Satellite Imagery for Rapid Detection of Liquefaction Surface Manifestations: The Case Study of Türkiye–Syria 2023 Earthquakes
Από RemoteSensing Wiki
Δορυφορικές εικόνες για την ταχεία ανίχνευση των επιφανειακών εμφανίσεων ρευστοποίσησης: Η περίπτωση των σεισμών του 2023 στην Τουρκία-Συρία 2023.
ΠΗΓΗ: https://www.mdpi.com/2072-4292/15/17/4190/review_report
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: Maria Taftsoglou , Sotiris Valkaniotis, George Papathanassiou and Efstratios Karantanellis
ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: ρευστοποίηση, πλευρική εξάπλωση, Τουρκία-Συρία σεισμοί, δορυφορικές εικόνες, συμβολομετρία, γεωμορφολογία
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Ο διπλός σεισμός της 6ης Φεβρουαρίου 2023 (Mw 7.7 και Mw 7.6) που σημειώθηκε στο ρήγμα της ανατολικής Ανατολίας προκάλεσε σημαντική ποσότητα φαινομένων ρευστοποίησης του εδάφους στη ΝΑ Τουρκία και στη ΒΔ Συρία. Η μεγάλη έκταση της πληγείσας περιοχής και η ανάγκη ταχείας δράσης, οδήγησαν στην υιοθέτηση και βελτίωση μιας σειράς εργασιών για τη χαρτογράφηση των φαινομένων ρευστοποίησης με βάση δεδομένα τηλεπισκόπησης. Χρησιμοποιώντας δορυφορικές εικόνες, εντοπίστηκαν 1850 τοποθεσίες με εκδηλώσεις φαινομένων ρευστοποίησης και παραμορφώσεων με πλευρική εξάπλωση. Έτσι, δημιουργήθηκε ένας λεπτομερής χάρτης των σεισμογενών ρευστοποιήσεων που προκλήθηκαν από τον σεισμό, με βάση την χαρτογράφηση από οπτικές δορυφορικές εικόνες (υψηλής και πολύ υψηλής ανάλυσης) και τη βοήθεια των δορυφορικών εικόνων ραντάρ και συμβολομετρίας. Η πλειονότητα των περιοχών εντοπίζεται κατά μήκος των μαιανδρικών τμημάτων των ποταμών, στις παράκτιες πεδιάδες, τις αποξηραμένες λίμνες, τα έλη και τις λιμνοθαλάσσιες λεκάνες κατά μήκος του ρήγματος της ανατολικής Ανατολίας, αναδεικνύοντας για άλλη μια φορά την επίδραση της γεωμορφολογίας/επιφανειακής γεωλογίας στην κατανομή των φαινομένων ρευστοποίησης. Χαρτογραφήθηκε συνολικά το 95% των φαινομένων ρευστοποίησης σε απόσταση 25 km από το επιφανειακό ίχνος του ρήγματος, επιβεβαιώνοντας την απόσταση από τη διάρρηξη του ρήγματος ως πιο αποτελεσματικό εργαλείο για την πρόβλεψη της κατανομής των ρευστοποιήσεων σε σχέση με την επικεντρική απόσταση. Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη την ταχεία καταγραφή των φαινομένων χωρίς να υπάρχουν περιορισμοί σε χρόνο, κόστος και έρευνα πεδίου, αυτή η μέθοδος μπορεί να οδηγήσει σε έναν γρήγορο και ολοκληρωμένο χάρτη εμφάνισης ρευστοποιήσεων ύστερα από έναν ισχυρό σεισμό και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως μελλοντικός οδηγός για μεταγενέστερες έρευνες πεδίου για τη χαρτογράφηση του κινδύνου ρευστοποίησης.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η ρευστοποίηση συμβαίνει όταν μια ισχυρή δόνηση, αλλάζει την διάταξη των σωματιδίων κορεσμένης ιλύος και λεπτόκοκκής άμμου, αυξάνοντας την πίεση του πορώδους. Οι συνέπειες της ρευστοποίησης περιλαμβάνουν την εμφάνιση ενός μείγματος νερού και άμμου στην επιφάνεια του εδάφους με αποτέλεσμα την καθίζηση της επιφάνειας του εδάφους και την εμφάνιση φαινομένων πλευρικής εξάπλωσης.
Η καταγραφή των ιστορικών φαινομένων ρευστοποίησης είναι ένα από τα πιο σημαντικά βήματα για την κατανόηση του μηχανισμού πυροδότησης της ρευστοποίησης και έχει συμβάλει σημαντικά στον μετριασμό των μοντέλων αστοχίας λόγω ρευστοποίησης. Οι ταχείες εκτιμήσεις των επιπτώσεων ενός σεισμού μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της αντιμετώπισης έκτακτων αναγκών και στην ελαχιστοποίηση των επαγόμενων απωλειών.
Οι τεχνικές τηλεπισκόπησης κυμαίνονται από απλές οπτικές/χειροκίνητες μεθόδους ταξινόμησης έως ημι-αυτοματοποιημένες τεχνικές θεματικής ταξινόμησης και ανίχνευσης αλλαγών. Φαινόμενα ρευστοποιήσεων μπορεί να εντοπιστούν σε περιφερειακή κλίμακα μέσω οπτικών δορυφορικών εικόνων και ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (SAR) ή σε μικρή κλίμακα (συγκεκριμένη τοποθεσία) με τη χρήση εναέριων εικόνων από UAV. Η ανάλυση οπτικών δεδομένων παρέχει μια δισδιάστατη εικόνα της πληγείσας περιοχής μετά τον σεισμό, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τεκμηρίωση της χωρικής κατανομής των φαινομένων σε μια περιοχή. Από την άλλη πλευρά, τα δεδομένα SAR μπορούν να αποκτηθούν ανεξάρτητα από τον ηλιακό φωτισμό και τη νεφοκάλυψη και επιτρέπουν την εφαρμογή αναλυτικών τεχνικών όπως η συμβολομετρία ραντάρ (InSAR). Χαρακτηριστικά παραδείγματα χρήσης εργαλείων τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση επιφανειακών φαινομένων ρευστοποίησης είναι αυτά της Αϊτή 2010 , Tohoku, Ιαπωνία 2011, Christchurch, Νέα Ζηλανδία 2010-2011, Oklahoma, ΗΠΑ 2011 και Δαμάσι, Ελλάδα 2021 όπου εκτοξεύσεις, κρατήρες, σχισμές, και φαινόμενα πλευρικής εξάπλωσης χαρτογραφήθηκαν με οπτική εξέταση δορυφορικών εικόνων και αεροφωτογραφιών.
Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι διττός: να ανιχνεύσει τις εκδηλώσεις ρευστοποίησης που ήταν αυξημένες κατά μήκος της ζώνης διάρρηξης όπου εκδηλώθηκαν και τα γεγονότα του Φεβρουαρίου και να εκτιμήσει προκαταρκτικά την συσχέτιση των γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών με τη θέση και τις συστάδες των φαινομένων ρευστοποίησης. Το τελευταίο ζήτημα διερευνήθηκε αρχικά από τους Youd και Perkins, οι οποίοι πρότειναν κριτήρια επιδεκτικότητας σε ρευστοποίηση, ενώ πολλοί ερευνητές ανέδειξαν πρόσφατα αυτή την ισχυρή συσχέτιση καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι οι εκδηλώσεις ρευστοποίησης δεν κατανέμονται τυχαία στην επικεντρική περιοχή, αλλά συγκεντρώνονται κυρίως σε συγκεκριμένα αποθετικά περιβάλλοντα.
Ο διπλός σεισμός στις 6η Φεβρουαρίου 2023 στην Τουρκία/Συρία
Το πρώτο συμβάν Mw 7.7 συνέβη στις 6 Φεβρουαρίου 2023 στις 04:17 (01:17 GMT) (AFAD) στην περιοχή Pazarcık της Τουρκίας στο Kahramanmaras με εστιακό βάθος 8,6 km. Οι συντεταγμένες του επίκεντρου του σεισμού είναι N37.288, E37.043 (AFAD). Το αρχικό γεγονός συνέβη σε δομές διαρρήξεων διερεύνησης κάτω από τη λεκάνη Narli κοντά στο Pazarcik, και στη συνέχεια το ρήγμα επεκτάθηκε σε όλη την κύρια EAFZ Η ταχύτητα διάρρηξης αυτού του γεγονότος υπολογίστηκε σε 3,2-3,3 km/s με επιφανειακές μετατοπίσεις της τάξης των 3-7 m. Η χωρική κατανομή των μετασεισμών (Σχήμα 1) δείχνει ότι το ρήγμα του σεισμού έφτασε στην Antakya (Hatay) στα νότια και κατέληξε στα βόρεια στο τμήμα Pütürge, κοντά sτο ρήγμα του σεισμού Do˘ganyol, Elazı ˘g του 2020. Το συνολικό μήκος του ρήγματος ήταν 310-350 km με ένα επιφανειακό μήκος χαρτογραφημένου ρήγματος 270 km.
Ένα δεύτερο σημαντικό γεγονός (σεισμός Elbistan) έλαβε χώρα λίγες ώρες αργότερα στις 13:24 (10:24 GMT) στο Ekinözü, Kahramanmaras με Mw 7,6 και εστιακό βάθος 7,0 km (AFAD). Το επίκεντρο του δεύτερου σεισμού εντοπίστηκε στη θέση N38.089, E37.239 (AFAD) πλησίον του χαρτογραφημένου ίχνους του ρήγματος Sürgü (SF). Η ταχύτητα διάρρηξης αυτού του γεγονότος, υπολογίστηκε σε 2,5-2,8 km/s. Το μήκος του δεύτερου ρήγματος ήταν 150-170 km με επιφανειακές μετατοπίσεις της τάξης των 2-8 m.
Οι σεισμοί έπληξαν τις επαρχίες Kahramanmaras, Adıyaman, Hatay, Osmaniye, Gaziantep, Kilis, ¸Sanlıurfa, Diyarbakır, Malatya, Adana, και Elazıg, προκαλώντας περισσότερες από 50.000 ανθρώπινες απώλειες στην Τουρκία και τη Συρία. Αρκετά τμήματα των μεταφορών και ενεργειακών υποδομών υπέστησαν σοβαρές ζημιές. Ο αριθμός των κτιρίων που κατέρρευσαν ή εκείνων που πρέπει να κατεδαφιστούν έφθασε τα 156.000. Εκτεταμένη ήταν και η καταγραφή φαινομένων που προκλήθηκαν από τον σεισμό, όπως επιφανειακές διαρρήξεις, ρευστοποίησεις, καταπτώσεις βράχων και κατολισθήσεις. Μεταξύ αυτών, τα οι επιφανειακές διαρρήξεις και η ρευστοποίηση του εδάφους ήταν τα κυρίαρχα φαινόμενα που προκάλεσαν αστοχίες τόσο σε ελεύθερα πεδία όσο και σε ανθρωπογενή περιβάλλοντα.
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένας από τους στόχους της παρούσας μελέτης, είναι να οριοθετήσει μέσα σε ένα μικρό χρονικό διάστημα μετά την εμφάνιση του σεισμικού γεγονότος, τις εμφανίσεις φαινομένων ρευστοποίησης, με βάση απομακρυσμένες μεθόδους έρευνας. Για να επιτευχθεί αυτό, οι μελέτες που εφαρμόζονται κατά την διάρκεια της μετασεισμικής έρευνας διαχωρίζονται σε φάση I και φάση ΙΙ. Η πρώτη φάση σχετίζεται με μελέτες απομακρυσμένης έρευνας, που πραγματοποιούνται λίγες ώρες ή λίγες ημέρες μετά την εκδήλωση του κύριου σεισμού, με στόχο (i) την προκαταρκτική εκτίμηση των πιθανών περιοχών ρευστοποίησης με βάση τις εμπειρικές σχέσεις που συσχετίζουν το μέγεθος του σεισμού με την απόσταση εκδηλώσεων επιφανειακών ρευστοποιήσεων, ii) να συλλέξει βασικές πληροφορίες λαμβάνοντας υπόψη ιστορικές ρευστοποιήσεις και τη γεωλογία/γεωμορφολογία και (iii) να αποκαλυφθεί η έκταση των περιοχών ρευστοποίησης, με βάση δορυφορικές εικόνες πριν και μετά το συμβάν. Έχοντας εντοπιστεί οι ζώνες ρευστοποίησης, μπορεί να πραγματοποιηθεί η δεύτερη φάση (φάση ΙΙ), η οποία συνίσταται σε μια αναγνωριστική έρευνα πεδίου που περιλαμβάνει τεχνικές επιτόπιας εξακρίβωσης.
Οπτικές δορυφορικές εικόνες
Για τον εντοπισμό και την χαρτογράφηση φαινομένων ρευστοποίησης λόγω των σεισμικών γεγονότων που συνέβησαν στις 6 Φεβρουαρίου του 2023, χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες που αντλήθηκαν τις πρώτες μέρες και μέχρι τέσσερις βδομάδες μετά την εκδήλωση του γεγονότος.
Οι πολυφασματικές εικόνες Copernicus Sentinel-2 με εύρος λήψης 290km, χωρική ανάλυση 10 m (για τις κόκκινες, μπλε, πράσινες και εγγύς υπέρυθρες ζώνες) συνιστούν κατάλληλα εργαλεία για την επισκόπηση της πληγείσας περιοχής. Παρόλο που η ανάλυση δεν είναι η βέλτιστη, η κάλυψη των μεμονωμένων λήψεων και η υψηλή χρονική διακριτική ικανότητα (περίοδος επαναληψιμότητας 3-5 ημέρες) μπορούν να παρέχουν ένα γρήγορο σύνολο δεδομένων για να τον εντοπισμό σημαντικών εκδηλώσεων φαινομένων ρευστοποίησης. Η αξιοποίηση των εικόνων Sentinel-2 αποτέλεσε το πρώτο βήμα για τον εντοπισμό περιοχών ενδιαφέροντος. Οι πλημμύρες των πεδιάδων και του ανάντη τμήματος της ποτάμιας κοιλάδας Orontes, καθώς και η χιονοκάλυψη των βόρειων περιοχών, απαγόρευσε την χρήση ημιαυτόματων μεθόδων για τον εντοπισμό ρευστοποιήσεων και εφαρμόστηκε μόνο οπτική χαρτογράφηση.
Επίσης χρησιμοποιήθηκαν εικόνες Planet που κάλυπταν ένα μεγάλο μέρος της πληγείσας περιοχής. Ένας αριθμός μεμονωμένων καρέ (τόσο από το Planetscope όσο και από το SkySat) σε διάφορα σημεία δημοσιεύθηκαν επίσης από την Planet ως ανοικτά δεδομένα και αποκτήθηκαν μέσω της πύλης OpenAerialMap.
Η πλειονότητα της χαρτογράφησής πραγματοποιήθηκε με υψηλής ανάλυσης (VHR) οπτικές δορυφορικές εικόνες που κάλυπταν ένα σημαντικό μέρος της διάρρηξης και των περιοχών που επλήγησαν. Ένας μεγάλος αριθμός καρέ VHR που αποκτήθηκαν λίγο μετά τους σεισμούς δόθηκαν στη δημοσιότητα από τη Maxar μέσω του προγράμματος ανοικτών δεδομένων (Disaster Response Geospatial Analytics). Οι εικόνες αποκτήθηκαν από τους αισθητήρες GeoEye-1 καιWorldView 1-2-3. και δημοσιεύθηκαν σε μορφή Analysis-Ready Data (ARD).
Δορυφορικές εικόνες SAR
Εκτός από τις οπτικές εικόνες, αξιοποιήθηκαν και οι δορυφορικές εικόνες από το ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (SAR). Οι διαθέσιμες εικόνες του Sentinel-1A με εύρος λήψης 250 km και χωρική ανάλυση 5 m επί 20 m κάλυπταν ολόκληρη την περιοχή μελέτης. Πολλαπλά καρέ τόσο της ανοδικής, όσο και της καθοδικής τροχιάς, χρειάστηκαν για να καλυφθεί η πληγείσα περιοχή, με περίοδο επαναληψιμότητας 12 ημέρες για κάθε καρέ. Παρά το γεγονός ότι οι εικόνες ραντάρ δεν προσφέρουν τις ίδιες δυνατότητες απεικόνισης όπως οι οπτικές εικόνες, μπορούν να αξιοποιηθούν οι δυνατότητες τους μέσω του InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), προκειμένου να εντοπιστούν σημαντικές αλλαγές στις καλύψεις γης και να παραχθούν λεπτομερείς χάρτες της εδαφικής παραμόρφωσης.
Άλλες πηγές
Άλλες πηγές εικόνων που συνέβαλαν στην εναέρια και δορυφορική χαρτογράφηση της περιοχής ήταν διαθέσιμες από το τουρκικό Υπουργείο Εθνικής Άμυνας (Γενική Διεύθυνση Χαρτογράφησης). Αυτές οι εικόνες χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να συμπληρωθούν περιοχές που δεν καλύπτονταν από τις εικόνες Maxar και Planet VHR. Επιπλέον, ορθοφωτογραφίες από UAS (μη επανδρωμένα αεροσκάφη) για τους οικισμούς που επλήγησαν από τους σεισμούς, ήταν διαθέσιμες από την OpenAriealMap.
Για την εξέταση των τοπικών γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών που ενδεχομένων να μην είναι ορατά εξαιτίας της σύγχρονης ανθρώπινης δραστηριότητας, χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες KH-4 Corona.
Μεθοδολογία
Με βάση την προηγούμενη εμπειρία της ομάδας μελέτης στην ταχεία χαρτογράφηση των φαινομένων ρευστοποίησης, χρησιμοποιήθηκε ως οδηγός, ο δημοσιευμένος χάρτης ShakeMap του USGS, διατηρώντας την περιοχή που περικλείεται από την ισοϋψή μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA) 0,1 g. Αβεβαιότητες και γενίκευση των εργαλείων του ShakeMap συντελούν στην επιλογή μιας συντηρητικής τιμής για την PGA, ώστε να ληφθούν υπόψη οι τοπικές επιδράσεις και να γίνει απλουστευμένη μοντελοποίηση της πηγής του ρήγματος.
Η έρευνα ξεκίνησε από την περιοχή κατά μήκος του επιφανειακού ρήγματος, το οποίο χαρτογραφήθηκε προκαταρκτικά με τη χρήση οπτικών εικόνων, χαρτών συν-σεισμικών μετατοπίσεων και InSAR. Οι θέσεις των σεισμογενών χαρακτηριστικών, όπως η επιφανειακή διάρρηξη του ρήγματος και οι ρωγμές θεωρούνται τοποθεσίες που είναι επιρρεπείς στην εμφάνιση ρευστοποιήσεων και ζώνες στις οποίες αναμένεται να εκδηλωθεί ισχυρή εδαφική κίνηση, ιδίως κοντά στο ρήγμα.
Το επόμενο βήμα της έρευνάς ήταν ο προσδιορισμός των των περιοχών με επιδεκτικότητα σε ρευστοποίηση κοντά στο σεισμογόνο ρήγμα. Χρησιμοποιώντας τους διαθέσιμους γεωλογικούς χάρτες, οριοθετήθηκαν οι επιφανειακοί γεωλογικοί σχηματισμοί του Ολοκαίνου και του Τεταρτογενούς και αποκλείστηκαν παλαιότεροι, δηλαδή σχηματισμοί προ τεταρτογενούς ηλικίας, και περιοχές με βραχώδες υπόβαθρο. Πρόσφατα μη συνεκτικά λεπτόκοκκα έως μέσης κοκκομετρίας ιζήματα, όπως παράκτιες αποθέσεις, ποτάμιες αποθέσεις, αλλουβιακές πεδιάδες και αποστραγγισμένες λίμνες/βαλτότοποι είναι επιρρεπή σε ρευστοποίηση. Αυτοί είναι επίσης οι σχηματισμοί που είναι πιο πιθανόν να είναι κορεσμένοι σε νερό, λόγω ρηχού υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα.
Ανάλυση InSAR
Σημαντικά φαινόμενα ρευστοποίησης και παραμορφώσεις πλευρικής εξάπλωσης μπορεί να εντοπιστούν μέσω InSAR ως (α) μεμονωμένα και πολύπλοκα μοτίβα απομακρυσμένα από τις ζώνες διάρρηξης β) συγκεντρώσεις απώλειας συνοχής μέσω της τεχνικής ανίχνευσης αλλαγής συνοχής (CCD). Σε πολύπλοκα μοτίβα κροσσών που δεν συνδέονται με πρωτογενή ή δευτερογενή ρήγματα, η παραμόρφωση σχετίζεται με την ταλάντωση του εδάφους ή την πλευρική εξάπλωση σε μεγάλη κλίμακα. Αυτοί οι τύποι κροσσών εντοπίστηκαν σε συν-σεισμικά συμβολομετρικά διαγράμματα στην περιοχή της επαρχίας Hatay (εκβολές και προσχωματική κοιλάδα του Orontes ποταμού και της πεδιάδας Amik) και επίσης στο Narli.
Οπτική χαρτογράφηση
Οι εικόνες εξετάσθηκαν βάση της ακολουθίας Sentinel 2-> Planet-> VHR με σταδιακά αυξανόμενη λεπτομέρεια και αναγνώριση μικρότερων χαρακτηριστικών. Οι τοποθεσίες χαρτογραφήθηκαν ως σημεία που αντιπροσωπεύουν είτε μεμονωμένα χαρακτηριστικά είτε συγκεντρώσεις (clustering) πολλαπλών χαρακτηριστικών ρευστοποιήσεων. Τα σημεία κατά μήκος των περιοχών πολλαπλών χαρακτηριστικών εντοπίστηκαν περίπου κάθε μερικές δεκάδες ή εκατοντάδες μέτρα ανάλογα με την κατανομή των χαρακτηριστικών. Λαμβάνοντας υπόψη την περιφερειακή κλίμακα της παρούσας μελέτης, υιοθετήθηκε αυτή η μέθοδος για την ταχεία αναγνώριση και χαρτογράφηση, αντί να επικεντρώνεται στην αναγνώριση κάθε επιμέρους χαρακτηριστικού. Τα χαρακτηριστικά των περιοχών με φαινόμενα ρευστοποιήσεων επαληθεύτηκαν με την σύγκριση εικόνων πριν την εμφάνιση του σεισμικού γεγονότος, προκειμένου να απορριφθούν χαρακτηριστικά που δεν συνδέονται με το σεισμικό γεγονός.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Εφαρμόζοντας την προαναφερθείσα μεθοδολογία, εντοπίστηκαν 1850 περιοχές με φαινόμενα ρευστοποίησης και χαρακτηριστικά πλευρικής εξάπλωσης κατά μήκος της ζώνης EAFZ (Εικ.4) Οι περισσότερες από αυτές τις εκδηλώσεις χαρτογραφήθηκαν κοντά στο επιφανειακό ρήγμα του πρώτου σεισμού M7,7. Το δεύτερο σεισμικό γεγονός Μ7,6 επηρέασε περιοχές μεγαλύτερου γεωγραφικού πλάτους που καλύπτονταν από χιόνι, γεγονός που περιόρισε την ανίχνευση των φαινομένων ρευστοποίησης. Οι βορειότερες χαρτογραφημένες περιοχές βρίσκονται βόρεια της Μαλάτιας, ενώ οι νοτιότερες βρίσκονται στις εκβολές και στην κοιλάδα του ποταμού Ορόντη, στην επαρχία Hatay.
Ειδικότερα, οι κρατήρες και ρωγμές, καθώς και τα φαινόμενα πλευρικής εξάπλωσης εκδηλώθηκαν σε περιοχές κοντά στο ρήγμα που καλύπτονταν από ποτάμιες και παράκτιες ολοκαινικές αποθέσεις. Χαρτογραφημένες περιοχές υψηλής πυκνότητας φαινομένων ρευστοποίησης φαίνονται στην νοτιοδυτική παράκτια ζώνη της Antakya και του λιμανιού Iskenderun μέχρι τη βορειοανατολική Λεκάνη Gölbasi κατά μήκος του ρήγματος M7,7 του κύριου σκέλους του ρήγματος της Ανατολικής Ανατολίας. Σποραδικές εκδηλώσεις χαρτογραφήθηκαν στη βόρεια περιοχή του Ελπιστάν και της Μαλάτιας και θεωρήθηκαν ότι προκλήθηκαν από τον δεύτερο σεισμό Μ7,6.
Η μεγαλύτερη πυκνότητα φαινομένων ρευστοποίησης χαρτογραφήθηκε βόρεια της Αντάκυας, στην κοιλάδα Amik (Amuq) και στον ποταμό Orontes (Asi) (Εικόνα 6). Η λεκάνη Amik αναπτύσσεται στην τριπλή διασταύρωση των τμημάτων Amanos (EAF), Hacipasa (DSF) και Antakya και είναι πληρωμένη με ιζήματα του Πλειο-Τεταρτογενούς. Οι περισσότερες περιοχές ρευστοποίησης και πλευρικής εξάπλωσης ακολουθούν τα μαιανδρικά τμήματα του ποταμού Aksu, καθώς και εγκαταλελειμένους μαιάνδρους που διέρχονται από αυτές τις λεκάνες. Πολυάριθμα φαινόμενα ρευστοποίησης εντοπίστηκαν και χαρτογραφήθηκαν και στον πυθμένα της λίμνης του φράγματος Pazarcik και ανάντη προς τα ανατολικά. Περίπου το 20% των συνολικών καταγραφών ρευστοποίησης χαρτογραφήθηκαν σε αυτή την περιοχή (Εικόνα 6).
Οι περισσότερες εκδηλώσεις φαινομένων ρευστοποίησης εντοπίστηκαν σε μια πρώην πλημμυρισμένη περιοχή που είχε γεμίσει κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1980 στο παράκτιο μέτωπο (Εικ.6). Συγκεκριμένα, η πόλη Iskenderun υπέστη σοβαρές καταστροφές λόγω εκτεταμένης πλευρικής εξάπλωσης και ρευστοποίησης κατά μήκος του παράκτιου μετώπου της στο δυτικό και κεντρικό τμήμα, ενώ μεγάλες εκτάσεις και τμήματα αποβαθρών στις λιμενικές εγκαταστάσεις προς τα ανατολικά βυθίστηκαν λόγω φαινομένων πλευρικής εξάπλωσης (Εικ.7). Καθιζήσεις κοντά στο παράκτιο μέτωπο είχαν ως αποτέλεσμα την μικρή πλημμύρα του βορειότερου τμήματος της πόλης για λίγες ημέρες μετά τους σεισμούς. Ταυτόχρονα, η λεωφόρος Ατατούρκ και το παραλιακό μέτωπο καλύφθηκαν από εκτεταμένα φαινόμενα ρευστοποίησης που έγιναν ορατά ως ανοιχτές και σκούρε γκρι αποθέσεις άμμου/ιλύος στις δορυφορικές εικόνες VHR μετά το σεισμό.
Συσχέτιση της απόστασης των θέσεων ρευστοποίησης με τη θέση των επικέντρων και την ζώνη διάρρηξης
Λαμβάνοντας υπόψη προηγούμενες μελέτες, η αναμενόμενη μέγιστη επικεντρική απόσταση των ρευστοποιημένων περιοχών ήταν περίπου 150 km για σεισμό μεγέθους M7,7 (Εικ.8). Σύμφωνα με την απογραφή ρευστοποίησης από την ομάδα μελέτης, η δήλωση αυτή επικυρώνεται, καθώς το 92% του συνόλου των καταγραφών κατανέμεται εντός μιας περιοχής που βρίσκεται σε απόσταση 150 km από το επίκεντρο. Όσον αφορά το την κατανομή των θέσεων ρευστοποίησης σε σχέση με το επιφανειακό ίχνος του ρήγματος, η πλειονότητα των περιστατικών (95%) εντοπίστηκε σε ένα τμήμα 25 km, με πολύ λίγες τοποθεσίες μεταξύ 25 και 50 χλμ. απόστασης (Εικ.9).
ΣΥΖΗΤΗΣΗ
Για τους σκοπούς αυτής της μελέτης, λήφθηκε υπόψιν το ShakeMap για τους σεισμούς που συνέβησαν στις 6 Φεβρουαρίου 2023, που παρήχθη από το Γεωλογικό Ινστιτούτο των Ηνωμένων Πολιτειών (USGS) για να διερευνηθεί η χωρική κατανομή των θέσεων ρευστοποίησης σε σχέση με την μέγιστη επιτάχυνση του εδάφους (PGA) και τη μέγιστη εδαφική ταχύτητα (PGV). Ειδικότερα, μια επικαιροποιημένη έκδοση του αρχικού ShakeMap χρησιμοποιήθηκε (πρόσβαση στις 26 Απριλίου 2023) και ενσωμάτωσε μια πιο λεπτομερής μοντελοποίηση ρήγματος. Οι πρώτες κιόλας εκδόσεις του ShakeMap δεν περιλάμβαναν ένα ολοκληρωμένο μοντέλο διαρρηξης και θεωρήθηκαν ανακριβής, καθώς μόνο μια απλή κυκλική απόσταση από το προκαταρκτικό επίκεντρο ενσωματώνεται για την εξασθένηση της εδαφικής κίνησης. Αυτό είναι ένα θέμα των υπηρεσιών της ShakeMap, καθώς δεν μπορούν να ενσωματώσουν την πηγή του ρήγματος, χωρίς την ανθρώπινη παρέμβαση κατά τη διάρκεια των πρώτων ωρών ή ημερών μετά από ένα σεισιμικό γεγονός. Ένας συνδυασμένος χάρτης ράστερ του μέγιστων τιμών PGA και PGV και για τα δύο συμβάντα παράχθηκε συνδυάζοντας τους αρχικούς χάρτες (Εικόνα 10). Με τον τρόπο αυτό, η ομάδα μελέτης μείωσε τις αβεβαιότητες που προέκυψαν λόγω πιθανών ανακριβειών στη μοντελοποίηση των ρηγμάτων και τις ελλείψεις λεπτομερειών για την τοποθεσία, τις συνθήκες, κ.λπ. στην απόδοση των εμφανίσεων ρευστοποίησης στα δύο κύρια γεγονότα.
Η ανάλυση κατανομής και τα διαγράμματα συχνοτήτων (Εικόνα 10) φανερώνουν παρόμοια αποτελέσματα αναφορικά με την απόσταση από τη διάρρηξη του ρήγματος- η πλειονότητα των χαρτογραφημένων θέσεων ρευστοποίησης βρίσκεται εντός μιας στενής ζώνης κοντά στα ρήγματα του σεισμού, όπου παρατηρούνται υψηλές τιμές PGA και PGV. Το 95ο εκατοστημόριο των θέσεων ρευστοποίησης συσχετίζεται με τιμές PGA > 0,14 g και PGV > 12 cm/s. Οι παρατηρήσεις αυτές είναι πολύτιμες για την έγκαιρη πρόβλεψη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του σεισμού σε μελλοντικά γεγονότα και για την παραγωγή χαρτών κινδύνου ρευστοποίησης. Η συσχέτιση των θέσεων ρευστοποίησης με την απόσταση από το ρήγμα και τις τιμές της εδαφικής κίνησης (PGA, PGV) ορίζει ένα γεωγραφικό όριο για την εμφάνιση της ρευστοποίησης. Ωστόσο, η κατανομή και η συγκέντρωσή τους εντός της συγκεκριμένης ζώνης (γεωγραφικό όριο) είναι ανομοιόμορφη. Επισημαίνεται ότι δεν εμφανίζουν όλες οι περιοχές χαμηλού αναγλύφου που βρίσκονται σε μικρή απόσταση από το ρήγμα φαινόμενα ρευστοποίησης- η πλειονότητα των χαρτογραφημένων θέσεων ρευστοποίησης σχηματίζει συστάδες σε συγκεκριμένους τύπους αλλουβιακών ιζημάτων. Η μεταβλητότητα των γεωμορφολογικών συνθηκών και των επιφανειακών ιζημάτων σε αυτές τις περιοχές σχετίζεται άμεσα με τη σοβαρότητα και την ομαδοποιημένη εμφάνιση ρευστοποιήσεων. Αυτός ήταν ο βασικός λόγος που μας ώθησε την ομάδα μελέτης να εφαρμόσει μια σειρά εργασιών απομακρυσμένης χαρτογράφησης των εμφανίσεων ρευστοποίησης.
Σε γενικές γραμμές, η γεωμορφολογία διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στην χωρική κατανομή των φαινομένων ρευστοποίησης. Όπως περιγράφηκε σε προηγούμενες ενότητες, η πλειονότητα των φαινομένων ρευστοποίησης συγκεντρώθηκε κατά μήκος των μαιάνδρων του ποταμού (εσωτερικό τμήμα του μαιάνδρου), σε εγκαταλελειμμένα ή πρόσφατα πληρωμένα τμήματα του ποταμού, καθώς και σε αποξηραμένες λεκάνες λιμνών και παράκτιες ζώνες.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Η ομάδα μελέτης χρησιμοποίησε δορυφορικές εικόνες και χαρτογράφησε 1850 τοποθεσίες με εμφανίσεις ρευστοποίησης και φαινόμενα πλευρικής εξάπλωσης που προκλήθηκαν από τους σεισμούς Mw 7,7 και Mw 7,6 της 6ης Φεβρουαρίου 2023 στην Τουρκία/Συρία. Επιπλέον, εφάρμοσε και βελτίωσε περαιτέρω, μια υπάρχουσα μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για την ταχεία χαρτογράφηση της ρευστοποίησης που προκαλείται από τους σεισμούς. Ειδικότερα προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα:
(1) Υψηλής και πολύ υψηλής ανάλυσης οπτικές δορυφορικές εικόνες, με τη βοήθεια δορυφορικών εικόνων ραντάρ και της συμβολομετρίας, συνέβαλαν στην δημιουργία ενός λεπτομερούς χάρτη των εμφανίσεων ρευστοποίησης σε μια μεγάλη περιοχή που επλήγη από τους δύο ισχυρούς σεισμούς.
(2) Παρά τους περιορισμούς των τωρινών δεδομένων χαρτογράφησης και των αποτελεσμάτων, θεωρούμε ότι ο χάρτης τεκμηριώνει σε ικανοποιητικό βαθμό την κατανομής των θέσεων ρευστοποίησης σε όλη την πληγείσα περιοχή στη ΝΑ Τουρκία και τη Συρία. Περιγράφονται επίσης οι περισσότερες περιοχές με σημαντική συγκέντρωση και σοβαρά φαινόμενα ρευστοποίησης.
(3) Η εφαρμογή της προτεινόμενης ροής εργασιών για τη χαρτογράφηση των εμφανίσεων ρευστοποίησης με δεδομένα τηλεπισκόπησης διευκόλυνε την εστιασμένη έρευνα και επέτρεψε την ταχεία χαρτογράφηση μιας μεγάλης σε έκταση περιοχής.
(4) Η πλειονότητα των φαινομένων ρευστοποίησης εντοπίστηκε κατά μήκος των μαιανδρικών τμημάτων των κοιλάδων των ποταμών, τις παράκτιες πεδιάδες με λεπτόκοκκα ιζήματα, τις αποξηραμένες λίμνες και έλη και τις λιμνοθαλάσσιες λεκάνες κατά μήκος του ρήγματος της Ανατολικής Ανατολίας. Επιπλέον, είναι σημαντικό να επισημανθεί η υψηλή επιδεκτικότητα σε ρευστοποίηση των ανακτημένων εδαφών, καθώς έχει επιβεβαιωθεί στην περίπτωση της πόλης Iskenderum και του αεροδρομίου Hatay. Οι περιοχές αυτές προτείνεται να να μελετηθούν λεπτομερώς προκειμένου να μειωθεί το δυναμικό ρευστοποίησης των στρωμάτων του υπεδάφους. και κατά συνέπεια να ελαχιστοποιηθεί ο κίνδυνος για το ανθρωπογενές περιβάλλον.
(5) Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν για άλλη μια φορά τη σημαντική συσχέτιση μεταξύ γεωμορφολογίας/επιφανειακής γεωλογίας και της εκδήλωσης ρευστοποίησης σε ισχυρούς σεισμούς. Αυτές οι γεωμορφολογικές συνθήκες μπορούν να χρησιμεύσουν ως επιτυχημένος δείκτης των τοπικών συνθηκών σε μια έρευνα περιφερειακής κλίμακας και μπορούν να καθοδηγήσουν μελλοντικές έρευνες και να εστιάσουν σε περιοχές ενδιαφέροντος για μελλοντική χαρτογράφηση του κινδύνου ρευστοποίησης.
