Εκτεταµένη Περίληψη H περιοχή μελέτης εντοπίζεται στο κεντρικό τμήμα της Αττικής και καλύπτει τον ευρύτερο χώρο του Λεκανοπεδίου Αθηνών και του Θριάσιου Πεδίου, καθώς και τους ορεινούς όγκους που τον οριοθετούν. H υπό εξέταση περιοχή συνιστά έναν περίπλοκο γεωτεκτονικά χώρο, αφ ενός μεν λόγω της σύνθετης γεωλογικής του δομής και του πολυτεμαχισμού του, αφ ετέρου εξ αιτίας της κάλυψης σημαντικού τμήματος της επιφάνειας από σύγχρονες μεταλπικές αποθέσεις, δυσχεραίνοντας πολλές φορές την άμεση γεωλογική παρατήρηση. H περιορισμένη σεισμική δραστηριότητα της περιοχής είχε ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση του ενεργού της τεκτονισμού, γεγονός που με την σειρά της οδήγησε σε ελλειπή ενόργανη παρακολούθηση. Στόχος της παρούσας διατριβής υπήρξε ο ποσοτικός προσδιορισμός της τεκτονικής παραμόρφωσης του ευρύτερου χώρου των Αθηνών, με την εφαρμογή δορυφορικών τεχνικών, προκειμένου να αποκτηθεί πληρέστερη εικόνα του σύγχρονου γεωδυναμικού καθεστώτος. H προσπάθεια περιλάμβανε την διερεύνηση σε καθαρά τοπικό επίπεδο των επιφανειακών μικρο-μετακινήσεων και κατ επέκταση της παραμόρφωσης, βάσει διαφορικών μετρήσεων GPS καθώς και με την εφαρμογή τεχνικών Διαφορικής Συμβολομετρίας Ραντάρ (DInSAR). Βάσει των παρατηρήσεων DGPS επιλύονται με ακρίβεια οι οριζόντιες συνιστώσες της κίνησης, ενώ οι μετρήσεις DInSAR εκφράζουν την παραμόρφωση στη διεύθυνση παρατήρησης του δορυφόρου, η οποία με την σειρά της αποδίδει κυρίως τις μεταβολές της επιφάνειας στην κατακόρυφη διάσταση. Στα πλαίσια της διατριβής ιδρύθηκε το Γεωδαιτικό Δίκτυο Περιοχής Αθηνών (Athens Geodetic Network AGNET). Ο σχεδιασμός του δικτύου σύμφωνα με τον υφιστάμενο ρηξιγενή ιστό της περιοχής και σε συνδυασμό με τις λεπτομερώς επιλεγμένες θέσεις εγκατάστασης των σταθμών, προσανατολίζεται κυρίως στην παρακολούθηση τοπικού χαρακτήρα τεκτονικών κινήσεων. Ο ελάχιστος αριθμός των 28 μόνιμων σταθμών επιβλήθηκε έμμεσα από την ίδια την πολυπλοκότητα του χώρου. Στο δίκτυο συμπεριλήφθηκαν βάσει της γειτνίασής τους με την περιοχή ενδιαφέροντος ο σταθμός CG58 (Ε.Μ.Π.) καθώς και 16 βάθρα του Κρατικού Τριγωνομετρικού Δικτύου, ενώ αναπόσπαστο τμήμα του δύνανται να θεωρηθούν οι σταθμοί συνεχούς καταγραφής NOA1 (Ε.Α.Α.), METO (METRICA Α.Ε.) και UoA1 (Ε.Κ.Π.Α.) που λειτουργούν στην περιοχή. Της ίδρυσης και της πρώτης μέτρησης του τοπικού δικτύου το 2005, ακολούθησαν ετήσιες επαναμετρήσεις (έως το 2007), ενώ συμπληρωματικές μετρήσεις σε επιλεγμένους σταθμούς έλαβαν χώρα το 2008. Κατά την διάρκεια της πρώτης εποχής παρατήρησης έλαβε χώρα και η μέτρηση των τριγωνομετρικών βάθρων του Κ.Τ.Δ., ενώ η επαναμέτρησή τους πραγματοποιήθηκε την εποχή 2008.62. Ενδιάμεσα των βασικών επαναμετρήσεων διεξάχθηκαν επί πλέον παρατηρήσεις, προκειμένου να εμπλουτισθούν τα υπάρχοντα δεδομένα (εποχή 2006.96). Το σύστημα αναφοράς υλοποιήθηκε από τις συντεταγμένες και τις ταχύτητες του σταθμού συνεχούς καταγραφής του Διονύσου (DION G) του Κέντρου Δορυφόρων Διονύσου του Ε.Μ.Π. στο ITRF2000. Σε ότι αφορά τα δεδομένα Ραντάρ επιλέχθηκαν συνολικά 53 απεικονίσεις των δορυφορικών συστημάτων ERS και ENVISAT του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, για το χρονικό διάστημα 1992-2004 (~11,7 yr) και 2002-2007 (~4,8 yr), αντιστοίχως, λαμβάνοντας σημαντικό μέρος των διαθέσιμων εικόνων αρχείου των επιλεγμένων τροχιών. Του καθορισμού των βέλτιστων παραμέτρων, ακολούθησε η αυτοματοποίηση των επί μέρους σταδίων επεξεργασίας για την παραγωγή του συνόλου των εφικτών συμβολομετρικών ζευγών. Συνολικά παρήχθησαν 613 διαφορικά συμβολογραφήματα μεταξύ απεικονίσεων του ίδιου δορυφορικού συστήματος, εκ των οποίων τα 231 αφορούσαν την i
περίοδο προγενέστερα του σεισμού των Αθηνών, 267 συν-σεισμικά διαφορικά συμβολογραφήματα και 115 την περίοδο μεταγενέστερα του σεισμού. H προσπάθεια παραγωγής διαφορικών συμβολογραφημάτων μεταξύ των συστημάτων ERS-ENVISAT δεν υπήρξε εφικτή, γεγονός που σε συνδυασμό με προβλήματα σε SAR απεικονίσεις του συστήματος ERS ληφθέντων μεταγενέστερων του 2002, είχε ως αποτέλεσμα την αδυναμία εξέτασης των διαφορικών επιφανειακών κινήσεων για το διάστημα 2000-2002. Εκ του συνόλου των παραχθέντων διαφορικών συμβολογραφημάτων αξιοποιήθηκαν αποκλειστικά εκείνα με εγκάρσιο άνυσμα βάσης Β 200 m. Κατά αντιστοιχία των παρατηρήσεων DGPS, η λήψη της αναφοράς σε περιοχή εμφάνισης του αυτόχθονου αλπικού υποβάθρου εξυπηρετεί άμεσα τους στόχους της διατριβής, ενώ διασφαλίζει την συμβατότητα μεταξύ των επί μέρους τεχνικών. Στην προκειμένη περίπτωση λήφθηκαν υπ όψιν τα διαχρονικά υψηλά επίπεδα συνάφειας, ενώ περιοριστικό παράγοντα αποτέλεσε η παρουσία αναγλύφου. Ως καταλληλότερη κρίθηκε η περιοχής της Πανεπιστημιούπολης στους δυτικούς πρόποδες του Υμηττού, θέση όπου είναι εγκατεστημένος και σταθμός συνεχούς καταγραφής GPS (UoA1). Δεδομένης της παρουσίας χρονικής ασυνέχειας με την εκδήλωση του σεισμού των Αθηνών την 7η Σεπτεμβρίου 1999, θεωρήθηκε σκόπιμος, κατά την εξέταση της διαχρονικής συνιστώσας της παραμόρφωσης, ο διαχωρισμός του υπό εξέταση χρονικού διαστήματος σε επί μέρους περιόδους, προγενέστερα και μεταγενέστερα του σεισμικού γεγονότος. Στην προκειμένη περίπτωση η ανάλυση περιλάμβανε τόσο παρατηρήσεις DGPS, όσο και την εφαρμογή της τεχνικής Σώρευσης Διαφορικών Συμβολογραφημάτων. H αναλυτική μελέτη της ίδιας της σεισμικής ακολουθίας και των επακόλουθων προ-, συν- και μετασεισμικού επιφανειακών παραμορφώσεων πραγματοποιείται χωριστά, βάσει αποκλειστικά συμβατικών παρατηρήσεων DInSAR. H αδυναμίας ακριβούς προσδιορισμού των κατακόρυφων μικρο-μετακινήσεων των σταθμών του γεωδαιτικού δικτύου, δεν επέτρεψε την σύγκριση των παρατηρήσεων DGPS με εκείνα της Σώρευσης. Στην περίπτωση του σεισμού των Αθηνών η αναγνώριση ενδεχόμενων προσεισμικών παραμορφώσεων στην επιφάνεια μέσω των παρατηρήσεων DInSAR δεν υπήρξε εφικτή. Σημαντικές ωστόσο πληροφορίες προέκυψαν κατά την εξέταση του συν-σεισμικού πεδίου επιφανειακής παραμόρφωσης. H μορφή του με δύο ανεξάρτητα κέντρα παραμόρφωσης υποδηλώνει την ενεργοποίηση εκτός της κύριας και δευτερεύουσας ρηξιγενούς δομής ανατολικά της επικεντρικής περιοχής. H χωρική συνέχεια των κροσσών συμβολής επιβεβαιώνει την διακοπή της διάδοσης αμφότερων των διαρρήξεων προς την επιφάνεια. Σε απόσταση μόλις 1,7 km ΝΑ του επικέντρου του κύριου σεισμού εντός του Θριασίου Πεδίου εντοπίζεται η περιοχή μέγιστης συν-σεισμικής παραμόρφωση που αντιστοιχεί σε 74 mm (~2,5 κροσσούς συμβολής) καθοδικής κίνησης της επιφάνειας. Εξετάζοντας συν-σεισμικά διαφορικά συμβολογραφήματα διαφορετικής χρονικής κάλυψης της μετασεισμικής περιόδου, επετράπη η αναγνώριση μέρους της μετασεισμικής επιφανειακής παραμόρφωσης, η οποία εκτιμάται σε τουλάχιστον 29 mm για το διάστημα Σεπτεμβρίος 1999 Δεκέμβριος 1999 (~2,9 μήνες). Στο παραπάνω μέγεθος οφείλει να προστεθεί η παραμόρφωση των πρώτων ημερών της μετασεισμικής ακολουθίας, της οποίας ο υπολογισμός βάσει των διαθέσιμων SAR δεδομένων δεν υπήρξε εφικτός. H αύξηση της παρατηρούμενης επιφανειακής παραμόρφωσης κατά την εξέλιξη της μετασεισμικής ακολουθίας συνοδεύεται από επέκταση του πεδίου προς τα ανατολικά, αυξάνοντας σταδιακά την ελλειπτικότητά του σε διεύθυνση σχεδόν Α-Δ, με ταυτόχρονη απόκτηση χαρακτηριστικής ασυμμετρίας. Αντίστοιχη είναι η τάση μετακίνησης προς τα ΝΑ της περιοχής μέγιστων παραμορφώσεων, υπογραμμίζοντας την κατευθυντικότητα του φαινομένου. ii
Σε ότι αφορά την διαχρονική συνιστώσα της παραμόρφωσης, η κινηματική του χώρου αρχίζει να διαφαίνεται εξετάζοντας τις μικρο-μετακινήσεις του γεωδαιτικού δικτύου για χρονικά διαστήματα μεγαλύτερα των δύο ετών, με την σύγκριση των ετήσιων επαναμετρήσεων να εμφανίζουν μια γενικότερη τάση υπερεκτίμησης των κινήσεων, χωρίς να είναι ταυτόχρονα αντιπροσωπευτικές του υφιστάμενου τεκτονικού καθεστώτος. Οι παρατηρούμενες μικρο-μετακινήσεις στα τριγωνομετρικά βάθρα επιβεβαιώνουν τις αντίστοιχες κινήσεις των γειτονικών τους σταθμών του δικτύου AGNET. H εξέταση του πεδίου των ταχυτήτων, βάσει του συνόλου των παρατηρήσεων, έλαβε χώρα αρχικά ως προς τον Κόσμο (ITRF2000) και την Ευρώπη (ETRF2000), με σκοπό την αναγνώριση των μεγάλης κλίμακας διαφοροποιήσεων του χώρου και εν συνεχεία ως προς τον τοπικό σταθμό αναφοράς DION, για την εξέταση των τοπικού χαρακτήρα σχετικών κινήσεων εντός της υπό μελέτη περιοχής. Το κινηματικό πλαίσιο χαρακτηρίζεται από την κυρίαρχη προς βορρά συνιστώσα κίνησης των περιοχών στο βόρειο τμήμα του δικτύου και συγκεκριμένα της Πάρνηθας, των Άνω Λιοσίων, της Κηφισιάς και του βόρειου τμήματος του Λεκανοπεδίου Αθηνών, αλλά και την προς τα δυτικά συνιστώσα στην ευρύτερη περιοχή του Θριασίου Πεδίου. Αναγνωρίζονται περιοχές με αξιόλογες κινήσεις. Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις DGPS και Σώρευσης, στον ευρύτερο χώρο εκδήλωσης του σεισμού των Αθηνών εξακολουθούν να παρατηρούνται οι υψηλότεροι ρυθμοί τεκτονικής παραμόρφωσης. Οι σημαντικότερες από άποψης μεγέθους οριζόντιες ταχύτητες ως προς Διόνυσο (6-10 mm/yr), βάσει παρατηρήσεων DGPS, παρατηρούνται στο ορεινό συγκρότημα της Πάρνηθας, στο Θριάσιο Πεδίο αλλά και στο βόρειο τμήμα της λεκάνης των Αθηνών. Στους υπόλοιπους χώρους, εκτός ορισμένων τοπικού χαρακτήρα διαφοροποιήσεων, παρατηρούνται αρκετά χαμηλότερες ταχύτητες, όντας πρακτικά αμελητέες στους ορεινούς όγκους του Υμηττού και της Πεντέλης. Χαμηλότεροι εμφανίζονται οι ρυθμοί κίνησης στην κατακόρυφη συνιστώσα μεταξύ των επί μέρους περιοχών εμφάνισης του αλπικού υποβάθρου, σύμφωνα με τα αποτελέσματα Σώρευσης, με χαρακτηριστικές τις ανυψωτικές τάσεις στον ευρύτερο χώρο της Πάρνηθας, ιδιαίτερα στο ΒΑ της τμήμα (έως περίπου 2,5 mm/yr) αλλά και τις καθοδικές κινήσεις του ΝΑ της περιθωρίου με κατά μέσο όρο 1,7 mm/yr. Το εντατικό πεδίο όπως αυτό εκφράζεται από τον ενιαίο τανυστή παραμόρφωσης βάσει των γεωδαιτικών παρατηρήσεων (οριζόντιες ταχύτητες GPS) για το διάστημα 2005-2008, αποδίδει σε σημαντικό βαθμό το κινηματικό πλαίσιο του ευρύτερου χώρου, με εφελκυσμό σε ΒΒΔ-ΝΝΑ διεύθυνση (Β 353 ). Σε τοπικό επίπεδο η κινηματική εικόνα της περιοχής καθορίζεται από τον κυρίαρχο ΒΒΑ-ΝΝΔ εφελκυσμού στο χώρο του Θριασίου, σχεδόν εγκάρσιος στο μέτωπο του ορεινού όγκου της Πάρνηθας, όπου παρατηρούνται οι υψηλότεροι ρυθμοί εφελκυστικών τάσεων (1,68 ±0,02 μstrain/yr), καθώς και του ΒΒΔ-ΝΝΑ εφελκυσμού του βόρειου τμήματος της Λεκάνης Αθηνών. Καθεστώς συμπίεσης ΔΒΔ- ΑΝΑ προσανατολισμού, μικρότερης τάξης μεγέθους (-0,49 ±0,06 μstrain/yr) των αντίστοιχων εφελκυστικών τάσεων, παρατηρείται στο ΝΑ τμήμα του λεκανοπεδίου. Οι παρατηρούμενες συμπιεστικές τάσεις δεν αποδίδονται σε παραμόρφωση μεταξύ του αμεταμόρφωτου και μεταμορφωμένου αλπικού υποβάθρου, αλλά μεταξύ των γεωδαιτικών σταθμών στον κεντρικό άξονα της Λεκάνης Αθηνών και εκείνων επί του ορεινού όγκου του Υμηττού, με ρυθμούς της τάξεως του 1,0 mm/yr. Χαρακτηριστική είναι η συμμετοχή των διατμητικών τάσεων, με τις υψηλότερες τιμές ολικής διάτμησης (1,05 ±0,01 μstrain/yr) να λαμβάνουν χώρα στα ανατολικά περιθώρια του ορεινού συγκροτήματος της Πάρνηθας και στη περιοχή συμβολής του με το Όρος Ποικίλο. Αντίστοιχη είναι η εικόνα κατά την εξέταση της κινηματικής της Ρηξιγενούς Ζώνης Θριασίου βάσει των παρατηρήσεων DGPS, με σταδιακή δεξιόστροφη μεταβολή του προσανατολισμού του κύριου άξονα εφελκυσμού (κατά ~8 ) και αύξηση των διατμητικών τάσεων μεταβαίνοντες προς τα ανατολικά. iii
Οι υψηλότεροι ρυθμοί συσσώρευσης τεκτονικών τάσεων περιορίζονται εντός του καλύμματος των αμεταμόρφωτων αλπικών σχηματισμών και ιδιαίτερα στην περιοχή της Πάρνηθας και του Θριασίου Πεδίου, όπου η παρουσία ασυνεχειών του πεδίου μικρο-μετακινήσεων εκφράζει έμμεσα τη επίδραση του σύγχρονου ρηγματογόνου τεκτονισμού. Στους παραπάνω χώρους το κύριο μέρος των παρατηρούμενων τεκτονικών παραμορφώσεων φαίνεται να ελέγχεται από ρηξιγενείς ζώνες διεύθυνσης ΔΒΔ-ΑΝΑ, οι οποίες καθορίζουν και τα όρια των ενεργών ρηξιτεμαχών της περιοχής. Σύμφωνα με τις εκτιμώμενες εφελκυστικές τάσεις στις επί μέρους ρηξιγενείς ζώνες βάσει του πεδίου οριζόντιων ταχυτήτων GPS, αλλά και των σχετικών κινήσεων μεταξύ των επί μέρους ρηξιτεμαχών στην κατακόρυφη συνιστώσα, σύμφωνα με τα αποτελέσματα Σώρευσης, τις σχετικά πιο ενεργές ρηξιγενής ζώνες αποτελούν εκείνες του Θριασίου και της Φυλής, με σημαντικό μέρος της παραμόρφωσης να φιλοξενείται και από άλλες παρ όμοιου κυρίως προσανατολισμού ρηξιγενείς δομές. Εξαίρεση αποτελούν οι περιθωριακές ζώνες της Ανατολικής Πάρνηθας και του Δυτικού Ποικίλου, ΒΒΑ-ΝΝΑ προσανατολισμού, κατά μήκος των οποίων φαίνεται να συσσωρεύετε μέρος των παραμορφώσεων, οριοθετώντας ταυτόχρονα προς τα ανατολικά τους χώρους με τους υψηλότερους ρυθμούς παραμόρφωσης. Στο ανατολικό περιθώριο της περιοχής μελέτης χαρακτηριστική είναι η ενιαία συμπεριφορά της συνολικής μάζας του μεταμορφωμένου αλπικού υποβάθρου, με περιορισμένες χωρικές διακυμάνσεις τόσο σε ότι αφορά τις οριζόντιες, όσο και τις κατακόρυφες μικρο-μετακινήσεις. Ο συνεχής χωρικός χαρακτήρας των αποτελεσμάτων Σώρευσης επέτρεψε την αναγνώριση μη τεκτονικής φύσεως επιφανειακών παραμορφώσεων, στην πλειονότητά τους καθιζήσεις, εντός των μεταλπικών λεκανών, όπου απαντούν σχετικά σύγχρονες αποθέσεις. Αντίστοιχου χαρακτήρα κινήσεις επί των ορεινών όγκων λαμβάνουν καθαρά τοπικό χαρακτήρα και σχετίζονται κυρίως με φαινόμενα αστάθειας των εδαφών. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η ενίσχυση των παρατηρούμενων καθιζήσεων στις αρχές της δεκαετίας του 1990 σχεδόν στο σύνολο του λεκανοπεδίου. Σε ορισμένες περιοχές προηγούμενων έντονων καθιζήσεων (Νέα Κηφισιά και Εκάλη) παρατηρούνται πλέον ανυψωτικού χαρακτήρα κινήσεις. H έκταση και τα μεγέθη των σύγχρονων επιφανειακών καθιζήσεων δεν θεωρούνται κρίσιμα (<2,0-3,0 mm/yr), εκτός ορισμένων τοπικών εξαιρέσεων κυρίως στο ΝΑ τμήμα του λεκανοπεδίου, με χαρακτηριστική την περίπτωση του Μοσχάτου, όπου εξακολουθούν να παρατηρούνται υψηλότεροι ρυθμοί καθίζησης. iv
Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω αρχικά την τριμελή μου επιτροπή, και ιδιαίτερα τον επιβλέποντα Καθηγητή Ευάγγελο Λάγιο για την άρτια επίβλεψη της διατριβής, την επιστημονική συγκρότηση και μεθοδικότητα που προσπάθησε να μου εμφυσήσει καθώς και την όλη καθοδήγηση και στήριξη τόσο σε επιστημονικό όσο και σε προσωπικό επίπεδο. Τον Αναπληρωτή Καθηγητή Ιωάννη Φουντούλη για τις ατελείωτες συζητήσεις και την συνεχή διαθεσιμότητα και βοήθεια σε όλα της τα στάδια, καθώς και τον Αναπληρωτή Καθηγητή Νικόλαο Βούλγαρη για την συμβολή του στα σεισμολογικά θέματα και τις πρόσφορες ιδέες του. Τον Επίκουρο Καθηγητή Ισαάκ Παρχαρίδη για την άτυπη επίβλεψη σε θέματα Συμβολομετρίας Ραντάρ, χωρίς την συμβολή του οποίου η διατριβή δεν θα λάμβανε την παρούσα της μορφή. Τους Καθηγητές Δημήτριο Παπανικολάου και Ευθύμιο Λέκκα για την συνεισφορά τους στο στάδιο ερμηνείας των αποτελεσμάτων και απόκτησης σφαιρικής αντίληψης του προβλήματος. Τον Δρ. Βασίλη Σακκά για την συνολική του βοήθεια, καθοδήγηση και συναδελφικότητα. Τον Καθηγητή Δημήτριο Παραδείση για τις δημιουργικές συζητήσεις και την συμβολή του στην κατανόηση γεωδαιτικών θεμάτων. Τους Δρ. Ιορδάνη Γαλάνη και Αγγελική Μαρίνου για την βοήθεια τους στην επίλυση πρακτικών γεωδαιτικών προβλημάτων και την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. H ολοκλήρωση της παρούσας διατριβής δεν θα ήταν εφικτή χωρίς τη βοήθεια κατά τη διάρκεια των παρατηρήσεων υπαίθρου ορισμένων συναδέλφων και φίλων, Γ. Καπλανίδη, Α. Ρούτη, I. Bouazza, Χ. Φίλη, Ν. Καραλέμα, Λ. Γουλιώτη, Ε. Παπαγεωργίου, Κ. Χουσιανίτη, Κ. Βλάχου και Θ. Χατούπη τους οποίους και ευχαριστώ βαθύτατα. Οφείλω τέλος τα μέγιστα στην μητέρα μου για την διαχρονική της στήριξη. H παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος ενίσχυσης ερευνητικού δυναμικού ΠΕΝΕΔ 2003, το οποίο συγχρηματοδοτείται (i) από την Ευρωπαϊκή Ένωση (75%), (ii) την Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας του Υπουργείου Ανάπτυξης της Ελληνικής Δημοκρατίας (25%) και (iii) από τον Ιδιωτικό Τομέα TerraMentor EOOS, στα πλαίσια του Μέτρου 8.3 του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα Γ Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης. v
Γεωγραφική Τοποθέτηση Η περιοχή μελέτης εντοπίζεται στο κεντρικό τμήμα της Αττικής *, καλύπτοντας ουσιαστικά την ευρύτερη περιοχή του Λεκανοπεδίου Αθηνών και του Θριάσιου Πεδίου, συμπεριλαμβανομένων των ορεινών όγκων που την οριοθετούν. Το Λεκανοπέδιο Αθηνών αποτελεί μια χαμηλού υψομέτρου (~400 m) επιμήκη λεκάνη ΒΑ-ΝΔ διεύθυνσης, έκτασης περίπου 537 km 2, με μήκος και πλάτος 28 km και 16 km αντιστοίχως. Ορίζεται από τα όρη Πάρνηθα (1413 m) προς τα ΒΒΔ, Πεντέλη (1108 m) προς τα ΒΑ, Υμηττό (1027 m) προς τα ανατολικά και Αιγάλεω (468 m) μαζί με την προς Βορρά προέκτασή του (Ποικίλο όρος) προς τα δυτικά, ενώ προς τα νοτιοδυτικά ανοίγεται στον Σαρωνικό Κόλπο. Στο εσωτερικό του λεκανοπέδιου και κατά μήκος του κεντρικού του άξονα αναπτύσσεται μια διακοπτόμενη σειρά από λόφους, που αποτελείται από ΒΑ προς τα ΝΔ από τους λόφους των Τουρκοβουνίων και Γαλατσίου (338 m), το Λυκαβηττό (277 m), την Ακρόπολη (156 m), τον Άρειο Πάγο (115 m), το λόφο των Νυμφών (104 m), την Πνύκα (109 m), το Φιλοπάππου (147 m) και τον Αγοραίο Κολωνό (68 m). Εντός του λεκανοπεδίου απαντούν αρκετοί μικρότεροι λόφοι και γήλοφοι, οι σπουδαιότεροι εκ των οποίων στο μεν ανατολικό τμήμα ο λόφος του Αρδηττού (133 m) και ο λόφος της Σικελίας (78 m), στο δε δυτικό τμήμα ο λόφος του Στρέφη (163 m), ο λόφος Σκουζέ (67 m) και στον Πειραιά οι λόφοι της Καστέλας (87 m) και της Πειραϊκής (48 m). Στα ανατολικά του Λεκανοπέδιου Αθηνών εκτείνεται η λεκάνη των Μεσογείων, ενώ στα δυτικά το Θριάσιο Πεδίο, το οποίο προς Βορρά οριοθετείτε από την Πάρνηθα. Το Θριάσιο Πεδίο διαθέτει σχεδόν παραλληλόγραμμο σχήμα και καταλαμβάνει έκταση περίπου 78 km 2. Στο ανατολικό του περιθώριο και παράλληλα με την διεύθυνση του Αιγάλεω και του Ποικίλου Όρους, αναπτύσσεται μια λοφοσειρά που περιλαμβάνει τους λόφους Σκαλιστήρι (221 m), Κάστρο Ζάστανη (181 m) και Μυτούλα (102 m). Από άποψη μορφολογικών κλίσεων το κεντρικό τμήμα του λεκανοπεδίου, με εξαίρεση τους λόφους που αναπτύσσονται στο εσωτερικό του, καθώς και η λεκάνη του Θριάσιου, παρουσιάζουν ήπιες μορφολογικές κλίσεις που κυμαίνονται από 1,5-6,5%. Τις εντονότερες διακυμάνσεις παρουσιάζει η Πάρνηθα με τιμές που φτάνουν το 75% στα ΝΔ πρανή της, όντας οι υψηλότερες τιμές στην ευρύτερη περιοχή και σηματοδοτώντας την παρουσία εκτεταμένων φαινόμενων κατά βάθος διάβρωσης. Αντίθετα στο ΒΑ τμήμα του ορεινού όγκου παρατηρούνται σχετικά πιο ήπιες μορφολογικές κλίσεις που κυμαίνονται από 22-28%. Σημαντική διαβάθμιση των κλίσεων από 7% έως και 24% εμφανίζει το Πεντελικό Όρος, με σταδιακή μείωση καθώς εισερχόμαστε στο εσωτερικό του λεκανοπεδίου. Τα πρανή στο όρος Υμηττός παρουσιάζουν σχεδόν σταθερές μορφολογικές κλίσεις που κυμαίνονται από 23-25%. Εντός του λεκανοπεδίου απουσιάζουν ποτάμια με την έννοια της συνεχούς ροής, με το σύνολό τους να αποτελούν χείμαρρους που παρουσιάζουν εποχιακή ροή κυρίως μετά από περιόδους έντονων βροχοπτώσεων, εκ των οποίων τα περισσότερα είναι εγκιβωτισμένα και ακολουθούν πλέον τεχνητά διαμορφωμένες κοίτες (Παπαπέτρου-Ζαμάνη et al., 1989; Gournelos & Maroukian, 1990; Παυλόπουλος, 1997). Το μεγαλύτερο μέρος του λεκανοπεδίου αποστραγγίζεται από τη λεκάνη απορροής του Κηφισού Ποταμού στα δυτικά καθώς και από εκείνη του Ιλισού στα ανατολικά. Ο μεν Κηφισός ακολουθεί μια διεύθυνση παράλληλη με εκείνη του λεκανοπεδίου, ο δε Ιλισός διασχίζει τις πλαγιές του Υμηττού, * Η αρχαία ονομασία της Αττικής ήταν Ακτή, που αργότερα έγινε Ακτική ή και Ακταία, μετά Ατθίδα και τέλος Αττική (Νέζης, 2002). vi
εκβάλλοντας αμφότεροι στο Φαληρικό Όρμο (Παυλόπουλος et al., 2005). Στην περιοχή του Οριάσιου εντοπίζεται ο Οριάσιος Κηφισός ή Σαρανταπόταμος στα δυτικά και ο Γιαννούλας Ποταμός στα ανατολικά, που αποστραγγίζουν σημαντική έκταση της Πάρνηθας και των δυτικότερων ορεινών όγκων και εκβάλλουν γειτονικά της Ελευσίνας και της παραλίας Ασπροπύργου, αντιστοίχως. Η αναγνώρισης της φυσικής ροής των ποτάμιων συστημάτων δεν είναι πάντα εφικτή, ιδιαίτερα εντός της αστικής περιοχής των Αθηνών, λόγω των εκτεταμένων ανθρωπογενών παρεμβάσεων (διευθετήσεις και καλύψεις ρεμάτων, ανοικοδόμηση, κατασκευή οδικών αρτηριών, κ.ο.κ.). Γεωγραφική θέση περιοχής μελέτης (γραμμοσκιασμένη περιοχή). Απεικονίζονται τα επί μέρους φύλλα χαρτών της Γ.Υ.Σ. (μαύρο περιθώριο) που καλύπτουν την περιοχή ενδιαφέροντος, καθώς επίσης και τα όρια των δορυφορικών απεικονίσεων Ραντάρ (κόκκινο περιθώριο) που χρησιμοποιήθηκαν στην διατριβή (οι κωδικοί αντιστοιχούν στις τροχιές των λήψεων). Η αστική περιοχή εντός του λεκανοπεδίου αγγίζει το 62%, εκ των οποίων το 35% αντιστοιχεί σε δομημένες εκτάσεις σε ποσοστό 80-100%, ενώ το υπόλοιπο 27% συνιστά περιοχές αραιής δόμησης με ακάλυπτες περιοχές και αστικό πράσινο (Αντωνίου, 2000). Την πυκνότερη δόμηση εμφανίζουν οι περιοχές του Κέντρου, του Χαϊδαρίου, της N. Σμύρνης και της Ηλιούπολης με ποσοστό που κυμαίνεται από 60 έως και 85% καθώς και οι παράκτιες περιοχές του Πειραιά και του Φαλήρου με ποσοστό περίπου στο 89%. Στην περιοχή του Οριάσιου Πεδίου τα σημαντικότερα οικιστικά κέντρα αποτελούν η Ελευσίνα, ο Ασπρόπυργος, η Μάνδρα και η Μαγούλα. Σύμφωνα με μελέτη που αφορά την επέκταση του αστικού ιστού από το 1875 έως το 1995 (Μαλούτας, 2000), οι περιοχές του Κέντρου, του Πειραιά, της Καστέλας, της Κηφισιάς, του Αμαρουσίου καθώς και των Αχαρνών, συνιστούν τα παλαιότερα οικιστικά κέντρα του Λεκανοπεδίου Αθηνών. Αντιστοίχως, εντός του Οριάσιου Πεδίου παλαιά αστικά κέντρα αποτελούν η Ελευσίνα και ο Ασπρόπυργος, ενώ στην περιοχή των Μεσόγειων το Κορωπί. vii
Σκοπός Μεθοδολογία Η ευρύτερη περιοχή των Αθηνών συνιστά έναν περίπλοκο γεωτεκτονικά χώρο, αφ ενός μεν λόγω της γεωλογικής του δομής και του πολυτεμαχισμού του, αφ ετέρου εξαιτίας της κάλυψης σημαντικού τμήματος της περιοχής από σύγχρονες μεταλπικές αποθέσεις, δυσχεραίνοντας την δυνατότητα άμεσης γεωλογικής παρατήρησης. Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής υπήρξε ο ποσοτικός προσδιορισμός της τεκτονικής παραμόρφωσης του ευρύτερου χώρου των Αθηνών, προκειμένου να αποκτηθεί πληρέστερη εικόνα του σύγχρονου γεωδυναμικού καθεστώτος της περιοχής. Παρά το γεγονός ότι το γενικότερο εντατικό πεδίο του χώρου έχει επιτυχώς προσδιορισθεί στο παρελθόν βάσει γεωλογικών, σεισμολογικών και ευρείας κλίμακας γεωδαιτικών παρατηρήσεων, απουσιάζει η πλήρης περιγραφή των τοπικού χαρακτήρα σχετικών τεκτονικών μικρο-μετακινήσεων καθώς και των χωρικών μεταβολών του πεδίου των τάσεων, παραμέτρους στις οποίες επικεντρώθηκε η παρούσα διατριβή. Η οριοθέτηση των επί μέρους ρηξιτεμαχών και ο ακριβής ποσοτικός προσδιορισμός των σχετικών τους κινήσεων, η εκτίμηση του βαθμού δραστηριότητας των υφιστάμενων ρηξιγενών ζωνών καθώς και η αναγνώριση ενδεχόμενων καλυμμένων ενεργών δομών εντός του οικιστικού συγκροτήματος της πρωτευούσης, αποτέλεσαν συμπληρωματικούς στόχους της διατριβής. Προς αυτή την κατεύθυνση εφαρμόστηκαν οι καθιερωμένες και ευρέως χρησιμοποιούμενες δορυφορικές τεχνικές των διαφορικών GPS (DGPS) και της Διαφορικής Συμβολομετρίας Ραντάρ (DInSAR), που επιτρέπουν την αναγνώριση και υπολογισμό, με ακρίβεια της τάξης των μερικών χιλιοστών ανά έτος, μικρο-μετακινήσεων της επιφάνειας του εδάφους. Η συμπληρωματική φύση των τεχνικών ως προς την ακρίβεια καταγραφής συγκεκριμένων συνιστωσών του πεδίου παραμόρφωσης, καθιστά πλέον απαραίτητη την παράλληλη εφαρμογή τους, ιδιαίτερα σε χώρους ασθενούς σχετικά τεκτονικής δραστηριότητας. Εξετάζεται επίσης η δυνατότητα σύγκρισης των αποτελεσμάτων των επί μέρους τεχνικών, με σκοπό την τεκμηρίωση της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων, λαμβάνοντας υπ όψιν φυσικά περιορισμούς που επιβάλλει η φύση των τεχνικών και το βραχύ χρονικό εύρος των παρατηρήσεων. Επί μέρους περίοδοι εξέτασης της επιφανειακής παραμόρφωσης στην περιοχή μελέτης, βάσει μετρήσεων DGPS και DInSAR, σε σχέση με τον σεισμό των Αθηνών (7η Σεπτεμβρίου 1999). Η διαγραμμισμένη περιοχή αναφέρεται σε χρονικό διάστημα όπου δεν υπήρξε εφικτή η παρατήρηση. viii
Δεδομένης της παρουσίας χρονικής ασυνέχειας στο πεδίο των μικρο-μετακινήσεων, με την εκδήλωση του σεισμού των Αθηνών (7η Σεπτεμβρίου 1999), θεωρήθηκε σκόπιμος για την επιτυχή εξέταση της διαχρονικής συνιστώσας της παραμόρφωσης ο διαχωρισμός του υπό εξέταση χρονικού διαστήματος σε επί μέρους περιόδους, προγενέστερα και μεταγενέστερα του σεισμικού γεγονότος. Στην προκειμένη περίπτωση η ανάλυση περιλάμβανε τόσο παρατηρήσεις DGPS, όσο και την εφαρμογή της τεχνικής Σώρευσης Διαφορικών Συμβολογραφημάτων. H αναλυτική μελέτη της ίδιας της σεισμικής ακολουθίας και των επακόλουθων προ-, συν- και μετασεισμικών επιφανειακών παραμορφώσεων πραγματοποιείται χωριστά, βάσει αποκλειστικά συμβατικών παρατηρήσεων DInSAR. ix
Διάρθρωση Διατριβής Το γεωδυναμικό καθεστώς της Αττικής όπως αυτό εντάσσεται στο ευρύτερο σεισμοτεκτονικό πλαίσιο του Ελληνικού Τόξου και της Μεσογείου εξετάζεται στο Κεφάλαιο 1, ενώ περιγράφονται λεπτομερώς τα γεωλογικά και τεκτονικά χαρακτηριστικά του υπό εξέταση χώρου. Δίνονται επίσης στοιχεία της σεισμικότητας της περιοχής καθώς και αναλυτικές αναφορές για το σεισμό των Αθηνών και την μετασεισμική του ακολουθία. Στο Κεφάλαιο 2 πραγματοποιείται μια γενική επισκόπηση των βασικών εννοιών και περιγραφή σε θεωρητικό επίπεδο των τεχνικών που εφαρμόστηκαν αλλά και των επί μέρους προσεγγίσεων και αλγόριθμων επεξεργασίας. Περιγραφή του ιδρυθέντος γεωδαιτικού δικτύου GPS, των κριτηρίων και περιορισμών εγκατάστασης των μόνιμων σταθμών και της ενσωμάτωσης βάθρων του Κρατικού Τριγωνομετρικού Δικτύου λαμβάνει χώρα στο Κεφάλαιο 3. Ακολουθεί λεπτομερής αναφορά της στρατηγικής και εκτέλεσης των μετρήσεων υπαίθρου, την επεξεργασίας των παρατηρήσεων και των αποτελεσμάτων σε ότι αφορά το πεδίο των μικρο-μετακινήσεων. H αξιοποίηση των κινηματικών γεωδαιτικών δεδομένων GPS στην δυναμική ανάλυση και προσδιορισμό του εντατικού πεδίου της περιοχής, μέσω της ανάλυσης των τανυστών παραμόρφωσης, λαμβάνει χώρα στο Κεφάλαιο 4. Στο Κεφάλαιο 5 περιγράφεται η διαδικασία συλλογής, επεξεργασίας και ανάλυσης των δορυφορικών δεδομένων Ραντάρ για τον υπολογισμό των επιφανειακών παραμορφώσεων, αρχικά επικεντρώνοντας στην περίπτωση του σεισμού των Αθηνών και στη συνέχεια στην διαχρονική συνιστώσα επιφανειακής παραμόρφωσης. Της παρουσίασης των αποτελεσμάτων των επί μέρους εφαρμοσμένων τεχνικών, ακολουθούν συμπεράσματα, όπου εξετάζονται παλαιότερες μελέτες και συμπληρωματικά δεδομένα με στόχο την ποσοτική αξιολόγησή τους καθώς και την προσπάθεια ποιοτικής τους ερμηνείας. H παρουσίαση των σημαντικότερων εκ των εξαχθέντων αποτελεσμάτων, η προσπάθεια σύνθεσής τους αλλά και η αποτίμηση της συμβολής των δορυφορικών τεχνικών στην μελέτη της τεκτονικής παραμόρφωσης πραγματοποιείται στο Κεφάλαιο 6. Τέλος, εξετάζονται οι δυνατότητες επιχειρησιακής εφαρμογής των τεχνικών καθώς και ο ρόλος τους στην εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας, ενώ γίνονται προτάσεις για την μελλοντική παρακολούθηση του χώρου. x
Περιεχόμενα Εκτεταμένη Περίληψη Ευχαριστίες Γεωγραφική Τοποθέτηση Σκοπός Μεθοδολογία Διάρθρωση Διατριβής Περιεχόμενα i v vi viii x xi 1 Εισαγωγή 1 1.1 Γεωδυναμικό Πλαίσιο 1 1.1.1 Μεσόγειος 1 1.1.2 Ελληνικό Τόξο 3 1.1.3 Αττική 8 1.2 Γεωλογικό Τεκτονικό Καθεστώς 11 1.2.1 Γενικά 11 1.2.2 Γεωλογία 12 1.2.2.1 Αλπικοί Σχηματισμοί 12 1.2.2.2 Μεταλπικές αποθέσεις 14 1.2.3 Τεκτονική Νεοτεκτονική 18 1.3 Σεισμικότητα Αττικής 27 1.3.1 Γενικά 27 1.3.2 Σεισμός Αθηνών 1999 28 1.3.3 Μετασεισμική Ακολουθία Σεισμού Αθηνών 1999 32 2 Θεμελιώδεις Αρχές 37 2.1 Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού GPS 37 2.1.1 Γενικά 37 2.1.2 Δομή Δορυφορικού Σήματος GPS 37 2.1.3 Παρατηρήσεις GPS 38 2.1.4 Διαφορικές Παρατηρήσεις GPS 40 2.1.5 Γραμμικοί Συνδυασμοί Παρατηρήσεων 44 2.1.6 Παράγοντες Σφάλματος 45 2.1.6.1 Τροχιές Δορυφόρων 46 2.1.6.2 Ατμοσφαιρική Επίδραση 47 2.1.6.3 Σφάλματα Χρονομέτρων 48 2.1.6.4 Σφάλματα Πολλαπλών Ανακλάσεων 49 2.1.6.5 Επίδραση Γεωμετρίας Δορυφόρων 49 2.1.7 Γεωδαιτικά Συστήματα Αναφοράς 49 2.2 Τανυστές Παραμόρφωσης 52 xi
2.2.1 Γενικά 52 2.2.2 Μοντέλο Παραμόρφωσης 52 2.3 Συστήματα Εικονοληπτικών Ραντάρ 56 2.3.1 Συστήματα Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγματος 56 2.3.1.1 Γενικά 56 2.3.1.2 Γεωμετρία Συστημάτων Εικονοληπτικών SAR 57 2.3.1.3 Χαρακτηριστικά SAR Απεικονίσεων 60 2.3.1.4 Δορυφόροι ERS και ENVISAΤ 61 2.3.2 Συμβολομετρία Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγματος 63 2.3.2.1 Βασικές Αρχές 63 2.3.2.2 Ποιότητα Συμβολομετρικής Φάσης 66 2.3.2.3 Αποσυσχέτιση Συμβολομετρικής Φάσης 67 2.3.3 Διαφορική Συμβολομετρία Ραντάρ 71 2.3.3.1 Βασικές Αρχές 71 2.3.3.2 Γραμμικός Συνδυασμός Συμβολογραφημάτων 74 2.3.3.3 Όρια Εφαρμογής Διαφορικής Συμβολομετρίας Ραντάρ 74 2.3.3.4 Σώρευση Διαφορικών Συμβολογραφημάτων 76 2.3.4 Στάδια Επεξεργασίας Διαφορικής Συμβολομετρίας Ραντάρ 78 2.3.4.1 Δεδομένα 78 2.3.4.2 Συμπροσαρμογή 79 2.3.4.3 Φιλτράρισμα SAR Απεικονίσεων 81 2.3.4.4 Παραγωγή Συμβολογραφήματος 81 2.3.4.5 Παραγωγή Διαφορικού Συμβολογραφήματος 82 2.3.4.6 Φιλτράρισμα Διαφορικού Συμβολογραφήματος 82 2.3.4.7 Εκτύλιξη Συμβολομετρικής Φάσης 82 2.3.4.8 Βελτίωση Τροχιακών Δεδομένων 83 2.3.4.9 Μετατροπή Φάσης 83 2.3.4.10 Γεω-κωδικοποίηση 84 3 Ανάλυση Διαφορικών Μετρήσεων GPS 85 3.1 Περιγραφή Εργασιών Υπαίθρου 85 3.1.1 Ίδρυση Γεωδαιτικού Δικτύου 85 3.1.1.1 Γενικά 85 3.1.1.2 Προδιαγραφές Περιορισμοί 87 3.1.1.3 Εγκατάσταση Γεωδαιτικών Σταθμών 91 3.1.1.4 Περιγραφή Γεωδαιτικού Δικτύου GPS 93 3.1.2 Στρατηγική Μετρήσεων 99 3.1.3 Παρατηρήσεις Δικτύου GPS 102 3.1.3.1 Παρατηρήσεις Εποχής 2005.36 105 3.1.3.2 Παρατηρήσεις Εποχής 2006.38 107 3.1.3.3 Παρατηρήσεις Εποχής 2006.96 108 3.1.3.4 Παρατηρήσεις Εποχής 2007.43 108 3.1.3.5 Παρατηρήσεις Εποχής 2008.56 108 3.1.3.6 Παρατηρήσεις Εποχής 2008.62 109 xii
3.2 Επεξεργασία Δεδομένων GPS 111 3.3 Πεδίο Μικρο-Μετακινήσεων GPS 117 3.3.1 Γενικά 117 3.3.2 Διανύσματα Διαχρονικών Μικρο-Μετακινήσεων 118 3.3.2.1 Σύγκριση Εποχών 2005.36 2006.38 118 3.3.2.2 Σύγκριση Εποχών 2006.38 2007.43 120 3.3.2.3 Σύγκριση Εποχών 2005.36 2007.43 123 3.3.2.4 Σύγκριση Εποχών 2005.36 2008.56 127 3.3.2.5 Σύγκριση Εποχών 2005.36 2008.62 129 3.3.2.6 Έλεγχος Διαχρονικών Μικρο-Μετακινήσεων 132 3.3.3 Πεδίο Ταχυτήτων 134 3.3.3.1 Πεδίο Ταχυτήτων ITRF ETRF 135 3.3.3.2 Τοπικό Πεδίο Ταχυτήτων 140 3.3.3.3 Λεπτομερής Εξέταση Χρονοσειρών 158 3.4 Συμπεράσματα Γεωδαιτικών Παρατηρήσεων DGPS 160 4 Ανάλυση Εντατικού Πεδίου 172 4.1 Ανάλυση Δεδομένων 172 4.2 Εντατικό Καθεστώς Πεδίο Παραμόρφωσης 175 4.3 Συμπεράσματα Ανάλυσης Εντατικού Πεδίου 192 5 Ανάλυση Διαφορικής Συμβολομετρίας Ραντάρ 199 5.1 Δεδομένα SAR Απεικονίσεων 199 5.2 Επεξεργασία Δεδομένων SAR 205 5.3 Πεδίο Επιφανειακής Παραμόρφωσης Σεισμού Αθηνών 1999 211 5.3.1 Προσεισμική Παραμόρφωση 211 5.3.2 Συν-σεισμική Παραμόρφωση 214 5.3.3 Μετασεισμική Παραμόρφωση 222 5.4 Πεδίο Διαχρονικής Επιφανειακής Παραμόρφωσης 236 5.4.1 Επιφανειακή Παραμόρφωση Περιόδου 1992-1999 236 5.4.2 Επιφανειακή Παραμόρφωση Περιόδων 1992-1996 και 1995-1999 249 5.4.3 Επιφανειακή Παραμόρφωση Έτους 2000 254 5.4.4 Επιφανειακή Παραμόρφωση Περιόδου 2002-2007 257 5.4.5 Διαφορικά Συμβολογραφήματα ERS-ENVISAT 261 5.5 Σύγκριση Δεδομένων TERRAFIRMA 262 5.6 Συμπεράσματα Παρατηρήσεων DInSAR 266 6 Συμπεράσματα Συζήτηση 287 Βιβλιογραφία 295 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι 320 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ 323 xiii
xiv