F-GNSP. Η δράση του τελευταίου αναγκάζει το βράχο να βυθιστεί σε βάθος μεγαλύτερο των 50 m κοντά στη θέση μικροθορύβου ΝΙΚ. Το μεγαλύτερο πάχος του Προμυγδονιακού συστήματος (40 m) συναντάται στη γειτονία της θέσης αυτής (ΝΙΚ), ενώ μειώνεται σταδιακά προς τη θέση VRO. Το Μυγδονιακό σύστημα παρουσιάζει μέσο πάχος 80 m στο κεντρικό τμήμα της τομής, ενώ αποσφηνώνεται στα άκρα αυτής λόγω της δράσης των ρηγμάτων βαρύτητας που τοποθετούνται σε αυτά. Το μεγαλύτερο πάχος του Μυγδονιακού συστήματος καταλαμβάνεται από τους σχηματισμούς C & D και τους επιφανειακούς Α & Β να καταλαμβάνουν τα πρώτα 20 με 25 m. H επιμέρους διαστρωμάτωση των σχηματισμών Α & Β μέχρι το βάθος των 24 m προκύπτει από τις πενετρομετρήσεις TRI και TST Τομή 22 Με διεύθυνση ΒΒΑ ΝΝΔ και μήκος 2.5 km, η τομή διατρέχει το ανατολικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 5.6). Συμπεριλαμβάνει τις θέσεις μικροθορύβου FTE, PER2 και VOL. Στο σχεδιασμό της λήφθηκε υπόψη η πληροφορία τριών υδρογεωτρήσεων (GGEO, 88 και 86) οι οποίες τοποθετούνται σε διάφορες θέσεις κατά μήκος της τομής. Δύο κανονικά ρήγματα στα άκρα της τομής αναγκάζουν το βραχώδες υπόβαθρο σε απότομη βύθιση προς το κεντρικό της τμήμα (Σχήμα 5.8). Αυτό που τοποθετείται στο νότιο άκρο της τομής πρόκειται για την προέκταση του σεισμικού ρήγματος F-GNSP προς τα ανατολικά. Το υπόβαθρο συναντάται σε βάθος 60 m περίπου στη θέση FTE, στα 50 m στη γεώτρηση GGEO, ενώ εκτιμάται ότι τοποθετείται στα 250 m περίπου στη θέση PER2. Στο ίδιο βάθος εκτιμήθηκε και από την ηλεκτρική βυθοσκόπηση HSC. Ασύμφωνα πάνω στο κρυσταλλικό υπόβαθρο τοποθετούνται οι σχηματισμοί Ε & F του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων. Αποκτούν το μεγαλύτερο πάχος τους (30 m) στη γειτονία της θέσης PER2, μειώνονται δε σταδιακά προς τη θέση VOL και αποσφηνώνονται κοντά στη θέση FTE. Τα Τεταρτογενή ιζήματα αναπτύσσονται σε όλο το μήκος της τομής με πάχος που κυμαίνεται από 0 m (θέση PER2) σε 70 m (κοντά στη θέση FTE) με το μεγαλύτερη πάχος τους να καταλαμβάνεται από τους επιφανειακούς σχηματισμούς Α & Β, με μέσο πάχος 60 m περίπου Τομή 33 Με διεύθυνση ΑΝΑ ΔΒΔ και μήκος 7 km, η τομή περιγράφει τους γεωλογικούς σχηματισμούς που συναντούνται μεταξύ του χωριού Προφήτη και του δυτικού τμήματος 5.9

139 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ της λίμνης Βόλβης (Σχήμα 5.6). Κατασκευάστηκε με βάση τα εδαφικά προσομοιώματα των θέσεων μικροθορύβου TRI, VRO, FID και VOL. Στη κατασκευή της συνεκτιμήθηκε η γεωλογική πληροφορία της υδρογεώτρησης 93. Το αλπικό υπόβαθρο της περιοχής συναντάται επιφανειακά στο δυτικό τμήμα της τομής και βυθίζεται ομαλά προς το ανατολικό της. Σύμφωνα με τα στοιχεία της υδρογεώτρησης 93, ο βράχος τοποθετείται σε βάθος 80 m στη θέση TRI, ενώ εκτιμάται στα 80 m περίπου κάτω από τη λίμνη της Βόλβης (Σχήμα 5.9). Η ηλεκτρική τομογραφία CC2 και η βυθοσκόπηση C2S δυτικότερα της γεώτρησης 93, δείχνουν το υπόβαθρο σε βάθος 60 με 80 m. Το πάχος του Προμυγδονιακού ιζηματογενούς συστήματος εκτιμάται στα 90 m στο ανατολικό τμήμα της τομής, ενώ μειώνεται σταδιακά προς το δυτικό. Κατά αναλογία αναπτύσσονται και οι σχηματισμοί του Μυγδονιακού συστήματος οι οποίοι παρουσιάζουν πάχος 80 m περίπου στο ανατολικό τμήμα της τομής, μειώνεται σταδιακά προς το δυτικό, ενώ αποσφηνώνονται στα δυτικά της θέσης TRI. Το μεγαλύτερο πάχος του Μυγδονιακού συστήματος καταλαμβάνεται από τους επιφανειακούς σχηματισμούς Α & Β Τομή 44 Η τομή αυτή με διεύθυνση ΒΔ ΝΑ και μήκος 4 km περίπου περιγράφει τους γεωλογικούς σχηματισμούς μεταξύ της λίμνης Λαγκαδά και του νοτίου τμήματος της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 5.6). Στο σχεδιασμό της λήφθηκαν υπόψη τα εδαφικά προσομοιώματα των θέσεων μικροθορύβου MES, VATH και KAP και τα γεωλογικά στοιχεία των υδρογεωτρήσεων 69 και 70 που γειτνιάζουν στις θέσεις VATH και KAP. Το γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής παρουσιάζει επιφανειακή εκδήλωση στο νότιο άκρο της τομής ενώ βυθίζεται από τη δράση του σεισμικού ρήγματος F-GNSP με διεύθυνση προς βορρά στο κεντρικό τμήμα της σε βάθος 350 m περίπου (Σχήμα 5.0). Στο επιφανειακό ίχνος του ρήγματος και προς τη νότια πλευρά της λεκάνης αναπτύσσονται επιφανειακά οι σχηματισμοί του Προμυγδονιακού συστήματος με την εμφάνιση του ορίζοντα των ερυθροστρωμάτων (χαρακτηρίζεται και ως σχηματισμός «Γερακαρούς») με πάχος που κατά τόπους ξεπερνά τα 00 m (Κουφός και συν., 994). Στο προσπίπτον τέμαχος του ρήγματος το πάχος του συστήματος φτάνει τα 270 m. Τα Τεταρτογενή ιζήματα επικάθονται των Νεογενών και παρουσιάζουν πάχος 80 m περίπου σε όλο το μήκος του κεντρικού τμήματος της τομής. Οι σχηματισμοί C & D καταλαμβάνουν μεγαλύτερο τμήμα του Μυγδονιακού συστήματος από ότι οι επιφανειακοί Α & Β Τομή 55 Η τομή διέρχεται από το δυτικό τμήμα της λεκάνης, βόρεια της λίμνης Λαγκαδά και του χωριού Στίβος με διεύθυνση ΒΒΔ ΝΝΑ καλύπτοντας συνολική απόσταση 0 km περίπου. Συμπεριλαμβάνει τις θέσεις μικροθορύβου EVA, LIM2, SCH, ANA, THE, SL και FRM (Σχήμα 5.6). Τα γεωλογικά και γεωτεχνικά στοιχεία των δειγματοληπτικών γεωτρήσεων ΑΝΑ, TST και των υδρογεωτρήσεων 98, 99 και 83 συμπεριλήφθηκαν στη κατασκευή της τομής. 5.20

140 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Το ρήγμα Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου στο νότιο άκρο της τομής δικαιολογεί την απότομη βύθιση προς βορρά του αλπικού υποβάθρου (Σχήμα 5.). Συναντάται σε βάθος 70 m κοντά στη θέση FRM και 270 m στη γειτονία της θέσης SCH. Δυτικότερα της θέσης μικροθορύβου SCH τοποθετείται η τομή της εδαφοδυναμικής τομής με την ηλεκτρική τομογραφία ΑΑ2. Από την τελευταία το βάθος του υποβάθρου εκτιμήθηκε στα 260 m περίπου. Το πάχος των υπερκείμενων ιζηματογενών αποθέσεων Ε & F του Προμυγδονιακού συστήματος αυξάνεται αισθητά από τη θέση FRM (90 m) στη θέση EVA (90 m). Το Μυγδονιακό σύστημα αναπτύσσεται με μέσο πάχος 85 m μεταξύ των θέσεων FRM και LIM2, ενώ μειώνεται σταδιακά στα 60 m προς τη θέση EVA. Τα πρώτα 20 m από το πάχος αυτό καταλαμβάνονται από τους επιφανειακούς σχηματισμούς Α & Β. Η λεπτομερής διαστρωμάτωση των σχηματισμών αυτών προκύπτει από τις πενετρομετρήσεις ΑΝΑ, LOS και FRM Τομή 66 Με διεύθυνση ΔΒΔ ΑΝΑ, μήκος 3 km και παράλληλη διεύθυνση με την τομή 33, η εδαφοδυναμική τομή 66 περιγράφει τους γεωλογικούς σχηματισμούς που συναντούνται στο μεγαλύτερο μέρος της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 5.6). Σχεδιάστηκε με βάση τα D εδαφικά προσομοιώματα του μικροθορύβου ANA, THE, SL και MAN, τις δύο δειγματοληπτικές γεωτρήσεις ANA και TST και την υδρογεώτρηση GP3. Το γεωλογικό υπόβαθρο βυθίζεται από την ανατολική πλευρά της τομής όπου εμφανίζεται επιφανειακά προς τη δυτική, λόγω της δράσης του σεισμικού ρήγματος Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου (F-GNSP) και του βόρειου κλάδου αυτού (F-Sx). Συναντάται σε βάθος 30 m στη θέση της γεώτρησης GP3, στα 200 m περίπου στη θέση TST, ενώ δυτικά της θέσης ΑΝΑ σε βάθος μεγαλύτερο των 330 m (Σχήμα 5.2). Σε όμοια βάθη εκτιμήθηκε το γεωλογικό υπόβαθρο από τα αποτελέσματα της ηλεκτρικής βυθοσκόπησης GS και της τομογραφίας ΗΗ2. Ασύμφωνα πάνω στο υπόβαθρο της περιοχής επικάθονται οι Νεογενείς αποθέσεις Ε & F του Προμυγδονιακού συστήματος το πάχος των οποίων αυξάνεται σταδιακά από ανατολικά (50 m) προς δυτικά (περίπου 200 m δυτικά της θέσης ΑΝΑ). Το πάχος του Μυγδονιακού συστήματος αυξάνεται από 70 m στο ανατολικό στα 20 m περίπου στο δυτικό άκρο της τομής. Η μεγαλύτερη έκτασή του καταλαμβάνεται από τους επιφανειακούς σχηματισμούς Α & Β με μέσο πάχος 25 με 30 m. Η περαιτέρω διαστρωμάτωση των επιφανειακών εδαφικών οριζόντων Α & Β στο κεντρικό τμήμα της τομής, μέχρι το βάθος των 30 m προκύπτει από τα αποτελέσματα των πενετρομετρήσεων ANA, LOS, THE και TST Τομή 77 Η τομή με διεύθυνση ΔΒΔ ΑΝΑ και μήκος 9.5 km περίπου περιγράφει τους γεωλογικούς σχηματισμούς μεταξύ του νοτιοανατολικού άκρου της λίμνης Λαγκαδά και του χωριού Νικομηδινό (Σχήμα 5.6). Στη κατασκευή της λήφθηκαν υπόψη τα D εδαφικά προσομοιώματα του μικροθορύβου GER3, MES, KOT και NIK και οι υδρογεωτρήσεις 72 και

141 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Το γεωλογικό υπόβαθρο εμφανίζεται επιφανειακά στο ανατολικό άκρο της τομής (Σχήμα 5.3). Λόγω της δράσης του σεισμικού ρήγματος F-GNSP, βυθίζεται με κλίση προς βορρά σε βάθος 250 m κοντά στη θέση ΝΙΚ και σταδιακά στα 370 m στη θέση GER3. Οι υπερκείμενοι σχηματισμοί Ε & F του Προμυγδονιακού συστήματος έχουν στις αντίστοιχες θέσεις πάχος 20 και 280 m. Εκδηλώνονται επιφανειακά στο Νικομηδινό και νότια αυτού (σχηματισμός «Γερακαρούς»). Στο χωριό Νικομηδινό το Μυγδονιακό σύστημα ιζημάτων συναντάται με πάχος 50 m ενώ αυξάνεται σταδιακά στα 80 m στη θέση ΝΙΚ. Οι σχηματισμοί Α & Β καταλαμβάνουν μέσο πάχος 30 m σε όλο το μήκος της τομής. Οι σχηματισμοί C & D έχουν μέσο πάχος 75 m περίπου κάτω από τη λίμνη Λαγκαδά και μέχρι τη θέση ΝΙΚ, ενώ κοντά στο Νικομηδινό περιορίζονται στα 35 m Τομή ΑΑ Η τομή αυτή σχεδιάστηκε παράλληλα με την τομή Προφήτης Στίβος των Raptakis et al. (2000) στη δυτική πλευρά της λεκάνης (Σχήμα 5.6). Έχει διεύθυνση ΒΒΔ ΝΝΑ και μήκος 8 km περίπου. Για την κατασκευή της χρησιμοποιήθηκαν τα εδαφικά προσομοιώματα του μικροθορύβου EVA και BRG, της διάταξης γεωφώνων Ι της σεισμικής διάθλασης 2003 (geo-2003), καθώς επίσης και τα γεωλογικά στοιχεία της βαθιάς γεώτρησης S3 art της B.R.G.M. (97). Το βραχώδες υπόβαθρο της περιοχής που συναντάτε επιφανειακά στα άκρα της τομής, λόγω της δράσης του σεισμικού ρήγματος F-GNSP στα νότια και ενός ρήγματος βαρύτητας στα βόρεια, βυθίζεται σε μεγάλα βάθη στο κεντρικό τμήμα της εδαφοδυναμικής τομής (Σχήμα 5.4). Παρουσιάζει το μεγαλύτερο βάθος του, 400 m, στο δυτικό τμήμα της λεκάνης στη γειτονία της θέσης BRG σύμφωνα με το προσομοίωμα της ομώνυμης θέσης μικροθορύβου και τα στοιχεία της υδρογεώτρησης S3 art της B.R.G.Μ. (97). Οι σχηματισμοί του Προμυγδονιακού συστήματος Ε & F εμφανίζονται επιφανειακά εκατέρωθεν των ιχνών των δύο ρηγμάτων, ενώ βυθίζονται σταδιακά προς το κεντρικό τμήμα της τομής όπου και αποκτούν πάχος 280 m περίπου. Ακολουθούν στη στρωματογραφική διάθρωση οι σχηματισμοί του Μυγδονιακού συστήματος με πάχος που αυξάνεται σταδιακά από τα άκρα προς το κέντρο της τομής (20 m περίπου). Το μεγαλύτερο πάχος του συστήματος καταλαμβάνεται από τους σχηματισμούς C & D. Κυμαίνεται στα 45 m στο νότιο άκρο, στα 00 m στο κεντρικό τμήμα και 60 m στο βόρειο τμήμα της τομής Τομή ΒΒ Η τομή αυτή με διεύθυνση ΒΒΔ ΝΝΑ καλύπτει απόσταση 8 km του δυτικού τμήματος της λεκάνης (Σχήμα 5.6). Για το σχεδιασμό της χρησιμοποιήθηκαν τα εδαφικά προσομοιώματα μικροθορύβου EVA και LIM2, καθώς και της διάταξης σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων της διάθλασης 2003 (exp-2003), και η γεωλογική πληροφορία των υδρογεωτρήσεων 02, 98, 99 και 80. Το γεωλογικό υπόβαθρο εκδηλώνεται επιφανειακά στα άκρα της τομής (Σχήμα 5.5). Το 5.22

142 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ρήγμα Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου βυθίζει το υπόβαθρο στα 30 m σύμφωνα με τη γεώτρηση 80. Στο κεντρικό τμήμα της τομής συναντάται σε βάθος 300 m περίπου, ενώ μειώνεται σταδιακά μέχρι την αποσφήνωσή του στο χωριό Ευαγγελισμός. Από τη βυθοσκόπηση FS και την ηλεκτρική τομογραφία AA2 το βραχώδες υπόβαθρο εκτιμήθηκε σε παρόμοια βάθη. Το πάχος των Νεογενών ιζηματογενών αποθέσεων Ε & F αυξάνεται από τα άκρα της τομής προς το κέντρο αυτής. Εμφανίζονται επιφανειακά στο νότιο άκρο της λόγω της δράσης του σεισμικού ρήγματος F-GNSP. Οι υπερκείμενοι Τεταρτογενείς σχηματισμοί αποκτούν από το προσπίπτον τέμαχος του ρήγματος μέχρι τη βόρειο άκρο της τομής πάχος 40 m, ενώ αυξάνεται στα 30 m περίπου στο μέσο αυτής. Τα πρώτα 25 με 30 m αυτών καταλαμβάνεται από τους σχηματισμούς Α & Β Τομή CC Η τομή CC αναπτύσσεται παράλληλα με τον μεγάλο άξονα ανάπτυξης της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 5.6), με διεύθυνση ΔΝΔ ΑΒΑ και συνολικό μήκος.5 km. Περιγράφει τους γεωλογικούς σχηματισμούς στις θέσεις μικροθορύβου MES, BRG, ANA, THE, SL, DAB2, TOPO, FID και VOL, στις διατάξεις γεωφώνων Ι & ΙΙΙ (geo-2003 & geo-2004 αντίστοιχα) και των σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων (exp-2003 & exp-2004) της σεισμικής διάθλασης 2003 & 2004 αντίστοιχα. Για τη σύνθεσή της χρησιμοποιήθηκαν επίσης τα στοιχεία των γεωτρήσεων S3 art, ΑΝΑ, TST, 85, ΑΤΗ, 84 και GGEO. Το βάθος του κρυσταλλοσχιστώδους υποβάθρου παρουσιάζει διακύμανση κατά μήκος της τομής (Σχήμα 5.6). Στο ανατολικό άκρο, κοντά στη λίμνη Βόλβη, συναντάται σε βάθος 50 m σύμφωνα με τη γεώτρηση GGEO. Αυξάνεται στα 200 m στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης (θέση TST) και λόγω του βόρειου κλάδου (F-Sx) του σεισμικού ρήγματος Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου βυθίζεται στα δυτικά σε βάθος 400 m σύμφωνα με τα στοιχεία του μικροθορύβου BRG και της γειτονικής υδρογεώτρησης S3 art (B.R.G.Μ., 97). Οι σχηματισμοί του Προμυγδονιακού συστήματος παρουσιάζουν από τη θέση της γεώτρησης GGEO μέχρι τη θέση μικροθορύβου ΑΝΑ μέσο πάχος 90 m. Πέρα από τη θέση αυτή και λόγω της δράσης του κλάδου F-Sx, το πάχος τους αυξάνεται σημαντικά έως και 280 m. Οι Τεταρτογενείς σχηματισμοί συναντώνται με μέσο πάχος 0 m περίπου σε όλο το μήκος της τομής. Το πρώτα 30 m αυτών από τη θέση MES μέχρι την DAB2 καταλαμβάνονται από τους επιφανειακούς σχηματισμούς Α & Β. Από τη θέση DAB2 και μετά, το πάχος των Α & Β αυξάνεται στα 60 m περίπου ελαττώνοντας παράλληλα το πάχος των σχηματισμών C & D στα 30 m. Η περαιτέρω διαστρωμάτωση των επιφανειακών Τεταρτογενών Μυγδονιακών αποθέσεων βασίστηκε στην κατηγοριοποίηση των εδαφών κατά USGS σύμφωνα με τις 5 στατικές πενετρομετρήσεις που εκτελέστηκαν κατά μήκος της διεύθυνσης Α Δ της λεκάνης (Σχήμα 5.6). Με βάση τη κατηγοριοποίηση αυτή οι σχηματισμοί Α & Β του Μυγδονιακού συστήματος ιζημάτων συνίστανται από την επιφάνεια προς το βάθος κατά κύριο λόγο από μίγματα αργιλώδους και ιλυώδους άμμου (SC, SM), αργίλου, ιλυώδους αργίλου (CL, ML) με κατά τόπους ενστρώσεις καθαρών άμμων και μίγματα οργανικών εδαφών (Final Euroseisrisk Report, 2005). Η διαστρωμάτωση των σχηματισμών των πρώτων 40 m κατά μήκος της διεύθυνσης Α Δ της 5.23

143 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ λεκάνης σύμφωνα με τις μετρήσεις CPT, παρουσιάζεται στο Σχήμα Τομή DD Η τομή DD διατρέχει το δυτικό τμήμα της λεκάνης μεταξύ των χωριών Προφήτη και Γερακαρού (Σχήμα 5.6). Έχει διεύθυνση ΒΒΑ ΝΝΔ και μήκος 9 km. Σχεδιάστηκε με βάση τα εδαφικά προσομοιώματα μικροθορύβου SCH, BRG, LAG2, και τη διάταξη γεωφώνων Ι της σεισμικής διάθλασης 2003 (geo-2003), συνεκτιμώντας τη γεωλογική πληροφορία πέντε υδρογεωτρήσεων S3 art, 69, 68, 66 και 65. Το γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής εκδηλώνεται επιφανειακά στα άκρα της τομής. Το σεισμικό ρήγμα F-GNSP το αναγκάζει να βυθιστεί με έντονη κλίση προς βορρά, σε βάθος 240 m κάτω από το χωριό Γερακαρού (Σχήμα 5.8). Στο κεντρικό τμήμα της τομής στη θέση της υδρογεώτρησης S3 art συναντάται στα 400 m. Οι σχηματισμοί Ε & F του Προμυγδονιακού συστήματος έχουν το μεγαλύτερο πάχος τους (280 m) κάτω από τη θέση BRG, ενώ μειώνονται αισθητά μετά τη θέση SCH. Οι σχηματισμοί C & D του Μυγδονιακού συστήματος, επικάθονται ασύμφωνα πάνω στους σχηματισμούς E & F με πάχος που αυξάνεται σταδιακά από τα άκρα προς το κέντρο της τομής. Οι σχηματισμοί Α & Β συναντώνται μεταξύ των χωριών Προφήτης Γερακαρού με μέσο πάχος 30 m Τομή EE Η τομή αυτή με διεύθυνση ΒΒΑ - ΝΝΔ διατρέχει το ανατολικό τμήμα της λεκάνης καλύπτοντας απόσταση 5.5 km (Σχήμα 5.6). Στη κατασκευή της συμπεριλήφθηκαν τα προσομοιώματα μικροθορύβου VRO, DAB2 και MAN και οι γεωτρήσεις ΑΤΗ, 84 και 85. Το βραχώδες υπόβαθρο της λεκάνης συναντάται στα άκρα της τομής. Η δράση των κανονικών ρηγμάτων που τοποθετούνται στις θέσεις αυτές είναι η αιτία της μετάπτωσής του σε βάθος 90 m στο κεντρικό τμήμα της τομής (Σχήμα 5.9). Στην περιοχή μεταξύ των ρηγμάτων οι αποθέσεις του Προμυγδονιακού συστήματος συναντώνται με μέσο πάχος 75 m. Περιορίζονται στα 20 m περίπου στο ανερχόμενο τέμαχος του ρήγματος F-GNSP μέχρι τη τελική αποσφήνωσή τους. Τα Μυγδονιακά ιζήματα έχουν το μεγαλύτερο πάχος τους στο μέσο της τομής (0 m), ενώ ελαττώνεται σταδιακά προς τα άκρα αυτής. Το μεγαλύτερο πάχος από τα ιζήματα αυτά καταλαμβάνεται από τους σχηματισμούς C & D Τομή II Η τομή τοποθετείται στο δυτικό τμήμα της λεκάνης. Έχει διεύθυνση ΒΒΔ ΝΝΑ, και μήκος 9.7 km περίπου (Σχήμα 5.6). Για το σχεδιασμό της χρησιμοποιήθηκαν τα εδαφικά προσομοιώματα μικροθορύβου MES, LAG2 και LAG, καθώς και τα στοιχεία των υδρογεωτρήσεων 69 και 68. Το γεωλογικό υπόβαθρο στο κεντρικό τμήμα της τομής συναντάται σε βάθος έως και 360 m (Σχήμα 5.20), περιορίζεται στα 270 m στο χωριό Γερακαρού και στα 230 m κοντά στον Ευαγγελισμό. Τα κανονικά ρήγματα κοντά στις θέσεις αυτές αναγκάζουν την επιφανειακή 5.24

144 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ εκδήλωσή του στα άκρα της τομής. Οι αποθέσεις του Προμυγδονιακού συστήματος (σχηματισμός «Γερακαρούς») μεταξύ του νοτίου άκρου της τομής και του επιφανειακού ίχνους του σεισμικού ρήγματος F-GNSP συναντώνται επιφανειακά με πάχος που ξεπερνά κατά περιοχές τα 00 m (Κουφός και συν., 994). Από το χωριό Γερακαρού και μέχρι το βόρειο άκρο της τομής οι αποθέσεις βυθίζονται σε βάθος 75 m, ενώ εμφανίζονται επιφανειακά κοντά στο χωριό Ευαγγελισμός. Το πάχος τους κυμαίνεται από 80 έως 260 m. Οι σχηματισμοί του Μυγδονιακού συστήματος αποκτούν πάχος 00 m περίπου στο κεντρικό τμήμα της τομής με βαθμιαία ελάττωσή του στα άκρα αυτής. Από αυτά τα πρώτα 20 m καταλαμβάνονται από τους επιφανειακούς σχηματισμούς Α & Β Τομή KK Η τομή είναι σχεδόν παράλληλη με τη τομή ΑΑ και διατρέχει με διεύθυνση ΒΒΔ ΝΝΑ σε απόσταση 5.2 km το ανατολικό τμήμα της λεκάνης (Σχήμα 5.6). Σχεδιάστηκε με βάση τα D εδαφικά προσομοιώματα θορύβου FID και PER2, της διάταξης γεωφώνων ΙΙΙ, και σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων της διάθλασης 2004 (geo-2004 και exp-2004 αντίστοιχα). Στην κατασκευή της χρησιμοποιήθηκαν τα στοιχεία των υδρογεωτρήσεων 92, 9, 90, 89, 88 και 87. Το βραχώδες υπόβαθρο εμφανίζεται επιφανειακά στα άκρα της τομής και βυθίζεται προς το κέντρο από τη δράση των κανονικών ρηγμάτων που τοποθετούνται κοντά στα χωριά Περιστερώνα και Νυμφόπετρα (Σχήμα 5.2). Συναντάται σε βάθος 230 m περίπου κάτω από τη θέση PER2, ενώ περιορίζεται στα 50 m κάτω από το χωριό Νυμφόπετρα. Σε αντίστοιχα βάθη εκτιμάται το υπόβαθρο και από τις ηλεκτρικές διασκοπήσεις DD2, HH2 και ΗSC. Στη θέση αυτή το πάχος των Νεογενών αποθέσεων Ε & F φτάνει τα 20 m ενώ ελαττώνεται βορειότερα. Οι σχηματισμοί του Μυγδονιακού συστήματος εμφανίζονται με το μεγαλύτερο πάχος στο νότιο άκρο της τομής (20 m περίπου), ενώ ελαττώνονται βαθμιαία στα 55 m μετά τη θέση FID και προς τη βόρεια πλευρά αυτής Τομή LL Η τομή διατρέχει το νότιο άκρο της Μυγδονίας λεκάνης με διεύθυνση ΔΝΔ ΑΒΑ καλύπτοντας απόσταση 7.5 km (Σχήμα 5.6). Για την κατασκευή της χρησιμοποιήθηκαν οι θέσεις μικροθορύβου LAG, KAP, VATH και NIK και οι υδρογεωτρήσεις 66, 65, 68, 69, 70, 79, 8, 82, GP, GP2, 88 και 87. Το βάθος εμφάνισης του γεωλογικού υποβάθρου παρουσιάζει έντονη διακύμανση κατά μήκος της τομής (Σχήμα 5.22). Τοποθετείται σε βάθος 330 m στο προσπίπτον τέμαχος του σεισμικού ρήγματος F-GNSP, ανέρχεται στα 70 m από την παρουσία ενός εξάρματος στη γειτονία του Στίβου και βυθίζεται στα 280 m κοντά στο χωριό Περιστερώνα. Με τη γεωμετρία και το βάθος του υποβάθρου που προτείνονται από τα μετρήσεις της διατριβής δεν συμφωνούν τα αποτελέσματα της ηλεκτρικής τομογραφίας ΗΗ2 και της βυθοσκόπησης ES3 στο δυτικό τμήμα της τομής. Το αποτέλεσμα της βυθοσκόπησης GS συμπίπτει με το βάθος διάτρησης του βραχώδους υποβάθρου από τη 5.25

145 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ γειτονική στην GS υδρογεώτρηση GP. Οι Νεογενείς σχηματισμοί E & F αποκτούν πάχος 250 m στο δυτικό τμήμα της τομής, περιορίζονται στα 80 m από την παρουσία του εξάρματος και εμφανίζονται με πάχος 30 m κάτω από το χωριό Περιστερώνα. Οι σχηματισμοί C & D συναντούνται με μέσο πάχος 60 m σε όλο το μήκος της τομής, ενώ αποσφηνώνονται κοντά στο χωριό Γερακαρού Τομή ZZ Η τομή με διεύθυνση ΒΔ ΝΑ και μήκος 5 km διατρέχει το ανατολικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 5.6). Διέρχεται από τη θέση μικροθορύβου DAB2, ενώ στο σχεδιασμό της χρησιμοποιήθηκαν τα στοιχεία των υδρογεωτρήσεων 94, 85, 84 και GP2. Το υπόβαθρο συναντάται επιφανειακά στα άκρα της τομής, ενώ βυθίζεται ομαλά σε βάθος 20 m περίπου στη θέση μικροθορύβου DAB2 και 80 m κάτω από το χωριό Περιστερώνα, σύμφωνα με τα στοιχεία της υδρογεώτρησης GP2 (Σχήμα 5.23). Οι ηλεκτρικές τομογραφίες CC2 και HH2 και η βυθοσκόπηση C2S εκτίμησαν το υπόβαθρο σε παρόμοια βάθη στο νότιο άκρο της τομής. Τα Προμυγδονιακά ιζήματα που υπέρκεινται του κρυσταλλικού υποβάθρου παρουσιάζουν μέσο πάχος 80 m μεταξύ του χωριού Περιστερώνα και της θέσης DAB2. Ελαττώνεται σταδιακά πέρα από τη θέση DAB2 ενώ αποσφηνώνονται στο βορειοδυτικό άκρο της τομής. Οι υπερκείμενοι Μυγδονιακοί σχηματισμοί C & D συναντούνται με το μεγαλύτερο πάχος (90 m) στο κεντρικό τμήμα της τομής. Οι επιφανειακοί σχηματισμοί Α & Β καταλαμβάνουν τα πρώτα 25 με 30 m μέχρι τη θέση DAB2, ενώ αποκτούν πάχος 65 m περίπου κοντά στο χωριό Περιστερώνα Τομή JJ Η τομή JJ διατρέχει κατά διεύθυνση ΒΒΔ ΝΝΑ το ανατολικό τμήμα της λεκάνης. Για την κατασκευή της χρησιμοποιήθηκαν τα στοιχεία της υδρογεώτρησης GGEO και τα στοιχεία των τομών, 22, 33, CC, LL που τέμνονται μαζί της (Σχήμα 5.6). Τα κανονικά ρήγματα που τοποθετούνται στο βόρειο και νότιο άκρο της τομής αναγκάζουν το κρυσταλλικό υπόβαθρο από την επιφάνεια να βυθιστεί σε βάθος 50 m στη θέση της γεώτρησης GGEO και κατ εκτίμηση στα 300 m στο νότιο άκρο της τομής (Σχήμα 5.24). Καθώς η μισή και πλέον εδαφοδυναμική τομή διατρέχει το νότιο, νοτιοδυτικό τμήμα της λίμνης Βόλβης για το οποίο δεν υπάρχουν στοιχεία από μεθόδους διασκόπησης και γεωλογικά, το βάθος του υποβάθρου που απεικονίζεται στην περιοχή αυτή γίνεται με επιφύλαξη (θέση ερωτηματικού στο Σχήμα 5.24). Πάνω από το βραχώδες υπόβαθρο τοποθετούνται οι σχηματισμοί του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων με πάχος που αυξάνεται σταδιακά από το βόρειο (30 m) προς το νότιο άκρο της τομής (30 m). Υπερκείμενοι τοποθετούνται οι Μυγδονιακοί σχηματισμοί με πάχος 50 m στο βόρειο άκρο της τομής και 50 m στο νότιο. Το πάχος των επιφανειακών σχηματισμών Α & Β του Μυγδονιακού συστήματος παραμένει σταθερό (50 m) στην περιοχή που οριοθετείται από τα δύο κανονικά ρήγματα στα όρια της λεκάνης. 5.26

146 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ NΔ BA Λαγκαδίκια 200 Depth (m) NIK 79 Νυμφόπετρα SL TOPO VRO 90 9 DD2 TST TST TRI A+B C+D Rock E+F Rock Rock F-GNSP F-Sx Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση,ηλ. διασκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.7. Εδαφοδυναμική τομή. 5.27

147 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΒBA 200 ΝΝΔ FTE GGEO VOL Περιστερώνα PER2 HSC A+B 0 Depth (m) Rock C+D E+F Rock Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.8. Εδαφοδυναμική τομή

148 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΔΒΔ 200 ΑΝΑ CC2 C2S TRI VRO FID VOL 93 Λίμνη Βόλβης Depth (m) A+B C+D E+F Rock Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.9. Εδαφοδυναμική τομή

149 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΒΔ ΝΑ Λίμνη Λαγκαδά MES A+B C+D VATH KAP Depth (m) E+F Rock Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.0. Εδαφοδυναμική τομή

150 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Depth (m) ΒΒΔ Λίμνη Λαγκαδά AA2 Σχολάρι EVA LIM2 SCH ANA THE ANA ΑΝΑ LOS SL TST A+B FRM FRM Distance (m) C+D E+F Rock F-GNSP Rock NΝA A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.. Εδαφοδυναμική τομή

151 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΔΒΔ ΑΝΑ Λίμνη Λαγκαδά S97- S67-2 Περιστερώνα ANA THE SL S27-4 HH2 ANA ANA TST MAN LOSTHE TST GS GP A+B 50 0 C+D 0 Depth (m) E+F Rock Rock Rock -250 F-Sx F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.2. Εδαφοδυναμική τομή

152 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΔΒΔ 200 Νικομηδινό ΑΝΑ Λίμνη Λαγκαδά MES KOT NIK GER LAG A+B C+D Depth (m) E+F Rock Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.3. Εδαφοδυναμική τομή

153 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ BBΔ 250 ΝΝΑ EVA geo-2003 BRG S3art BRG A+B 50 0 C+D 0 Depth (m) Rock E+F Rock Rock -350 F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.4. Εδαφοδυναμική τομή ΑΑ. 5.34

154 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΒBΔ ΝΝΑ Ευαγγελισμός 02 AA2 EVA LIM exp-2003 KOK A+B FS C+D 0 Depth (m) E+F Rock F-GNSP Distance (m) Rock A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.5. Εδαφοδυναμική τομή ΒΒ. 5.35

155 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΔΝΔ 200 ABA MES LAG BRG- geo-2003 BRG S3art exp-2003 ANA THE BRG KOK SLTSTTOPO LEF ANA ANA LOS THE TST TRI A+B DAB2 exp-2004 geo-2004 TSE PED ATH ATH DAB FID EXP VOL GGEO C+D 0 Depth (m) E+F Rock F-Sx Distance (m) -400 A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.6. Εδαφοδυναμική τομή CC. 5.36

156 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Σχήμα 5.7. Στρωματογραφική διάρθρωση εδαφών μέχρι το βάθος των 40 m όπως προέκυψε από την ανάλυση 5 στατικών πενετρομετρήσεων που εκτελέστηκαν κατά μήκος της διεύθυνσης Α Δ της Μυγδονίας λεκάνης (Final Euroseisrisk Report, 2005/Team Coordinator: K. Pitilakis). 5.37

157 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΒBΑ ΝΝΔ Προφήτης LAG2 Σχολάρι geo SCH BRG S3art BRG A+B Γερακαρού Depth (m) Rock C+D E+F Rock F-Sx Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.8. Εδαφοδυναμική τομή DD. 5.38

158 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ BBΑ ΝΝΔ VRO A+B DAB2 ATH 85 ATH 84 MAN Depth (m) Rock C+D E+F Rock Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.9. Εδαφοδυναμική τομή EE. 5.39

159 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ BBΔ ΝΝΑ Depth (m) Ευαγγελισμός Rock S97- MES S87- A+B C+D E+F Γερακαρού LAG2 LAG Rock Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα Εδαφοδυναμική τομή II. 5.40

160 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ BBΔ 250 NNA DD2 Νυμφόπετρα exp-2004 FID geo-2004 PER2 EXP 88 HSC HH2 Περιστερώνα Depth (m) 0-50 A+B C+D Rock E+F Rock Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα 5.2. Εδαφοδυναμική τομή KK. 5.4

161 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Depth (m) ΔNΔ ABA Γερακαρού VATH LAG KAP Λαγκαδίκια Στίβος 60 ES3 70 NIK FRM BUT GP Περιστερώνα 20 GS 80 A+B GP HH C+D 40 0 Rock E+F Rock F-GNSP Distance (m) A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα Εδαφοδυναμική τομή LL. 5.42

162 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ΒΔ ΝΑ C2S CC2 ATH ATH 85 DAB2 84 A+B GP2 Περιστερώνα HH Depth (m) C+D E+F Rock Rock F-GNSP Distance (m) -350 A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα Εδαφοδυναμική τομή ZZ. 5.43

163 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Depth (m) BBΔ NNA GGEO Λίμνη Βόλβης A+B C+D Rock E+F Rock Distance (m)? Rock F-GNSP -300 A+B (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec C+D (Μυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec E+F (Προμυγδονιακό σύστημα): V s = m/sec Rock (Αλπικό υπόβαθρο): V s > 000 m/sec? Πιθανό όριο βραχώδους υποβάθρου Χ Θέση μικροθορύβου (ΜΕΜ) Πενετρομέτρηση (CPT) & βάθος διασκόπησης αυτης Ηλεκτρικη διασκόπηση & βάθος διασκόπησης αυτης Γεώτρηση που δεν συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Γεώτρηση που συνάντησε βραχώδη σχηματισμό Θέση ΜΕΜ, CPT, γεώτρηση, ηλ. βυθοσκόπηση σε προβολη Σχήμα Εδαφοδυναμική τομή JJ. 5.44

164 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ 5.5 ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΟΥ 3D ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ Από την οριζόντια συσχέτιση της ταχύτητας V s, το πάχος και της ανάπτυξης των γεωλογικών σχηματισμών που περιγράφηκαν στις 7 δισδιάστατες εδαφοδυναμικές τομές των Σχημάτων , σχεδιάστηκαν ψηφιακά προσομοιώματα που περιγράφουν τους κύριους ιζηματογενείς σχηματισμούς και το βραχώδες υπόβαθρο της Μυγδονίας λεκάνης. Η κατασκευή των προσομοιωμάτων έγινε με τη χρήση του Γεωγραφικού Συστήματος Συντεταγμένων GIS (ESRI, 995) το οποίο προϋποθέτει την ύπαρξη ενός ελάχιστου αριθμού χωρικά κατανεμημένων δεδομένων στην περιοχή ενδιαφέροντος. Για την πύκνωση τη υφιστάμενης πληροφορίας, προσδιορίστηκαν τα μονοδιάστατα γεωλογικά προσομοιώματα ανά 50 με 200 m απόσταση κατά μήκος των 7 δισδιάστατων τομών. Με τη διαδικασία αυτή δημιουργήθηκε μια βάση δεδομένων η οποία συμπεριλαμβάνει σε σύνολο περίπου σημεία τα οποία δίνουν πληροφορία για το πάχος των Τεταρτογενών και Νεογενών αποθέσεων της Μυγδονίας λεκάνης και το βάθος του αλπικού προαλπικού υποβάθρου της στην περιοχή μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης. Η έκταση και το πάχος των γεωλογικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης απεικονίζονται σε χάρτες ισοβαθών καμπυλών (contours) Τεταρτογενείς σχηματισμοί Α & Β Μυγδονιακού συστήματος Οι σχηματισμοί Α & Β αποτελούν τον επιφανειακό ορίζοντα των Τεταρτογενών αποθέσεων που καλύπτει επιφανειακά το μεγαλύτερο μέρος της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 5.25). Συναντώνται με το μεγαλύτερο πάχος τους 40 με 60 m στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης και σε ένα μικρό τμήμα βόρεια του Στίβου. Δυτικά της λίμνης Βόλβης εμφανίζονται τοπικά με πάχος 60 με 80 m. Περιφερειακά των περιοχών αυτών και στο δυτικό τμήμα της λεκάνης το πάχος των σχηματισμών κυμαίνεται μεταξύ 20 και 40 m. Ελαττώνεται σταδιακά και αποσφηνώνεται τελικά στα άκρα της λεκάνης. Οι σχηματισμοί Α & Β χαρακτηρίζονται από ταχύτητα V s που κυμαίνεται στο εύρος 30 με 275 m/sec Τεταρτογενείς σχηματισμοί C & D Μυγδονιακού συστήματος Κάτω από τους σχηματισμούς Α & Β ακολουθούν στη στρωματογραφική διάρθρωση οι πιο δύστμητοι σχηματισμοί C & D του Μυγδονιακού συστήματος ιζημάτων. Καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος του ανατολικού τμήματος της λεκάνης με πάχος που κυμαίνεται μεταξύ 20 και 60 m, ενώ φτάνει έως και τα 00 m στο δυτικό τμήμα αυτής, νότια του Σχολαρίου. Στην περιοχή του κεντρικού τμήματος της λεκάνης (θέση TST) το πάχος τους κυμαίνεται μεταξύ 60 με 70 m, ενώ ξεπερνά τα 00 m νότια της λίμνης Βόλβης. Η έκταση που καταλαμβάνουν οι σχηματισμοί στα όρια της λεκάνης και η διακύμανση του πάχους τους απεικονίζεται στο Σχήμα Χαρακτηρίζονται από ταχύτητα διατμητικών κυμάτων μεταξύ 280 και 450 m/sec Νεογενείς σχηματισμοί E & F Προμυγδονιακού συστήματος Υποκείμενοι των Τεταρτογενών ιζημάτων τοποθετούνται οι Νεογενείς σχηματισμοί του Προμυγδονιακού συστήματος οι οποίοι καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο πάχος των 5.45

165 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ εδαφικών αποθέσεων της Μυγδονίας λεκάνης. Στο μεγαλύτερο ανατολικό και κεντρικό τμήμα αυτής συναντώνται με πάχος μεταξύ 30 και 90 m, ενώ φτάνει τα 20 m δυτικά της λίμνης Βόλβης (Σχήμα 5.27). Το μεγαλύτερο πάχος τους, 300 m περίπου, εμφανίζεται στο δυτικό τμήμα της λεκάνης. Εκδηλώνονται επιφανειακά στο ανερχόμενο τέμαχος του σεισμικού ρήγματος Βασιλουδίου Γερακαρούς Νικομηδινού Στίβου (F-GNSP) στο νότιο τμήμα, με την ανάπτυξη του ορίζοντα των ερυθροστρωμάτων (σχηματισμός «Γερακαρούς»). Η διαφοροποίηση του πάχους των Προμυγδονιακών αποθέσεων λόγω της δράσης της ρηξιγενούς δομής F-GNSP, εκδηλώνεται με την πύκνωση των ισοβαθών στις περιοχές περιφερειακά της ανάπτυξης της δομής, στο νότιο άκρο της λεκάνης. Οι σχηματισμοί E & F χαρακτηρίζονται από ταχύτητα V s μεταξύ 500 και 800 m/sec. Το σύνολο των Μυγδονιακών και Προμυγδονιακών ιζημάτων παρουσιάζει σύμφωνα με τα αποτελέσματα της σεισμικής διάθλασης 2003 & 2004 μέση ταχύτητα V p μεταξύ 2072 και 2650 m/sec Αλπικοί - Προαλπικοί σχηματισμοί Βραχώδες υπόβαθρο Για τον προσδιορισμό του βάθους του βραχώδους υποβάθρου της Μυγδονίας λεκάνης, πέρα από το πάχος του συνόλου των εδαφικών αποθέσεων, απαραίτητη πληροφορία αποτελεί και η υψομετρική διακύμανση της ελεύθερης επιφάνειας (τοπογραφικό ανάγλυφο) της περιοχής. Για τον σκοπό αυτό, έγινε η ψηφιοποίηση του ανάγλυφου της περιοχής μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης με τη βοήθεια τοπογραφικών χαρτών της Γ.Υ.Σ. Η διαδικασία υπήρξε επίπονη και χρονοβόρα καθώς ψηφιοποιήθηκαν για πρώτη φορά οι κύριες ισοϋψείς 5 τοπογραφικών χαρτών κλίμακας :5.000 κάνοντας πιστή αντιγραφή του αναγλύφου της καλυπτόμενης περιοχής από τα τοπογραφικά φύλλα χάρτου Θεσσαλονίκης και Ζαγκλιβερίου κλίμακας : (Γ.Υ.Σ., ). Από τη διαφορά του πάχους Τεταρτογενών και Νεογενών αποθέσεων από τη μορφολογία του εδάφους προσδιορίστηκε το βάθος του βραχώδους υποβάθρου, η επιφάνεια του οποίου αναγόμενη στην επιφάνεια της θάλασσας αποτυπώνεται στο Σχήμα Το βραχώδες υπόβαθρο εκδηλώνεται επιφανειακά στο βόρειο και νοτιοανατολικό όριο της λεκάνης, ενώ βυθίζεται σε βάθος 300 με 350 m (από την επιφάνεια της θάλασσας) νότια, νοτιοδυτικά του Σχολαρίου και ανατολικά, νοτιοανατολικά της λίμνης Λαγκαδά. Το βάθος του φτάνει τα 00 με 30 m στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης (θέση TST), ενώ στο ανατολικό δεν ξεπερνά τα 200 m δυτικά της λίμνης Βόλβης. Η επιφανειακή εκδήλωσή του στο βόρειο και νοτιοανατολικό άκρο της λεκάνης αποτυπώνεται με βάση το ανάγλυφο της περιοχής. Η διαφοροποίηση του βάθους του που ξεπερνά τα 200 m στο νοτιοδυτικό άκρο της λεκάνης, λόγω της δράσης της ρηξινενούς ζώνης F-GNSP, αποτυπώνεται με την πύκνωση των ισοβαθών καμπυλών. Το βάθος του υποβάθρου στην περιοχή αυτή αποτυπώνεται στο Σχήμα 5.28 με θετικές τιμές. Παρουσιάζει τραπεδοειδή ανάπτυξη ως προς τη διεύθυνση Α Δ, ενώ τα φυσικά όρια της λεκάνης εκατέρωθεν των λιμνών δεν περιγράφονται στο προσομοίωμα του Σχήματος 5.28, λόγω της έλλειψης δεδομένων. Το βραχώδες υπόβαθρο χαρακτηρίζεται από ταχύτητα V s μεγαλύτερη των 000 m/sec (αποσαθρωμένος μανδύας βράχου) και V p στο εύρος 4523 έως 4850 m/sec. 5.46

166 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Thickness (m) Σχήμα Ισοβαθείς που απεικονίζουν το πάχος (σε m) των εδαφικών Μυγδονιακών σχηματισμών Α & Β οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ταχύτητα διατμητικών κυμάτων με εύρος τιμών από 30 έως 275 m/sec. 5.47

167 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Thickness (m) Σχήμα Ισοβαθείς που απεικονίζουν το πάχος (σε m) των εδαφικών Μυγδονιακών σχηματισμών C & D οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ταχύτητα διατμητικών κυμάτων με εύρος τιμών από 280 έως 450 m/sec. 5.48

168 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Thickness (m) Σχήμα Ισοβαθείς που απεικονίζουν το πάχος (σε m) των εδαφικών Προμυγδονιακών σχηματισμών E & F οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ταχύτητα διατμητικών κυμάτων με εύρος τιμών από 500 έως 800 m/sec. 5.49

169 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Depth (m) 0-80 (-50)-0 (-00)-(-50) (-50)-(-00) (-200)-(-50) (-250)-(-200) (-300)-(-250) (-350)-(-300) Σχήμα Ισοβαθείς που απεικονίζουν το βάθος (σε m από την επιφάνεια της θάλασσας) του υποβάθρου της Μυγδονίας λεκάνης. 5.50

170 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ Συγκρίσεις ψηφιακών προσομοιωμάτων Η γεωμετρία και οι δυναμικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης όπως προσδιορίστηκαν στα πλαίσια της διατριβής και περιγράφηκαν στα Σχήματα , συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα προηγούμενων μελετών. Η μορφή και η γεωμετρία της επιφάνειας του κρυσταλλικού υποβάθρου της περιοχής συγκρίνεται με το προσομοίωμα της B.R.G.M. (97) και μεταγενέστερων αυτού (Θανάσουλας 983, Ι.Γ.Μ.Ε. 200, Τουρνάς 2005), ενώ η κατανομή ταχύτητας V s με το βάθος των επιμέρους εδαφικών σχηματισμών της με προσομοιώματα ταχύτητας που προσδιόρισαν οι Scherbaum et al. (2002) για την περιοχή μελέτης. Κανένα από τα συγκρινόμενα με το προτεινόμενο στα πλαίσια της διατριβής προσομοιώματα δεν απηχεί τους στόχους που τέθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, είτε διότι δίνονται με παραμέτρους που δεν ενδιαφέρουν για την εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης (βαρυτικές, ηλεκτρικές μετρήσεις), είτε διότι η ακρίβεια προσδιορισμού του 3D προσομοιώματος δεν είναι η επιθυμητή («αυτόματες» υπολογιστικές προσεγγίσεις). Οι ομοιότητες και διαφορές που διαπιστώθηκαν από τις συγκρίσεις, παρουσιάζονται στις επόμενες παραγράφους. Η επιφάνεια του κρυσταλλικού υποβάθρου που προτάθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής και αυτή της B.R.G.M. (97), παρουσιάζει το μεγαλύτερο βύθισμά της (300 με 350 m) στο δυτικό τμήμα της λεκάνης στην περιοχή ανατολικά, νοτιοανατολικά της λίμνης Λαγκαδά (Σχήματα 2.8 & 5.28). Το βύθισμα του υποβάθρου απεικονίζεται με μικρότερη έκταση στο προσομοίωμα της B.R.G.M σε σχέση με αυτό της παρούσας διατριβής. Στο προσομοίωμα του Σχήματος 5.28 το βύθισμα του βράχου προδιαγράφηκε από το πάχος των ιζηματογενών αποθέσεων της λεκάνης (Σχήματα ). Στο κεντρικό και ανατολικό τμήμα της λεκάνης το βάθος του υποβάθρου σύμφωνα με την B.R.G.M (97) ορίζεται από τις ισοβαθείς των 00 και 50 m, ενώ περιορίζεται σε μερικές δεκάδες μέτρα μεταξύ των χωριών Νυμφόπετρα - Ευαγγελισμός και Περιστερώνα - Βασιλούδι. Οι ισοβαθείς των 00 και 50 m σύμφωνα με το προσομοίωμα του Σχήματος 5.28 περιορίζονται περισσότερο προς τα άνω και κάτω φυσικά όρια της λεκάνης, ενώ δυτικά της λίμνης Βόλβης ο βράχος βυθίζεται έως τα 200 m. Η επιφανειακή εκδήλωσή του στο βόρειο και νότιο, νοτιοανατολικό άκρο της λεκάνης αποτυπώνεται με βάση το ανάγλυφο της περιοχής. Η συγκλινική μορφή του υποβάθρου που προτείνεται από τη B.R.G.M. (97) αντιβαίνει στην τραπεζοειδή συμμετρία ως προς τη διεύθυνση Α - Δ της λεκάνης, όπως έδειξαν αρχικά οι Raptakis et al. (2005) και προσδιορίστηκε λεπτομερώς από τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής. Το προσομοίωμα του Θανάσουλα (983) δίνει εξαιρετικά μεγάλα βάθη για την επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου, γεγονός που διαφέρει σε βασικά σημεία ως προς το προσομοίωμα που προτείνεται στα πλαίσια της παρούσας διατριβής (Σχήματα 2.9 & 5.28). Ιδιαίτερα, στο νότιο, νοτιοανατολικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης το υπόβαθρο απεικονίζεται σε βάθος μέχρι και 000 m, βάθος για το οποίο δεν υπάρχουν γεωλογικά και γεωφυσικά στοιχεία που να το επιβεβαιώνουν. Οι βασικές διαφορές που παρουσιάζει 5.5

171 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ το προσομοίωμα του Ι.Γ.Μ.Ε. (200) με αυτό που προτείνεται στη διατριβή (Σχήματα 2.20 & 5.28), αφορούν τις ίδιες περιοχές που αναφέρθηκαν για το προσομοίωμα της B.R.G.M. (97), μιας και το Ι.Γ.Μ.Ε. (200) περιγράφει με όμοιο τρόπο τη γεωμετρία του βραχώδους υποβάθρου με αυτή της B.R.G.M. (97). Το μεταγενέστερο προσομοίωμα του Τουρνά (2005) το οποίο βασίστηκε σε ηλεκτρικές διασκοπήσεις, σε σύγκριση με αυτό που προτάθηκε από το Ι.Γ.Μ.Ε. (200) αποτυπώνει με μικρότερη έκταση το βύθισμα του υποβάθρου στο δυτικό και κεντρικό τμήμα της λεκάνης, ενώ δίνει πιο πολύπλοκη τη μορφή της ισοβαθούς των 00 m στο ανατολικό τμήμα αυτής (Σχήμα 2.2). Και τα δύο προσομοιώματα Ι.Γ.Μ.Ε. (200) και Τουρνά (2005), σε σχέση με αυτό που προτείνεται στα πλαίσια της παρούσας διατριβής ενώ τοποθετούν το κρυσταλλοσχιστώδες υπόβαθρο στη δυτική πλευρά της λεκάνης στο ίδιο βάθος, διαφέρουν στην έκταση με την οποία το αποτυπώνουν. Για την υπόλοιπη έκταση της Μυγδονίας διαφέρουν και στο βάθος που τοποθετούν τον βράχο. Κύρια επίσης διαφορά που παρουσιάζουν όλα τα προαναφερόμενα προσομοιώματα (B.R.G.M. 97, Θανάσουλας 983, Ι.Γ.Μ.Ε. 200, Τουρνάς 2005) με αυτό που προτείνεται στα πλαίσια της διατριβής, αποτελεί το γεγονός ότι κανένα δεν περιγράφει τη γεωμετρία και τις δυναμικές ιδιότητες των επιμέρους εδαφικών σχηματισμών της λεκάνης. Ειδικότερα, η B.R.G.M. (97) δίνει πληροφορία μόνο για την επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου ενώ οι δυναμικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών της περιορίζονται σε τιμές ταχύτητας V p για το σύνολο των εδαφικών αποθέσεων της περιοχής και όχι ταχύτητας V s η οποία αποτελεί απαραίτητη παράμετρος εισαγωγής στις αναλύσεις σεισμικής απόκρισης. Τα προσομοιώματα των Θανάσουλα (983), Ι.Γ.Μ.Ε. (200) και Τουρνά (2005) παρουσιάζουν καθαρά ένα γεωφυσικό προσομοίωμα της περιοχής από το οποίο απουσιάζει η γεωμετρία των επιμέρους εδαφικών αποθέσεων της λεκάνης, καθώς και όποια πληροφορία αναφορικά με τις δυναμικές τους ιδιότητες. Τα προσομοιώματα που προτείνονται από τις μελέτες αυτές δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε θεωρητικές προσομοιώσεις σεισμικής απόκρισης. Οι Scherbaum et al. (2002) με μελέτη που πραγματοποίησαν στην ίδια περιοχή ενδιαφέροντος, χρησιμοποιώντας μια τεχνική ταυτόχρονης αντιστροφής (joint inversion) πειραματικής καμπύλης σκέδασης ταχύτητας φάσης επιφανειακών κυμάτων και ενόργανης συνάρτησης μεταφοράς HVSR, προσδιόρισαν προσομοιώματα ταχύτητας V s τα οποία αποτυπώνουν την κατακόρυφη διακύμανση της ταχύτητας V s από το βάθος των 40 έως 380 m. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν από τους παραπάνω ερευνητές για τον υπολογισμό των ταχυτήτων V s προήλθαν από μετρήσεις μικροθoρύβου που έγιναν στα πλαίσια διαφόρων ερευνών στην περιοχή της Μυγδονίας (Σχήμα 5.29). Ειδικότερα, από μετρήσεις θορύβου σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής οι οποίες πραγματοποιήθηκαν για τις ανάγκες των Ευρωπαϊκών Ερευνητικών Προγραμμάτων Euroseismod και Euroseisrisk (Final Euroseismod Report 999, 2 nd Annual Euroseisrisk Report 2003), προσδιορίστηκαν οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR και τα χαρακτηριστικά τους, σε επίπεδο συχνότητας f res και ενίσχυσης A max του θεμελιώδους συντονισμού. Από 5.52

172 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ μετρήσεις μικροθορύβου σε κυκλική διάταξη οργάνων που έγιναν στη μοναδική σε όλη την έκταση της λεκάνης, θέση SCA, προσδιορίστηκε η πειραματική καμπύλη σκέδασης της ταχύτητας φάσης c(t) των επιφανειακών κυμάτων. Η καμπύλη σκέδασης c(t) μαζί με ένα θεωρητικό εδαφικό ομοίωμα που περιγράφει τη γεωλογία της περιοχής τα γεωμετρικά και δυναμικά χαρακτηριστικά των επιμέρους σχηματισμών της (ταχύτητες V s & V p, πάχος Η, πυκνότητα ρ και απόσβεση Q), θεωρώντας εκθετική αύξηση με το βάθος της V s, χρησιμοποιήθηκαν σε ένα σχήμα αντιστροφής για τον προσδιορισμό του προσομοιώματος ταχύτητας V s στη θέση SCA. Για το πλήθος των πιθανών λύσεων της αντιστροφής (προσομοιώματα ταχύτητας) υπολογίστηκαν οι αντίστοιχοι D θεωρητικοί φασματικοί λόγοι και οι τιμές συχνότητας και ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού για καθέναν από αυτούς. Οι τιμές f res και A max των θεωρητικών φασματικών λόγων συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες τις συναρτήσεις μεταφοράς HVSR στη θέση SCA. Tο προσομοίωμα για το οποίο τα χαρακτηριστικά της θεωρητικής σεισμικής απόκρισης συγκλίνουν με αυτά της ενόργανης, θεωρήθηκε από τους Scherbaum et al. (2002) το αντιπροσωπευτικό προσομοίωμα ταχύτητας V s για τη θέση SCA. Για τον προσδιορισμό της κατανομής της V s με το βάθος στις υπόλοιπες θέσεις μικροθορύβου (Σχήμα 5.29), εφαρμόστηκε μια διαδικασία ταυτόχρονης αντιστροφής πειραματικής καμπύλης σκέδασης c(t) και χαρακτηριστικών ενόργανης σεισμικής απόκρισης, κάνοντας τις εξής παραδοχές α) ότι το βάθος και η ταχύτητα του βραχώδους υποβάθρου παραμένουν αμετάβλητα σε όλη την έκταση της λεκάνης, και β) ότι η ταχύτητα των σχηματισμών της υπόκειται στην ίδια εκθετική αύξηση με το βάθος σε όλες τις θέσεις θορύβου. Στο Σχήμα 5.29(α-δ) παρουσιάζονται ενδεικτικά τα προσομοιώματα ταχύτητας για τα βάθη των 40, 00, 80 και 380 m σύμφωνα με τους Scherbaum et al. (2002). Οι τιμές V s των προσομοιωμάτων συγκρίθηκαν με αυτές που προσδιορίστηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, και συσχετίστηκαν με τους γεωλογικούς σχηματισμούς της περιοχής χρησιμοποιώντας την κατηγοριοποίηση των σχηματισμών που υιοθετήθηκε στην Παράγραφο 5.4. Από τις συγκρίσεις προέκυψαν τα ακόλουθα. Στα δύο πρώτα προσομοιώματα των Scherbaum et al. (2002) το βραχώδες υπόβαθρο περιορίζεται στις παρυφές της λεκάνης, ενώ το μεγαλύτερο τμήμα αυτής καλύπτεται από εδαφικούς σχηματισμούς οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ταχύτητα V s στο εύρος 400 ως 700 m/sec (Σχήμα 5.29α & β). Εξαίρεση στο προσομοίωμα των 40 m, αποτελεί μέρος του ανατολικού τμήματος της λεκάνης στο οποίο συναντούνται σχηματισμοί με V s από 200 ως 400 m/sec. Από τη συσχέτιση των τιμών ταχύτητας με τη γεωλογική διαστρωμάτωση της λεκάνης, προκύπτει ότι οι σχηματισμοί με μεταβολή V s στο εύρος 200 έως 400 m/sec αντιστοιχούν σε μαλακούς σχηματισμούς του Μυγδονιακού συστήματος ιζημάτων, ενώ οι πιο δύστμητοι (400 ως 700 m/sec) σε σχηματισμούς του Προμυγδονιακού συστήματος. Τα προσομοιώματα των 40 και 00 m συγκρίθηκαν με αυτά που αποτυπώνουν την έκταση του συνόλου των Τεταρτογενών αποθέσεων που προσδιορίστηκαν στα πλαίσια της διατριβής (Σχήματα 5.25 & 5.26). Σύμφωνα με τα προσομοιώματα των Σχημάτων 5.25 & 5.26, τα πρώτα 40 m της λεκάνης (και μέχρι τα 80 m δυτικά της λίμνης Βόλβης) καλύπτονται από τους μαλακούς σχηματισμούς Α & Β του Μυγδονιακού συστήματος 5.53

173 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ ιζημάτων οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ταχύτητα V s 30 έως 275 m/sec. Υποκείμενοι αυτών και μέχρι το βάθος των 30 m περίπου, τοποθετούνται οι κατώτεροι πιο δύστμητοι σχηματισμοί C+D η ταχύτητα V s των οποίων δεν ξεπερνά τα 450 m/sec. Οι διαφορετικής ηλικίας και σύστασης Προμυγδονιακές αποθέσεις συναντούνται σε βάθος 40 m σε μια περιορισμένη μόνο ζώνη περιφερειακά του βόρειου και νότιου άκρου της λεκάνης το οποίο έρχεται σε αντίθεση με αυτό που προτείνουν οι Scherbaum et al. (2002). Το προσομοίωμα στο βάθος των 80 m (Scherbaum et al., 2002) αποτυπώνει την παρουσία των εδαφικών αποθέσεων ταχύτητας V s 400 ως 700 m/sec στο μεγαλύτερο μέρος της λεκάνης, με εξαίρεση μέρος του ανατολικού τμήματος αυτής που καλύπτεται από βραχώδη σχηματισμό ταχύτητας μεγαλύτερη των 300 m/sec (Σχήμα 5.29γ). Σύμφωνα με τα προτεινόμενα στα πλαίσια της διατριβής προσομοιώματα (Σχήματα ), το υπόβαθρο συναντάται σε βάθος 50 με 200 m (από την επιφάνεια της θάλασσας) σε ένα μικρό μόνο τμήμα δυτικά της λίμνης Βόλβης, ενώ σε όλο το υπόλοιπο ανατολικό και κεντρικό τμήμα από το κέντρο προς τα όρια της λεκάνης τοποθετείται σταδιακά σε μικρότερα βάθη. Σύμφωνα με τα ίδια προσομοιώματα το δυτικό τμήμα της Μυγδονίας καλύπτεται από σχηματισμούς του Προμυγδονιακού συστήματος ιζημάτων οι οποίοι χαρακτηρίζονται από τιμές ταχύτητας V s 500 ως 800 m/sec. Σύμφωνα με το προσομοίωμα των 380 m (Scherbaum et al., 2002), το μεγαλύτερο τμήμα μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης καλύπτεται από το βραχώδες υπόβαθρο (Σχήμα 5.29δ). Νότια, νοτιοδυτικά του Σχολαρίου και ανατολικά, νοτιοανατολικά της λίμνης Λαγκαδά σε μια περιορισμένη περιοχή έχουμε την εμφάνιση δύστμητων εδαφικών σχηματισμών οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ταχύτητες V s μεγαλύτερες των 600 με 700 m/sec. Πρόκειται για την περιοχή με το μεγαλύτερο πάχος απόθεσης των Προμυγδονιακών ιζημάτων, η οποία στα ψηφιακά προσομοιώματα της διατριβής απεικονίζεται με μεγαλύτερη έκταση από αυτή των Scherbaum et al. (2002). Τα προσομοιώματα ταχύτητας των Scherbaum et al. (2002), διαπιστώνεται ότι αδυνατούν να αναπαραστήσουν το πάχος, την έκταση και την ταχύτητα των Τεταρτογενών και Νεογενών αποθέσεων της Μυγδονίας λεκάνης. Η αδυναμία αυτή οφείλεται στις υποθέσεις στις οποίες βασίστηκε η μελέτη των ερευνητών αυτών και αφορούν α) την υιοθέτηση των πειραματικών δεδομένων σκέδασης σε μια θέση για όλες τις θέσεις ενδιαφέροντος, β) ότι η ενίσχυση του θεμελιώδους συντονισμού προσδιοριζόμενη από τις ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR αποτελεί το αντιπροσωπευτικό επίπεδο ενίσχυσης της κίνησης λόγω του πάχους των αποθέσεων, και γ) την υιοθέτηση όμοιας εκθετικής αύξησης της ταχύτητας V s των εδαφικών αποθέσεων σε όλη την έκταση της Μυγδονίας λεκάνης. Η υπόθεση ότι η καμπύλη σκέδασης c(t) των επιφανειακών κυμάτων παραμένει αμετάβλητη σε πλήθος θέσεων στα όρια της λεκάνης, έρχεται σε αντίθεση αρχικά με τη θεωρία μικροθορύβου που δέχεται ότι η καμπύλη σκέδασης αποτελεί χαρακτηριστική ιδιότητα της στρωματογραφίας και συνδέεται άμεσα με τη δυστμησία των επιμέρους γεωλογικών της σχηματισμών, αλλά και με τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής 5.54

174 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα Γεωγραφική κατανομή μετρήσεων μικροθορύβου και κατανομή ταχύτητας V s στην περιοχή μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης για βάθη α) 40 m, β) 00 m, γ) 80 m και δ) 380 m, σύμφωνα με τους Scherbaum et al. (2002). όπου σε 3 γεωγραφικά κατανεμημένες θέσεις διασκόπησης προσδιορίστηκαν αντίστοιχες 5.55

175 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΩΝ σε αριθμό καμπύλες σκέδασης c(t) που χαρακτηρίζονται από διαφορετική ποικιλομορφία τιμών συχνότητας και ταχύτητας φάσης (Σχήμα 4.36). Η υιοθέτηση της ίδιας πειραματικής καμπύλης σε όλες τις θέσεις ενδιαφέροντος σημαίνει την αμετάβλητη χωρική κατανομή της ταχύτητας V s με το βάθος στην έκταση της Μυγδονίας, γεγονός που δεν συνάδει με τη διαφοροποίηση της γεωλογίας σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής. Η υπόθεση ότι η ενίσχυση A max της τεχνικής HVSR αντιπροσωπεύει το πραγματικό πλάτος ενίσχυσης της κίνησης λόγω των εδαφικών αποθέσεων της λεκάνης έρχεται σε αντίθεση με πλήθος αναφορές για την περιοχή στις οποίες βρέθηκε ότι η ενίσχυση των συναρτήσεων μεταφοράς HVSR υπολείπεται της αντίστοιχης του κλασσικού φασματικού λόγου SSR (Ραπτάκης 995, Riepl et al. 998, Raptakis et al. 998, 2000, 2005 και Μάκρα 2000) καθώς επίσης και με μελέτες της διεθνούς βιβλιογραφίας (μεταξύ άλλων Field and Jacob 995, Field et al. 995, Malagnini et al. 996, Bard 997, Bard et al. 997, Zhao et al. 998). Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξαν και οι ενόργανες αναλύσεις απόκρισης που έγιναν στα πλαίσια της διατριβής (Κεφ. 6). Τέλος, η όμοια εκθετική αύξηση της V s στην έκταση της λεκάνης έρχεται σε αντίθεση με τη γεωλογία αυτής. Σύμφωνα με τους Raptakis et al. (2000) και τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής δεν συναντούνται στην έκταση της Μυγδονίας όλοι οι εδαφικοί σχηματισμοί με το βάθος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν οι περιοχές που τοποθετούνται στα φυσικά όρια της λεκάνης όπου η γεωμετρία του υποβάθρου είναι τέτοια που δεν επέτρεψε την ιζηματογένεση των Νεογενών σχηματισμών, με αποτέλεσμα υπερκείμενοι του βράχου να τοποθετούνται οι Τεταρτογενείς αποθέσεις. Με βάση τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι οι άμεσες πειραματικές μετρήσεις δεν μπορεί να αντικατασταθούν από θεωρητικές παραδοχές και αναλύσεις, καθώς με τις τελευταίες δεν προσδιορίζεται αξιόπιστα η μεταβολή της ταχύτητας σε βάθος και σε έκταση με συνέπεια τη λαθεμένη ερμηνεία σεισμικών καταγραφών, και την αδυναμία προσομοίωσης του σεισμού σχεδιασμού. Τα προσομοιώματα που προτείνονται στα πλαίσια της διατριβής αποτυπώνουν αξιόπιστα τη διαστρωμάτωση των εδαφικών σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης, ως αποτέλεσμα του πλήθους και του είδους των διαθέσιμων στοιχείων και πληροφοριών πεδίου καθώς και της συνθετικής βήμα προς βήμα διαδικασίας που με σταδιακές επαληθεύσεις και διασταυρώσεις αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκαν για το σχεδιασμό τους. Η γεωμετρία του βράχου αναπαριστάται με μεγαλύτερη αξιοπιστία και λεπτομέρεια σε σχέση με την αρχική απεικόνιση της B.R.G.M. (97) καθώς και μεταγενέστερων προσομοιωμάτων (Θανάσουλας 983, ΙΓΜΕ 200, Τουρνάς 2005). Τα προτεινόμενα στα πλαίσια της διατριβής προσομοιώματα δίνουν πληροφορίες για τη διαστρωμάτωση των κύριων γεωλογικών σχηματισμών της περιοχής, καθώς επίσης και το εύρος διακύμανσης των δυναμικών τους ιδιοτήτων, κυρίως με όρους ταχύτητας διατμητικών κυμάτων όπως αυτή έχει προσδιοριστεί από μετρήσεις πεδίου. Θα χρησιμοποιηθούν στο επόμενο κεφάλαιο της διατριβής για τη συσχέτισή τους με τα χαρακτηριστικά της D ενόργανης σεισμικής απόκρισης σε πλήθος σημείων, με σκοπό την άμεση επαλήθευσή τους δίνοντας ταυτόχρονα για πρώτη φορά στοιχεία σεισμικής απόκρισης για όλη τη Μυγδονία λεκάνη. 5.56

176 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ 6. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο παρόν κεφάλαιο μελετάται η επίδραση της τοπικής γεωλογίας της Μυγδονίας λεκάνης στα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά της σεισμικής της απόκρισης, τα οποία περιγράφονται από τη συχνότητα (f res ), τον παράγοντα ενίσχυσης (A max ) του θεμελιώδους συντονισμού και τη χρονική διάρκεια της διέγερσης. Η μελέτη γίνεται σε πλήθος γεωγραφικά κατανεμημένων εντός των ορίων της λεκάνης θέσεων γεώδη θορύβου, ισχυρής και ασθενούς σεισμικής κίνησης με την εφαρμογή διαφορετικών τεχνικών ενόργανης προσέγγισης (HVSR, Nakamura, SSR, GIS). Η γεωγραφική κατανομή της συχνότητας f res και της ενίσχυσης A max θα βοηθήσουν στην κατανόηση της διαφορετικής σεισμικής συμπεριφοράς των επιμέρους γεωλογικών σχηματισμών της λεκάνης σε περίπτωση ισχυρής διέγερσης, λόγω της διαφορετικής φύσης και δυστμησίας των σχηματισμών της. Τα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης χρησιμοποιούνται για την επιβεβαίωση της γεωλογικής δομής της λεκάνης όπως αυτή προσδιορίστηκε στα πλαίσια της διατριβής (Κεφ. 5). Η συσχέτιση απόκρισης - γεωλογίας γίνεται μέσω μονοδιάστατων (D) θεωρητικών προσομοιώσεων που υπολογίζονται στα D εδαφικά προσομοιώματα που εξάγονται από τη γεωλογική δομή της λεκάνης, με την εφαρμογή της τεχνικής του συντελεστή ανακλαστικότητας (Kennett, 983). Από τη σύγκριση της συχνότητας και της ενίσχυσης συντονισμού, επιβεβαιώνεται η αξιόπιστη ή όχι απεικόνιση του πάχους και της γεωμετρίας των γεωλογικών σχηματισμών στα όρια της Μυγδονίας λεκάνης. 6.

177 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ 6.2 ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ Η καταγραφή ενός σεισμού σε μια περιοχή περιέχει πληροφορίες που σχετίζεται με την πηγή (source) διέγερσης S(f), το δρόμο διαδρομής (path) της σεισμικής ενέργειας από την πηγή στη θέση καταγραφής της P(f) και την επίδραση των τοπικών εδαφικών συνθηκών (site effects) στη θέση καταγραφής E(f). Κατά Borcherdt (970), το φυσικό μέγεθος που εκφράζει μια καταγραφή στο πεδίο τιμών των συχνοτήτων, μπορεί να παρασταθεί από το ανοιγμένο γινόμενο των παραγόντων αυτών: R ( f ) E ( f ) P( f ) S ( f ) = (6.) Στη μελέτη σεισμικής απόκρισης, επιδιώκεται η εκτίμηση της επίδρασης των τοπικών εδαφικών συνθηκών στη θέση ενδιαφέροντος με την «εξάλειψη» των παραγόντων της πηγής και του δρόμου διαδρομής της σεισμικής ενέργειας. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση διαφόρων μεθόδων, οι οποίες διακρίνονται σύμφωνα με το υλικό ανάλυσης σε δύο κατηγορίες. Η μια περιλαμβάνει το σύνολο των εμπειρικών και ενόργανων μεθόδων με τις οποίες αναλύονται οι καταγραφές σεισμών και θορύβου και η άλλη αφορά το σύνολο των θεωρητικών, οι οποίες βασίζονται στην προσομοίωση της ισχυρής κίνησης με πραγματικές ή υποθετικές πληροφορίες για την πηγή, το κυματικό πεδίο και το εδαφικό προσομοίωμα Ενόργανη/εμπειρική προσέγγιση Στις ενόργανες προσεγγίσεις γίνεται χρήση των διαθέσιμων καταγραφών ισχυρής και ασθενούς σεισμικής κίνησης. Οι πρώτες αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν για την εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με τα χαρακτηριστικά της απόκρισης, βασίστηκαν στην απευθείας σύγκριση χρονοϊστοριών σε διαφορετικές εδαφικές συνθήκες. Σύντομα όμως αντικαταστάθηκαν από συγκρίσεις στο πεδίο των συχνοτήτων, όπου η διαχείριση των ενόργανων παρατηρήσεων γίνεται άμεσα και ποσοτικά. Τα χαρακτηριστικά της απόκρισης σε μια θέση (f res & A max ) προσδιορίζονται από το λόγο του φάσματος - μετασχηματισμού Fourier των καταγραφών. Το μέγιστο πλάτος των συναρτήσεων μεταφοράς των τριών συνιστωσών των καταγραφών αντιπροσωπεύει την ενίσχυση της σεισμικής κίνησης A max, στη συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού f res, για όλο το πάχος των αποθέσεων στη θέση διασκόπησης. Ο προσδιορισμός των τιμών τους γίνεται με διάφορες τεχνικές οι οποίες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το αν κατά την εφαρμογή τους χρησιμοποιείται ή όχι σταθμός αναφοράς Τεχνική του κλασσικού φασματικού λόγου (SSR) Η μέθοδος του κλασσικού φασματικού λόγου εισάχθηκε από τον Borcherdt (970) και έχει εφαρμοστεί ευρέως για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της εδαφικής 6.2

178 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ απόκρισης στο πεδίο των συχνοτήτων. Σύμφωνα με τη μέθοδο, η οποία προϋποθέτει την ύπαρξη σταθμού αναφοράς, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η ενίσχυση της σεισμικής κίνησης σε μια θέση στην επιφάνεια εδαφικών αποθέσεων σε σχέση με αυτή σε κοντινή θέση στο βραχώδες υπόβαθρο. Η θέση του βραχώδους σχηματισμού αποτελεί το σταθμό αναφοράς και πρέπει να είναι απαλλαγμένος από επιδράσεις τοπικών εδαφικών συνθηκών. Η απόκριση στην επιφάνεια των εδαφικών αποθέσεων προκύπτει από το λόγο του φάσματος - μετασχηματισμού Fourier για κάθε συνιστώσα προς τα αντίστοιχα φάσματα Fourier του σταθμού αναφοράς. Βασικές προϋποθέσεις για την εφαρμογή της τεχνικής SSR αποτελούν α) η θέση του σταθμού αναφοράς να είναι απαλλαγμένη από τοπογραφικά χαρακτηριστικά και παρουσία ιζηματογενών αποθέσεων, δηλαδή να έχει μια επίπεδη συνάρτηση μεταφοράς με τιμή περίπου στο ένα, σε όλο το εύρος συχνοτήτων ενδιαφέροντος (Steidl et al., 996) και β) η απόσταση μεταξύ σταθμού καταγραφής και αναφοράς να είναι πολύ μικρότερη από την επικεντρική, ώστε να θεωρηθεί ότι η επίδραση του δρόμου διαδρομής της σεισμικής ενέργειας είναι η ίδια και στις δύο θέσεις. Η μέθοδος περιγράφεται αναλυτικά από τους Field and Jacob (995) Τεχνική του φασματικού λόγου της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα (HVSR) Η τεχνική του φασματικού λόγου της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα είναι μία απλή τεχνική καθορισμού της συνάρτησης μεταφοράς, χωρίς τη χρήση σταθμού αναφοράς (Nogoshi and Igarashi, 97). Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Nangston (979) για τον προσδιορισμό της ταχύτητας διάδοσης των διαμήκων κυμάτων στο στερεό φλοιό της γης. Βασική υπόθεση της μεθόδου (Nangston, 979), η κατακόρυφη συνιστώσα της κίνησης δεν επηρεάζεται σημαντικά από την τοπική γεωλογία, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κίνηση αναφοράς. Όταν ισχύει αυτό, ο φασματικός λόγος της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα αντιστοιχεί με το φασματικό λόγο ανάμεσα στη καταγραφή βράχου και εδάφους της τεχνικής SSR. Με τη μέθοδο HVSR μπορεί να προσδιορισθεί η συχνότητα συντονισμού με την ίδια αξιοπιστία όπως και στην τεχνική SSR, όμως σε πολλές περιπτώσεις ο παράγοντας ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού, υποεκτιμάται. Αιτία της διαφοράς αυτής κατά ένα μέρος διαπιστώθηκε ότι αποτελεί η ενίσχυση της κατακόρυφης συνιστώσας εξαιτίας της γένεσης περιθλώμενων επιφανειακών κυμάτων (Rayleigh και Love) σε πλευρικές ασυνέχειες, όρια λεκανών, ρήγματα, κλπ. Οι Lermo & Chávez-García (993) με εφαρμογή και των δύο ενόργανων μεθόδων (HVSR, SSR) σε καταγραφές σεισμών σε διαφορετικές θέσεις στο Μεξικό, παρατήρησαν καλή συμφωνία μεταξύ τους ως προς τον προσδιορισμό της συχνότητας και το πλάτος ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού. Οι Field et al. (995) και Riepl et al. (998) 6.3

179 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ύστερα από συστηματικές συγκρίσεις συναρτήσεων μεταφοράς διαπίστωσαν ότι ο παράγοντας ενίσχυσης της τεχνικής HVSR παρουσιάζει σημαντικές αποκλίσεις από αυτόν του κλασσικού φασματικού λόγου SSR. Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξαν και οι Malagnini et al. (996), Bard (997), Bard et al. (997), Zhao et al. (998), κλπ. Οι Ραπτάκης (995), Raptakis et al. (998, 2000, 2005) και Μάκρα (2000) επεξεργάστηκαν πλήθος καταγραφών από τη Μυγδονία λεκάνη και διαπίστωσαν διαφορές στον παράγοντα ενίσχυσης μεταξύ των δύο ενόργανων τεχνικών, σε αντίθεση με τα αποτελέσματα σεισμικών καταγραφών από τη Θεσσαλονίκη που παρουσιάζουν ικανοποιητική συνάφεια μεταξύ τους (Raptakis et al., 994b). Παρά τη διαφορετικότητα των απόψεων αναφορικά με τον αξιόπιστο ή όχι προσδιορισμό του παράγοντα ενίσχυσης, η τεχνική HVSR αποτελεί μια «ελκυστική» μέθοδο προσδιορισμού τουλάχιστον της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού. Η απλότητα, το χαμηλό κόστος εφαρμογής και η μη-απαίτηση σταθμού αναφοράς, η εύρεση του οποίου πολλές φορές αποτελεί δύσκολη υπόθεση, αποτελούν τα βασικά πλεονεκτήματα της μεθόδου Τεχνική της γενικευμένης αντιστροφής (GIS) Η τεχνική της γενικευμένης αντιστροφής χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Andrews (986). Σύμφωνα με τη μέθοδο χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο καταγραφικών οργάνων i στο οποίο καταγράφηκαν j σεισμικά γεγονότα, είναι δυνατόν οι παράμετροι της πηγής S i (f) και της τοπικής γεωλογίας E j (f) της σχέσης: ( f ) lne ( f ) + lnp ( f ) lns ( f ) ln R + ij = (6.2) j ij i να προσδιοριστούν ταυτόχρονα μέσω της αντιστροφής των ελαχίστων τετραγώνων τους κατά την οποία επιδιώκεται η ελαχιστοποίηση θεωρητικών και πειραματικών εκτιμήσεών τους. Για την επίλυση του προβλήματος το οποίο συμπεριλαμβάνει περισσότερους του ενός αγνώστους, γίνεται η παραμετροποίηση των παραγόντων S i (f) και P ij (f) με παραμέτρους όπως ο παράγοντας ποιότητας και γεωμετρικής απόσβεσης, η σεισμική ροπή, κ.ά. οι οποίες είναι δυνατόν να προσδιοριστούν από ανεξάρτητες μετρήσεις. Βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου έναντι της τεχνικής SSR, αποτελεί η καλύτερη εκτίμηση των παραμέτρων που προσδιορίζονται μέσω της αντιστροφής, ειδικά όταν δεν απαιτείται όλοι οι σεισμοί να έχουν καταγραφεί από το σύνολο του καταγραφικού δικτύου (Boatwright et al. 99, Field and Jacob 995) Μέθοδος Nakamura Η τεχνική αυτή εισήχθη και διαδόθηκε από τον Nakamura (989, 996, 2000) για την ανάλυση επιφανειακών κυμάτων Rayleigh από καταγραφές θορύβου. Είναι ίδια με τη μέθοδο HVSR, μόνο που η εφαρμογή της γίνεται σε καταγραφές γεώδη θορύβου. Βασική υπόθεση της μεθόδου αποτελεί η υπόθεση ότι η ενέργεια του μικροθορύβου αποτελείται 6.4

180 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ από αυτή των κυμάτων Rayleigh και ότι η ενίσχυση της τοπικής γεωλογίας στην επιφάνεια, οφείλεται στην παρουσία ενός εδαφικού στρώματος που υπέρκειται ημιχώρου. Η παραδοχή που γίνεται είναι ότι η κατακόρυφη συνιστώσα είναι απαλλαγμένη των όποιων ενισχύσεων λόγω της επιφανειακής γεωλογίας, γι αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κίνηση αναφοράς στους φασματικούς λόγους μιας θέσης μελέτης (Nakamura, 989). Οι λόγοι προκύπτουν από τη διαίρεση των φασμάτων - μετασχηματισμών Fourier των δύο οριζόντιων συνιστωσών προς την κατακόρυφη των καταγραφών του θορύβου Θεωρητική προσέγγιση Με τις θεωρητικές μεθόδους μελετάται η απόκριση μιας θέσης για την οποία είναι γνωστές οι φυσικές, μηχανικές και δυναμικές της ιδιότητες. Διακρίνονται σε μονοδιάστατες-d, δισδιάστατες-2d και τρισδιάστατες-3d προσομοιώσεις. H πλέον ευρέως διαδεδομένη και συνήθης μέθοδος, είναι αυτή της μονοδιάστατης ανάλυσης η οποία βασίζεται στη θεωρία των πολλαπλών ανακλάσεων κατακόρυφα διαδιδόμενων διατμητικών κυμάτων σε οριζόντιες διεπιφάνειες εδαφικών σχηματισμών. Προϋποθέτει την εισαγωγή ενός εδαφικού προσομοιώματος με την περιγραφή των δυναμικών ιδιοτήτων των επιμέρους σχηματισμών του (ταχύτητες διαμήκων και διατμητικών κυμάτων V p και V s αντίστοιχα, πάχος στρώματος H, πυκνότητα ρ και απόσβεση Q) καθώς και την κατακόρυφη διάδοση επίπεδου διατμητικού κύματος από το βραχώδες υπόβαθρο προς την ελεύθερη επιφάνεια. Η εφαρμογή της D προσομοίωσης γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τη γραμμική-ελαστική ή ιξωδοελαστική συμπεριφορά των σχηματισμών. Το έδαφος όμως παρουσιάζει έντονα μηγραμμική συμπεριφορά σε ισχυρές εδαφικές διεγέρσεις, οπότε απαιτείται η χρήση μηγραμμικών προσομοιωμάτων. Τα αριθμητικά αυτά προσομοιώματα παρουσιάζουν αυξανόμενο βαθμό πολυπλοκότητας και δυσκολία εφαρμογής τους στην πράξη, όπου η γνώση των αναγκαίων εδαφικών παραμέτρων είναι συχνά περιορισμένη. Μία ικανοποιητική προσέγγιση επιτυγχάνεται με τη χρήση της ισοδύναμης γραμμικής μεθόδου στην οποία οι παράμεροι μέτρο διάτμησης G, διατμητική παραμόρφωση γ και απόσβεση D (G-γ-D καμπύλες) κάθε σχηματισμού του εδαφικού προσομοιώματος δεν είναι σταθερές (Pitilakis, 2004). Οι 2D και 3D μέθοδοι προσομοίωσης χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της σεισμικής απόκρισης σε δισδιάστατες και τρισδιάστατες γεωμετρίες με πλήθος αριθμητικών και αναλυτικών μεθόδων, η ανάπτυξη των οποίων είναι πέρα του αντικειμένου της παρούσας διατριβής. 6.3 ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Η σεισμική απόκριση της Μυγδονίας λεκάνης έχει μελετηθεί από πλήθος ερευνητών (Ραπτάκης 995, Pitilakis et al. 999, Jongmans et al. 998, Riepl et al. 998, Raptakis et al. 998, 2000 & 2005, Chávez-García et al. 2000, Chávez-García and 6.5

181 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Faccioli 2000, Μάκρα 2000, Makra et al. 200 & 2005, Parolai and Bard 2003, Final Euroseisrisk Report, 2005) με ενόργανες και θεωρητικές προσεγγίσεις σε διαφορετικές διαστάσεις. Οι ενόργανες αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν κατά κύριο λόγο με τις τεχνικές HVSR και SSR σε καταγραφές ασθενούς (Jongmans et al. 998) και ισχυρής σεισμικής κίνησης (Ραπτάκης 995, Pitilakis et al. 999, Riepl et al. 998, Raptakis et al. 998 & 2000, Chávez-García et al. 2000, Μάκρα 2000) που καταγράφηκαν σε προσωρινά και μόνιμα δίκτυα οργάνων της περιοχής μελέτης. Από το σύνολο των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR και SSR που προσδιορίστηκαν στις θέσεις των σταθμών του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων της διεύθυνσης Β - Ν, διαπιστώθηκε ικανοποιητική συμφωνία ως προς τον προσδιορισμό της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού f res. Αναφορικά με τον παράγοντα ενίσχυσης A max αυτός παρουσιάζει διαφορές στις χαμηλές συχνότητες ( 5 Hz), κυρίως στους σταθμούς του κεντρικού βυθίσματος της λεκάνης που συναντάται και το μεγαλύτερο πάχος των ιζηματογενών αποθέσεων της περιοχής (Raptakis et al., 998 & 2000). Οι διαφορές αυτές συνδυάστηκαν με την ενίσχυση της κατακόρυφης συνιστώσας της κίνησης με τιμές συγκρίσιμες με αυτές των δύο οριζόντιων συνιστωσών στο ίδιο εύρος συχνοτήτων. Διαπιστώθηκε ότι η ενίσχυση της κατακόρυφης συνιστώσας οφείλεται στην παρουσία επιφανειακών κυμάτων τα οποία γεννιούνται στις πλευρικές ασυνέχειες της λεκάνης (όρια, ασυνέχειες, ρήγματα, κλπ.), συμβάλουν μεταξύ τους και με άλλου είδους κύματα (συνήθως διατμητικά) παγιδεύονται στα επιφανειακά εδαφικά στρώματα της λεκάνης (trapped surface waves) και ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις. Η παρουσία των επιφανειακών κυμάτων στο κέντρο της λεκάνης διαπιστώθηκε από τους Raptakis et al. (2000), Chávez-García et al. (2000) και Μάκρα (2000) και στο πεδίο του χρόνου με την επιμήκυνση της χρονικής διάρκειας της σεισμικής διέγερσης. Οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς συγκρίθηκαν με τις μονοδιάστατες θεωρητικές που προσδιορίστηκαν στις αντίστοιχες θέσεις με βάση τα D εδαφικά προσομοιώματα που εξήχθησαν από την εδαφοδυναμική τομή των Raptakis et al. (2000). Η σύγκρισή τους έδειξε ότι ενώ οι τελευταίες αναπαραγάγουν τη συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού, δεν μπορεί να προσδιορισθεί το ίδιο αξιόπιστα και το πλάτος ενίσχυσης αυτού, που οφείλεται στην πλευρική διάδοση των επιφανειακών κυμάτων. Η παρουσία των κυμάτων επιφανείας στις συναρτήσεις μεταφοράς σε χαμηλές συχνότητες ( 4 Hz) είναι ιδιαίτερα εμφανής και στις 2D θεωρητικές αναλύσεις που έγιναν κατά μήκος της μηκοτομής Προφήτης Στίβος (Chávez-García et al. 2000, Μάκρα 2000, Makra et al. 200 & 2005), καθώς και στις προκαταρκτικές τρισδιάστατες αναλύσεις απόκρισης που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος Euroseisrisk (Final Euroseisrisk Report, 2005). Η επίδραση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της Μυγδονίας και των δυναμικών 6.6

182 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ιδιοτήτων των σχηματισμών της στα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης, μελετήθηκε διεξοδικά από τους Μάκρα (2000) και Makra et al. (2005). Διαπιστώθηκε ότι η διαφοροποίηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των ορίων της λεκάνης δεν επιφέρει σημαντικές αλλαγές στα χαρακτηριστικά ενίσχυσης της απόκρισης, όσο οι βασικές διαστάσεις της (συνολικό μήκος και πάχος αυτής). Οι δυναμικές ιδιότητες των επιμέρους σχηματισμών δεν παίζουν σημαντικό ρόλο στην απόκριση, όσο η αντίθεση της μέσης ταχύτητας V s των εδαφικών αποθέσεων και του βραχώδους υποβάθρου. Από το σύνολο των ενόργανων και θεωρητικών αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν από τους Raptakis et al. (998 & 2000 & 2005), Chávez-García et al. (2000), Μάκρα (2000), Makra et al. (200 & 2005), τα σημαντικότερα συμπεράσματα αναφορικά με τη σεισμική απόκριση της Μυγδονίας λεκάνης, συνοψίζονται στα ακόλουθα. - Από ενόργανες αναλύσεις σεισμικής απόκρισης στο πεδίο των συχνοτήτων διαπιστώθηκε ότι η χρήση μόνο της τεχνικής SSR δεν επαρκεί για την κατανόηση της φυσικής των τοπικών εδαφικών συνθηκών μιας περιοχής, καθώς περιγράφει μερικά μόνο τη σεισμική της απόκριση και εισάγει αβεβαιότητες που σχετίζονται με τον χρησιμοποιούμενο στην ανάλυση σταθμό αναφοράς, - από αναλύσεις απόκρισης στο πεδίο των συχνοτήτων διαπιστώθηκε ότι οι εδαφικές αποθέσεις της λεκάνης είναι α) υπεύθυνες για την ενίσχυση της κίνησης στις χαμηλές συχνότητες (< 3 Hz) με πλάτη μεγαλύτερα του 0, β) προκαλούν έντονη αλληλεπίδραση μεταξύ των διαφορετικών χαμηλής συχνότητας κυματικών φάσεων των καταγραφών στο κέντρο της λεκάνης και γ) ενισχύουν εξίσου και τις τρεις συνιστώσες της κίνησης, - στα όρια και τις ασυνέχειες της λεκάνης (ρήγματα, κλπ.) παράγονται επιφανειακά κύματα (Rayleigh και Love) τα οποία επηρεάζουν μεγάλο όγκο ιζημάτων στο εσωτερικό της λεκάνης. Τα κύματα αυτά είναι υπεύθυνα για την ενίσχυση της κατακόρυφης συνιστώσας της κίνησης και η παρουσία τους επιβεβαιώνεται στο πεδίο του χρόνου με την επιμήκυνση της χρονικής διάρκειας της κίνησης, - από παρατηρήσεις χρονοϊστοριών και συναρτήσεων μεταφοράς προέκυψε ότι η συνεισφορά των κυμάτων επιφανείας στο μονοδιάστατο συντονισμό είναι εμφανής στο κέντρο της λεκάνης. Η παρουσία των κυμάτων επιφανείας με την ίδια συχνότητα με αυτή των SH κυμάτων κάνει δύσκολο το διαχωρισμό της συνεισφοράς των διαφορετικών φάσεων των χρονοϊστοριών στον συντονισμό, - η κατακόρυφη συνιστώσα των χρονοϊστοριών ενισχύεται λόγω της πλευρικής διάδοσης τοπικά παραγόμενων Rayleigh κυμάτων. Το γεγονός αυτό επηρεάζει την αξιοπιστία ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού που υπολογίζεται από τις συναρτήσεις μεταφοράς HVSR, - η μονοδιάστατη θεωρητική προσέγγιση δεν μπορεί να αποδώσει αξιόπιστα και ποσοτικά την ενίσχυση της κίνησης σε περιπτώσεις που παρατηρούνται σύνθετα φαινόμενα και δεν μπορεί να αναπαραστήσει την επιρροή των τοπικά παραγόμενων επιφανειακών κυμάτων στη σεισμική κίνηση. Το γεγονός αυτό μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένες εκτιμήσεις του φάσματος και του σεισμού σχεδιασμού, 6.7

183 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ - από τις δισδιάστατες αναλύσεις διαπιστώνεται ότι α) τα τοπικά παραγόμενα επιφανειακά κύματα συνεισφέρουν σημαντικά στη σεισμική κίνηση σε συχνότητες ίδιες με αυτές κατακόρυφα διαδιδόμενων κυμάτων χώρου, και β) οι 2D συναρτήσεις μεταφοράς επιβεβαιώνουν τη σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών χαμηλής συχνότητας κυμάτων, - ο φασματικός συντελεστής επιβάρυνσης (ο λόγος της δισδιάστατης προς την αντίστοιχη μονοδιάστατη απόκριση 2D/D) θα πρέπει να εισαχθεί στους αντισεισμικούς κανονισμούς και να τροποποιηθούν τα φάσματα σχεδιασμού, καθώς α) στην περίπτωση της Μυγδονίας λεκάνης παρουσιάζει τιμή (μεταξύ 3 και 4) και μορφή παρόμοια με το λόγο καταγραφών και D αναλύσεων, β) ο λόγος 2D/D είναι σημαντικός σε περιόδους όπου τα τοπικά παραγόμενα επιφανειακά κύματα εμφανίζονται στο εσωτερικό της λεκάνης και ταυτίζονται με αυτές του D συντονισμού, - πολύπλοκες γεωλογικές δομές μπορούν να παράγουν σύνθετα 2D φαινόμενα τα οποία κυριαρχούνται από την αντίθεση ταχύτητας αποθέσεων βράχου. Στις περιπτώσεις αυτές η συνήθης πρακτική κατά την οποία η ενίσχυση της κίνησης υπολογίζεται στη βάση του D προσομοιώματος ταχύτητας των επιφανειακών σχηματισμών μιας θέσης μελέτης (χρήση της ταχύτητας V s30 κατά Borcherdt, 994) δεν είναι σωστή, καθώς δεν μπορεί να περιγράψει την επιπλέον ενίσχυση της κίνησης λόγω της 2D απόκρισης. Με βάση τα παραπάνω, διαπιστώνεται ότι στη Μυγδονία λεκάνη δεν προκύπτουν δισδιάστατοι και τρισδιάστατοι συντονισμοί. Τα περίπλοκα φαινόμενα της παρατηρούμενης σεισμικής απόκρισης της περιοχής, οφείλονται ουσιαστικά στο μονοδιάστατο συντονισμό των κατακόρυφα διαδιδόμενων SH κυμάτων και στην πλευρική διάδοση των περιθλώμενων επιφανειακών κυμάτων. Συνεπώς, η χρήση της D ενόργανης ανάλυσης μπορεί να εκτιμήσει αξιόπιστα, ως προς τη συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού, τη σεισμική συμπεριφορά των σχηματισμών της Μυγδονίας λεκάνης. 6.4 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν και αναλύθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής προέρχονται από μετρήσεις γεώδη θορύβου σε μεμονωμένο σταθμό και σε κυκλική διάταξη, καθώς και σεισμικές καταγραφές ισχυρής και ασθενούς κίνησης σε προσωρινά και μόνιμα καταγραφικά δίκτυα της περιοχής. Το σύνολο των μετρήσεων είναι γεωγραφικά κατανεμημένο στην περιοχή μεταξύ των λιμνών Λαγκαδά και Βόλβης Δεδομένα θορύβου Τα δεδομένα θορύβου προέρχονται από τρία πειράματα που έγιναν σε διαφορετικές χρονικές περιόδους για τις ανάγκες διαφορετικών μελετών και περιλαμβάνουν. ) καταγραφές σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής σε 95 θέσεις εντός των ορίων της λεκάνης που πραγματοποιήθηκαν το 997 για τις ανάγκες του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού 6.8

184 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ προγράμματος Euroseismod (ENV4-CT ), 2) καταγραφές σε προσωρινό δίκτυο καταγραφικών οργάνων σε διάταξη σεισμικής διάθλασης κατά την διεύθυνση Α - Δ της Μυγδονίας που λήφθηκαν την περίοδο για το Ευρωπαϊκό Ερευνητικό πρόγραμμα Euroseisrisk (EV5V-CT ), και 3) μετρήσεις κυκλικής διάταξης σεισμομέτρων που έγιναν την περίοδο , για τις ανάγκες της παρούσας διατριβής ενώ μέρος αυτών εντάχθηκε στο Ευρωπαϊκό Ερευνητικό πρόγραμμα Euroseisrisk. Όλα τα δεδομένα ανεξαρτήτως της περιόδου λήψης τους, αναλύθηκαν για πρώτη φορά κατά τη διαδικασία εκπόνησης της παρούσας διδακτορικής διατριβής. ) Καταγραφή θορύβου σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής Οι 95 θέσεις καταγραφής θορύβου, κατά μήκος έξι τομών διαφορετικού μήκους και διεύθυνσης (Profiles, 2, 3, 4, 5 και 6), κάλυψαν το κεντρικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης. Η καταγραφή του θορύβου κατά μήκος της τομής Β - Ν (Profile ) έγινε σε 95 θέσεις με μεταξύ τους απόσταση 50 m, ενώ στις υπόλοιπες ανά 300 m περίπου (Σχήμα 6.). Χρησιμοποιήθηκαν καταγραφικά όργανα τριών συνιστωσών προσανατολισμένα στη διεύθυνση Β Ν, με σεισμογράφους Lennartz MarsLite και Lennartz Le3D ελάχιστης περιόδου 5 sec και GPS για τον προσδιορισμό του απόλυτου χρόνου των καταγραφών και των συντεταγμένων των θέσεων διασκόπησης (Final Euroseismod Report, 999). Η καταγραφή του θορύβου υπήρξε συνεχής για χρονικό διάστημα 30 min για κάθε θέση. 2) Καταγραφή θορύβου σε προσωρινό δίκτυο καταγραφικών οργάνων Το δίκτυο συμπεριλάμβανε συνολικά 67 σεισμογράφους και επιταχυνσιογράφους που λειτούργησαν στα δύο πειράματα σεισμικής διασκόπησης 2003 & 2004 (Κεφ. 4). Αναπτύχθηκε σε δύο γραμμικές διατάξεις κατά τη διεύθυνση Α Δ της λεκάνης σε διάστημα 8 km περίπου (Σχήμα 6.2). Στο πείραμα του 2003 οι σταθμοί αναπτύχθηκαν στο δυτικό τμήμα της λεκάνης, ενώ του 2004 στο ανατολικό αντίστοιχα. Εγκαταστάθηκαν μεταξύ 6 σταθμών του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων που λειτουργεί στην περιοχή. Ο τύπος των σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων που χρησιμοποιήθηκαν ήταν Guralp CMG-40T, CMG-5, CMG-5TD, CMG-3TB, ES-T EPI, Lennartz Hz, Εtna, Κ2 και FBA ES-DH Hyposensors. Όλα τα όργανα του προσωρινού δικτύου ήταν προσανατολισμένα στη διεύθυνση Β Ν και συνδεδεμένα με δέκτες GPS (Final Euroseisrisk Report, 2005). 3) Μετρήσεις μικροθορύβου σε κυκλική διάταξη σεισμογράφων Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε 29 γεωγραφικά κατανεμημένες θέσεις εντός των ορίων της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 6.3). Τα δίκτυα αναπτύχθηκαν σε ομόκεντρες κυκλικές διατάξεις σταδιακά αυξανόμενων ακτίνων. Τα τέσσερα προσανατολισμένα στη διεύθυνση Β - Ν καταγραφικά όργανα με GPS, αποτελούνταν από σεισμόμετρα μεγάλης διακριτικής ικανότητας και καταγραφής μεγάλου εύρους συχνοτήτων Guralp CMG-40T ελάχιστης περιόδου 30 sec και υψηλής ευκρίνειας καταγραφικά τύπου Reftek DAS-30. Λειτούργησαν σε συνεχή ταυτόχρονη καταγραφή (continuous mode) για χρονικό διάστημα min σε κάθε ακτίνα διασκόπησης. 6.9

185 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Σεισμικές καταγραφές Οι καταγραφές, των οποίων η επεξεργασία έγινε για πρώτη φορά στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, ήταν ασθενούς και ισχυρής σεισμικής κίνησης. Οι πρώτες καταγράφηκαν στο προσωρινό δίκτυο σεισμογράφων που λειτούργησε στην περιοχή για χρονικό διάστημα έξι εβδομάδων (4/8/997 25/9/997). Στο δίκτυο καταγράφηκαν 40 τοπικοί και μακρινοί σεισμοί. Συμπεριλάμβανε 3 όργανα (Σχήμα 6.4) τα οποία αποτελούνταν από 7 σεισμογράφους οι οποίοι συνδέονταν με δέκτες Guralp CMG-40, CMG-5, L22 και Lennartz Hz, 7 σεισμογράφους Lennartz Mars88-OD με Lennartz ελάχιστης περιόδου 5 sec οι οποίοι λειτούργησαν σε συνεχή καταγραφή (continuous recording), 6 σεισμογράφους Lennartz Mars88-FD με Lennartz ελάχιστης περιόδου sec σε καταγραφή τύπου διέγερσης (STA/LTA triggering mode) και Etna σε συνεχή καταγραφή (continuous recording). Ο προσανατολισμός των οριζόντιων συνιστωσών των σταθμών ήταν για την εγκάρσια συνιστώσα διεύθυνση Α Δ, για την ακτινική Β Ν (Final Euroseismod Report, 999). Οι καταγραφές ισχυρής σεισμικής κίνησης προέρχονται από το μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων που λειτουργεί από το 993 στη Μυγδονία λεκάνη (Final Euroseistest Report, 995). Στη σημερινή του μορφή περιλαμβάνει 8 επιφανειακούς και εντός γεωτρήσεων επιταχυνσιογράφους τριών συνιστωσών υψηλής ευκρίνειας (Σχήμα 6.5). Τοποθετούνται σε γραμμικές διατάξεις στις διευθύνσεις Β - Ν και Α - Δ περίπου, καταλαμβάνοντας συνολική έκταση 48 km 2 περίπου. Τα 2/3 από τους σταθμούς του δικτύου είναι επιφανειακοί (Etna, K2, CMG-5TD, ES-T EPI) και οι υπόλοιποι (FBA ES- DH Hyposensors, CMG-3TB) εγκαταστημένοι σε διαφορετικά βάθη σε γεωτρήσεις στις θέσεις TST και PRO. Τέσσερις σταθμοί του δικτύου είναι εγκαταστημένοι σε βραχώδεις σχηματισμούς (PRO, STI και TST), ενώ οι υπόλοιποι σε εδαφικές αποθέσεις. Στη θέση TST ο επιφανειακός και οι εντός γεωτρήσεων επιταχυνσιογράφοι συνδέονται σε 8-κάναλο καταγραφικό σύστημα (Mt. Whintey). Στο σύνολό τους οι σταθμοί του μόνιμου δικτύου λειτουργούν σε καταγραφή τύπου διέγερσης (STA/LTA triggering mode), συνδέονται με GPS και εποπτεύονται με ενσύρματη και ασύρματη τηλεπικοινωνία Μέθοδοι ανάλυσης Η ανάλυση των καταγραφών θορύβου σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής, προσωρινό δίκτυο και σε κυκλική διάταξη έγινε με την τεχνική Nakamura (989). Για τον υπολογισμό των ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς ως κίνηση αναφοράς χρησιμοποιήθηκε η κατακόρυφη συνιστώσα του εκάστοτε σταθμού καταγραφής. Στις σεισμικές καταγραφές οι συναρτήσεις μεταφοράς υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τρεις τεχνικές ενόργανης προσέγγισης, της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα HVSR, του κλασσικού φασματικού λόγου SSR και της τεχνικής της γενικευμένης αντιστροφής GIS. Οι τεχνικές αυτές εφαρμόστηκαν σε διαφορετικά τμήματα χρονικά παράθυρα των καταγραφών ώστε να αναδειχθεί η συμβολή των διαφορετικών κυματικών φάσεων στην ενίσχυση της σεισμικής κίνησης. 6.0

186 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Σχήμα 6.. Θέσεις μετρήσεων γεώδη θορύβου που πραγματοποιήθηκαν κατά το έτος 997 στη Μυγδονία λεκάνη (Final Euroseismod Report, 999). Σχήμα 6.2. Θέσεις των σταθμών του προσωρινού δικτύου σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων που αναπτύχθηκαν στα δύο πειράματα σεισμικής διασκόπησης. Με Wx απεικονίζονται οι σταθμοί του πειράματος 2003, με Ex του 2004 (Final Euroseisrisk Report, 2005). 6.

187 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Σχήμα 6.3. Θέσεις μικροθορύβου κυκλικής διάταξης. Σχήμα 6.4. Θέσεις των σταθμών του προσωρινού δικτύου σεισμογράφων (Final Euroseismod Report, 999). 6.2

188 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ PRO ΒΒΔ PRO-33m GRA BRG KOK ANA TST TSE ATH DAB ΔNΔ TST-2m FRM BUT ΑBA TST-40m TST-72m TST-36m TST-97m STC STI ΝΝΑ Χωρίς κλίμακα Σχήμα 6.5. Επιφανειακοί (BRG, KOK, ANA, TST, TSE, ATH, DAB, GRA, PRO, FRM, BUT, STC, STI) και εντός γεωτρήσεων (PRO-33, TST-2, TST-40, TST-72, TST-36, TST- 97) σταθμοί του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων που λειτουργεί στην περιοχή της Μυγδονίας λεκάνης (Final Euroseisrisk Report, 2005). 6.3

189 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Η τεχνική HVSR εφαρμόστηκε σε τρία τμήματα της καταγραφής. Στο θόρυβο πριν την άφιξη των διαμήκων κυμάτων (noise part), και στα τμήματα που κυριαρχούνται από διατμητικά (S part) και κύματα ουράς (coda part). Η τεχνική SSR εφαρμόστηκε στο τμήμα των διατμητικών (S part) και κυμάτων ουράς (coda part), και η τεχνική GIS στο τμήμα των διατμητικών κυμάτων (S part). Στις τεχνικές HVSR και GIS ως κίνηση αναφοράς χρησιμοποιήθηκε η κατακόρυφη συνιστώσα της χρονοϊστορίας του εκάστοτε σταθμού καταγραφής, ενώ στην τεχνική SSR οι δύο σταθμοί του προσωρινού δικτύου σεισμογράφων PRO και STI οι οποίες τοποθετούνται σε δύστμητο σχηματισμό. Οι αναλύσεις HVSR των σεισμικών καταγραφών στο τμήμα του θορύβου πριν την άφιξη των επιμήκων κυμάτων (noise part) είναι αντίστοιχες της τεχνικής Nakamura (998). Στο σύνολο των διαθέσιμων καταγραφών εφαρμόστηκαν με το λογισμικό πρόγραμμα SAC (Goldstein et al. 996, 2003) τα εξής στάδια ανάλυσης: ) διόρθωση της βασικής γραμμής αναφοράς των καταγραφών (base line correction), 2) απάλειψη αποκλίσεων των καταγραφών (trend), 3) εφαρμογή φίλτρου tapering με ποσοστό 5% επί της συνολικής διάρκειας των σεισμικών καταγραφών για τη σταδιακή μείωση του πλάτους τους στα άκρα των χρονοϊστοριών, 4) εφαρμογή φίλτρου ζώνης διέλευσης συχνοτήτων (band-pass filter) με όρια 0. έως 25 Hz για τις καταγραφές θορύβου. Στους σεισμούς εφαρμόστηκε φίλτρο τύπου Butterworth με όρια συχνοτήτων 0.3 έως 20 Hz μόνο στις χρονοϊστορίες που εφαρμόστηκε η τεχνική της γενικευμένης αντιστροφής GIS, 5) χωρισμός των καταγραφών σε μικρότερα παράθυρα ανάλυσης. Για τους σεισμούς χρησιμοποιήθηκε παράθυρο χρονικής διάρκειας 20 sec στο οποίο συμπεριλαμβάνονταν οι προς μελέτη διαφορετικές φάσεις των χρονοϊστοριών τους (τμήμα διατμητικών κυμάτων, θορύβου και ουράς). Η αρχική καταγραφή του μικροθορύβου διάρκειας από 50 έως 400 sec χωρίστηκε σε παράθυρα ανάλυσης χρονικής διάρκειας 20 sec με μεταξύ τους αλληλοεπικάλυψη 50%, 6) υπολογισμός των φασμάτων - μετασχηματισμών Fourier και των τριών συνιστωσών των καταγραφών (οριζόντιων και κατακόρυφης), 7) εξομάλυνση των φασμάτων Fourier με φίλτρο τύπου Hanning, 8) υπολογισμός των συναρτήσεων μεταφοράς. Στις χρονοϊστορίες θορύβου η εφαρμογή των σταδίων ανάλυσης 6, 7 και 8 πραγματοποιήθηκε σε όλα τα παράθυρα ανάλυσης που προέκυψαν από το χωρισμό τους. Αντιπροσωπευτική συνάρτηση μεταφοράς στις θέσεις καταγραφής του θορύβου ανά οριζόντια συνιστώσα, θεωρήθηκε η μέση τιμή των συναρτήσεων όλων των παραθύρων ανάλυσης. Αντίστοιχα, στις θέσεις των σταθμών του σεισμογραφικού δικτύου ως αντιπροσωπευτική συνάρτηση μεταφοράς θεωρήθηκε ο μέσος όρος των συναρτήσεων των σεισμών που καταγράφηκαν σε καθένα από αυτούς. Από τις ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς του συνόλου των μετρήσεων προσδιορίστηκε η 6.4

190 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ συχνότητα f res και το πλάτος ενίσχυσης A max του θεμελιώδους συντονισμού για τις δύο οριζόντιες συνιστώσες (NS, EW) και την κατακόρυφη. Για τις ανάγκες της παρούσας διατριβής, ως αξιόπιστες τιμές συχνότητας θεωρήθηκαν αυτές που το πλάτος ενίσχυσης των μέσων συναρτήσεων μεταφοράς των δύο οριζόντιων συνιστωσών τους υπήρξε μεγαλύτερο ή ίσο του 3. Σύμφωνα με τη γενικότερα αποδεκτή άποψη, μεγάλες τιμές ενίσχυσης αντικατοπτρίζουν αξιόπιστα προσδιορισμένες τιμές συχνότητας συντονισμού. Εξαίρεση του κριτηρίου αυτού αποτέλεσαν οι θέσεις που τοποθετούνται σε επιφανειακές εξάρσεις ημιβραχώδη - βραχώδη σχηματισμού, στα άκρα της λεκάνης. Θέσεις στις οποίες οι φασματικοί λόγοι δεν εμφανίζουν σαφή αιχμή συντονισμού, δεν λήφθηκαν υπόψη. Σε περιπτώσεις περισσότερων της μιας αιχμής συντονισμού, υπόψη λήφθηκε μόνο η συχνότητα που αντιστοιχεί στο θεμελιώδη συντονισμό. Στους σταθμούς του προσωρινού σεισμογραφικού δικτύου που ο αριθμός των καταγεγραμμένων σεισμών υπήρξε μικρός και μη-επαρκής για να προκύψουν αξιόπιστα αποτελέσματα, τα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης που προσδιορίστηκαν δεν κρίθηκαν αξιόπιστα. Στην περίπτωση εφαρμογής των τεχνικών Nakamura, HVSR και GIS η τιμή του πλάτους ενίσχυσης Α max χρησιμοποιήθηκε ποσοτικά για την αποδοχή ή όχι της προσδιοριζόμενης συχνότητας συντονισμού. Η τιμή του πλάτους δεν θεωρήθηκε αντιπροσωπευτική της ενίσχυσης της σεισμικής διέγερσης στις θέσεις αυτές, εξαιτίας της αδυναμίας των τριών τεχνικών (Nakamura, HVSR και GIS) να τον προσδιορίσουν. Η τιμή του Α max προέκυψε από τα αποτελέσματα της τεχνικής SSR στις θέσεις των σταθμών του σεισμογραφικού δικτύου. 6.5 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Στις επόμενες παραγράφους θα παρουσιαστούν ενδεικτικά αποτελέσματα συναρτήσεων μεταφοράς όπως προσδιορίστηκαν σε δεδομένα θορύβου και σεισμικών καταγραφών. Ο μεγαλύτερος όγκος των δεδομένων αφορά καταγραφές θορύβου. Για το λόγο αυτό γίνεται η παρουσίαση συναρτήσεων μεταφοράς σε θέσεις όπου μπορεί να υπάρξει σύγκριση μεταξύ αποτελεσμάτων και των τριών πειραμάτων θορύβου (Παράγραφος 6.4.) αλλά και μεταξύ των σταθμών των καταγραφικών δικτύων. Για τις υπόλοιπες θέσεις οι συναρτήσεις μεταφοράς, και οι τιμές συχνότητας και ενίσχυσης παρουσιάζονται στο Παράρτημα Π Συναρτήσεις μεταφοράς θορύβου (σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής) Από τις 95 θέσεις καταγραφής θορύβου 50 χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της συχνότητας συντονισμού. Για τις υπόλοιπες θέσεις δεν εκπληρώνονται τα κριτήρια αποδοχής που αναφέρθηκαν στην Παράγραφο Τα αποτελέσματά τους παρουσιάζονται αναλυτικά στα Σχήματα Π2. Π2.6, ενώ οι τιμές της θεμελιώδους συχνότητας συνοψίζονται στον Πίνακα Π.2. του Παραρτήματος Π2. Ενδεικτικά στο Σχήμα 6.6 παρουσιάζονται οι συναρτήσεις μεταφοράς των δύο οριζόντιων συνιστωσών που προσδιορίστηκαν στις θέσεις p60 και p66. Η θέση p60 (τομή 4) τοποθετείται στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης κοντά στο σταθμό DAB του μόνιμου δικτύου 6.5

191 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ επιταχυνσιογράφων, ενώ η p66 (τομή 5) στο δυτικό τμήμα κοντά στη θέση του επιταχυνσιογράφου BRG (Σχήμα 6.). Η διάρκεια των αρχικών καταγραφών θορύβου και των δύο θέσεων, επέτρεψε τον προσδιορισμό 29 συναρτήσεων μεταφοράς ανά οριζόντια συνιστώσα και της μέσης τιμής τους, σύμφωνα με τα στάδια ανάλυσης που αναφέρθηκαν στην Παράγραφο Στο σύνολό τους οι συναρτήσεις παρουσιάζουν καλή συνάφεια μεταξύ τους και στις δύο συνιστώσες του θορύβου στο μεγαλύτερο εύρος των συχνοτήτων ενδιαφέροντος. Για τη θέση p60 η αιχμή συντονισμού της μέσης τιμής των συναρτήσεων μεταφοράς εμφανίζεται ευδιάκριτα στη συχνότητα 0.7 Hz με πλάτος ενίσχυσης 6 και στις δύο οριζόντιες συνιστώσες του θορύβου (NS και EW). Στη θέση p66, η μέση τιμή των συναρτήσεων HVSR εμφανίζουν συχνότητα συντονισμού 0.34 Hz με πλάτος ενίσχυσης 6 στην NS και 5 στην EW συνιστώσα Συναρτήσεις μεταφοράς θορύβου (σε προσωρινό δίκτυο) Από τα 67 όργανα του δικτύου που αναπτύχθηκε στα δύο σεισμικά πειράματα 2003 & 2004, χρησιμοποιήθηκαν 36 για τον προσδιορισμό της θεμελιώδους συχνότητας (Σχήμα 6.2). Τα αποτελέσματά τους παρουσιάζονται στα Σχήματα Π2.7 Π2.28, ενώ οι τιμές της θεμελιώδους συχνότητας συνοψίζονται στον Πίνακα Π.2.2 του Παραρτήματος Π2. Στο Σχήμα 6.7 απεικονίζονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις μεταφοράς των σταθμών E και W3-957 των πειραμάτων 2003 & 2004 αντίστοιχα. Ο σταθμός Ε9 τοποθετείται στην ανατολική πλευρά της λεκάνης κοντά στη θέση θορύβου p60, ο W3 στη δυτική αντίστοιχα κοντά στη θέση p66 (Παράγραφος 6.5.). Τα αποτελέσματα αφορούν το παράθυρο καταγραφής θορύβου στο χρονικό διάστημα μεταξύ των δύο συνεχόμενων ανά σεισμικό πείραμα εκρήξεων. Υπολογίστηκαν συνολικά 24 συναρτήσεις μεταφοράς και η μέση τιμή τους ανά οριζόντια συνιστώσα για κάθε σταθμό καταγραφής. Παρουσιάζουν όμοια μορφή και καλή συμφωνία μεταξύ τους σε όλο το εύρος συχνοτήτων ενδιαφέροντος και στις δύο οριζόντιες συνιστώσες του θορύβου. Στο σταθμό Ε9 η συχνότητα f res διαγράφεται ευδιάκριτα στα 0.65 Hz με πλάτος ενίσχυσης 5.8 και στις δύο συνιστώσες. Στο σταθμό W3 η συχνότητα f res εμφανίζεται σε τιμές 0.36 Hz για την NS συνιστώσα και 0.39 Hz για την EW με πλάτος ενίσχυσης Συναρτήσεις μεταφοράς θορύβου (σε κυκλική διάταξη) Οι συναρτήσεις μεταφοράς προσδιορίστηκαν στο σύνολο των μετρήσεων θορύβου κυκλικής διάταξης (Σχήμα 6.3). Ως αντιπροσωπευτική συχνότητα συντονισμού στο κέντρο των ομόκεντρων κυκλικών διατάξεων κάθε μέτρησης μικροθορύβου, ορίστηκε η μέση τιμή συχνότητας των τεσσάρων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR των τεσσάρων σταθμών της μικρότερης ακτίνας τους. Παρουσιάζονται στα Σχήματα Π2.29 Π2.38 και οι αντίστοιχες τιμές της συχνότητας συντονισμού στον Πίνακα Π2.3 του Παραρτήματος Π2. Στο Σχήμα 6.8 δίνονται ενδεικτικά οι λόγοι των θέσεων DAB και BRG. Η θέση DAB τοποθετείται στο 6.6

192 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ ανατολικό τμήμα της λεκάνης και γειτονεύει με τις θέσεις θορύβου p60 και E9, η BRG στο δυτικό αντίστοιχα κοντά στις θέσεις p66 και W3 (Παράγραφοι 6.5. & 6.5.2). Στις καταγραφές θορύβου υπολογίστηκαν 9 συναρτήσεις μεταφοράς ανά οριζόντια συνιστώσα. Στη θέση DAB παρουσιάζουν μεγάλη διακύμανση των τιμών τους για συχνότητες μικρότερες του 0.7 Hz. Η μέση τιμή της συνάρτησης μεταφοράς παρουσιάζει στο εύρος συχνοτήτων από 0.6 έως 0.8 Hz εκτός του θεμελιώδους και άλλες αιχμές συντονισμού με παρόμοιο πλάτος ενίσχυσης και στις δύο συνιστώσες, οι οποίες δεν μπορούν να ερμηνευτούν ως ανώτεροι αρμονικοί συντονισμού λόγω της εμφάνισής τους σε μικρό εύρος συχνοτήτων. Η θεμελιώδης συχνότητα εμφανίζεται στα 0.66 Hz στην NS συνιστώσα και 0.62 Hz στην EW με ενίσχυση 7 και 6 αντίστοιχα. Στη θέση BRG η μορφή των συναρτήσεων μεταφοράς είναι όμοια στο μεγαλύτερο εύρος των συχνοτήτων. Η μέγιστη ενίσχυση αυτών παρατηρείται στη συχνότητα 0.37 και 0.38 Hz στην NS και EW συνιστώσα αντίστοιχα Συναρτήσεις μεταφοράς (ασθενούς κίνησης) Από το σύνολο των 3 σταθμών του προσωρινού καταγραφικού δικτύου που λειτούργησε στην περιοχή της Μυγδονίας επιλέχθηκαν 4, 7 σεισμογράφοι Lennartz και 7 Reftek (Σχήμα 6.4). Στους περισσότερους από αυτούς καταγράφηκαν 9 σεισμικά γεγονότα με ικανοποιητικό λόγο σήματος προς θόρυβο, οι παράμετροι των οποίων δίνονται στον Πίνακα 6. (Raptakis et al., 2005). Οι συναρτήσεις μεταφοράς των σεισμών προσδιορίστηκαν με τις τεχνικές ανάλυσης HVSR, SSR και GIS στα τρία διαφορετικά τμήματα των καταγραφών τους όπως αναφέρθηκε στην Παράγραφο Παρουσιάζονται στα Σχήματα Π2.39 Π2.52, Π2.53 Π2.63 και Π2.64 Π2.76 αντίστοιχα, ενώ οι τιμές συχνότητας f res και της ενίσχυσης A max που προσδιορίστηκαν στους φασματικούς λόγους αντίστοιχα στους Πίνακες Π2.4, Π2.5 και Π2.6 του Παραρτήματος Π2. Στο Σχήμα 6.9 δίνονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις μεταφοράς HVSR στις θέσεις των σταθμών RDAB και LKOK. Ο σταθμός RDAB τοποθετείται στο ανατολικό τμήμα της Μυγδονίας λεκάνης και γειτονεύει με τις θέσεις μικροθορύβου p60, E9, DAB, ενώ ο σταθμός LKOK στο δυτικό αντίστοιχα κοντά στις θέσεις p66, W3 και BRG (Παράγραφοι 6.5., και 6.5.3). Στους λόγους του σταθμού RDAB το μέγιστο πλάτος στην EW συνιστώσα του τμήματος θορύβου τοποθετείται στη συχνότητα 0.75 Hz, των διατμητικών κυμάτων 0.72 Hz, και των κυμάτων ουράς 0.78 Hz, με πλάτος ενίσχυσης 4, 6.5 και 6 αντίστοιχα. Στη NS συνιστώσα η συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού για τα αντίστοιχα τμήματα προσδιορίστηκε στις συχνότητες 0.77, 0.68 και 0.76 Hz με ενίσχυση 3.5, 6 και 5. Στο σταθμό LKOK η συχνότητα f res για την EW συνιστώσα προσδιορίστηκε 0.48 Hz στο τμήμα του θορύβου και 0.4 Hz στο τμήμα των κυμάτων ουράς. Το πλάτος ενίσχυσης παρουσιάζει αντίστοιχα τιμές 6 και

193 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ NS NS 0 0 EW 0. EW Σχήμα 6.6. Ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς σε 29 παράθυρα ανάλυσης θορύβου και μέση τιμή τους ανά οριζόντια συνιστώσα για τις θέσεις p60 (αριστερά) και p66 (δεξιά). 6.8

194 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ NS NS 0 0 EW EW Σχήμα 6.7. Ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς σε 24 παράθυρα ανάλυσης θορύβου και μέση τιμή τους ανά οριζόντια συνιστώσα για τις θέσεις των σταθμών E (αριστερά) και W3-957 (δεξιά). 6.9

195 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ NS NS 0 0 EW EW Σχήμα 6.8. Ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς σε 9 παράθυρα ανάλυσης θορύβου και μέση τιμή τους ανά οριζόντια συνιστώσα για τις θέσεις DAB (αριστερά) και BRG (δεξιά). 6.20

196 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Η συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού στο τμήμα των διατμητικών κυμάτων δεν θεωρήθηκε αξιόπιστη εφόσον το πλάτος ενίσχυσης της συνάρτησης μεταφοράς παρουσιάζει τιμές μικρότερες του 3. Στην NS συνιστώσα η συχνότητα παρουσιάζει τιμή 0.49 Hz για το τμήμα του θορύβου, 0.46 Hz για το τμήμα των διατμητικών και 0.4 Hz των κυμάτων ουράς. Η ενίσχυση της κίνησης στα τρία τμήματα της καταγραφής είναι 4.5, 6.5 και 7 αντίστοιχα. Οι συναρτήσεις μεταφοράς HVSR υπολογίστηκαν και στους σταθμούς LPRO (Προφήτης) και RSTI (Στίβος) ώστε να διαπιστωθεί αν μπορούν αν χρησιμοποιηθούν ως σταθμοί αναφοράς στην τεχνική του κλασσικού φασματικού λόγου SSR (Σχήμα 6.0). Οι λόγοι HVSR παρουσιάζουν και στα τρία τμήματα των καταγραφών τους σταθερό πλάτος με τιμή που δεν ξεπερνά την ενίσχυση 2.0 σε όλο το εύρος συχνοτήτων ενδιαφέροντος. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει την παρουσία δύστμητου σχηματισμού στη θέση εγκατάστασής τους και άρα τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως σταθμοί αναφοράς στη μελέτη της σεισμικής απόκρισης της Μυγδονίας λεκάνης. Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξαν οι Raptakis et al. (2000 & 2005) και Chávez-García et al. (2002). Ιδιαίτερα οι αναλύσεις στο σταθμό LPRO έδειξαν σταθερή ενίσχυση.5 του φασματικού λόγου μέχρι τη συχνότητα 5.5 Hz. Ο σταθμός LPRO χρησιμοποιήθηκε ως σταθμός αναφοράς για τους σεισμογράφους Lennartz και ο σταθμός RSTI, για τους σεισμογράφους Reftek, για λόγους ομοιογένειας των καταγραφικών οργάνων. Πίνακας 6.. Σεισμοί που καταγράφηκαν στο προσωρινό δίκτυο των 4 σεισμογράφων (Raptakis et al., 2005). Νο Date Time (GMT) Lat 0 N Long 0 E Depth (km) M L Earthquake type 6/8/997 09:4: R 2 9/8/997 9:03: R 3 22/8/997 03:09: R 4 22/8/997 03:7: R 5 9/9/997 2:00: R 6 20/9/997 23:5: L 7 22/9/997 07:07: R 8 26/9/997 00:33: D 9 26/9/997 09:40: D L: Τοπικοί, R: Περιφερειακοί, D: Μακρυνοί σεισμοί 6.2

197 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ EW EW 0 0 NS τμήμα S κυμάτων/hv τμήμα θορύβου/hv τμήμα κυμάτων ουράς/hv NS τμήμα S κυμάτων / HV τμήμα θορύβου / HV τμήμα κυμάτων ουράς / HV Σχήμα 6.9. Ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR ανά οριζόντια συνιστώσα στα διαφορετικά τμήματα καταγραφής των σταθμών RDAB (αριστερά) και LKOK (δεξιά). 6.22

198 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ 0 RSTI-EW RSTI-NS σχυσης Πλάτος ενί LPRO-EW LPRO-NS 0. τμήμα S κυμάτων / HV τμήμα θορύβου / HV τμήμα κυμάτων ουράς / HV Σχήμα 6.0. Συναρτήσεις μεταφοράς HVSR ανά οριζόντια συνιστώσα στα διαφορετικά τμήματα καταγραφής των σταθμών RSTI και LPRO. Στο Σχήμα 6. δίνονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις μεταφοράς SSR των σταθμών LΤSΤ και RSAR, έτσι όπως υπολογίστηκαν στα διαφορετικά τμήματα των σεισμών που καταγράφηκαν σε αυτούς (τμήμα διατμητικών και κυμάτων ουράς). Ο σταθμός LΤSΤ τοποθετείται στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης στη θέση του πεδίου δοκιμών Euroseistest και ο RSAR βορειότερα αυτού (Σχήμα 6.4). Οι συναρτήσεις μεταφοράς των διατμητικών και των κυμάτων ουράς του σταθμού LTST παρουσιάζουν όμοια μορφή για συχνότητες έως 2 Hz. Η θεμελιώδης συχνότητα παίρνει τιμές 0.67 και 0.77 Hz για την EW συνιστώσα, και 0.66 και 0.73 Hz για την NS αντίστοιχα. Η ενίσχυση συντονισμού στην EW συνιστώσα κυμαίνεται μεταξύ 4.5 ως 0, και 7 ως 6 στην NS. Οι τιμές της συχνότητας και της ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού είναι σε καλή συμφωνία με τις ενόργανες αναλύσεις απόκρισης σε κοντινή του σταθμού θέση (TST) που έγιναν από τη Μάκρα (2000). 6.23

199 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ 00 EW 00 EW NS τμήμα S κυμάτων / SSR τμήμα κυμάτων ουράς / SSR 00 NS τμήμα S κυμάτων / SSR τμήμα κυμάτων ουράς / SSR Σχήμα 6.. Ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς SSR ανά οριζόντια συνιστώσα στα διαφορετικά τμήματα καταγραφής των σταθμών LΤSΤ (αριστερά) και RSAR (δεξιά). 6.24

200 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Στο σταθμό RSAR οι συναρτήσεις μεταφοράς των S κυμάτων και ουράς των σεισμών παρουσιάζουν όμοια μορφή και στις δύο οριζόντιες συνιστώσες της κίνησης για συχνότητες μικρότερες των 2 Hz. Η θεμελιώδης συχνότητα για την EW συνιστώσα προσδιορίστηκε στα 0.82 Hz για τα διατμητικά κύματα και 0.77 Hz για τα κύματα ουράς. Οι αντίστοιχες τιμές για την NS συνιστώσα είναι 0.8 και 0.84 Hz. Οι τιμές του παράγοντα ενίσχυσης στη θεμελιώδη συχνότητα στα αντίστοιχα τμήματα είναι 23 και 5 για την EW, και 26 και 28 για την NS συνιστώσα. Στο Σχήμα 6.2 δίνονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις μεταφοράς GIS όπως υπολογίστηκαν στο τμήμα των καταγραφών που κυριαρχείται από διατμητικά κύματα για τους σταθμούς LΤSΤ και RSAR. Στο σταθμό LΤSΤ η θεμελιώδης συχνότητα εμφανίζεται με πλάτος 4 στα 0.64 Hz και στις δύο συνιστώσες του. Στη συνιστώσα EW του σταθμού RSAR ο θεμελιώδης συντονισμός εμφανίζεται στη συχνότητα 0.76 Hz με πλάτος 6.5, στην NS αντίστοιχα στα 0.84 Hz με πλάτος ενίσχυσης Συναρτήσεις μεταφοράς (ισχυρής κίνησης) Στο μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων της Μυγδονίας λεκάνης από την αρχή της λειτουργίας του καταγράφηκαν περίπου 300 τοπικοί και μακρινοί σεισμοί (Σχήμα 6.5). Οι περισσότεροι από αυτούς γράφηκαν σε μεγάλο αριθμό σταθμών του δικτύου. Χρονοϊστορίες με ικανοποιητικό λόγο σήματος προς θόρυβο χρησιμοποιήθηκαν στον υπολογισμό της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού στις θέσεις εγκατάστασης των σταθμών. Στο Σχήμα 6.3 παρουσιάζονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις μεταφοράς των επιταχυνσιογράφων της διεύθυνσης Α Δ (Σχήμα 6.5), όπως υπολογίστηκαν από δύο τοπικούς σεισμούς οι παράμετροι των οποίων δίνονται στον Πίνακα 6.2. LTST RSAR 0 EW συνιστώσα NS συνιστώσα 0 0 Σχήμα 6.2. Συναρτήσεις μεταφοράς GIS των δύο οριζόντιων συνιστωσών των σταθμών LΤSΤ και RSAR. 6.25

201 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Πίνακας 6.2. Παράδειγμα σεισμών καταγεγραμμένων στο δίκτυο επιταχυνσιογράφων της Μυγδονίας λεκάνης (Σχήμα 6.5). Στο κάτω μέρος του πίνακα δηλώνονται οι σταθμοί της διεύθυνσης Α Δ στους οποίους καταγράφηκαν οι σεισμικές διεγέρσεις. Νο Date Time (GMT) Lat 0 N Long 0 E Depth (km) M L Earthquake type 29/0/2003 2:5: L 2 20/04/ :52: L : KOK, ANA, TSE, ΑTH, DAB - 2: BRG, KOK, ANA, ATH, DAB L: Τοπικοί σεισμοί BRG KOK ANA TSE 0. ATH DAB 0 0. Radial Transversal Σχήμα 6.3. Συναρτήσεις μεταφοράς HVSR των οριζόντιων συνιστωσών σεισμών στους σταθμούς του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων της διεύθυνσης Α Δ. 6.26

202 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Η εφαρμογή της τεχνικής HVSR στους επιταχυνσιογράφους της διεύθυνσης Α Δ έγινε σε όλο το μήκος της καταγραφής. Η μορφή των συναρτήσεων μεταφοράς είναι όμοια και στις δύο οριζόντιες συνιστώσες της κίνησης (Σχήμα 6.3). Ειδικότερα, στους λόγους του σταθμού BRG ο συντονισμός εμφανίζεται στη συχνότητα 0.44 Hz με ενίσχυση για την εγκάρσια και ακτινική συνιστώσα 4 και 6.3 αντίστοιχα. Στο σταθμό KOK η συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού έχει τιμές στο εύρος 0.46 με 0.5 Hz με ενίσχυση 8 για την εγκάρσια και 9.2 για την ακτινική συνιστώσα. Ανατολικότερα, στη θέση του σταθμού ΑΝΑ η τιμή της f res αυξάνεται στα 0.65 Hz, με ενίσχυση στην εγκάρσια και ακτινική συνιστώσα 0 και 6.5 αντίστοιχα. Στο σταθμό TSE η μέγιστη αιχμή του φασματικού λόγου (9) βρίσκεται στη συχνότητα 0.8 Hz και στις δύο οριζόντιες συνιστώσες της κίνησης, ενώ στο σταθμό ΑΤΗ στα 0.86 Hz με ενίσχυση 5. Στους λόγους HVSR της θέσης DAB και στις δύο συνιστώσες η συχνότητα έχει τιμή 0.73 Hz με ενίσχυση 6.2 στην ακτινική και 9 στην εγκάρσια συνιστώσα. Από το Σχήμα 6.3 διαπιστώνεται ότι η συχνότητα αυξάνεται από τους σταθμούς του δυτικού προς τους σταθμούς του ανατολικού τμήματος της λεκάνης. Από τα μέχρι τώρα αποτελέσματα, τα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης στην έκταση της Μυγδονίας λεκάνης προσδιορίστηκαν με 3 διαφορετικές τεχνικές ενόργανης προσέγγισης σε 230 θέσεις περίπου. Για να διαπιστωθεί η αξιοπιστία και η εγκυρότητα των προσδιοριζόμενων τιμών f res και A max, πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις και συσχετίσεις μεταξύ γειτονικών θέσεων. Στο Σχήμα 6.4 παρουσιάζεται η μέση τιμή των συναρτήσεων μεταφοράς ανά οριζόντια συνιστώσα ενδεικτικά για τους σταθμούς p60, E9, DAB, RDAB και p66, W3, BRG, LKOK όπως προσδιορίστηκαν με τις τεχνικές Nakamura (989) και HVSR. Οι τιμές συχνότητας και ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού των συγκρινόμενων σταθμών δίνονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 6.3. Η καλή συμφωνία που διαπιστώνεται στα χαρακτηριστικά των συναρτήσεων μεταφοράς, επιβεβαιώνουν τον αξιόπιστο προσδιορισμό της συχνότητας και του πλάτους ενίσχυσης με τη χρήση των δύο τεχνικών ενόργανης προσέγγισης. Οι συγκρίσεις συναρτήσεων μεταφοράς HVSR επεκτάθηκαν και στις υπόλοιπες θέσεις διασκόπησης, καθώς και μεταξύ συναρτήσεων μεταφοράς διαφορετικών τεχνικών και τμημάτων χρονοϊστοριών. Στα Σχήματα Π2.77 Π2.90 δίνονται συγκριτικά οι συναρτήσεις μεταφοράς ανά θέση, ενώ οι τιμές συχνότητας f res και ενίσχυσης A max συνοψίζονται στον Πίνακα Π2.7 του Παρατήματος Π2. Οι συναρτήσεις μεταφοράς που υπολογίστηκαν στα πλαίσια της διατριβής συγκρίθηκαν με θεωρητικές και εμπειρικές προηγούμενων ερευνών. Οι λόγοι HVSR & SSR σε θέσεις σταθμών του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων επιβεβαιώθηκαν κατά πλειοψηφία από τις ενόργανες και θεωρητικές D και 2D προσομοιώσεις των Ραπτάκης (995), Raptakis et al. (998 & 2000), Chávez-García et al. (2000), Μάκρα (2000) που έγιναν για διαφορετικές χρονοϊστορίες ασθενούς και ισχυρής σεισμικής κίνησης. Ενδεικτικά στο Σχήμα 6.5 παρουσιάζονται οι συναρτήσεις μεταφοράς HVSR & SSR για το σταθμό TST όπως υπολογίστηκαν από τον Ραπτάκης (995). Οι τιμές f res & A max του σταθμού TST παρουσιάζουν καλή συμφωνία με τις τιμές του κοντινού σταθμού LTST του προσωρινού δικτύου σεισμογράφων (Σχήμα 6.). 6.27

203 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ EW EW 0 0 NS DAB / HV E9 / HV p60 / HV RDAB / HV NS BRG / HV W3 / HV p67 / HV LKOK / HV Σχήμα 6.4. Σύγκριση ενόργανων συναρτήσεων μεταφοράς HVSR ανά οριζόντια συνιστώσα μεταξύ των θέσεων p60, E9, DAB, RDAB (αριστερά) και p66, W3, BRG και LKOK (δεξιά). 6.28

204 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Πίνακας 6.3. Τιμές συχνότητας και πλάτους ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού όπως υπολογίστηκαν από τους φασματικούς λόγους HVSR των θέσεων p60, E9, DAB, RDAB και p66, W3, BRG, LKOK. Θέση μέτρησης Συχνότητα f res (Hz) Παράγοντας ενίσχυσης Α max NS EW NS EW p E DAB RDAB p W BRG LKOK Σχήμα 6.5. Μέσοι συναρτήσεις μεταφοράς HVSR και SSR των οριζόντιων συνιστωσών του σταθμού TST του μόνιμου δικτύου επιταχυνσιογράφων της Μυγδονίας λεκάνης (Ραπτάκης, 995). Από το σύνολο των συναρτήσεων μεταφοράς που προσδιορίστηκαν στα πλαίσια της διατριβής, προκύπτουν τα ακόλουθα συμπεράσματα. 6.29

205 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ - Με την τεχνική HVSR υπολογίζεται αξιόπιστα η συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού, το ίδιο όμως δεν ισχύει και για το πλάτος ενίσχυσης αυτού, που συνήθως υποεκτιμάται σε σχέση με την τεχνική SSR, - στα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης συμβάλει το σύνολο των Μυγδονιακών και Προμυγδονιακών ιζηματογενών αποθέσεων της Μυγδονίας λεκάνης, - η εφαρμογή των τεχνικών HVSR, SSR και GIS σε διαφορετικά τμήματα των καταγραφών και τα αποτελέσματα αυτών δείχνουν την επίδραση της τοπικής γεωλογίας της περιοχής μελέτης στη σεισμική κίνηση. Στους περισσότερους σταθμούς των καταγραφικών δικτύων που τοποθετούνται στο κέντρο της λεκάνης, οι μεγαλύτερες ενισχύσεις των φασματικών λόγων παρατηρούνται σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων και στις δύο οριζόντιες συνιστώσες της κίνησης, ενώ σε τρεις μόνο σταθμούς οι φασματικοί λόγοι παρουσιάζουν μοναδιαίες αιχμές συντονισμού σε μια οριζόντια συνιστώσα της κίνησης, - οι περισσότερες από τις διαδοχικές αιχμές των συναρτήσεων μεταφοράς δεν μπορούν να ερμηνευτούν ως ανώτεροι αρμονικοί συντονισμού, καθώς δεν ακολουθούν τη σχέση f n = (2n+)f res. Η παρουσία τους δείχνει την πλευρική διάδοση των επιφανειακών κυμάτων στο κέντρο της λεκάνης, καθώς και ότι εδαφικοί σχηματισμοί με μεταβαλλόμενο σε έκταση πάχος συνεισφέρουν στη σεισμική κίνηση σε διαφορετικές συχνότητες (Raptakis et al., 2005), - μια σημαντική διαπίστωση που αφορά τη σεισμική απόκριση όλης της λεκάνης είναι η ενίσχυση της κατακόρυφης συνιστώσας της κίνησης, η οποία σε πολλές θέσεις παρουσιάζει πλάτος ανάλογο με αυτό των δύο οριζόντιων συνιστωσών. Στις περιπτώσεις που η ενίσχυση της κατακόρυφης συνιστώσας εμφανίζεται σε συχνότητες μεγαλύτερες από αυτή των οριζόντιων, μπορεί να δικαιολογηθεί ως αποτέλεσμα της αντίθεσης ταχύτητας V p (υδροφόρος ορίζοντας, κορεσμός, κ.ά). Στις περιπτώσεις που η ενίσχυση της κατακόρυφης συνιστώσας παρατηρείται στις ίδιες συχνότητες με τις δύο οριζόντιες συνιστώσες, τότε μέρος της ενίσχυσης προέρχεται από την πλευρική διάδοση των επιφανειακών κυμάτων τα οποία ενισχύουν και τις τρεις συνιστώσες της κίνησης, - από τη σύγκριση συναρτήσεων μεταφοράς σεισμών και μικροθορύβου προέκυψε ότι ο προσδιορισμός της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού γίνεται το ίδιο αξιόπιστα, παρόλο που το πλάτος ενίσχυσης του μικροθορύβου είναι συχνά μικρότερο του αντίστοιχου των σεισμών, - σύμφωνα με τα αποτελέσματα των συναρτήσεων μεταφοράς SSR (στο τμήμα των καταγραφών των διατμητικών κυμάτων), η ενίσχυση της κίνησης στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης είναι 2 έως 4 φορές μεγαλύτερη της αντίστοιχης στο δυτικό. Η ενίσχυση, στην περίπτωση των συναρτήσεων μεταφοράς HVSR που υπολογίζονται σε καταγραφές θορύβου, είναι περίπου 2 φορές μεγαλύτερη στο ανατολικό από ότι στο δυτικό τμήμα της λεκάνης. Η διαφορά αυτή μπορεί μερικώς να δικαιολογηθεί από τη μεγαλύτερη απόσβεση των σχηματισμών που συναντούνται στο δυτικό τμήμα της λεκάνης, εξαιτίας του μεγαλύτερου πάχους απόθεσης λιγότερο δύσκαμπτων σχηματισμών στο τμήμα αυτό της λεκάνης, - από την παρατηρούμενη διαφορά στην ενίσχυση A max του θεμελιώδους συντονισμού μεταξύ των συναρτήσεων μεταφοράς HVSR σε καταγραφές γεώδη θορύβου και SSR σε 6.30

206 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ σεισμούς, φαίνεται ότι η αποδοχή ενός πολλαπλασιαστικού παράγοντα στους λόγους HVSR, θα μπορούσε να αποδώσει έναν αξιόπιστο χάρτη μεταβολής του A max (Raptakis et al., 2005), - από το σύνολο των ενόργανων αναλύσεων στα πλαίσια της διατριβής, προσδιορίστηκαν με αξιοπιστία τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης στην έκταση της Μυγδονίας λεκάνης. Από την εκτεταμένη μελέτη, προέκυψε ότι η σεισμική απόκριση της Μυγδονίας λεκάνης ακολουθεί τη συμπεριφορά αβαθών ιζηματογενών λεκανών (Bard and Bouchon, 985) του μονοδιάστατου συντονισμού και της πλευρικής διάδοσης τοπικά παραγόμενων επιφανειακών κυμάτων (τα οποία οφείλονται σε δισδιάστατα φαινόμενα). Τα αποτελέσματα της σεισμικής απόκρισης θα βοηθήσουν στην κατανόηση προβλημάτων που σχετίζονται με τη διαφοροποίηση της σεισμικής συμπεριφοράς των σχηματισμών, και θα χρησιμοποιηθούν για τη συσχέτισή τους με τη γεωλογία της περιοχής μέσω μονοδιάστατων θεωρητικών προσομοιώσεων, με σκοπό την επιβεβαίωση της τρισδιάστατης γεωλογικής δομής της Μυγδονίας λεκάνης έτσι όπως προτάθηκε στο Κεφάλαιο 5 της διατριβής ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΘΕΜΕΛΙΩΔΟΥΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ Από το σύνολο των αποτελεσμάτων που παρουσιάστηκαν στις προηγούμενες παραγράφους, μόνο οι συναρτήσεις μεταφοράς HVSR των καταγραφών θορύβου και των σεισμών (στο τμήμα θορύβου πριν την άφιξη των διαμήκων κυμάτων) χρησιμοποιήθηκαν για τη γεωγραφική κατανομή της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού στα όρια της Μυγδονίας λεκάνης. Στη σύνθεση δεν αξιοποιήθηκαν τα χαρακτηριστικά των συναρτήσεων μεταφοράς SSR, μιας και δεν υφίσταται συνάφεια στην ενίσχυση A max με τους αντίστοιχους λόγους HVSR. Στη σύνθεση χρησιμοποιήθηκαν οι τιμές f res συναρτήσεων μεταφοράς HVSR που προσδιορίστηκαν σε καταγραφές προερχόμενες από προσωρινά δίκτυα σεισμογράφων (994) και επιταχυνσιογράφων (στη διεύθυνση Β - Ν) που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια προηγούμενων μελετών (Ραπτάκης 995, Μάκρα 2000), σε μετρήσεις μικροθορύβου κυκλικής διάταξης που έγιναν κατά μήκος της τομής Προφήτης Στίβος (Kudo et al. 2002, Αποστολίδης 2002) και σε μετρήσεις θορύβου σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμματος Euroseisrisk (2 nd Annual Euroseisrisk Report, 2003). Με τις τελευταίες μετρήσεις πυκνώθηκε η πληροφορία για τις συχνότητες και τα πλάτη ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού των εδαφικών σχηματισμών σε 53 θέσεις της Μυγδονίας λεκάνης (Savvaidis et al., 2004). Από τις προαναφερόμενες θέσεις εξαιρέθηκαν όσες η συχνότητα f res που προσδιορίστηκε σε αυτές δεν συμφωνούσε με τη συχνότητα γειτονικών θέσεων, αλλά δεν προέκυπταν και από τη γεωλογία της περιοχής. Το σύνολο των θέσεων, οι συναρτήσεις μεταφοράς των οποίων, χρησιμοποιήθηκαν για τη γεωγραφική κατανομή της συχνότητας f res, παρουσιάζονται στο Σχήμα

207 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Ως τιμές συχνότητας και ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού λήφθηκε η μέση τιμή f res και A max των μέσων συναρτήσεων μεταφοράς των δύο οριζόντιων συνιστωσών κάθε θέσης. Η αποδοχή των τιμών συχνότητας f res βασίστηκε στα κριτήρια που τέθηκαν στην Παράγραφο Το σύνολο των μετρήσεων που χρησιμοποιήθηκε για τη χαρτογράφηση της f res στα όρια της Μυγδονίας λεκάνης, είναι 350. Οι τιμές f res και A max παρουσιάζονται στο Σχήμα 6.6. Ο παράγοντας ενίσχυσης A max των συναρτήσεων HVSR παρόλο που δεν αναπαριστά την αντιπροσωπευτική ενίσχυση της κίνησης λόγω των εδαφικών αποθέσεων της περιοχής, χρησιμοποιήθηκε ως ποσοτικός παράγοντας σύγκρισης της σεισμικής απόκρισης μεταξύ διαφορετικών τμημάτων της λεκάνης. Από τη γεωγραφική διακύμανση των χαρακτηριστικών της απόκρισης διαπιστώνεται μετάβαση από χαμηλές τιμές συχνότητας με υψηλές τιμές ενίσχυσης στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης, σε υψηλές τιμές συχνότητας και μικρή ενίσχυση στις παρυφές αυτής. Η μετάβαση των τιμών συχνότητας στην έκταση της λεκάνης διευκολύνθηκε με τη χάραξη ισοκαμπυλών (contours), οι οποίες διαχωρίζουν περιοχές με ίδια διακύμανση τιμών f res. Για την ανάδειξη των περιοχών με τις μικρότερες τιμές συχνότητας, η διακύμανση των ισοκαμπυλών έγινε ανά 0. Hz για f res 0.75 Hz. Η διαφορά των 0. Hz, λαμβάνοντας υπόψη μια μέση ταχύτητα V s 500 m/sec για το σύνολο των εδαφικών αποθέσεων της λεκάνης, ανταποκρίνεται σε μια διαφορά βάθους της τάξης των 30 με 40 m. Η απόκριση της Μυγδονίας με όρους συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού, παρουσιάζεται στο Σχήμα 6.7. Στο δυτικό τμήμα της λεκάνης νότια του Σχολαρίου και νότια, νοτιοανατολικά της λίμνης Λαγκαδά συναντούνται οι μικρότερες τιμές συχνότητας που παρατηρούνται στην περιοχή, Hz (Σχήμα 6.7). Το τμήμα αυτό περικλείεται από ζώνη με εύρος συχνοτήτων Hz η οποία συναντάται και δυτικά, νοτιοδυτικά της λίμνης Βόλβης. Περιφερειακά της ζώνης αυτής η συχνότητα αυξάνεται σταδιακά μέχρι το εύρος Hz, τιμές που χαρακτηρίζει και το μεγαλύτερο μέρος του κεντρικού τμήματος της Μυγδονίας. Η συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού f res αυξάνεται σταδιακά ως.75 Hz περιφερειακά της λεκάνης, ενώ ξεπερνά την τιμή αυτή στις περιοχές που εκδηλώνεται επιφανειακά το βραχώδες υπόβαθρο ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ Εφόσον η σεισμική απόκριση της περιοχής μελέτης, όπως ανέδειξαν προηγούμενες έρευνες κατά μήκος της μηκοτομής Προφήτης Στίβος (Raptakis et al. 2000, Chavez Garcia et al. 2000, Μάκρα 2000, Makra et al. 200 & 2005) οφείλεται στο μονοδιάστατο συντονισμό και στην πλευρική διάδοση περιθλώμενων επιφανειακών κυμάτων, είναι δυνατόν τα χαρακτηριστικά της απόκρισης (συχνότητα και πλάτος ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού) να συσχετιστούν με τη γεωλογία της περιοχής, μέσω της μονοδιάστατης θεωρητικής προσομοίωσης. Στόχος της συσχέτισης αυτής είναι η επιβεβαίωση του τρισδιάστατου προσομοιώματος που παρουσιάστηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής (Κεφ. 5). 6.32

208 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Προσωρινό δίκτυο σεισμογράφων (994) Προσωρινό δίκτυο σεισμογράφων (997) Μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων Μετρήσεις μικροθορύβου σε κυκλική διάταξη (2002) Πειράματα σεισμικής διασκόπησης (2003 & 2004) Μετρήσεις μικροθορύβου HVSR (997) Μετρήσεις μικροθορύβου HVSR (2003) Μετρήσεις μικροθορύβου σε κυκλική διάταξη ( ) Σχήμα 6.6. Γεωγραφική κατανομή θέσεων καταγραφής θορύβου και σεισμών που χρησιμοποιήθηκαν για τη χωρική κατανομή της συχνότητας συντονισμού f res στην έκταση της Μυγδονίας λεκάνης. Δίνονται οι τιμές ενίσχυσης A max (πάνω) και της συχνότητας f res του θεμελιώδους συντονισμού (κάτω). 6.33

209 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Hz Hz Hz Hz Hz Hz Hz >.75 Hz Επιφανειακή εκδήλωση Προμυγδονιακού συστήματος Επιφανειακή εκδήλωση βραχώδους υποβάθρου Σχήμα 6.7. Σεισμική απόκριση της Μυγδονίας λεκάνης με όρους συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού (σε Hz). 6.34

210 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Για το λόγο αυτό υπολογίστηκαν σε όλες τις θέσεις διασκόπησης που χρησιμοποιήθηκαν για τη γεωγραφική κατανομή της συχνότητας στα όρια της λεκάνης (Σχήμα 6.7), οι αντίστοιχες θεωρητικές συναρτήσεις μεταφοράς με τη μέθοδο του συντελεστή ανακλαστικότητας (reflectivity coefficient method) του Kennett (983) στα D εδαφικά προσομοιώματα που εξήχθησαν από τη γεωλογική δομή της Μυγδονίας λεκάνης. Η συχνότητα και η ενίσχυση των D θεωρητικών προσομοιώσεων συγκρίνονται με τις αντίστοιχες τιμές των ενόργανων, αρχικά στη δισδιάστατη εδαφοδυναμική τομή Προφήτης Στίβος των Raptakis et al. (2000) για λόγους ελέγχου της προσέγγισης, και στη συνέχεια στην τρισδιάστατη δομή της λεκάνης (Σχήματα ), για την επαλήθευση του προτεινόμενου 3D προσομοιώματος με όρους χαρακτηριστικών σεισμικής απόκρισης Σεισμική απόκριση και δισδιάστατη τομή Προφήτης - Στίβος Οι συχνότητες και οι ενισχύσεις του θεμελιώδους συντονισμού που υπολογίστηκαν στα πλαίσια της διατριβής με την τεχνική HVSR σε θέσεις καταγραφής θορύβου σε μεμονωμένο σταθμό καταγραφής κατά μήκος της τομής Προφήτης Στίβος, παρουσιάζονται στο Σχήμα 6.8. Για να συσχετιστούν με τη γεωλογική δομή της τομής, υπολογίστηκαν οι μονοδιάστατες θεωρητικές αναλύσεις απόκρισης σε 8 θέσεις (των οργάνων του παροδικού δικτύου) κατά μήκος της τομής και συγκρίθηκαν τα αποτελέσματά τους σε επίπεδο f res και A max με τις αντίστοιχες κοντινές σε αυτές ενόργανες αναλύσεις. Οι τιμές της θεμελιώδους συχνότητας στο σύνολο των ενόργανων αναλύσεων στο κεντρικό τμήμα της τομής είναι μικρότερες του.0 Hz, ενώ αυξάνονται προοδευτικά προς τα άκρα αυτής (Σχήμα 6.8). Όμοια διακύμανση παρουσιάζουν και οι τιμές συχνότητας των θεωρητικών προσομοιώσεων, με όμοιες τιμές θεμελιώδους συχνότητας στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης, ενώ εξαίρεση αποτελούν οι θέσεις που τοποθετούνται στη γειτονία των ορίων και των ρηγμάτων της τομής. Η ιδιομορφία των περιοχών αυτών αποτυπώνεται στις τιμές της συχνότητας των συναρτήσεων μεταφοράς που τοποθετούνται σε αυτές. Μικρές αλλαγές στα πάχη των αποθέσεων στις περιοχές αυτές μπορούν να οδηγήσουν σε μεγάλες διακυμάνσεις των θεωρητικών τιμών συχνότητας συντονισμού. Η σύμφωνη διακύμανση των τιμών της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού f res μεταξύ ενόργανων και θεωρητικών αναλύσεων στο κεντρικό τμήμα της τομής Προφήτης Στίβος, επιβεβαιώνει την αξιόπιστη εκτίμηση της γεωμετρίας της μηκοτομής των Raptakis et al. (2000). Η διαφορά στις τιμές της f res στις θέσεις βόρεια του ρήγματος F4 πιθανόν να οφείλεται στις τιμές με τις οποίες αποδόθηκαν τα χαρακτηριστικά των ιζηματογενών αποθέσεων (πάχος, ταχύτητα V s ) στα μονοδιάστατα εδαφικά προσομοιώματα των θέσεων αυτών. Οι προσδιοριζόμενες τιμές του παράγοντα ενίσχυσης A max του θεμελιώδους συντονισμού κατά μήκος της τομής Προφήτης Στίβος, όπως υπολογίστηκαν με τις ενόργανες και θεωρητικές αναλύσεις παρουσιάζονται στο Σχήμα 6.8. Οι ενόργανες αναλύσεις 6.35

211 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ παρουσιάζουν έντονες διακυμάνσεις του A max κατά μήκος της τομής με εύρος τιμών από 2.5 έως 0. Οι μεγαλύτερες τιμές του εμφανίζονται στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης, οι μικρότερες στα άκρα αυτής όπου το πάχος των ιζηματογενών αποθέσεων της λεκάνης περιορίζεται σε μερικά μόνο μέτρα. Η μετάβαση από τις μικρές στις μεγάλες τιμές ενίσχυσης παρατηρείται στη θέση των τεσσάρων ρηγμάτων F F4 της τομής. Όμοια διακύμανση του παράγοντα A max διαπίστωσαν και οι Ραπτάκης (995), Riepl et al. (998) και Μάκρα (2000) σε προηγούμενες μελέτες απόκρισης κατά μήκος της τομής Β -Ν. Η ενίσχυση A max των θεωρητικών προσομοιώσεων είναι σχεδόν σταθερή σε όλο το μήκος της τομής. Οι τιμές της περιορίζονται στο εύρος , με εξαίρεση τις θέσεις βόρεια του ρήγματος F4 που κυμαίνονται μεταξύ Η διαφορά που παρουσιάζουν οι θεωρητικές αναλύσεις ως προς τις αντίστοιχες ενόργανες, σχετίζονται με την αδυναμία των θεωρητικών προσομοιώσεων να αποδώσουν την επιπλέον ενίσχυση που επιφέρουν φαινόμενα που σχετίζονται με τη δισδιάστατη ή/και τρισδιάστατη γεωλογία, όπως περίθλαση επιφανειακών κυμάτων στις πλευρικές ασυνέχειες και τα όρια της λεκάνης. Ενδεικτικά στο Σχήμα 6.9 παρουσιάζονται οι ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς των σταθμών LTST και RSAR (Σχήμα 6.4) σε σχέση με τις μονοδιάστατες θεωρητικές συναρτήσεις, όπως υπολογίστηκαν στα αντίστοιχα εδαφικά προσομοιώματα. Από τη σύγκριση διαπιστώνεται ότι η σύμπτωση της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού μεταξύ ενόργανων και θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς είναι ικανοποιητική και για τους δύο σταθμούς, ενώ η ενίσχυση A max στους θεωρητικούς λόγους παρουσιάζει όμοιες τιμές με αυτή στους ενόργανους λόγους HVSR και μειωμένη ως προς την ενίσχυση των ενόργανων λόγων SSR. Επίσης η μορφή των θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς δεν παρουσιάζουν την πολυπλοκότητα των αντίστοιχων ενόργανων για συχνότητες μεγαλύτερες της συχνότητας του θεμελιώδους συντονισμού Σεισμική απόκριση και τρισδιάστατη δομή Μυγδονίας λεκάνης Η χωρική διακύμανση της θεμελιώδους συχνότητας όπως προσδιορίστηκε με την τεχνική HVSR, απεικονίζεται μαζί με το τρισδιάστατο προσομοίωμα της Μυγδονίας λεκάνης στο Σχήμα Όπως και στην περίπτωση της δισδιάστατης τομής Προφήτης Στίβος, η διακύμανση των τιμών της f res έχει άμεση σχέση με το πάχος και τη δυσκαμψία των εδαφικών αποθέσεων της περιοχής. Οι μικρές τιμές της συχνότητας συναντούνται στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης, οι μεγάλες στις παρυφές αυτής όπου οι εδαφικοί σχηματισμοί αποσφηνώνονται και το βραχώδες υπόβαθρο εμφανίζεται σε μικρό βάθος από την επιφάνεια. Για την άμεση σύγκριση των τιμών f res & A max με τη γεωλογία της περιοχής στις 350 θέσεις ενόργανης σεισμικής απόκρισης, υπολογίστηκαν οι αντίστοιχες D θεωρητικές συναρτήσεις μεταφοράς, σύμφωνα με τα μονοδιάστατα εδαφικά προσομοιώματα (Σχήματα ). Οι τιμές συχνότητες f res που υπολογίστηκαν από τις θεωρητικές προσομοιώσεις προβάλλονται στο Σχήμα Από τη σύγκριση των τιμών συχνότητας μεταξύ ενόργανων και θεωρητικών αναλύσεων, διαπιστώνεται ότι οι τελευταίες αποδίδουν κατά πλειοψηφία αξιόπιστα τη συχνότητα του θεμελιώδους συντονισμού. 6.36

212 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ 300 Στίβος 200 Προφήτης Υψόμετρο (m) F4 F3 TST A C B D E F G* G F2 F D θεωρητικές αναλύσεις στη 2D τομή Προφήτης - Στίβος D εμπειρικές αναλύσεις από μετρήσεις μικροθορύβου Απόσταστη (m) ι Σχήμα 6.8. Συσχέτιση τιμών συχνότητας και ενίσχυσης του θεμελιώδους συντονισμού (f res & A max ) μεταξύ ενόργανων και θεωρητικών προσομοιώσεων σεισμικής απόκρισης κατά μήκος της εδαφοδυναμικής τομής Προφήτης Στίβος των Raptakis et al. (2000). 6.37

213 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ 00 EW 00 EW NS τμήμα S κυμάτων / HV τμήμα θορύβου / HV τμήμα κυμάτων ουράς / HV τμήμα S κυμάτων / SSR τμήμα κυμάτων ουράς / SSR τμήμα S κυμάτων / GIS D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς 00 NS τμήμα S κυμάτων / HV τμήμα θορύβου / HV τμήμα κυμάτων ουράς / HV τμήμα S κυμάτων / SSR τμήμα κυμάτων ουράς / SSR τμήμα S κυμάτων / GIS D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς Σχήμα 6.9. Ενόργανες συναρτήσεις μεταφοράς HVSR, SSR και GIS ανά οριζόντια συνιστώσα στα διαφορετικά τμήματα καταγραφής των σταθμών LΤSΤ (αριστερά) και RSAR (δεξιά) και D θεωρητική συνάρτηση μεταφοράς με βάση τα D εδαφικά προσομοιώματα. 6.38

214 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Ειδικότερα, στο σύνολο των 350 θέσεων που εξετάστηκαν ποσοστό 47.28% αυτών παρουσιάζουν διαφορά στην τιμή της θεμελιώδους συχνότητας μεταξύ θεωρητικών και ενόργανων αναλύσεων έως 0. Hz. Το 7.4% παρουσιάζει διαφορά συχνότητας από 0. έως 0.5 Hz, το 7.4% εμφανίζει διαφορά από 0.5 ως 0.2 Hz και στο 27.4% των θέσεων η διαφορά συχνότητας ξεπερνά τα 0.2 Hz. Οι θέσεις που εμπίπτουν στο ποσοστό αυτό τοποθετούνται κατά πλειοψηφία στα φυσικά όρια της λεκάνης και σε κάποιες περιπτώσεις εντός της λεκάνης (τοποθετούνται σε κύκλους στο Σχήμα 6.20). Το 57.28% των θέσεων αυτών προέρχονται από δεδομένα που επεξεργάστηκαν στα πλαίσια προηγούμενων μελετών (Ραπτάκης 995, Αποστολίδης 2002, Savvaidis et al. 2004) και το 42.7% από δεδομένα που αναλύθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Στις θέσεις που τοποθετούνται κατά πλειοψηφία στα όρια της λεκάνης, η σχετική εκτίμηση των γεωμετρικών και δυναμικών χαρακτηριστικών των γεωλογικών σχηματισμών τους, δημιουργούν αυτή τη διαφοροποίηση στις τιμές της συχνότητας f res. Φαίνεται ότι η μεταβολή του πάχους των αποθέσεων στις θέσεις που αυτές αποσφηνώνονται στα όρια της λεκάνης, επηρεάζει σημαντικά τα ποσοτικά χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης. Παρόλο που οι τιμές συχνότητας των θεωρητικών αναλύσεων διαφοροποιούνται από τις αντίστοιχες ενόργανες σύμφωνα με τα παραπάνω ποσοστά, στο σύνολό τους δεν αλλάζουν τη γενικότερη εικόνα της σεισμικής απόκρισης της Μυγδονίας λεκάνης. Οι μικρότερες τιμές συχνότητας ( Hz) συναντούνται στο δυτικό τμήμα της λεκάνης όπου έχει αποτεθεί και το μεγαλύτερο πάχος των εδαφικών της αποθέσεων. Στις περιοχές που οι εδαφικές αποθέσεις περιορίζεται σε μερικά μόνο μέτρα (στα όρια της λεκάνης) συναντούνται και οι μεγαλύτερες τιμές της f res (>.2 Hz). Ο παράγοντας ενίσχυσης όπως υπολογίστηκε από τις θεωρητικές αναλύσεις απόκρισης παρουσιάζει τις μεγαλύτερες τιμές του στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης. Κυμαίνεται στο εύρος 7.0 με 0.0 στα ανατολικά, ενώ μειώνεται σταδιακά μεταξύ 4.5 και 7.0 προς τα δυτικά της λεκάνης. Η μεταβολή αυτή της ενίσχυσης των θεωρητικών αναλύσεων συμφωνεί με τη διακύμανση του πλάτους ενίσχυσης της ενόργανης ανάλυσης για τις τεχνικές HVSR και SSR. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της τεχνικής SSR σε σεισμικές καταγραφές, διαπιστώθηκε ότι η ενίσχυση A max στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης είναι κατά περιοχές 2 με 4 φορές μεγαλύτερη της ενίσχυσης του δυτικού τμήματος και έως και 2 φορές μεγαλύτερη σε σχέση με τα αποτελέσματα της τεχνικής HVSR σε δεδομένα μικροθορύβου. Η διακύμανση αυτή έρχεται σε συμφωνία με το πάχος των εδαφικών αποθέσεων της Μυγδονίας, όπως διαπιστώθηκε από τα εδαφικά προσομοιώματα του Κεφαλαίου 5. Από τη διαφορά της ενίσχυσης A max μεταξύ θεωρητικών και ενόργανων αναλύσεων επιβεβαιώνεται όπως και στην περίπτωση της τομής Προφήτης Στίβος, ότι η επίδραση των περιθλώμενων τοπικά παραγόμενων κυμάτων επιφανείας στη σεισμική κίνηση είναι σημαντική σε όλη την έκταση της λεκάνης. Η επιπλέον αυτή ενίσχυση λόγω των κυμάτων επιφανείας που γεννιούνται εξαιτίας της ευρύτερης γεωλογίας, δεν συνυπολογίζεται στις D θεωρητικές αναλύσεις απόκρισης. 6.39

215 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΤΗ ΜΥΓΔΟΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Σχήμα Πάνω: τιμές συχνότητας συντονισμού θεωρητικών (σημεία) και ενόργανων προσομοιώσεων (ισοκαμπύλες) σε πλήθος θέσεων διασκόπησης της Μυγδονίας λεκάνης. Για τις θέσεις διασκόπησης χρησιμοποιείται η ίδια χρωματική απεικόνιση με το Σχήμα 6.7. Κάτω: Ισοβαθείς καμπύλες (σε m) της γεωμετρίας του αλπικού υποβάθρου της 6.40