Συμβολομετρική χαρτογράφηση της παραμόρφωσης στην Θεσσαλία μεταξύ 1992-2000 με χρήση μεθόδου SBAS (Small Baseline Subset)
Από RemoteSensing Wiki
Περίληψη
Η εργασία παρουσιάζει χάρτες παραμόρφωσης με χρήση της συμβολομετρικής τεχνικής SBAS (Small Baseline Subset) από το αρχείο εικόνων SAR των Ευρωπαϊκών δορυφόρων ERS1, ERS2. Η περιοχή μελέτης είναι η Θεσσαλία η οποία είναι μία τεκτονικά ενεργός περιοχή με επιφανειακές παραμορφώσεις που προέρχονται από φυσικά και ανθρωπογενή αίτια. Τα αποτελέσματα της μελέτης επαληθεύονται σε δύο περιπτώσεις από ανεξάρτητα δεδομένα GPS που μετρήθηκαν κατά το χρονικό διάστημα που καλύπτει η συμβολομετρία (1992 – 2000). Ο χάρτης της κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας δείχνει 3-4 mm/yr σχετική ανύψωση της δυτικής οροσειράς (περιοχή Ελασσώνας - Τυρνάβου) σε σχέση με την Όσσα. Ο χάρτης της οριζόντιας συνιστώσας Ανατολή – Δύση δείχνει έκταση του φλοιού με ταχύτητες 6 – 10 mm/yr έτος στην δυτική οροσειρά ενώ η ανατολική περιοχή βρίσκεται υπό συμπίεση. Για την πόλη και τα προάστια της Λάρισας βρέθηκε μία συνεχής καθίζηση η οποία κυμαίνεται μεταξύ 4-25 mm/yr (κατά τόπους) και η οποία οφείλεται στην ταπείνωση του υδροφόρου ορίζοντα εξ΄αιτίας της υπεράντλησης την δεκαετία του 1990.
Εισαγωγή
Η τεχνική της συμβολομετρίας επιτρέπει την ανάλυση της παραμόρφωσης με τον εντοπισμό της διαφοράς φάσης μεταξύ ζευγών εικόνων SAR (Massonnet, & Feigl, 1998). Ο χάρτης διαφοράς φάσης ονομάζεται συμβολογράφημα. Στην παρούσα εργασία η συμβολομετρία εφαρμόστηκε σε σειρά εικόνων ραντάρ από τους δορυφόρους ERS-1 και ERS-2. Οι δορυφόροι ERS παρέχουν εικόνες με υψηλή γωνία παρατήρησης (23º) στον δίαυλο C (5.6 cm) με κάθετη πόλωση (VV). Η διακριτική ικανότητα των εικόνων SAR είναι περίπου 20 m, ενώ η συνολική έκταση που καλύπτουν σε ένα πέρασμα είναι περίπου 100 × 40 km (Σχήμα 1), δηλαδή συνήθως περιέχεται σε αυτές πλήρης εικόνα της παραμόρφωσης μετά από μεγάλους σεισμούς.
Σχήμα 1. Γεωεγγραμμένη εικόνα multilook της Θεσσαλίας από την κατερχόμενη τροχιά του δορυφόρου ERS. Η επιφάνειες με υψηλή ανακλαστικότητα φαίνονται λαμπρές. Η πόλη της Λάρισας διακρίνεται στο κέντρο της πεδιάδας από την ισχυρή οπισθοσκέδαση. Στα ανατολικά της πόλης διακρίνεται το αεροδρόμιο.
Η περιοχή μελέτης είναι η Κεντρική και Βόρειος Θεσσαλία η οποία είναι μία τεκτονικά ενεργός περιοχή (Caputo and Pavlides, 1993, Mountrakis et al., 1993, Caputo et al., 2004) με επιφανειακές παραμορφώσεις που προέρχονται από φυσικά και ανθρωπογενή αίτια. Από μελέτη της βιβλιογραφίας διαπιστώθηκε ότι δύο μεγάλες ομάδες κανονικών ρηγμάτων επικρατούν στην περιοχή μελέτης. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει μεγάλα κανονικά ρήγματα ΒΒΔ-ΝΝΑ έως ΒΔ-ΝΑ παράταξης και δημιουργήθηκαν από τη δράση ενός εφελκυστικού πεδίου τάσης με διεύθυνση της ελάχιστης, κύριας συνιστώσας τάσης σ3 ΒΑ-ΝΔ. Τα ρήγματα αυτά παρατηρούνται στους σχηματισμούς του υποβάθρου (Πελαγονική ζώνη) και οριοθετούν τα Πλειοκαινικά ιζήματα. Ακόμη, αυτά τα ρήγματα δημιουργούν το τεκτονικό κέρας των κεντρικών λόφων της Θεσσαλικής πεδιάδας και διαχωρίζουν έτσι την λεκάνη της Λάρισας από το δυτικό τμήμα της Θεσσαλικής πεδιάδας, τη λεκάνη της Καρδίτσας - Τρικάλων. Η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει νεώτερα ρήγματα με παράταξη Α-Δ έως ΒΑ-ΝΔ. Οι δομές αυτές τέμνουν και μετατοπίζουν τις προγενέστερες εφελκυστικές δομές και επηρεάζουν το σύνολο των γεωλογικών σχηματισμών της περιοχής και το υδρογραφικό δίκτυο όπως παρατηρείται στην ροή του ποταμού Πηνειού. Αυτές οι νεώτερες ρηξιγενείς δομές δημιουργήθηκαν από τη δράση ενός εφελκυστικού πεδίου τάσης με διεύθυνση της τάσης σ3 Β-Ν.
Επεξεργασία εικόνων ραντάρ
Στα πλαίσια της μελέτης παρήχθησαν χάρτες παραμόρφωσης με χρήση της συμβολομετρικής τεχνικής SBAS (Small Baseline Subset, Berardino et al., 2002). H τεχνική SBAS βασίζεται στην χρήση διαφορικών συμβολογραφημάτων με μικρή γραμμή βάσεως (απόσταση μεταξύ διαδοχικών τροχιών) και στην εφαρμογή της μεθόδου singular value decomposition (SVD): η πρώτη μέθοδος αντιμετωπίζει το πρόβλημα της ελλείψεως συνοχής φάσης, η δε δεύτερη επιτρέπει την σύνδεση ανεξάρτητων εικόνων SAR οι οποίες χωρίζονται από μεγάλες γραμμές βάσεως. Επίσης αντιμετωπίστηκαν οι τεχνητές μορφές (artifacts) λόγω της ατμόσφαιρας ώστε να βελτιωθεί η ακρίβεια των εντοπισθέντων παραμορφώσεων. Αυτό έγινε με την χρήση διπλού φιλτραρίσματος, σε χωρική και χρονική διάσταση, με βάση την παρατήρηση ότι η «ατμοσφαιρική φάση» παρουσιάζει υψηλή συσχέτιση στον χώρο αλλά χαμηλή συσχέτιση στον χρόνο. Πρόσφατες εκτιμήσεις του σφάλματος της τεχνικής SBAS έγιναν από την ομάδα του IREA (Νάπολη, Ιταλία) και αναφέρουν τυπική απόκλιση στις ταχύτητες 1-2 mm/yr (κατακόρυφη συνιστώσα) σε σχέση με τοπογραφικά δεδομένα αναφοράς από δίκτυα 1ης τάξεως.
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα της μελέτης επαληθεύονται σε δύο περιπτώσεις από ανεξάρτητα δεδομένα GPS της βιβλιογραφίας για την περιοχή της Θεσσαλίας (Clark et al., 1998) που μετρήθηκαν κατά το χρονικό διάστημα που καλύπτει η συμβολομετρία (1992 – 2000, Tolomei et al., 2005). Ο χάρτης της κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας (μετατόπιση του ραντάρ ανηγμένη στην κατακόρυφο / χρόνο) δείχνει 3-4 mm/yr σχετική ανύψωση της δυτικής οροσειράς σε σχέση με την Όσσα . Αυτό εξάγεται από την μελέτη του «σήματος» χαμηλής χωρικής συχνότητας. Στον ίδιο χάρτη παρατηρούνται υψηλές χωρικές συχνότητες (μεταβολές τιμής και προσήμου) κοντά σε μεγάλα, ενεργά ρήγματα. Ο χάρτης της οριζόντιας συνιστώσας Ανατολή – Δύση δείχνει αξιοσημείωτη έκταση του φλοιού με ταχύτητες 6 – 10 mm/yr στην δυτική οροσειρά (Σχήμα 2). Ο ανατολικός τομέας (Όσσα κλπ) βρίσκεται υπό συμπίεση. Για την πόλη της Λάρισας βρέθηκε μία συνεχή καθίζηση 4-25 mm/yr (0.4-2.5 cm/yr) (κατά περιοχές) η οποία οφείλεται στην ταπείνωση του υδροφόρου ορίζοντα εξ΄αιτίας της υπεράντλησης την δεκαετία του 1990. Τα ίδια αποτελέσματα επίσης δείχνουν μία περιοδική αυξομείωση στον ρυθμό καθίζησης που πιθανόν να σχετίζεται με την εποχική μεταβολή της πιεζομετρικής στάθμης. Επίσης παρατηρούνται και πλευρικές ασυνέχειες στο χάρτη ταχυτήτων οι οποίες πιθανόν σχετίζονται με την υδραυλική του υδροφορέα και την ύπαρξη στεγανών επιφανειών ρηγμάτων.
Σχήμα 2. Χάρτης της οριζόντιας συνιστώσας Ανατολή – Δύση του ανύσματος ταχυτήτων με συνδυασμό δεδομένων ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάς. Οι ταχύτητες > 0 σημαίνουν ότι το έδαφος κινείται ανατολικά ενώ οι ταχύτητες < 0 κίνηση προς Δυσμάς, αντίστοιχα. Όλες οι ταχύτητες είναι σχετικές ως προς το σημείο εκκίνησης (Τύρναβος). Εκεί παρατηρούμε ότι έχουμε έκταση του φλοιού Α-Δ ως προς άξονα με διεύθυνση Β-Ν. Αντίθετα στην περιοχή Μακρυχωρίου – Γόννων παρατηρείται βράχυνση ως προς άξονα ΒΒΔ – ΝΝΑ.
