Σεισμική και Γεωδαιτική Απεικόνιση (DInSAR) Διερεύνηση της Ισχυρής Σεισμικής Ακολουθίας Μαρτίου 2021 στη Θεσσαλία, Στερεά Ελλάδα

Από RemoteSensing Wiki

Σεισμική και Γεωδαιτική Απεικόνιση (DInSAR) Διερεύνηση της Ισχυρής Σεισμικής Ακολουθίας Μαρτίου 2021 στη Θεσσαλία, Στερεά Ελλάδα

Πρωτότυπος τίτλος:Seismic and Geodetic Imaging (DInSAR) Investigation of the March 2021 Strong Earthquake Sequence in Thessaly, Central Greece

Συγγραφείς: Gerassimos A. Papadopoulos ,Apostolos Agalos , Andreas Karavias ,Ioanna Triantafyllou ,Issaak Parcharidis and Efthymios Lekkas

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Εισαγωγή

Τον Μάρτιο του 2021, στην περιοχή της βορειοδυτικής Θεσσαλίας ξέσπασε μία ακολουθία τριών ισχυρών σεισμών. Στην εικόνα 1, παρουσιάζονται οι τρεις ισχυροί σεισμοί. Τα αστέρια σηματοδοτούν τα επίκεντρα.

Οι μπλε και μωβ κύκλοι τους προσεισμούς και μετασεισμούς. Τα κυριότερα ρήγματα που κυριαρχούν στην περιοχή είναι τα ρήγματα Τυρνάβου και Λάρισας. Η ακολουθία σεισμών του Μαρτίου 2021 είναι αρκετά προκλητική για διάφορους λόγους. Πρώτον, δεν έχει σημειωθεί ισχυρός σεισμός σε ολόκληρη τη Θεσσαλική περιοχή από το 1980, επομένως, η τελευταία ακολουθία είναι η πρώτη που καταγράφηκε από σύγχρονους σεισμογράφους και άλλα δίκτυα, π.χ. CGPS. Εξάλλου, οι σεισμοί του Μαρτίου 2021 έρριξαν μια περιοχή που έχει θεωρηθεί ως μακροχρόνιο σεισμικό χάσμα που έχει εντοπιστεί με βάση την ιστορική σεισμικότητα της Θεσσαλικής περιοχής. Μάλιστα, παρατηρήθηκε ότι η βόρεια πλευρά της Θεσσαλίας, συμπεριλαμβανομένης της περιοχής δραστηριότητας Μαρτίου 2021, δεν έχει υποστεί ρήξη από ισχυρούς σεισμούς από το 1781 μ.Χ., ενώ η νότια πλευρά έσπασε από αρκετούς ισχυρούς σεισμούς από το 1954 έως το 1980. Το κύριο συμπέρασμα αυτής της φαινομενικής χωροχρονικής ομαδοποίησης σεισμών ήταν ότι εάν το μοτίβο σεισμικότητας στη νότια Θεσσαλία επαναληφθεί στη βόρεια πλευρά, τότε μια μετανάστευση της δραστηριότητας θα αναμενόταν προς τα βόρεια στο εγγύς μέλλον. Αυτό το σημαντικό ζήτημα εξετάστηκε περαιτέρω και συζητήθηκε σε αρκετές μεταγενέστερες μελέτες που βασίζονται σε γεωλογικά δεδομένα και σε χωροχρονικά μοτίβα σεισμικότητας.

Μεθοδολογία

Αρχικά, μελετήθηκαν τα μεγέθη των σεισμών για κάθε ένα από τους τρεις ισχυρούς σεισμούς. Επαναπροσδιορίστηκαν τα μεγέθη της στιγμής από την αντιστροφή των τηλεσεισμικών αρχείων για τον πρώτο σεισμό και από την αντιστροφή των δεδομένων InSAR για τους τρεις ισχυρούς σεισμούς. Ακολούθησε η μετεγκατάσταση υποκέντρου και επανατοποθετήθηκαν τα υποκέντρα εφαρμόζοντας ένα μοντέλο 1D ταχύτητας και χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο Μη Γραμμικής Τοποθεσίας (NLLoc), το οποίο ακολουθεί μια μη γραμμική προσέγγιση τοποθεσίας και παρέχει πιο αξιόπιστες λύσεις και εκτιμήσεις σφαλμάτων υποκεντρικού σε σύγκριση με γραμμικοποιημένους αλγόριθμους. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε διαδικασία ρήξης από την αναστροφή τηλεσεισμικών κυματομορφών Ρ. Αυτή η μέθοδος δεν μπορούσε να εφαρμοστεί στον δεύτερο ισχυρό σεισμό της 4ης Μαρτίου, καθώς δεν υπάρχει επαρκής αριθμός τηλεσεισμικών καταγραφών κυμάτων P. Από την άλλη πλευρά, ο σεισμός της 12ης Μαρτίου δεν ήταν αρκετά μεγάλος για να εφαρμόσει τη μέθοδο. Ως εκ τούτου, η διερεύνηση της χωροχρονικής κατανομής σεισμικής ολίσθησης από την αναστροφή τηλεσεισμικών κυματομορφών P περιορίστηκε στο πρώτο σοκ της 3ης Μαρτίου 2021. Οι διαστάσεις του σεισμικού ρήγματος επιλέχθηκαν αρκετά μεγάλες ώστε να επιτρέπουν την ολίσθηση πάνω στο ρήγμα προς όλες τις πιθανές κατευθύνσεις. Μετά από αρκετές επαναλήψεις αναστροφής, η απεργία των 312° και η βύθιση 45° βρέθηκαν να ταιριάζουν καλύτερα στα δεδομένα για το σφάλμα βύθισης NE. Όπως θα δούμε αργότερα, αυτό είναι συνεπές με τη λύση πηγής που βρέθηκε μετά την ανάλυση InSAR επίσης. Αν και οι λύσεις επιπέδου σφάλματος υποδεικνύουν κλίση περίπου -90°, που συνεπάγεται σχεδόν καθαρό κανονικό σφάλμα, το διάνυσμα κλίσης αφέθηκε να ποικίλλει εντός της περιοχής από -60° έως -150° κατά τη διαδικασία αναστροφής. Η διαδικασία πραγματοποιήθηκε επανειλημμένα θέτοντας διαφορετικές τιμές ταχύτητας ρήξης, που κυμαίνονταν από 2,5 έως 3,0 km/s. Τέλος, εφαρμόστηκε διαδικασία ρήξης από το InSAR. Οι εικόνες SAR Sentnel-1 εξασφαλίζουν μια σειρά από πλεονεκτήματα: (α) συνεχείς, εικόνες και τη μέρα και τη νύχτα (β) ταχεία περίοδος επανεπισκέψεως στην ίδια λειτουργία απεικόνισης (6 ημέρες), (γ) συνεχή και τακτική λήψη για δημιουργία ένα μεγάλο παγκόσμιο αρχείο, (δ) κάλυψη ευρείας περιοχής, χάρη στο πλάτος 250 km εικόνας, και (ε) στενός τροχιακός σωλήνας. Στην περίπτωση του Sentnel-1, η επεξεργασία DInSAR παρουσιάζει ορισμένες ιδιαιτερότητες λόγω της ειδικής λειτουργίας TOPSAR που χρησιμοποιείται από τον αισθητήρα SAR για την απόκτηση των δεδομένων Interferometric Wide-Swath (IWS). Τα κύρια βήματα επεξεργασίας που ακολουθήθηκαν είναι τα ακόλουθα: συν-καταχώριση των δύο σύνθετων εικόνων, εξάλειψη τοπογραφίας χρησιμοποιώντας το DEM της περιοχής, εκτίμηση γραμμής βάσης, δημιουργία του συμβολογράμματος, ισοπέδωση DEM/ελλειψοειδές παρεμβολογράμματος,προσαρμοστικό φιλτράρισμα/εκτίμηση και δημιουργία του συμβολομετρικού συνοχή, ξετύλιγμα φάσης, φάση σε μετατόπιση. Αυτά τα βήματα πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του λογισμικού ENVI SARscape. Μετά την εφαρμογή των παραπάνω βασικών βημάτων, το DInSAR μπόρεσε να μετρήσει μόνο τη διαφορά μήκους διαδρομής στην κατεύθυνσή του στο Line of Sight (LoS). Επομένως, οι μετατοπίσεις που προέρχονται από το DInSAR αντιπροσωπεύουν την παραμόρφωση 1D κατά μήκος της διεύθυνσης LoS. Το μοντέλο μετατόπισης και ο προσδιορισμός ενός μόνο σφάλματος με κατανεμημένη ολίσθηση παράγονται ακολουθώντας πολλά βήματα. Πρώτα απαιτείται δειγματοληψία εικόνας, χρησιμοποιώντας τη μετατόπιση LoS, δηλαδή την παρατηρούμενη μετατόπιση, για να ορίσετε έναν αριθμό σημείων για το μοντέλο. Η δειγματοληψία εικόνας πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας την προσέγγιση σημείων ίσης απόστασης. Μετά την εύρεση της βέλτιστης λύσης, πραγματοποιείται αντιστροφή για να προσδιοριστεί η κατανομή της ολίσθησης στο επίπεδο σφάλματος που περιορίζεται μέσω της μη γραμμικής αναστροφής. Η παραπάνω διαδικασία εφαρμόστηκε διαδοχικά για τους τρεις υπό διερεύνηση ισχυρούς σεισμούς.

Αποτελέσματα

Από τα αποτελέσματα αποκαλύπτεται ότι οι λύσεις που παράγονται για κάθε έναν από τους τρεις σεισμούς είναι συνεπείς μεταξύ τους, καθώς οι μέσες κρούσεις και η βύθιση έχουν μικρές τυπικές αποκλίσεις. Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται απ τηνανάλυση InSAR χαρακτηρίζονται από συνεκτικές τιμές που κυμαίνονται από 0,0 έως 1,0, με την τιμή 1 να αντιστοιχεί σε πολύ υψηλή συνοχή. Η διαδικασία DInSAR παρήγαγε εικόνες σε μονάδα ακτίνων στην περιοχή −π έως π, γεγονός που προκάλεσε προβλήματα ασάφειας. παρεμβολόγραμμα του σεισμού της 3ης Μαρτίου και ο αντίστοιχος χάρτης μετατόπισης με βάση το συμβολομετρικό ζεύγος συντίθενται από εικόνες SenUnel 1 SLC που λήφθηκαν σε αύξουσα λειτουργία στις 25 Φεβρουαρίου 2021 και στις 3 Μαρτίου 2021 για τις εικόνες κύριας και υποτελούς, αντίστοιχα. Είναι εμφανές ένα σαφές σχέδιο 14 κροσσών, το οποίο σχηματίζει έναν λοβό που δείχνει καθίζηση. Από τον χάρτη μετατόπισης το πλάτος καθίζησης υπολογίζεται μέχρι περίπου -40 cm. Ο τομέας καθίζησης είναι σχεδόν πανομοιότυπος με το κύριο τμήμα ρήξης που λαμβάνεται από την αναστροφή κυματομορφών P. Η μετατόπιση, συμπεριλαμβανομένων των σεισμικών γεγονότων της 3ης και της 4ης Μαρτίου 2021, προέκυψε επίσης από συμβολομετρικά ζεύγη σε αύξουσα λειτουργία. Τα παρεμβολογράμματα δείχνουν ξεκάθαρα τη μετατόπιση της παραμόρφωσης του εδάφους προς τα ΒΔ. Το αντίθετο μοτίβο καθίζησης/ανύψωσης στους δύο σεισμούς είναι εμφανές στον χάρτη κατακόρυφης μετατόπισης , ο οποίος επαληθεύει ότι το πρώτο κανονικό ρήγμα βυθίζεται προς τα ΒΑ ενώ το δεύτερο βυθίζεται προς τα ΝΔ. Οι δύο σεισμοί χαρακτηρίζονται επίσης από αντίθετη πολικότητα στην οριζόντια μετατόπιση.

Συμπεράσματα

Από τα αποτελέσματα βγαίνει το συμπέρασμα ότι η αλληλουχία των ισχυρών σεισμών που σημειώθηκαν στην Θεσσαλία, τον Μάρτιο του 2021 προκλήθηκε από μια αρκετά περίπλοκη διαδικασία ρήξης. Οι τρεις ισχυροί σεισμοί της 3ης, 4ης και 12ης Μαρτίου 2021, συσχετίστηκαν με τρία μη χαρτογραφημένα και άγνωστα μέχρι στιγμής τμήματα ρηγμάτων σχεδόν καθαρής κανονικής ρηγματοποίησης με μικρή συνιστώσα ολίσθησης. Ολόκληρο το σύστημα των κανονικών τμημάτων ρήγματος που ενεργοποιούνται σχηματίζει μια δομή τύπου graben. Ο πρώτος σεισμός της 4ης Μαρτίου (M w = 6,3) προκλήθηκε από ένα τμήμα ρήγματος που χτυπά ΝΑ-ΒΔ και βυθίζεται προς ΒΑ. Με τον ισχυρό σεισμό της 4ης Μαρτίου (M w= 6.2) η ρήξη διαδόθηκε περαιτέρω ΒΔ αλλά σε ένα αντιθετικό τμήμα ρήγματος που βυθίζεται ~ΝΔ και αντικρούει~ΝΑ-ΒΔ. Ένα τμήμα πιθανώς του ίδιου ρήγματος, ΑΝΑ-ΔΒΔ διαρρήχθηκε με τον ισχυρό σεισμό (M w = 5,7) της 12ης Μαρτίου. Τα νέα ευρήματα ρίχνουν φως στη Θεσσαλική σεισμοτεκτονική, ιδιαίτερα στη βόρεια πλευρά αυτής της περιοχής, η οποία παρέμεινε σεισμικά σιωπηλή από το 1781 μ.Χ.