9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι Η ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΚΡΑΤΗΡΩΝ ΔΙΑΦΥΣΗΣ ΡΕΥΣΤΩΝ (POCKMARKS) ΤΟΥ ΠΑΤΡΑΪΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ ΜΕΤΑ ΤΟ ΣΕΙΣΜΟ Μ W =6.4R ΤΗΣ 8 ης ΙΟΥΝΙΟΥ 2008, ΣΤΗ Β.Δ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟ Χριστόδουλου Δ. 1, Παπαθεοδώρου Γ. 1, Φακίρης Η. 1, Etiope G. 2, Φερεντίνος Γ. 1 1 Τμήμα Γεωλογίας,, Πανεπιστήμιο Πατρών, dchristo@upatras.gr 2 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Section of Roma 2 Περίληψη Στις 8 Ιουνίου 2008 (12:25 GMT) ένας μεγάλος σεισμός με μέγεθος Μ W =6.4R συνέβη στη Βορειοδυτική Πελοπόννησο. Δύο εικοσιτετράωρα μετά και για 15 ημέρες, στο πεδίο κρατήρων διαφυγής ρευστών του Πατραϊκού κόλπου, συλλέχθηκαν γεωφυσικά δεδομένα με ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης και πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με αισθητήρα μέτρησης διαλυμένου μεθανίου. Στις ηχογραφίες καταγράφηκαν πολλά γεγονότα διαφυγών ρευστών από τον πυθμένα, ο αριθμός και η ένταση των οποίων παρουσίασαν μια σαφή τάση μείωσης με το χρόνο. Οι μετρήσεις διαλυμένου μεθανίου έδειξαν αυξημένες συγκεντρώσεις μεθανίου σε όλη την περιοχή του πεδίου. Λέξεις κλειδιά: κρατήρες διαφυγής ρευστών, σεισμικότητα, διαφυγές ρευστών. the activation of the patras gulf pockmark field triggered by the june 8, 2008 earthquake Christodoulou 1 D., Papatheodorou 1 G., Fakiris 1 E., Etiope 2 G., Ferentinos 1 G. 1 Geology Department., University of Patras, dchristo@upatras.gr 2 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Section of Roma 2 Abstract On June 8 th 2008 (12:25 GMT) a major earthquake, Μ W =6.4R, occurred on the Northwestern Peloponnese. Two days after the earthquake and for a period of fifteen days, side scan sonar data and methane measurements were collected in the Patras Gulf pockmark field to find evidence of activation of the field. Gas plumes in the water column above pockmarks recorded on the sonographs. The number and the volume of the gas plumes were reduced by time. Methane measurements showed high concentrations of dissolved methane in the water column all over the pockmark field. Keywords: pockmarks, seismicity, seabed fluid flow. 1. Εισαγωγή Το πεδίο κρατήρων διαφυγής ρευστών (pockmark field) του Πατραϊκού κόλπου βρίσκεται στο νότιο τμήμα του κόλπου ανοικτά της πόλης της Πάτρας. Αποτελείται από μεγάλο αριθμό κρατήρων και καλύπτει έκταση περίπου 2.5 km 2. Οι κρατήρες περιορίζονται μεταξύ των ισοβαθών των 10 και 50 μέτρων. Το μέγεθός τους ποικίλλει από 20 έως 200 μέτρα διάμετρο, το βάθος τους είναι έως 20 μέτρα και μορφολογικά μπορούν να διαχωριστούν σε τρεις κύριες ομάδες: α) μικρούς κρατήρες με διάμετρο 20 έως 50 μέτρα και βάθος 4-5 μέτρα, β) κύριους κρατήρες με κυκλικό ή ελλειπτικό σχήμα, με διάμετρο 50 150 μέτρα και βάθος 5 έως 20 μέτρα και γ) σύνθετους κρατήρες με ακανόνιστο σχήμα που προέκυψαν από τη συνένωση γειτονικών κρατήρων (Christodoulou et al., 2003; Papatheodorou et al., 2007). Τομογραφίες 3.5kHz έδειξαν ότι τα ιζήματα της περιοχής του πεδίου των κρατήρων χαρακτηρίζονται σεισμοστρωματογραφικά από μία επιφανειακή ακολουθία με λίγες ασθενείς εσωτερικές ανακλάσεις η οποία υπέρκειται μίας επιφάνειας έντονης ανάκλαστικότητας η οποία δεν επιτρέπει την περαιτέρω διείσδυση των ηχητικών κυμάτων. Αυτή η επιφάνεια αποδίδεται στο όριο Ολοκαί- -3-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι νου/πλειστοκαίνου και παρουσιάζει ακουστικούς χαρακτήρες (σεισμοκονιασμένη ζώνη, θύλακες αερίων, έντονες ανακλάσεις, κ.ά) που δηλώνουν ότι αποτελεί μία επιφάνεια συγκέντρωσης ρευστών (αερίων υδρογονανθράκων) (Ferentinos et al., 1985; Chronis et al., 1991; Papatheodorou et al., 1993; Hasiotis et al., 1996). Το πεδίο κρατήρων του Πατραϊκού κόλπου έχει να παρουσιάσει ιστορία ενεργοποίησης λόγω σεισμικής δραστηριότητας καθώς ενεργοποιήθηκε στο σεισμό M=5.4R της Πάτρας (14/7/1993). Τρία γεγονότα απότομης αύξησης της θερμοκρασίας και μείωσης της αλατότητας καταγράφηκαν πριν από το σεισμό ενώ σε καταγραφές ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης, λίγες ημέρες μετά το σεισμό, αποτυπώθηκαν διαφυγές ρευστών από συγκεκριμένους κρατήρες (Hasiotis et al., 1996). Στις 8 Ιουνίου 2008 (12:25 GMT), ένας μεγάλος σεισμός με μέγεθος Μ W = 6.4R συνέβη στη Βορειοδυτική Πελοπόννησο. Το επίκεντρο του σεισμού ήταν στην ευρύτερη περιοχή της Ανδραβίδας (Ηλεία) με ένα εστιακό βάθος περίπου 25 km και οριζόντια μετατόπιση διεύθυνσης ΒΑ-ΝΔ (Kalogeras et al., 2008; Margaris et al., 2008) (Εικ. 1α). Θαλάσσιες γεωλογικές έρευνες εκτελέστηκαν μετά το σεισμό με σκοπό να διερευνηθεί αν η σεισμική δραστηριότητα προκάλεσε ενεργοποίηση του πεδίου των κρατήρων. Εικ. 1: (α). Χάρτης με τα επίκεντρα του κύριου σεισμού της 8 ης Ιουνίου 2008 και των μετασεισμών (πηγή: Γεωδυναμικό Ινστιτούτο - Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, κατάλογος σεισμών). (β) Βυθομετρικός χάρτης όπου αποτυπώνεται το πεδίο κρατήρων του Πατραϊκού κόλπου (πριν από την έναρξη των εργασιών για την κατασκευή του Νέου Λιμένα Πατρών). 2. Μεθοδολογία Τέσσερις ωκεανογραφικοί πλόες πραγματοποιήθηκαν 2, 3, 4 και 15 ημέρες μετά το σεισμό της 8 ης Ιουνίου 2008. Για την υλοποίηση του σκοπού χρησιμοποιήθηκε ένας ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης EG&G 260 και ένας αισθητήρας μεθανίου METS. Οι ίδιες πορείες πλεύσης εκτελέστηκαν και στους τέσσερις πλόες, ώστε να διερευνηθεί η εξέλιξη του φαινομένου στο χρόνο. Για την κατασκευή των μωσαϊκών των ηχογραφιών χρησιμοποιήθηκαν διορθωμένες καταγραφές (slant-range -4-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι correction), ενώ για τον εντοπισμό των διαφυγών ρευστών στην υδάτινη στήλη χρησιμοποιήθηκαν αδιόρθωτες καταγραφές με ενίσχυση του σήματος ώστε να τονιστούν τυχόν διαφορές ανακλαστικότητας. Οι μετρήσεις μεθανίου εκτελέστηκαν σε επιλεγμένες θέσεις. 3. Αποτελέσματα Η ανάλυση και επεξεργασία των δεδομένων του ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης οδήγησε στην κατασκευή ενός μωσαϊκού ηχογραφιών στο οποίο αποτυπώνεται όλο το πεδίο κρατήρων του Πατραϊκού κόλπου (Εικ. 2α). Καταγράφηκαν 75 κρατήρες, ενώ άλλοι 15 κρατήρες που βρίσκονται στο βόρειο τμήμα του πεδίου και είχαν αποτυπωθεί σε προηγούμενες έρευνες (Christodoulou et al., 2003; Papatheodorou et al., 2007), έχουν πλέον καλυφθεί για την κατασκευή του Νέου Λιμένα Πατρών. Εικ. 2: (α). Μωσαϊκό ηχογραφιών στο οποίο αποτυπώνεται το πεδίο κρατήρων του Πατραϊκού κόλπου μετά το σεισμό της 8 ης Ιουνίου 2008. (β) Διαφυγές ρευστών από τους κρατήρες την 11 η Ιουνίου 2008. Κατά τη διάρκεια του πρώτου πλόα (10/6/2008) δεν έγινε δυνατός ο εντοπισμός διαφυγών στην υδάτινη στήλη λόγω του έντονου κυματισμού (Εικ. 3). Στο δεύτερο πλόα (11/6/2008) εντοπίστηκαν 15 θέσεις διαφυγών ρευστών οι οποίες συνδέονται με αντίστοιχους κρατήρες (Εικ. 2, 3). Οι διαφυγές των ρευστών καταγράφηκαν ως στηλοειδείς έντονες ανακλάσεις (gas plumes) στην υδάτινη στήλη. Οι θέσεις των διαφυγών δε φαίνεται να περιορίζονται σε κάποιο συγκεκριμένο τμήμα του πεδίου αλλά εντοπίζονται κυρίως σε κρατήρες που βρίσκονται κοντά στην ακτή (Εικ. 2). Την επόμενη ημέρα (12/6/2008) εντοπίστηκαν διαφυγές ρευστών στις 11 από τις 15 θέσεις, οι οποίες παρουσίαζαν μικρότερη ένταση σε σχέση με αυτές της προηγούμενης ημέρας, με βάση μια ποιοτική εκτίμηση των ακουστικών ιχνών των διαφυγών. Ύστερα από δέκα ημέρες επαναλήφθηκε το ίδιο πρόγραμμα πορειών με ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης και κατά τη διάρκεια του τελευταίου πλόα εντοπίστηκαν ενδείξεις διαφυγών ρευστών μόνο σε 4 θέσεις. -5-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι Εικ. 3: Ηχογραφίες στις οποίες φαίνονται οι διαφυγές ρευστών μέσα στην υδάτινη στήλη μετά το σεισμό της 8 ης /6/2008 και τομογραφίες 3.5 khz 10 μήνες πριν από το σεισμό. Στον ένθετο χάρτη διακρίνονται οι πορείες πλεύσης του ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης. Μετρήσεις διαλυμένου μεθανίου πραγματοποιήθηκαν σε τέσσερις επιλεγμένες θέσεις (Εικ. 3). Σε όλες τους σταθμούς οι τιμές του μεθανίου βρέθηκαν υψηλές και κυμαίνονται από 0,308 έως 0,490 (μmol/l) (Πίν. 1). Οι μέσες τιμές συγκέντρωσης του μεθανίου για τους τέσσερεις σταθμούς δείχνουν μια ασθενή τάση μείωσης των συγκεντρώσεων από το νότιο προς το κεντρικό τμήμα του πεδίου κρατήρων. Ο έντονος κυματισμός που επικρατούσε κατά την περίοδο των μετρήσεων φαίνεται να διαταράζει σημαντικά την υδάτινη στήλη με αποτέλεσμα το μεθάνιο να διαχέεται σε όλη την περιοχή των κρατήρων προκαλώντας αυξημένες συγκεντρώσεις στην ευρύτερη περιοχή του πεδίου. Πίνακας 1: Συγκεντρώσεις και μέσες συγκεντρώσεις (μmol/l) διαλυμένου μεθανίου στην περιοχή του πεδίου κρατήρων. 1 2 Θέση Μετρήσεων 38 o 12, 733 21 o 42, 572 38 o 12, 960 21 o 42, 753 Βάθος CH 4 (μmol/l) Θέση Μετρήσεων Βάθος CH 4 (μmol/l) 10m 0,460 5m 0.388 20m 0,383 38 0,398 3 13, 537 10m 0.385 21 o 42, 824 0,363 30m 0,375 14m 0.316 35m 0,374 10m 0,307 38 o 15, 040 10m 0,381 20m 0,400 0,403 4 21 o 42, 489 20m 0,335 0,315 24m 0,490 (Σταθμός αναφοράς) 30m 0,308-6-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι 4. Συζήτηση Μετά το σεισμό (Μ W =6.4R) της 8 ης Ιούνιου 2008 καταγράφηκαν με ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης έντονες ακουστικές ανωμαλίες στην υδάτινη στήλη με τη μορφή έντονων στηλοειδών ανακλάσεων (gas plumes), στο πεδίο κρατήρων του Πατραϊκού κόλπου. Αυτές οι στηλοειδείς ανακλάσεις παρουσιάζουν μικρό εύρος, εκτείνονται σε όλη την υδάτινη στήλη και συνήθως εκκινούν από συγκεκριμένο σημείο του πυθμένα των κρατήρων. Η μορφή, η ανακλαστικότητα, το σημείο εκκίνησης και η συνέχειά τους από τον πυθμένα προς την επιφάνεια της θάλασσας, είναι στοιχεία που δηλώνουν ότι αυτές οι ακουστικές ανωμαλίες είναι διαφυγές ρευστών από τον πυθμένα των κρατήρων. Παρόμοιες ακουστικές ανωμαλίες έχουν καταγραφεί τόσο στο πεδίο του Πατραϊκού κόλπου μετά το σεισμό της 14 ης /7/1993 (Hasiotis et al., 1996), όσο και σε άλλες περιοχές όπως στη Θάλασσα του Μαρμαρά (Kuşçu et al., 2005) και στην Καλιφόρνια (Field & Jennings, 1987) ύστερα από σεισμικά γεγονότα. Οι αυξημένες συγκεντρώσεις μεθανίου (0,363-0,400 μmol/l) που μετρήθηκαν λίγες μέρες μετά το σεισμό σε συγκεκριμένες θέσεις του πεδίου συνηγορούν στην άποψη ότι οι στηλοειδείς ανακλάσεις οφείλονται σε διαφυγές ρευστών. Αν και το πεδίο του Πατραϊκού κόλπου δεν είχε διασκοπηθεί γεωφυσικά λίγο πριν από το σεισμό της 8 ης /6/2008, οι στηλοειδείς ανακλάσεις πρέπει να αποδοθούν στην ενεργοποίηση του πεδίου από το συγκεκριμένο σεισμό και όχι σε μια «συνήθη» και συνεχή διαφυγή ρευστών. Τομογραφίες 3.5 khz που συλλέχθηκαν περίπου 10 μήνες (2007) πριν από το σεισμό δε δείχνουν καμία παρουσία διαφυγών ισχυροποιώντας την πιο πάνω άποψη (Εικ. 3). Επιπλέον, κατά τη διάρκεια ενός πειράματος παρακολούθησης κρατήρα, στο νότιο τμήμα του πεδίου, και για διάστημα 6.5 μηνών καταγράφηκαν περισσότερες από 60 πτώσεις θερμοκρασίας - πίεσης κοντά στον πυθμένα που συνοδεύτηκαν από αυξήσεις της συγκέντρωσης διαλυμένου μεθανίου στο θαλασσινό νερό (Marinaro et al., 2006). Αυτή η συνήθης δραστηριότητα των κρατήρων, με τη μορφή σύντομων και μικρών διαφυγών ρευστών, αποδόθηκε σε ενδογενείς (συσσώρευση και διαφυγή ρευστών) ή/και εξωγενείς (πτώση υδροστατικής πίεσης) παράγοντες. Η συνήθης δραστηριότητα των κρατήρων του Πατραϊκού διακόπτεται από περιόδους μεγάλων, παροξυσμικών διαφυγών που πυροδοτούνται από σεισμούς όπως αυτοί της 14 ης /7/1993 και 8 ης /6/2008. Αυτή η προτεινόμενη δραστηριότητα του πεδίου είναι σε πλήρη συμφωνία με τις διαπιστώσεις των Judd & Hovland, (2007). Ο αριθμός και η ένταση των διαφυγών μετά το σεισμό της 8 ης /6/2008 φαίνεται να μειώνονται σημαντικά με το χρόνο, όπως ακριβώς έχει διαπιστωθεί στη θάλασσα του Μαρμαρά και στην Καλιφόρνια έπειτα από ισχυρούς σεισμούς (Kuşçu et al., 2005; Field & Jennings, 1987). Οι διαφυγές παρουσιάζουν εκτεταμένη γεωγραφική διασπορά και δεν περιορίζονται σε συγκεκριμένο τμήμα του πεδίου όπως είχε συμβεί μετά το σεισμό της 14 ης /7/1993. Η διαφορά αυτή είναι πιθανόν να οφείλεται στα διαφορετικά χαρακτηριστικά των δύο σεισμικών γεγονότων. Ο σεισμός του 1993 προκλήθηκε από κανονικό ρήγμα το οποίο τέμνει το πεδίο κρατήρων του Πατραϊκού κόλπου και οι κυριότερες διαφυγές εντοπίστηκαν σε κρατήρες κατά μήκος του ρήγματος. Ο σεισμός της 8 ης /6/2008 προκλήθηκε από ρήγμα οριζόντιας μετατόπισης και το επίκεντρο του ήταν μακριά από το πεδίο κρατήρων. Η σεισμική δόνηση προκάλεσε το «λίκνισμα» των ιζημάτων σε όλο το πεδίο των κρατήρων με αποτέλεσμα οι διαφυγές να μην παρουσιάζουν συγκεκριμένη γεωγραφική διάταξη. 5. Ευχαριστίες Η παρούσα έρευνα πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ ΙΙ - Μέτρο 2.2.3.στ «Ενίσχυση Ερευνητικών Ομάδων στα Πανεπιστήμια (ΕΕΟΠ)». -7-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Christodoulou, D., Papatheodorou, G., Ferentinos, G. & Masson, M., 2003: Active seepage in two contrasting pockmark fields in Patras and Corinth Gulfs, Greece, Geo-Marine Letters 23: 194-199. Chronis, G.. Piper, D.J.W. & Anagnostou, C. 1991. Late Quaternary evolution of the Gulf of Patras. Greece: Tectonism. deltaic sedimentation and sea-level change. Marine Geology 97, pp 191-209. Ferentinos, G., Brooks, M. & Doutsos T., 1985. Quaternary tectonics in the Gulf of Patras. Western Greece. Journal of Structural Geology, 7, pp 713-717. Field, M. & Jennings, A., 1987. Seafloor gas seeps triggered by a Northern California earthquake. Marine Geology, 77, pp 39-51. Hasiotis, T., Papatheodorou, G., Kastanos, N. & Ferentinos, G., 1996: A pock-mark field in the Patras Gulf (Greece) and its activation during the 14/7/1993 seismic event. Marine Geology, 130, pp. 333-344. Judd & Hovland, 2007. Seabed fluid flow. The impact on Geology, Biology and the Marine Environment, Chambridge University Press, 475 pp. Kalogeras I., Loukatos D. and G. Stavrakakis (2008). Preliminary report for the strong motion data of the 8 June 2008 Earthquake (Mw 6.4) in Achaia - Elia, Western Greece. Γεωδυναμικό Ινστιτούτο, Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών http://www. gein.noa.gr/services/achaia/achaia-main.htm. Kuşçu, İ., Okamura, M., Matsuoka, H., Gökaşan, E., Awata, Y., Tur, H., Şimşek, M. & Keçer, M., 2005. Seafloor gas seeps and sediment failures triggered by the August 17, 1999 earthquake in the Eastern part of the Gulf of İzmit, Sea of Marmara, NW Turkey. Marine Geology, vol. 215, pp 193-214. Marinaro, G., Etiope, G, Lo Bue, N., Favali, P., Papatheodorou, G., Christodoulou, D., Furlan, F., Gasparoni, F., Ferentinos, G., Masson, M., & Rolin, J-F., 2006. Monitoring of a methane-seeping pockmark by cabled benthic observatory (Patras Gulf, Greece), Geo-Marine letters 26:297-302. Papatheodorou, G., Hasiotis, T. & Ferentinos, G., 1993. Gas charged sediments in the Aegean and Ionian Seas, Greece. Marine Geology, 112, pp. 171-184. Papatheodorou, G., Christodoulou, D., Geraga, M., Etiope, G. & Ferentinos, G., 2007. The pockmark field of the Gulf of Patras: An ideal natural laboratory for studying seabed fluid flow In: ZELILIDIS, A., PAPATHEODOROU, G. and GERAGA, M. (eds.): Sedimentology of western and central Greece from recent to Triassic. 25th IAS Meeting of Sedimentology, Patras, 2007, Field Trip Guidebook, p. 43-62. Margaris, Β., Papaioannou, C., Theodoulidis, N., Savvaidis, A., Klimis, N., Makra, K., Demosthenus, M., Karakostas, C., Lekidis, V., Makarios, T., Salonikios, T., Athanasopoulos, G., Mylonakis, G., Papantonopoulos, C., Efthymiadou, V., Kloukinas, P., Ordonez, I., Vlachakis, V. & Stewart, J. 2008. Preliminary Report on the Principal Seismological and Engineering Aspects of the Mw=6.5 Achaia-Ilia (Greece) Earthquake on 8 June 2008. Report for Web Dissemination Geotechnical Earthquake Engineering Reconnaissance, GEER Association Report No. GEER-013. -8-