ΔΡΑΣΗ 2.3 – Παρακολούθηση των Εδαφικών Κινήσεων και Ενεργών Τεκτονικών Δομών

​

Στόχος της Δράσης 2.3 είναι η παρακολούθηση των εδαφικών κινήσεων και των παραμορφώσεων στην Ελλάδα χρησιμοποιώντας τις ήδη δικτυωμένες υποδομές, και η παροχή «υπηρεσιών» με την έννοια του service, για την πληρέστερη ενημέρωση των πολιτών, των ερευνητών και της Πολιτείας. Η δικτύωση παρέχει καλύτερη κάλυψη του Ελληνικού χώρου σε δίκτυα σεισμογράφων, επιταχυνσιογράφων και GPS, αυξάνοντας τη διακριτική ικανότητα και βελτιώνοντας την ακρίβεια και αξιοπιστία των δεδομένων και των θεωρητικών μοντέλων.

Σε πρώτη φάση θα γίνει ο 24/7 υπολογισμός σεισμικών παραμέτρων των σεισμών του Ελληνικού χώρου. Αποτελεί τη σημαντικότερη δράση και αφορά στον υπολογισμό των σεισμικών παραμέτρων (επίκεντρο, μέγεθος, βάθος, χρόνος γένεσης) των σεισμών του Ελληνικού χώρου. Η υπηρεσία αυτή παρέχεται αποκλειστικά από το ΓΕΙΝ/ΕΑΑ και το Εργαστήριο Γεωφυσικής του ΑΠΘ. Η καθημερινή ανάλυση παρέχει πληροφορίες τόσο στην κοινωνία όσο και στην Πολιτεία.

Σε δεύτερη φάση θα γίνει ο 24/7 υπολογισμός μηχανισμών γένεσης των σεισμών του Ελληνικού χώρου και κατάλογος. Αφορά στον καθημερινό υπολογισμό των μηχανισμών γένεσης από τα δεδομένα του δικτύου αλλά και τα διεθνή, αλλά και στην ανάπτυξη ενός ενιαίου καταλόγου μηχανισμών γένεσης που θα ενσωματώσει και λύσεις από προγενέστερους σεισμούς. Ο Τανυστής της Σεισμικής Ροπής (ΤΣΡ) είναι μια από τις πιο σημαντικές παραμέτρους ενός σεισμικού γεγονότος. Από τον ΤΣΡ μπορούμε να υπολογίσουμε τη σεισμική ροπή (Mo), το μέγεθος ροπής (Mw) και τον τύπο του σεισμικού ρήγματος. Ο τύπος του ρήγματος που έχει ενεργοποιηθεί και η σεισμική ροπή μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε περαιτέρω αναλύσεις που αφορούν στην εκτίμηση της εδαφικής κίνησης, στην πιθανή ενεργοποίηση γειτονικών ρηγμάτων ή ακόμα και στην πιθανότητα δημιουργίας τσουνάμι. Είναι έτσι εύκολα κατανοητό γιατί ο αυτόματος υπολογισμός του ΤΣΡ αποτελεί βασική υπηρεσία κάθε σεισμολογικού δικτύου είτε σε παγκόσμια κλίμακα είτε σε περιφερειακή. Η εφαρμογή όμως αυτόματων μεθοδολογιών υπολογισμού του ΤΣΡ σε τοπικό ή περιφερειακό επίπεδο παραμένει προβληματική εξαιτίας παραγόντων όπως π.χ. η πυκνότητα των σταθμών καταγραφής, η ελλιπής γνώση της δομής του φλοιού, η αβεβαιότητα στη θέση του επικέντρου από την αυτόματη επίλυση, η κακή ποιότητα των καταγραφών, κ.λπ. Η Εθνική Ερευνητική Υποδομή HELPOS αναμένεται να βοηθήσει σημαντικά στην επίλυση των παραπάνω προβλημάτων και να προσφέρει την απαραίτητη υποδομή για τον αυτόματο υπολογισμό του ΤΣΡ σε περιφερειακό επίπεδο (Ελλαδικό χώρο). Στη Δράση 2.3, το ΕΑΑ/ΓΕΙΝ και το Εργαστήριο Σεισμολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών θα βελτιώσουν τον κώδικα scisola (Triantafyllis et al, 2016) με σκοπό τον αυτόματο υπολογισμό του ΤΣΡ. Πιο συγκεκριμένα προτείνεται η μετατροπή του κώδικα ώστε να επικοινωνεί άμεσα μέσω arclink με το κεντρικό σύστημα καταγραφής εδαφικών κινήσεων (Seiscomp), την προσθήκη αλγορίθμων για τον εντοπισμό σφαλμάτων στα δεδομένα, τη χρήση περισσότερων του ενός μοντέλων ταχυτήτων, τον καλύτερο προσδιορισμό της ποιότητας της λύσης, την εξαγωγή των αποτελεσμάτων σε μορφή συμβατή με τα διεθνή πρότυπα (QuakeML) και την αυτόματη αποθήκευση της λύσης στη βάση δεδομένων του Seiscomp. Η επιτυχής εφαρμογή της προτεινόμενης δράσης θα προσφέρει μια νέα μεθοδολογία/ λογισμικό που θα είναι διαθέσιμα στην επιστημονική κοινότητα, ενώ ο αυτόματος υπολογισμός του ΤΣΡ θα προσφέρει άμεσα σημαντικά στοιχεία για το ρήγμα που ενεργοποιήθηκε και τη σεισμική ροπή που αντιστοιχεί στο σεισμικό γεγονός, επιτρέποντας έτσι την ανάλυση των αναμενόμενων επιπτώσεων και την καλύτερη εκτίμηση της πιθανής ενεργοποίησης άλλων ρηγμάτων. Αναμένεται με τη δράση αυτή το Εθνικό Δίκτυο Σεισμογράφων να αποκτήσει μια σημαντική νέα υπηρεσία που θα εδραιώσει τόσο επιστημονικά όσο και κοινωνικά το ρόλο του στην παρακολούθηση της σεισμικότητας στον Ελλαδικό χώρο. Η σύνθεση του καταλόγου των μηχανισμών γένεσης για σεισμούς του Ελλαδικού χώρου θα πραγματοποιηθεί με χρήση κυματομορφών που έχουν καταγραφεί σε περιφερειακές (regional, Μ≥4) και σε τηλεσεισμικές (teleseismic) (Μ≥6) αποστάσεις μέσω της μεθόδου της αντιστροφής του τανυστή σεισμικής ροπής. Η μεθοδολογία που θα ακολουθηθεί χρησιμοποιεί συνθετικά σεισμογράμματα, τα οποία υπολογίζονται μέσω των συναρτήσεων Green, τα οποία προσομοιώνονται με τα αντίστοιχα πραγματικά, με στόχο την εύρεση της βέλτιστης δυνατής λύσης. Πρωτεύων στόχος είναι η παραγωγή ενός άρτιου καταλόγου εστιακών παραμέτρων, με αξιόπιστα μεγέθη σεισμικής ροπής, που θα συνεισφέρουν στη σεισμοτεκτονική μελέτη επί μέρους περιοχών του Ελλαδικού χώρου, όπως αυτές του Κεντρικού και Νότιου Ιονίου, Κορινθιακού, Πατραϊκού και Αργοσαρωνικού Κόλπου.
 

Σε τρίτη φάση, θα γίνουν χάρτες κατανομής της ισχυρής εδαφικής κίνησης (ShakeMaps)»: Αφορά: α) στον υπολογισμό χαρτών κατανομής της ισχυρής σεισμικής κίνησης στον Ελληνικό χώρο, από τις μέγιστες τιμές της εδαφικής κίνησης στα μόνιμα δίκτυα σεισμογράφων και επιταχυνσιογράφων β) στον υπολογισμό από στοχευμένες μελέτες υπολογισμού ShakeMaps από μοντέλα ολίσθησης πεπερασμένων διαστάσεων με συνυπολογισμό των εδαφικών συνθηκών. Θα δοθεί έμφαση στη μελέτη του κοντινού πεδίου με τη χρήση επεξεργασμένων καταγραφών επιταχυνσιογράφων και εμπειρικά ή πιθανολογικά προσομοιώματα της ισχυρής εδαφικής κίνησης. Από τις επεξεργασμένες αυτές καταγραφές θα γίνει προσπάθεια να καθοριστούν παράμετροι της σεισμικής πηγής (fc, Δσ, κ.λπ.) σε επιλεγμένες σεισμικές κινήσεις και για διάφορα σεισμοτεκτονικά περιβάλλοντα. Θα παρέχονται χάρτες κατανομής της εδαφικής κίνησης, σε πραγματικό χρόνο, σεισμών με μέγεθος M≥3.7. O υπολογισμός της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης θα πραγματοποιείται μέσω σχέσεων εκτίμησης της εδαφικής κίνησης του Ελληνικού χώρου, λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος, το εστιακό βάθος και τις γεωγραφικές συντεταγμένες του επικέντρου, όπως αυτές υπολογίζονται από τη σεισμικότητα σε πραγματικό χρόνο που παρέχονται στον ιστότοπο του Εργαστηρίου Σεισμολογίας του ΕΚΠΑ. Θα λαμβάνονται υπόψη η επικεντρική απόσταση, ο τύπος εδάφους στη θέση παρατήρησης (βραχώδεις σχηματισμοί, συνεκτικοί εδαφικοί σχηματισμοί ή χαλαροί εδαφικοί σχηματισμοί) και ο μηχανισμός γένεσης με βάση τις ζώνες σεισμικότητας του Ελληνικού χώρου. Ο χρήστης θα έχει δυνατότητα επιλογής σχέσης απόσβεσης. Πρόκειται να παραχθούν χάρτες κατανομής της εδαφικής κίνησης σε άμεσο χρόνο από την ενσωμάτωση κυματομορφών των σταθμών του Εθνικού Δικτύου.

Σε τέταρτη φάση θα γίνει η παρακολούθηση ενεργών τεκτονικών δομών στον Ελληνικό χώρο με σεισμολογικές και γεωφυσικές παρατηρήσεις. Αφορά σε μοντέλα ολίσθησης από δεδομένα σεισμολογικά, GPS, δορυφορικά δεδομένα (inSAR), μελέτες βελτίωσης των σεισμικών παραμέτρων με διασυσχέτιση κυματομορφών, γεωφυσικών μεθόδων για την αναγνώριση ρωγμών σε διάφορες κλίμακες, καθώς και θέματα επαγόμενης σεισμικότητας.

 

Σε πέμπτη φάση θα γίνει η εφαρμογή μεθοδολογιών έγκαιρης προειδοποίησης σε επιλεγμένες περιοχές στην Ελλάδα. Η Ελλάδα βρίσκεται στην έκτη θέση παγκοσμίως από πλευράς σεισμικότητας. Αρκετές πόλεις αντιμετωπίζουν υψηλό σεισμικό κίνδυνο και μεγάλος αριθμός ανθρώπων ζουν σε κτήρια που δεν έχουν χτιστεί με κάποιον σύγχρονο αντισεισμικό κανονισμό. Ταυτόχρονα, η διαδικασία ενίσχυσης των κτηρίων, αν και απαραίτητη, είναι χρονοβόρα, απαιτεί σημαντικούς οικονομικούς πόρους και δύσκολα μπορεί να εφαρμοστεί σε ευρεία κλίμακα. Επιπρόσθετα, ένας σημαντικός αριθμός υποδομών (δικτύων, βιομηχανικών εγκαταστάσεων, κ.λπ.), βρίσκεται εκτεθειμένος στο σεισμικό κίνδυνο με σημαντικές συνέπειες σε περίπτωση αστοχίας λόγω σεισμικής δόνησης. Η διεθνής πρακτική στο παραπάνω πρόβλημα είναι η εφαρμογή μεθόδων «έγκαιρης προειδοποίησης» (Early Warning). Οι μεθοδολογίες αυτές μπορούν να μειώσουν το σεισμικό κίνδυνο για τον πληθυσμό με σχετικά μικρό κόστος και έχουν αρχίσει να εφαρμόζονται σε επιχειρησιακή ή πειραματική βάση σε χώρες όπως η Ιαπωνία, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ελβετία κ.α. Βασίζονται στον - σε σχεδόν πραγματικό χρόνο - εντοπισμό της γένεσης ενός σεισμού και στην παροχή ενημέρωσης σε περιοχές μακριά από το επίκεντρο, για την ένταση και τον χρόνο άφιξης των σεισμικών κυμάτων σε αυτές. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι ένα πυκνό δίκτυο καταγραφής της εδαφικής κίνησης από το οποίο εκτιμάται το επίκεντρο και το μέγεθος του σεισμού σε ελάχιστα δευτερόλεπτα. Στη συνέχεια, με τη χρήση σχέσεων εξασθένισης της εδαφικής κίνησης, μπορεί να εκτιμηθεί η ένταση του σεισμού σε άλλες περιοχές. Ο βασικός σκοπός της προτεινόμενης δράσης είναι η εφαρμογή μεθοδολογιών έγκαιρης προειδοποίησης στην υποδομή του Ελληνικού Ενοποιημένου Δικτύου Καταγραφής της εδαφικής κίνησης. Πιο συγκεκριμένα προτείνεται η εφαρμογή μεθοδολογιών όπως είναι η μεθοδολογία Virtual Seismologist (www.seiscomp3.org/doc/seattle/2013.200/apps/vs) και όπως επίσης είναι η μεθοδολογία PRESTo (www.prestoews.org). Στο πλαίσιο της δράσης θα γίνει εφαρμογή και αξιολόγηση της ικανότητας του Εθνικού Δικτύου να προσφέρει υπηρεσίες έγκαιρης προειδοποίησης καθώς και προτάσεις για τη βελτίωση των υποδομών προς την κατεύθυνση αυτή. Η αναβάθμιση του Ενοποιημένου Εθνικού Δικτύου δύναται να συνεισφέρει στη διαδικασία της έγκαιρης προειδοποίησης που αποσκοπεί στη μείωση του σεισμικού κινδύνου. Στόχος είναι η προσαρμογή και ενσωμάτωση του κατάλληλου λογισμικού προκειμένου η διαδικασία έγκαιρης προειδοποίησης να υλοποιείται σε πραγματικό χρόνο.

Σε έκτη φάση θα λάβει χώρα η επαναμέτρηση δικτύων GPS για την παρακολούθηση παραμορφώσεων και τη διάθεση πρωτογενών δεδομένων. Αφορά γενικά τα ακόλουθα, όπου οι μικροβαρυτομετρικές και γεωμαγνητικές μετρήσεις που περιγράφονται θα γίνουν μόνο από τον Τομέα Γεωφυσικής - Γεωθερμίας του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Α) Επαναμέτρηση των υφιστάμενων δικτύων GPS που δικτυώθηκαν στο πλαίσιο του HELPOS. Συνοδευτικά μετρήσεις μικροβαρυτομετρίας θα πραγματοποιηθούν στα μικροβαρυτομετρικά δίκτυα ηφαιστειακών συμπλεγμάτων (Σαντορίνης, Νισύρου) καθώς και επαναληπτικές μετρήσεις του γεωμαγνητικού πεδίου σε επιλεγμένα σημεία των δικτύων GPS. Αυτό θα περιλαμβάνει περιοδικά ανύσματα εδαφικής κίνησης των σταθμών, ταχύτητες κίνησης (βάσει παλαιότερων μετρήσεων), και χάρτες πεδίου παραμόρφωσης με υψηλή ανάλυση και διακριτική ικανότητα, καθώς και μικροβαρυτομετρικά και γεωμαγνητικά αποτελέσματα. Β) Ημερήσια επεξεργασία των υφιστάμενων μόνιμων σταθμών GPS/ GNSS και των νέων σταθμών που θα εγκατασταθούν στο πλαίσιο του HELPOS με το λογισμικό BERNESE v5.2. Επίσης θα πραγματοποιείται επεξεργασία ενός μεγάλου αριθμού σταθμών (~15 σταθμοί) GPS/GNSS που λειτουργούν στον Ελλαδικό χώρο στις περιοχές στις οποίες βρίσκονται και τα μη μόνιμα δίκτυα GPS (Κεντρικά Ιόνια Νησιά, Δυτική Ελλάδα, Σαντορίνη, Νησιά Νοτιοανατολικού Αιγαίου). Για τους σταθμούς GPS/ GNSS που θα εμπεριέχονται στις ημερήσιες επιλύσεις θα παραχθούν χρονοσειρές κίνησης οριζόντιας και κατακόρυφης συνιστώσας, ταχύτητες εδαφικής κίνησης (και στις 3 συνιστώσες), χάρτες εδαφικών ταχυτήτων κίνησης (ανύσματα οριζόντιας και κατακόρυφης κίνησης) σε περιβάλλον Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (GIS). Γ) Εκπόνηση μιας Βάσης Δεδομένων που θα περιλαμβάνει κατάλογο ανυσμάτων εδαφικής μετατόπισης και ταχυτήτων σταθμών GPS, καθώς και πρωτογενή δεδομένα GPS (αρχεία RINEX 30 sec) ), μικροβαρυτομετρικά και γεωμαγνητικά δεδομένα διαθέσιμα 18 μήνες μετά τη λήψη των μετρήσεων.