Συλλογή δεδομένων εδαφικού θορύβου

Ο βασικός στόχος της ΕΕ1 (WP1) είναι η συλλογή καταγραφών εδαφικού θορύβου και έχει ως αντικείμενο τη δημιουργία ενός υποδειγματικού συνόλου δεδομένων για τις δύο ΕΕ που υλοποιούν τους 2 βασικούς στόχους του έργου. Ειδικότερα:

  • Α) Η συλλογή των δεδομένων για την εφαρμογή της 3D τομογραφίας εδαφικού θορύβου θα πραγματοποιηθεί με την προσωρινή εγκατάσταση ειδικών δικτύων σεισμομέτρων σε δύο περιοχές, αρχικά σε συνθήκες ελεύθερου πεδίου εκτός πόλης και στη συνέχεια σε αστικό περιβάλλον. Η πρώτη εφαρμογή (συνθήκες ελεύθερου πεδίου) θα πραγματοποιηθεί στην Μυγδονία λεκάνη (περιοχή πεδίου δοκιμών Euroseistest, http://euroseisdb.civil.auth.gr/), σε συνέχεια προηγούμενης έρευνας στην περιοχή (Hannemann et al. 2014), χρησιμοποιώντας όμως διαφορετική διάταξη αισθητήρων, για τη βελτιστοποίηση του χώρου κάλυψης και του εύρους μηκών κύματος. Η εφαρμογή σε αστικό περιβάλλον αφορά το κεντρικό τμήμα του πολεοδομικού συγκροτήματος Θεσσαλονίκης, για το οποίο ήδη υπάρχουν ενθαρρυντικά αποτελέσματα (Anthymidis et al., 2018), αλλά και διαθέσιμα γεωφυσικά/γεωτεχνικά αποτελέσματα από προηγούμενες μελέτες μεγάλης κλίμακας (Anastasiadis et al. 2001, Apostolidis et al. 2004, Panou et al. 2005). Για την λήψη των μετρήσεων  είχε σχεδιαστεί να χρησιμοποιηθεί η υποδομή WARAN του Παν/μίου Potsdam, (http://seismo.geo.uni-potsdam.de/waranproj), η οποία επιτρέπει τη συλλογή, μετάδοση και αυτόματη ανάλυση σεισμικών καταγραφών στο πεδίο σε πραγματικό χρόνο, και άρα είναι κατάλληλη για τη λήψη μετρήσεων εδαφικού θορύβου σύμφωνα και με τη σχετική συμφωνία που είχε υπογράψει ο συνεργαζόμενος φορέας και το μέλος της ερευνητικής ομάδας (Dr. Matthias Ohrnberger, Institut für Geowissenschaften, University of Potsdam). ). Η εν λόγω υποδομή δεν κατέστει δυνατό να χρησιμοποιηθεί γιατί δεν στάθηκε δυνατό να συναφθεί η σχετική σύμβαση παροχής υπηρεσιών μεταξύ του Αριστ. Παν/μιου Θεσ/νίκης (ΑΠΘ) και του University of Potsdam (UoP), χωρίς αυτό να οφείλεται σε υπαιτιότητα των 2 φορέων. Ειδικότερα, βάσει της τρέχουσας Ελληνικής νομοθεσίας, η σχετική σύμβαση παροχής υπηρεσιών του UoP προς το ΑΠΘ θα έπρεπε να συνταχθεί στην Ελληνική γλώσσα, ή στην περίπτωση δίγλωσσης σύμβασης (π.χ. Ελληνικά και Αγγλικά), η κυρίαρχη γλώσσα να είναι η Ελληνική. Η συγκεκριμένη πρόβλεψη δεν έγινε δεκτή από το νομικό τμήμα του Παν/μιου του Potsdam, το οποίο εύλογα ζητούσε ως μοναδική και κυρίαρχη μία διεθνή γλώσσα (π.χ. την Αγγλική). Παρόλη την εκτεταμένη αλληλογραφία, δεν μπόρεσε να βρεθεί λύση στο παραπάνω πρόβλημα, το οποίο προκύπτει από την κείμενη Ελληνική νομοθεσία, με αποτέλεσμα τη μη χρήση του εν λόγω εξοπλισμού, προκαλώντας πρόσθετη καθυστέρηση και βλάβη στο έργο.
  • Β) Οι μετρήσεις εδαφικού θορύβου που θα χρησιμοποιηθούν για 1D αντιστροφή θα πραγματοποιηθούν σε επιλεγμένες θέσεις του Ελληνικού χώρου, από τη βάση δεδομένων μονοδιάστατων μοντέλων αναφοράς των Stewart et al. (2014), στην οποία είναι διαθέσιμο ένα μεγάλο σύνολο γεωφυσικών/γεωτεχνικών πληροφοριών. Η βάση αυτή έχει ήδη αξιοποιηθεί σε προηγούμενη έρευνα (Chatzis et al., 2018), για τη βαθμονόμηση αντιστροφών καμπυλών HVSR από μετρήσεις θορύβου μονού σταθμού. Στο πλαίσιο του έργου θα πραγματοποιηθούν μετρήσεις σε 30 επιλεγμένες θέσεις, με τη χρήση ειδικού δικτύου σεισμομέτρων (arrays), ώστε να είναι εφικτή η ανάκτηση των τοπικών καμπυλών διασποράς των επιφανειακών κυμάτων.

Όπως γίνεται αντιληπτό το έργο περιλαμβάνει ένα μεγάλο τμήμα πειραματικών εργασιών πεδίου, με συλλογή ενός πολύ μεγάλου αριθμού υποδειγματικών δεδομένων από δίκτυα σεισμογράφων, σε ένα σημαντικό αριθμό αστικών και μη συγκροτημάτων του Ελληνικού χώρου (ΕΕ1/WP1). Οι συνθήκες που δημιουργήθηκαν για πάνω από το 50% του χρόνου του έργου λόγω των έκτακτων μέτρων προστασίας της δημόσιας υγείας από τον κίνδυνο περαιτέρω διασποράς του κορωνοϊού COVID-19, δεν επέτρεψαν την τήρηση του χρονοδιαγράμματος εκτέλεσης του έργου. Ειδικότερα για μεγάλο διάστημα υπήρχε πλήρης απαγόρευση μετακινήσεων, που πρακτικά απέτρεψε τη διενέργεια οποιαδήποτε μέτρησης. Επιπλέον, ακόμα και όταν οι μετακινήσεις επιτράπηκαν υπό όρους, ήταν αδύνατη η μαζική μετακίνηση προσωπικού για μετρήσεις με ίδιο μεταφορικό μέσο, λόγω των υφιστάμενων περιορισμών. Παράλληλα, τμήμα του προσωπικού είτε ασθένησε από COVID-19, είτε ήταν πολύ διστακτικό ή και εύλογα απρόθυμο (π.χ. λόγω ύπαρξης ατόμων από ευπαθείς ομάδες στην οικία τους) για τη συμμετοχή του σε πειράματα που απαιτούσαν τη μακροχρόνια παραμονή μέσα σε αυτοκίνητα για τη μετάβαση στους χώρους διενέργειας των μετρήσεων, αλλά και άλλους χώρους (π.χ. κλειστούς χώρους εγκατάστασης σε αστικές περιοχές), ακόμα και όταν επιτράπηκαν οι σχετικές μετακινήσεις. Το ίδιο ίσχυσε και για μετακινήσεις στο εξωτερικό (συνεργαζόμενος φορέας), που πραγματοποιήθηκαν με πολύ μεγάλη καθυστέρηση, λόγω των σχετικών απαγορεύσεων.

Οι περιορισμοί που προέκυψαν στη διενέργεια των μετρήσεων πεδίου, προκάλεσαν πολύ μεγάλο πρόβλημα στην υλοποίησή τους, ακόμα και όταν αυτό ήταν εφικτό. Ειδικότερα οι μετρήσεις της ΕΕ1 (WP1) με δίκτυα μέτρησης περιβαλλοντικού θορύβου απαιτούν την ταυτόχρονη παρουσία 5-8 ατόμων στο πεδίο (για τις συνήθεις μετρήσεις δικτύων περιβαλλοντικού θορύβου) και 20-25 ατόμων για τις τομογραφικές μετρήσεις σε αστικό/περιαστικό περιβάλλον, για τη διασφάλιση της λειτουργίας, αλλά και της ασφάλειας του εξοπλισμού, ο οποίος πρέπει να παραμείνει και να καταγράψει από 8 έως και 48 (ή και περισσότερο) ώρες. Για το λόγο αυτό είχε προβλεφθεί τόσο στην πρόταση, όσο και στο εγκεκριμένο ΤΔ του έργου η συμμετοχή πρόσθετου προσωπικού, εκτός της Ερευνητικής ομάδας.

Ειδικότερα στο ΤΔ είχε προβλεφθεί και εγκριθεί ότι: «Πρόσθετο μόνιμο προσωπικό του Εργαστηρίου Γεωφυσικής του ΑΠΘ, καθώς και προπτυχιακοί και μεταπτυχιακοί φοιτητές θα συμμετάσχουν στο έργο, αποκλειστικά για την υποστήριξη/υποβοήθηση της διαδικασίας συλλογής δεδομένων. Δεν προβλέπεται κόστος προσωπικού για αυτό το προσωπικό, καθώς δε θα είναι μέλη της ερευνητικής ομάδας και η εμπλοκή τους αφορά δραστηριότητες υποστήριξης του έργου, για τις οποίες θα καλυφθούν μόνο τα έξοδα μετακίνησης (κινητικότητα, χρήση αυτοκινήτου και καύσιμα, διαμονή, έξοδα καθημερινής διαβίωσης, κ.λπ.).»

Παρόλη τη σχετική έγκριση του ΤΔ, η παραπάνω πρόβλεψη δεν υλοποιήθηκε, αφού δεν το επέτρεπε ο Οδηγός Χρηματοδότησης, όπου προβλέπεται η κάλυψη εξόδων μόνο για τις ανάγκες μελών του Ομάδας του έργου. Είναι προφανές ότι δεν θα μπορούσε η ανάγκη αυτή να καλυφθεί με πρόσληψη ενός πολύ μεγάλου αριθμού πρόσθετων μελών στην ομάδα του έργου, αφού οι τομογραφικές μετρήσεις απαιτούν πολύ μεγάλο αριθμό συνεργατών και δεν μπορεί κάτι τέτοιο να ρυθμιστεί εκ των προτέρων (π.χ. με τη σύναψη συμβάσεων) λόγω των περιορισμών που έχει μία τέτοια προσπάθεια συντονισμού ενός πολύ μεγάλου αριθμού ατόμων (π.χ. συχνά πολλά μέλη του Εργ. Γεωφυσικής ή φοιτητές νοσούσαν με COVID-19, είχαν άλλες ανελαστικές υποχρεώσεις, κλπ.). Ως εκ τούτου η υλοποίηση των μετρήσεων της ΕΕ1 (WP1) έγινε εξαιρετικά δύσκολη στο πλαίσιο του έργου.

 

Όπως αναφέρθηκε, οι στόχοι της ΕΕ1 είναι: α) ο σχεδιασμός του ειδικού δικτύου σεισμομέτρων (array) για τη λήψη και την καταγραφή δεδομένων εδαφικού θορύβου που θα χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία 3D μοντέλων για την ΕΕ2 καθώς και, β) η συλλογή δεδομένων εδαφικού θορύβου σε περιοχές βαθμονόμησης για τη χρήση τους στα μονοδιάστατα γεωφυσικά μοντέλα αντιστροφής της ΕΕ3.

Στο πλαίσιο αυτών των στόχων, κατά την πρώτη φάση του έργου πραγματοποιήθηκαν:

α) Ο σχεδιασμός της πιθανής γεωμετρίας-διάταξης των προσωρινών ειδικών δικτύων σεισμομέτρων (array), τόσο σε συνθήκες ελεύθερου πεδίου εκτός πόλης (Μυγδονία λεκάνη), όσο και σε αστικό περιβάλλον (κεντρικό τμήμα του πολεοδομικού συγκροτήματος Θεσσαλονίκης) για την εφαρμογή της 3D τομογραφίας εδαφικού θορύβου. Η διάταξη των σεισμομέτρων το ειδικού δικτύου (array) βασίστηκε σε διαθέσιμες γεωλογικές, γεωφυσικές και γεωτεχνικές πληροφορίες, καθώς και σε προηγούμενες εργασίες μεγάλης κλίμακας στην ευρύτερη περιοχή μελέτης (π.χ. Apostolidis et al. 2004, Panou et al. 2005, Skarlatoudis et al. 2010). Επίσης ο σχεδιασμός και η χωρική κατανομή των σεισμομέτρων (βελτιστοποίηση της γεωμετρίας των σταθμών)  πραγματοποιήθηκε λαμβάνοντας υπόψη ήδη υπάρχουσες πληροφορίες σχετικά με την τοπική δομή χρησιμοποιώντας συνθετικά δεδομένα.

Σύμφωνα με αυτές τις πληροφορίες, και για τη διάταξη που αφορά το πολεοδομικό συγκρότημα Θεσσαλονίκης (εφαρμογή σε αστικό περιβάλλον), οι γεωλογικοί σχηματισμοί ακολουθούν μία γενικά δισδιάστατη (2D) ανάπτυξη, όπου τα πετρώματα του γεωλογικού υποβάθρου (κυρίως πρασινογνεύσιοι) από την επιφανειακή τους εμφάνιση στα ΒΑ της περιοχής μελέτης, βυθίζονται προς τα ΝΔ και καλύπτονται από μεγάλου πάχους σύγχρονες ιζηματογενείς αποθέσεις. Το ιζηματογενές αυτό κάλυμμα στα πιο ΝΔ τμήματα (κοντά στο παραλιακό μέτωπο της πόλης) είναι πιθανό να ξεπερνά τα 200m βάθος. Στο πλαίσιο του έργου και για την αποτελεσματική κάλυψη της περιοχής μελέτης και την παραγωγή τομογραφικών εικόνων και γεωφυσικών μοντέλων του υπεδάφους που θα απεικονίζουν τη συγκεκριμένη πλευρική μετάβαση του γεωλογικού υποβάθρου, εγκαταστάθηκαν συνολικά τριάντα (30) σταθμοί καταγραφής εδαφικού θορύβου σε κατάλληλα επιλεγμένες θέσεις. Οι θέσεις αυτές εκτείνονται τόσο σε περιοχές επιφανειακών εμφανίσεων του γεωλογικού υποβάθρου, όσο και σε περιοχές όπου αναμένεται μεγάλο πάχος ιζηματογενών αποθέσεων. Οι σταθμοί που χρησιμοποιήθηκαν προήλθαν από το Φορέα Υλοποίησης και πληθώρα άλλων Ελληνικών φορέων (ΙΤΣΑΚ-ΟΑΣΠ, Εργ. Εδαφοδυναμικής ΑΠΘ, κλπ.), αφού δεν ήταν εφικτή η χρήση της υποδομής υποδομή WARAN του Παν/μίου Potsdam.

Στο Σχήμα 1.1 παρουσιάζεται η γεωμετρία του εγκατεστημένου ειδικού δικτύου σεισμομέτρων στο πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τη συλλογή καταγραφών εδαφικού θορύβου στο πλαίσιο της ΕΕ1. Η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των σταθμών ήταν περίπου 100m, ενώ η μέγιστη απόσταση ήταν κατά προσέγγιση 1400m. Επιπρόσθετα, η γεωμετρία του ειδικού δικτύου επέτρεψε την ικανοποιητική πυκνότητα κάλυψης της περιοχής μελέτης με διαδρομές ή ακτίνες (paths ή rays), καθώς και την επαρκή αζιμουθιακή κατανομή τους. Οι δύο αυτές παράμετροι αποτελούν απαραίτητες προϋποθέσεις για την αξιόπιστη εφαρμογή της τομογραφίας του υπεδάφους στην επόμενη ενότητα εργασίας (ΕΕ2). Στο Σχήμα 1.2 παρουσιάζεται η κάλυψη των ακτινών που προκύπτει από τη γεωμετρία του εγκατεστημένου ειδικού δικτύου στην περιοχή μελέτης, ενώ στο Σχήμα 1.3 και Σχήμα 1.4, τα ιστόγραμμα των αποστάσεων μεταξύ των σταθμών καταγραφής εδαφικού θορύβου και του αζιμούθιου των ακτινών, αντίστοιχα.

Οι σταθμοί του ειδικού δικτύου που εγκαταστάθηκαν για τη συλλογή των δεδομένων εδαφικού θορύβου, αποτελούνταν από ένα ολοκληρωμένο σύστημα σεισμολογικών οργάνων που παρείχαν τη δυνατότητα καταγραφής και αποθήκευσης της εδαφικής κίνησης. Επιπλέον, τα συγκεκριμένα συστήματα διέθεταν την κατάλληλη υποστήριξη για τη χρήση του παγκόσμιου συστήματος προσδιορισμού θέσης (Global Positioning System ή GPS) έτσι ώστε να είναι δυνατή η εύρεση των γεωγραφικών συντεταγμένων των σταθμών με μεγάλη ακρίβεια, καθώς και του συγχρονισμού του κάθε σταθμού με την παγκόσμια ώρα (Coordinated Universal Time ή UTC). Πιο αναλυτικά, χρησιμοποιήθηκαν σεισμόμετρα (αισθητήρες) τριών συνιστωσών, υψηλής ευαισθησίας (high resolution) και ευρέος φάσματος (broadband). Συνολικά, χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί συνδυασμοί αισθητήρων (sensors) και ψηφιοποιητών (digitizers). Ο πρώτος συνδυασμός αποτελούνταν από τον αισθητήρα Güralp CMG-40T σε σύζευξη με τον ψηφιοποιητή Reftek 130-01, ενώ ο δεύτερος από το ενοποιημένο σύστημα αισθητήρα-ψηφιοποιητή Güralp CMG-6TD. Τέλος, στον τρίτο συνδυασμό έγινε χρήση αισθητήρων της Nanometrics, τύπου Trillium Compact 120, μαζί με ψηφιοποιητές Centaur. Σημειώνεται ότι όλοι οι αισθητήρες ήταν ταχυτητόμετρα (velocimeters), με ψηφιοποιητές ανάλυσης 24-bit.

Σχήμα 1.1: Εγκατεστημένο ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων για την καταγραφή εδαφικού θορύβου στην περιοχή μελέτης, στο πλαίσιο της ΕΕ1. Με πράσινους κύκλους απεικονίζονται οι θέσεις των σταθμών καταγραφής εδαφικού θορύβου. Σε κάθε σταθμό του ειδικού δικτύου σημειώνεται και ο χαρακτηριστικός αριθμός αναγνώρισης του. Η μαύρη διακεκομμένη γραμμή αντιστοιχεί στο επιφανειακό ίχνος της επαφής του γεωλογικού υποβάθρου (πρασινογνεύσιοι, προς στα Βορειοανατολικά) με τους πρόσφατους ιζηματογενείς σχηματισμούς.

Σχήμα 1.2: Κάλυψη διαδρομών ή ακτινών, όπως προέκυψε από τη γεωμετρία του ειδικού δικτύου σεισμομέτρων στην περιοχή μελέτης. Η πυκνότητα ακτινών σε όλη τη χωρική έκταση του δικτύου είναι υψηλή, με εξαίρεση το περιφερειακό τμήμα του. Με πράσινους κύκλους απεικονίζονται οι θέσεις των σταθμών καταγραφής εδαφικού θορύβου. Σε κάθε σταθμό του ειδικού δικτύου σημειώνεται και ο χαρακτηριστικός αριθμός αναγνώρισης του. Η μαύρη διακεκομμένη γραμμή αντιστοιχεί στο επιφανειακό ίχνος της επαφής του γεωλογικού υποβάθρου (πρασινογνεύσιοι, προς στα Βορειοανατολικά) με τους πρόσφατους ιζηματογενείς σχηματισμούς.

Η εγκατάσταση των σταθμών του ειδικού δικτύου πραγματοποιήθηκε κυρίως μέσα σε κτίρια για την προφύλαξη τους, την αποφυγή της επίδρασης έντονων καιρικών φαινομένων στις καταγραφές, καθώς και της ανθρωπογενούς παρέμβασης. Η καταγραφή του εδαφικού θορύβου σε κάθε σταθμό ήταν συνεχόμενη, με συχνότητα δειγματοληψίας (sampling rate) ορισμένη στα 100Hz. Το χρονικό διάστημα των καταγραφών κυμαινόταν από μερικές μέρες έως τρεις (3) μήνες, με την πλειονότητα των σταθμών του ειδικού δικτύου να διαθέτουν δεδομένα για περισσότερες από τριάντα (30) μέρες.

Σχήμα 1.3: Ιστόγραμμα αποστάσεων μεταξύ των σταθμών καταγραφής εδαφικού θορύβου του εγκατεστημένου ειδικού δικτύου σεισμομέτρων στην περιοχή μελέτης.

Σχήμα 1.4: Αζιμουθιακή κατανομή των ακτινών που συνδέουν κάθε ζεύγος σταθμών καταγραφής εδαφικού θορύβου στο εγκατεστημένο ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων στην περιοχή μελέτης.

β) Η επιλογή των 30 θέσεων αναφοράς για μετρήσεις εδαφικού θορύβου ειδικού δικτύου για τη χρήση τους για 1D αντιστροφή λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορετικές γεωλογικές-γεωτεχνικές-γεωφυσικές συνθήκες και τις διαθέσιμες πληροφορίες κάθε θέσης από τη βάση δεδομένων των Stewart et al. (2014). Κατά την διάρκεια του διαστήματος αναφοράς πραγματοποιήθηκαν συνολικά 11 μετρήσεις εδαφικού θορύβου, χρησιμοποιώντας ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων (noise Array). Στον Πίνακα 1.1 παρουσιάζονται οι γεωγραφικές συντεταγμένες των θέσεων με τις αντίστοιχες ονομασίες τους. Επίσης, δίνεται η μέθοδος αναφοράς, από που προέρχονται τα μοντέλα γνωστής δομής εκφρασμένα σε ταχύτητες των εγκαρσίων κυμάτων, το μέγιστο βάθος των διαθέσιμων μοντέλων δομής αναφοράς, η ιδιοσυχνότητα (f0) του εδάφους όπως προκύπτει από τις μετρήσεις θορύβου, το βάθος του υποβάθρου για τις περιπτώσεις που αυτό ήταν γνωστό, και τέλος η μέση ταχύτητα των εγκαρσίων κυμάτων από την επιφάνεια μέχρι το μέγιστο βάθος του μοντέλου δομής αναφοράς. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι θέσεις με έλλειψη μοντέλου δομής αναφοράς θα βαθμονομηθούν με ανεξάρτητα γεωλογικά στοιχεία. Τυπικό παράδειγμα είναι η θέση MEG, για την οποία υπάρχουν διαθέσιμες γεωλογικές πληροφορίες (γεωλογική στρωματογραφία) από τα πρανή της καλδέρας στην Σαντορίνη.

Πίνακας 1.1. Θέσεις των 11 μετρήσεων εδαφικού θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων (noise Array). Από τα αριστερά προς τα δεξιά δίνονται οι γεωγραφικές συντεταγμένες των θέσεων, οι αντίστοιχες κωδικές ονομασίες, η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του μοντέλου δομής αναφοράς των εγκαρσίων κυμάτων, το μέγιστο βάθος της δομής αναφοράς, η ιδιοσυχνότητα της κάθε θέσης (από τις μετρήσεις του έργου), το βάθος του υποβάθρου (από το μοντέλο αναφοράς) και η μέση ταχύτητα των εγκαρσίων κυμάτων από την επιφάνεια μέχρι το μέγιστο βάθος του μοντέλου δομής.

Latitude Longitude Site code Method Max. depth f0 (Hz) Bedrock depth(m) VSZ
40.63173 22.9628 THETHE013b Downhole 22 20 0 742
41.07078 24.763833 NESXAN001a Crosshole 64 1.4 52 364
41.0705 24.756333 NESXAN005a Crosshole 38 1.8 35 256
41.16675 22.900493 KNTXER001e MASW 35 20 0 743
40.30493 21.783974 KZNKZN003b Downhole 38 3.5 – 543
40.29324 21.783444 KZNKZN013b Downhole 42 1.2 80-100 454
36.34884 25.453944 EFR – – 1 – –
36.37846 25.432988 MEG Caldera Cliff – 1.26 130 –
36.36109 25.43067 SXL – – 1.3 – –
36.39653 25.461313 KTS – – 1.15 – –
36.42031 25.434654 FIR – – 0.34 – –

Στα Σχήματα 1.5 και 1.6 παρουσιάζεται η χωρική κατανομή των μετρήσεων θορύβου από ειδικά δίκτυα σεισμομέτρων. Συγκεκριμένα, στο Σχήμα 1.5 δίνονται οι θέσεις των μετρήσεων στο βόρειο Ελληνικό χώρο, ενώ στο Σχήμα 1.6 δίνονται οι θέσεις στη νήσο Σαντορίνη. Τα κύρια χαρακτηριστικά της γεωλογίας και της επιφανειακής γεωφυσικής δομής για τα οποία επιλέχθηκαν αυτές οι θέσεις είναι τα ακόλουθα:

  • Οι θέσεις KNTXER001e και THETHE013b αποτελούν περιπτώσεις μεταμορφωμένου υποβάθρου. Ειδικότερα, η πρώτη θέση αποτελείται από διμαρμαρυγιακούς γνευσίους Παλαιοζωικής ηλικίας της Σερβομακεδονικής Μάζας, ενώ η δεύτερη από τους επιγνεύσιους της Θεσσαλονίκης Μεσοζωικής ηλικίας, τμήμα της Περιροδοπικής ζώνης.
  • Οι θέσεις NESXAN001a και NESXAN005a αποτελούνται από αλλουβιακά Ολοκαινικά ιζήματα πάνω από μεταμορφωμένους γνευσίους, που αποτελούν τμήμα από τη Μάζα της Ροδόπης. 

Σχήμα 1.5. Χάρτης του βόρειου Ελληνικού χώρου με τις θέσεις των μετρήσεων εδαφικού θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων.  

  • Οι θέσεις KNZKZN003b και KZNKZN013b στην πόλη της Κοζάνης αποτελούνται από ιζηματογενή Πλειοκαινικά πετρώματα, τα οποία βρίσκονται πάνω από φλύσχη και ανθρακικά ασβεστολιθικά πετρώματα μέσω-άνω Κρητιδικής ηλικίας της Πελαγονικής ζώνης.

Οι θέσεις FIR, KTS, MEG, SXL και EFR αποτελούνται κυρίως από πυροκλαστικές αποθέσεις του πρώτου και δεύτερου εκρηκτικού κύκλου τους ηφαιστείου της Σαντορίνης, ηλικίας 3.6-360ka. Το ανώτερο τμήμα των πυροκλαστικών αποθέσεων αποτελείται από τους Μινωικούς τόφους, χαρακτηριστικοί της Μινωικής έκρηξης, η οποία συνέβη στο Τέλος της Εποχής του Χαλκού (~1560 πΧ., σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες εκτημήσεις). Οι πυροκλαστικές αποθέσεις βρίσκονται πάνω από το μεταμορφωμένο υπόβαθρο της Αττικο-Κυκλαδικής ζώνης, αποτελούμενο από σχιστολίθους και ανακρυσταλλωμένους ασβεστόλιθους, με ηλικίας στο Παλαιόκαινο-Ηώκαινο και άνω-Τριαδικό, αντίστοιχα.

Οι 11 θέσεις των  μετρήσεων εδαφικού θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων πραγματοποιήθηκαν με χρήση ευρέος φάσματος σεισμομέτρων/σεισμογράφων τύπου Guralp-6TD. Τα σεισμόμετρα αυτά παρέχουν την καταγραφή της εδαφικής κίνησης σε τρεις συνιστώσες, μία κατακόρυφη και δύο οριζόντιες (διεύθυνσης βορρά-νότου, ανατολής-δύσης) με σταθερή (επίπεδη) φασματική απόκριση από τα 0.05 έως τα 100Hz. Αξίζει να σημειωθεί ότι, τα σεισμόμετρα ελέγχθηκαν ως προς την αξιοπιστία της απόκρισής τους πριν την έναρξη και κατά την διάρκεια των μετρήσεων, με την λήψη καταγραφών θορύβου από αυτά σε κοινή θέση (Huddle Test). Στο Σχήμα 1.7 παρουσιάζεται η φασματική απόκριση των κατακόρυφων (Z) συνιστωσών των σεισμομέτρων Guralp-6TD από καταγραφές θορύβου κοινής θέσης.

Σχήμα 1.6. Χάρτης του ηφαιστείου της Σαντορίνης με τις θέσεις των μετρήσεων εδαφικού θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων (array).

Όπως προκύπτει από αυτό το σχήμα, τα σεισμόμετρα παρουσιάζουν παρόμοια φασματική απόκριση για το εύρος συχνοτήτων από 0.2 έως 20 Hz. Ωστόσο, σημαντική απόκλιση παρατηρείται στην καμπύλη του σεισμομέτρου 6695 από τις υπόλοιπες καμπύλες, εξαιτίας ότι η απόκριση αυτού του σεισμομέτρου είχε ρυθμιστεί σε βραχείας περιόδου (short period) αντί για ευρέος φάσματος. Ανάλογα προβλήματα εντοπίστηκαν από τα Huddle Test σε όλες τις μετρήσεις και αντιμετωπίστηκαν-διορθώθηκαν πριν τη λήψη των μετρήσεων σε κάθε θέση. 

Οι μετρήσεις θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων πραγματοποιούνται με την ταυτόχρονη καταγραφή θορύβου από έναν αριθμό (συνήθως 6) σεισμόμετρων, τα οποία τοποθετούνται γύρω από ένα κεντρικό σεισμόμετρο. Τόσο η γεωμετρία διάταξης των σεισμομέτρων, όσο και η μέγιστη και ελάχιστη απόσταση των σεισμομέτρων από το κεντρικό σταθμό, ορίζουν την λεγόμενη θεωρητική απόκριση του δικτύου, δηλαδή το μέγιστο και ελάχιστο βάθος της διασκόπησης. Ο σχεδιασμός των μετρήσεων της κάθε θέσης έγινε λαμβάνοντας υπόψη το διαθέσιμο μοντέλο δομής (μοντέλο αναφοράς) των ταχυτήτων των εγκαρσίων κυμάτων, από την βάση δεδομένων των Stewart et al. (2014), αλλά και αποτελέσματα αντιστροφής της ελλειπτικότητας των κυμάτων Rayleigh και της ιδιοσυχνότητας (f0) του εδάφους από την βάση δεδομένων των Chatzis et al. (2018). Στο Σχήμα 1.8 παρουσιάζεται ένα τυπικό παράδειγμα γνωστής γεωφυσικής δομής με τη μεταβολή των ταχυτήτων των σεισμικών (εγκάρσιων και επιμήκων) κυμάτων με το βάθος για την θέση NESXAN001a.  Η θεωρητική καμπύλη σκέδασης που προκύπτει από την δομή του NESNESXA001a δίνεται στο Σχήμα 1.9. Επίσης, σε αυτό το σχήμα δίνεται το

Σχήμα 1.7. Φασματικές καμπύλες απόκρισης των κατακόρυφων συνιστωσών των σεισμομέτρων Guralp-6TD.

μέγιστο (συνεχόμενη καμπύλη) και ελάχιστο (διακεκομμένη καμπύλη) όριο αξιοπιστίας της θεωρητικής απόκρισης του δικτύου, το οποίο προκύπτει από τη γεωμετρία που επιλέχθηκε για αυτή τη θέση, με σκοπό η θεωρητική καμπύλη σκέδασης (και οι αναμενόμενες κύριες μεταβολές της) να είναι εντός αυτών των ορίων διακριτικής ικανότητας της συγκεκριμένης διάταξης.

Στο Σχήμα 1.10 παρουσιάζεται η γεωμετρία της διάταξης των σεισμομέτρων που χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων για την θέση NESXAN001a. Σε αυτό, τρία σεισμόμετρα (τριγωνική διάταξη) τοποθετήθηκαν σε αποστάσεις 20, 60 και 200m από το κεντρικό σεισμόμετρο, με σκοπό την ταυτόχρονη καταγραφή περιβαλλοντικού θορύβου. Αναλυτικές πληροφορίες για τις γεωμετρίες των διατάξεων που χρησιμοποιήθηκαν στις μετρήσεις κάθε θέσης περιλαμβάνονται στον Πίνακα 1.2. Στις μετρήσεις των θέσεων του βόρειου Ελληνικού χώρου πραγματοποιήθηκαν τρία αναπτύγματα, ενώ στις μετρήσεις στο νησί της Σαντορίνης τέσσερα. Εξαίρεση αποτελεί η θέση FIR, στην οποία πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις θορύβου με χρήση δύο μεγάλων αναπτυγμάτων (200 και 500m), καθώς υπήρχαν μετρήσεις ειδικού δικτύου σεισμομέτρων από προγενέστερα πειράματα με αναπτύγματα μικρότερης απόστασης.

Σχήμα 1.9. Θεωρητική καμπύλη σκέδασης για την θέση NESXAN001a, όπως προκύπτει από την δομή των ταχυτήτων των σεισμικών κυμάτων του Σχήματος 1.8. Το μέγιστο και ελάχιστο όριο αξιοπιστίας της θεωρητικής απόκρισης του δικτύου με βάση την γεωμετρία των μετρήσεων που επιλέχθηκε για αυτήν την θέση (Σχήμα 1.10, Πίνακας 1.2) δίνεται με συνεχόμενη και διακεκομμένη μαύρη καμπύλη, αντίστοιχα.

Σχήμα 1.10. Γεωμετρία της διάταξης των σεισμομέτρων που χρησιμοποιήθηκε στις μετρήσεις εδαφικού θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων στην θέση NESXAN001a. Η γεωμετρία που επιλέχθηκε είναι τρία τριγωνικά αναπτύγματα. Το κάθε ανάπτυγμα περιλαμβάνει τρία σεισμόμετρα, τα οποία τοποθετούνται σε απόσταση 20, 60 και 200 m από το κεντρικό σεισμόμετρο.

Πίνακας 1.2. Τελικές γεωμετρίες που χρησιμοποιήθηκαν στις μετρήσεις εδαφικού θορύβου από ειδικό δίκτυο σεισμομέτρων. Δίνεται ο αριθμός των σεισμομέτρων που  χρησιμοποιήθηκε σε κάθε ανάπτυγμα, καθώς και η απόσταση τους από το κεντρικό σεισμόμετρο.

Site code Aperture1 Aperture2 Aperture3 Aperture4
  Sensors Radius(m) Sensors Radius(m) Sensors Radius(m) Sensors Radius(m)
THETHE013b 6 10 3 30 3 100 – –
NESXAN001a 3 20 3 60 3 200 – –
NESXAN005a 3 20 3 60 3 200 – –
KNTXER001e 3 20 3 60 3 200 – –
KZNKZN003b 3 15 3 50 3 200 – –
KZNKZN013b 3 15 3 50 3 200 – –
EFR 6 15 3 50 3 150 3 400
MEG 3 15 3 50 3 150 3 400
SXL 6 15 3 50 3 150 3 400
KTS 3 15 3 50 3 150 3 400
FIR – – – – 3 200 3 500

Συνοψίζοντας, σε ότι αφορά τις δράσεις (Tasks) που αναφέρονται στο εγκεκριμένο ΤΔΕ για την ΕΕ1, έχουν υλοποιηθεί τα ακόλουθα:

  • Σχεδιασμός και βελτιστοποίηση της γεωμετρίας της 3D διάταξης των ειδικών δικτύων σεισμομέτρων, λαμβάνοντας υπόψη τις διαθέσιμες a priori πληροφορίες για την τοπική δομή, χρησιμοποιώντας συνθετικά δεδομένα

Έχουν υλοποιηθεί πλήρως και τα δύο ειδικά δίκτυα (αστικό περιβάλλον, πόλη της Θεσσαλονίκης) και (περιαστικό περιβάλλον, Μυγδονία λεκάνη).

  • Επιλογή θέσεων αναφοράς για την εκτέλεση μετρήσεων 1D ειδικών δικτύων θορύβου, με δειγματοληψία/επιλογή διαφορετικών γεωλογικών/γεωτεχνικών/γεωφυσικών συνθηκών

Έχει υλοποιηθεί πλήρως, αφού έχει γίνει πλήρης ανάλυση των δεδομένων των αποτελεσμάτων του Stewart et al. (2014) και Chatzis et al. (2018), και έχοι επιλεγεί το σύνολο των θέσεων.

  • Μεταφορά εξοπλισμού WARAN από το UoP στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο. Θεσσαλονίκη, δοκιμές εξοπλισμού και εκπαίδευση προσωπικού

Δεν υλοποιήθηκε η μεταφορά της υποδομής WARAN του Παν/μίου Potsdam, (http://seismo.geo.uni-potsdam.de/waranproj) στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, για λόγους που εξηγούνται στην παράγραφο Α.8. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την καθυστέρηση της εγκατάστασης των δικτύων καταγραφής εδαφικού θορύβου (3D και 1D) και την εύρεση εναλλακτικής λύσης (από άλλους φορείς) για την πραγματοποίηση των μετρήσεων που υλοποιήθηκαν μέχρι σήμερα.

  • Υλοποίηση δύο (2) 3D μετρήσεων ειδικών δικτύων θορύβου στο λεκανοπέδιο της Μυγδονίας και στο κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης, για την παροχή δεδομένων για την ΕΕ2

Όπως προαναφέρθηκε έχει υλοποιηθεί το ένα ειδικό δίκτυο (αστικό περιβάλλον, πόλη της Θεσσαλονίκης) και πραγματοποιήθηκαν και  οι μετρήσεις για το δεύτερο ειδικό δίκτυο (περιαστικό περιβάλλον, Μυγδονία λεκάνη). Ειδικότερα έγινε η εγκατάσταση των δικτύων σε αστικό περιβάλλον στο κεντρικό τμήμα του πολεοδομικού συγκροτήματος της Θεσσαλονίκης και στο περιαστικό περιβάλλον της Μυγδονίας λεκάνης (περιοχή πεδίου δοκιμών Euroseistest, http://euroseisdb.civil.auth.gr/) χρησιμοποιώντας όργανα καταγραφής δεδομένων εδαφικής κίνησης του Εργαστηρίου Γεωφυσικής του Τμήματος Γεωλογίας ΑΠΘ, του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής, Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ και του Ινστιτούτου Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών (ΟΑΣΠ/ΙΤΣΑΚ).

  • Εκτέλεση μετρήσεων δικτύων περιβαλλοντικού θορύβου για τον προσδιορισμό μοντέλων 1D Vs στις επιλεγμένες θέσεις βαθμονόμησης για την ΕΕ3

Έχουν υλοποιηθεί 11 μετρήσεις στους πρώτους 18 μήνες (χρόνος αναφοράς της παρούσας έκθεσης), λόγω περιορισμών του COVID-19 και αδυναμία χρήσης της διάταξης WARAN. Κατά το χρόνο συγγραφής της παρούσας έκθεσης είχαν πραγματοποιηθεί άλλες 4 μετρήσεις και έχουν δρομολογηθεί οι τελευταίες 14 μετρήσεις.

  • Εκτέλεση πρόσθετων/εναλλακτικών μετρήσεων θορύβου, με βάση τα προκαταρκτικά αποτελέσματα προεπεξεργασίας δεδομένων, που θα προκύψουν από τις ΕΕ2 και ΕΕ3

Η πραγματοποίηση πρόσθετων μετρήσεων θα εξαρτηθεί από τα αποτελέσματα των ΕΕ2 και ΕΕ3. Μέχρι την παρούσα φάση δε διαφαίνεται η αναγκαιότητα πρόσθετων μετρήσεων, χωρίς όμως κάτι τέτοιο να μπορεί να αποκλειστεί στο μέλλον.

Με δεδομένο ότι δεν υλοποιήθηκε η προβλεπόμενη απασχόληση προσωπικού για τη διενέργεια των μετρήσεων της ΕΕ1 (WP1), η οποία είναι απαραίτητο να ολοκληρωθεί, θα πρέπει να υπάρξουν πρόσθετα μέλη στην ομάδα εργασίας, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν στο πλαίσιο της ΕΕ1 για την ολοκλήρωση της συλλογής των μετρήσεων. Πέρα από τα προβλεπόμενα παραδοτέα, στο πλαίσιο του έργου αναμένεται να ολοκληρωθούν και πρόσθετα παραδοτέα, τα οποία προέκυψαν ως νέες δυνατότητες στο πλαίσιο της έρευνας που έχει υλοποιηθεί και τα οποία προωθούν τους σκοπούς του έργου. Σε ότι αφορά την ΕΕ1 το νέο παραδοτέο θα είναι το Π1.2 (D1.2), το οποίο, η οποία θα αφορά την πρόσθετη βαθμονόμηση/σύγκριση των μετρήσεων της ΕΕ1 με εθνικές βάσεις δεδομένων.

 

Anastasiadis A, Raptakis D, Pitilakis K (2001). Thessaloniki’s detailed microzoning: subsurface structure as basis for site response analysis, Pure Appl. Geophys., 158,2597–2633, doi: 10.1007/PL00001188

Anthymidis M., Papazachos C., Ohrnberger M., Oikonomou D., Savvaidis A. Theodoulidis N., Vargemezis G., Tsourlos P. (2018). Generating 3D Vs Models In Urban Environments From Ambient Noise Tomography And Combined MASW/ERT Investigations: The Case Of The City Of Thessaloniki (Northern Greece), Proc. 16th European Conference on Earthquake Engineering (16ECEE), Thessaloniki, Greece, June 18-21, 2018, Paper No 11347.

Apostolidis P, Raptakis D, Roumelioti Z, Pitilakis K (2004). Determination of S-wave velocity structure using microtremors and SPAC method applied in Thessaloniki (Greece), Soil Dyn. Earthq. Eng., 24,49–67, doi: 10.1016/j.soildyn.2003.09.001.

Chatzis, N., Papazachos, C., Theodoulidis, N., Klimis, N., and Anthymidis, M. (2018) Determination of 1D Velocity Models by Single-Station Ambient Noise Data Inversion and Joint Interpretation with Independent Geological, Geotechnical and Geophysical Information. 16th Eur. Conf. Earth. Eng., Thessaloniki.

Hannemann, K., Papazachos, C., Ohrnberger, M., Savvaidis, A., Anthymidis, M. and Lontsi, A.M.,2014. Three-dimensional shallow structure from high-frequency ambient noise tomography:New results for the Mygdonia basin-Euroseistest area, northern Greece, J. Geophys. Res. Solid.Earth, 119, doi: 10.1002/2013JB010914.

Panou, A.A., Theodulidis, N., Hatzidimitriou, P., Stylianidis, K. and Papazachos, C.B., 2005. Ambient noise horizontal-to-vertical spectral ratio in site effects estimation and correlation with seismic damage distribution in urban environment: the case of the city of Thessaloniki (Northern Greece). Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 25(4), 261-274.

Skarlatoudis, A.A., Papazachos, C.B., Theodoulidis, N., Kristek, J. and Moczo, P., 2010. Local site-effects for the city of Thessaloniki (N. Greece) using a 3-D finite-difference method: a case of complex dependence on source and model parameters. Geophysical Journal International, 182(1), pp.279-298.

Stewart J-P, Klimis N, Savvaidis A, Theodoulidis N, Zargli E, Athanasopoulos G, Pelekis P, Mylonakis G, Margaris B (2014). Compilation of a Local VS Profile Database and Its Application for Inference of VS30 from Geologic- and Terrain-Based Proxies. Bulletin of the Seismological Society of America, 104(6), 2827-841.