ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τμήμα Γεωλογίας - Τομέας Γεωλογίας

 

 

Πρόλογος

 

Γεωλογία των σεισμών
Σπύρος Β. Παυλίδης
University Studio Press
2003
ISBN: 9789601212388

Νεοτεκτονική
Παυλίδης Σπ. & Μουντράκης Δημ.
University Studio Press
1986
ISBN 960-12-0452-0

 

Οι όροι που αναφέρονται στη σύγχρονη βιβλιογραφία για να περιγράψουν τη συνεχιζόμενη τεκτονική δραστηριότητα του φλοιού της Γης: Νεοτεκτονική, Ενεργός Τεκτονική, Σεισμοτεκτονική, Μορφοτεκτονική, Παλαιοσεισμολογία, Γεωλογία των Σεισμών, ή ακόμη και Παλαιογεωφυσική ή Παλαιογεωδυναμική, και προσπαθούν να ορίσουν τον επιστημονικό χώρο μεταξύ της “κλασικής” Γεωλογίας και της Σεισμολογίας, δεν είναι σαφώς ορισμένοι. Συχνά παρουσιάζουν αλληλοεπικαλύψεις, κάποτε δημιουργούν σύγχυση ή χρησιμοποιούνται αυθαίρετα και πολλές φορές ορίζουν ίδια επιστημονικά αντικείμενα. Η ασυμφωνία σε έναν και μοναδικό ορισμό των “ενεργών ρηγμάτων” δημιουργεί τεχνικές δυσκολίες με επιστημονικές, νομικές, οικονομικές και κοινωνικές προεκτάσεις.

 

Οι όροι ενεργό ρήγμα και ενεργός τεκτονική υποδηλώνουν πρόσφατες τεκτονικές διαδικασίες. Ο προσδιορισμός όμως “πρόσφατα” είναι σχετικός και ιδιαίτερα ασαφής για έναν επιστημονικό ορισμό. Το παρόν είναι μια χρονική στιγμή με προσωρινή σημασία. Στην καθημερινή ζωή, το πρόσφατα σημαίνει λεπτά, ώρες, μήνες ή το πολύ χρόνια, ανάλογα με την κλίμακα χρόνου στην οποία αναφερόμαστε. Για ένα γεωλόγο το χρονικό διάστημα που αντιπροσωπεύει το “πρόσφατα” μπορεί να καλύπτει μερικές χιλιάδες, δεκάδες ή εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια, ή ίσως ένα, δύο ή μερικά εκατομμύρια χρόνια. Μπορεί όμως να υπάρξει ένα πλήρως καθορισμένο και επιστημονικά τεκμηριωμένο χρονικό όριο για τον ορισμό του γεωλογικού “πρόσφατα”;

 

Διάφοροι επιστημονικοί οργανισμοί, υπηρεσίες ή μεμονωμένοι ερευνητές έχουν ορίσει ένα “ενεργό ρήγμα” (βλέπε κεφάλαιο Ορισμοί Ενεργών Ρηγμάτων) όταν έχει παρουσιάσει δραστηριοποίηση σεισμική ή ασεισμική: α) σε 10.000 χρόνια, β) σε 35.000 χρόνια, γ) σε 150.000 χρόνια, δ) δύο φορές σε 500.000 χρόνια ή ε) τέλος, καθόλη τη διάρκεια του Τεταρτογενούς. Τέτοιοι ορισμοί απέκτησαν και νομική σημασία (για τις κατασκευές μεγάλων τεχνικών έργων, την πολεοδομική επέκταση κ.ά.), αλλά η μεγάλη διακύμανση στο “γεωλογικό χρονικό διάστημα” προκάλεσε επανειλημμένα σύγχυση.

 

Ο πατέρας της Γεωλογίας Κάρολος Λάιλ (Charles Lyell) στο κλασικό βιβλίου του Αρχές της Γεωλογίας (Principles of Geology, 1830) αναγνωρίζει τις απότομες αλλαγές που συμβαίνουν στο έδαφος κατά τη διάρκεια των σεισμών, αν και οι πρώτες σαφείς παρατηρήσεις συν-σεισμικών εδαφικών παραμορφώσεων υπάρχουν στον Θουκυδίδη, όταν περιέγραφε το μεγάλο σεισμό της Φθιώτιδας-Βοιωτίας το 426 π.Χ. μεσούντος του Πελοποννησιακού πολέμου, στον Αριστοτέλη στον Στράβωνα και άλλους. Ποτέ όμως δε συνδέθηκαν γεωλογικά ρήγματα και σεισμοί. Η πρώτη παγκόσμια χαρτογράφηση επιφανειακού ίχνους σεισμικού ρήγματος αφορούσε το σεισμό της Αιγιαλείας του 1861 (Ελίκη-Βαλιμνίτικα-Διακοφτό) στην Πελοπόννησο και πραγματοποιήθηκε από το διευθυντή του Αστεροσκοπείου Αθηνών J. Schmidt (εργασίες του 1864,1867). Επίσης ο καθηγητής Γεωμορφολογίας του Πανεπιστημίου της Γιούτα (ΗΠΑ) G.K. Gilbert (1894) περιέγραψε ρήγμα που είχε δημιουργηθεί από το σεισμό του 1872 κοντά στην πόλη Salt Lake City. Το 1882 επίσης ο Akexander Mckey έδωσε γεωλογικές πληροφορίες για επιφανειακές διαρρήξεις που συνέβησαν μετά από σεισμό. Επίσης, ο Bunjiro Koto συσχέτισε επιφανειακά ρήγματα με το σεισμό του Mino-Owari (1891) της Ιαπωνίας.

 

Τέλος, μετά το μεγάλο σεισμό της Καλιφόρνια (San Francisco 1906) μετρήθηκαν συστηματικά οι επιφανειακές μετατοπίσεις του κλάδου του ρήγματος του Αγίου Ανδρέα, που ενεργοποιήθηκε στο μεγάλο και καταστροφικό σεισμό των αρχών του 20ού αιώνα. Έτσι τα σεισμικά φαινόμενα έγιναν τμήμα της μελέτης της Γεωλογίας και ιδιαίτερα του κλάδου της Τεκτονικής Γεωλογίας. Παρ’ όλα αυτά για αρκετά ακόμη χρόνια, μέχρι περίπου τη δεκαετία του ’60, η μελέτη των σεισμικών ρηγμάτων ήταν έξω από τα ενδιαφέροντα της συντριπτικής πλειονότητας των γεωλόγων και σεισμολόγων.

 

Σήμερα εξειδικευμένοι γεωλόγοι κυρίως, αλλά και γεωφυσικοί ή γεωδαίτες, μπορούν να αναγνωρίσουν τις περισσότερες ενεργές γεωλογικές δομές, μπορούν να τις περιγράψουν και ίσως να εκτιμήσουν το βαθμό της δραστηριότητάς τους. Ωστόσο είναι πολύ δύσκολο να καθορίσουν τη μελλοντική τους επαναδραστηριοποίηση, ένα πρόβλημα που συνδέεται άμεσα με τη δυσκολία της πρόγνωσης των σεισμών. Ο ρόλος των μηχανικών, από την άλλη, είναι να σχεδιάζουν κατασκευές τέτοιες ώστε να ελαχιστοποιούνται οι συνέπειες της συνεχιζόμενης τεκτονικής δραστηριότητας. Από κοινωνική και οικονομική άποψη ενδιαφέρουν τα επίπεδα επικινδυνότητας των τεκτονικών διεργασιών και οι τρόποι ελαχιστοποίησής τους, ενώ από νομική απαιτείται μια λιγότερο συγκεχυμένη προσέγγιση της “ενεργού δραστηριότητας” και ένας απλούστερος ορισμός του “ενεργού ρήγματος” που θα εστιάζεται στο μέλλον (μελλοντική σημασία της συνεχιζόμενης τεκτονικής δράσης). Γι’ αυτό αξίζει να αναφερθεί ο ορισμός της “Ενεργού Τεκτονικής” της Αμερικανικής Γεωλογικής Υπηρεσίας: το σύνολο των τεκτονικών κινήσεων οι οποίες αναμένεται να πραγματοποιηθούν μέσα σ’ ένα μελλοντικό χρονικό διάστημα που ενδιαφέρει την κοινωνία.

 

Ο φλοιός της Γης θεωρείται από τους περισσότερους ανθρώπους κάτι το πολύ σταθερό. Μια αντίληψη που μολονότι είναι βαθιά ριζωμένη μέσα μας κλονίζεται σημαντικά σε βίαιες αναταράξεις του, όπως για παράδειγμα οι σεισμοί, οι ηφαιστειακές εκρήξεις ή οι κατολισθήσεις. Μόνο όταν συμβούν τέτοιου είδους ασυνήθιστα παροξυσμικά φαινόμενα, τότε στρέφεται και το δημόσιο ενδιαφέρον στις δυναμικές διεργασίες του γήινου φλοιού. Οι μικρότερες κινήσεις του γήινου φλοιού περνούν από το σύνολο απαρατήρητες, μπορεί όμως να αποδειχθούν πολλές φορές εξίσου οικονομικά επιζήμιες. Για παράδειγμα ασεισμική ολίσθηση ρήγματος, ερπυσμός, ανύψωση ή καταβύθιση μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία ευαίσθητων τμημάτων εργοστασίων.

 

Η ανάγκη για ασφάλεια των μεγάλων έργων, όπως είναι οι πυρηνικοί σταθμοί, τα φράγματα, τα μεγάλα κτίρια, οι γέφυρες και πολλές αμυντικές κατασκευές, απαιτεί ιδιαίτερες και εξειδικευμένες γνώσεις των διεργασιών του γήινου φλοιού, λεπτομέρεια στον καθορισμό των ενεργών δομών και περαιτέρω κατασκευαστικές προσπάθειες για την ελαχιστοποίηση των συνεπειών από μελλοντική επαναδραστηριοποίησή τους. Στο παρελθόν έχουν συμβεί σοβαρά λάθη με συνέπεια τις πρόσθετες οικονομικές δαπάνες, την καθυστέρηση ή ματαίωση μεγάλων και σημαντικών από οικονομική πλευρά κατασκευών, τα νομικά προβλήματα κλπ.

 

Ο προσδιορισμός των πιο σταθερών τεκτονικών περιοχών και η πρόβλεψη του βαθμού σταθερότητας ή της έλλειψης ενεργού τεκτονισμού αποδείχτηκε πιο δύσκολος και από την πρόβλεψη των τεκτονικών συμβάντων. Η επιστήμη διαθέτει σχετικά λίγες μεθόδους ανάλυσης και οι γνώσεις για τις μακροπρόθεσμες τεκτονικές διεργασίες είναι μάλλον περιορισμένες, αν και στο τελευταίο τέταρτο του 20ου αιώνα συσσωρεύτηκε αρκετή γνώση, δοκιμάστηκαν αρκετές νέες μέθοδοι και δημοσιεύτηκε μεγάλος αριθμός επιστημονικών εργασιών στα θέματα της ενεργού τεκτονικής.

 

Έτσι τόσο για τον καθορισμό σταθερών τεκτονικά περιοχών, όσο και για την πρόβλεψη μελλοντικών μετακινήσεων τμημάτων του γήινου φλοιού που έχουν πρακτική σημασία είναι ιδιαίτερα δύσκολη η χάραξη πολιτικής και η λήψη αποφάσεων με οικονομικές και κοινωνικές προεκτάσεις.

 

Για να γίνει εκτίμηση της συνεχιζόμενης τεκτονικής δραστηριότητας του γήινου φλοιού και της επικινδυνότητάς της απαιτούνται γνώσεις για τη δομή του, για τα γεωλογικά-σεισμικά ρήγματα, το ρυθμό επαναδραστηριοποίησής τους, τη γεωμετρία τους και γενικά των τεκτονικών διεργασιών όπως περιγράφονται από μοντέλα. Πολλές από τις διεργασίες αυτές δεν μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας μόνο τις ενόργανες ή ιστορικές καταγραφές σεισμών. Αντίθετα χρειάζονται εξειδικευμένες γεωλογικές πληροφορίες των τελευταίων 10.000 χρόνων (Ολοκαίνου) του Τεταρτογενούς (1,6-1,8 Ma), αλλά και γενικότερα της δομής και εξέλιξης του γήινου φλοιού στην πάροδο του γεωλογικού χρόνου των εκατομμυρίων ετών. Ολόκληρο σχεδόν το πεδίο της Γεωλογίας με έμφαση ειδικών κλάδων, όπως της γεωμορφολογίας, καθώς επίσης της Σεισμολογίας-Γεωφυσικής και Γεωδαισίας συμμετέχουν στην κατανόηση των σύγχρονων συνεχιζόμενων διεργασιών του φλοιού της Γης και ιδιαίτερα του φαινομένου των σεισμών.

 

Είναι γενικά αποδεκτό ότι οι σεισμοί αφήνουν έντονα τα «σημάδια» τους στον ανώτατο φλοιό και στην επιφάνεια της Γης, τα οποία είναι αναγνωρίσιμα σήμερα από τους γεωλόγους (γεωμορφολογική ή μορφοτεκτονική). Η αναγνώριση, κατανόηση και ποσοτική έκφραση των επιδράσεων των σεισμών στο γεωμορφολογικό ανάγλυφο επιτρέπουν την καλύτερη κατανόηση του ιδιαίτερα πολύπλοκου αυτού φαινομένου και συμβάλλουν στον προσδιορισμό της σεισμικότητας και σεισμικής επικινδυνότητας μιας περιοχής.

 

Η Γεωλογία των Σεισμών εξετάζει τους σεισμούς ως γεωλογικό φαινόμενο, ως στιγμιαίο τεκτονικό γεγονός, που μέσα στα πλαίσια της γεωλογικής διαχρονικότητας (ακτουαλισμός) αποτελούν την κύρια αιτία διαμόρφωσης του φλοιού, με τους επιμέρους κλάδους :

η Νεοτεκτονική εξετάζει τις πρόσφατες γεωλογικά δομές και διεργασίες του γήινου φλοιού,

η Μορφοτεκτονική εξετάζει την επίδραση των τεκτονικών διεργασιών στο γήινο μορφοανάγλυφο,

η Σεισμοτεκτονική είναι κυρίως ο συσχετισμός γεωλογικών και σεισμολογικών δεδομένων, η μελέτη των επιφανειακών διαρρήξεων σεισμών, και τέλος ιδιαίτερα την Παλαιοσεισμολογία, η οποία ουσιαστικά αποτελεί την λεπτομερή μελέτη της πρόσφατης σεισμικής ιστορίας των ενεργών ρηγμάτων.

 

Οι όροι ενεργός τεκτονική και ενεργά ρήγματα είναι σε τρέχουσα χρήση, ενώ η ενεργός τεκτονική είναι περισσότερο συνώνυμη της Σεισμοτεκτονικής. Από την άλλη πλευρά η έλλειψη μιας γενικής συμφωνίας σε μεμονωμένους ορισμούς έχει δημιουργήσει σύγχυση και σαν αποτέλεσμα γεωλογικές, μηχανικές, κοινωνικές και νομικές δυσκολίες. Ο συνδυασμός σεισμολογικών, σεισμοϊστορικών και γεωλογικών δεδομένων δίνει πάντα την πληρέστερη εικόνα της σεισμικότητας μιας περιοχής.

 

Κύριο αντικείμενο της Νεοτεκτονικής και κυρίως της Γεωλογίας των Σεισμών αποτελούν η προϋπάρχουσα δομή του φλοιού (ιστός), τα ενεργά ρήγματα (γεωμετρία, αρχιτεκτονική, κινηματική σεισμική ιστορία τους) και γενικά το γεωλογικό περιβάλλον μέσα στο οποίο εκδηλώνεται ο σεισμός.

 

Μεταξύ των κριτηρίων για την αναγνώριση των ενεργών ρηγμάτων, που προήλθαν από τη συνεχή έρευνα, αναφέρονται τα εξής:

  1. Γεωλογικά κριτήρια: Ένα ρήγμα μπορεί να χαρακτηριστεί γεωλογικά ενεργό όταν αποδεδειγμένα επαναδραστηριοποιήθηκε κατά το πρόσφατο γεωλογικό παρελθόν, δηλαδή όταν έχει δραστηριοποιηθεί κατά το Τεταρτογενές τουλάχιστον. Αυτό διαπιστώνεται άμεσα με την ηλικία των σχηματισμών που επηρεάζει το ρήγμα. Όταν δηλαδή το ρήγμα κόβει σχηματισμούς του Άνωτερου Πλειστόκαινου ή και νεότερους τότε χαρακτηρίζεται ως γεωλογικά ενεργό ρήγμα.
    Υπάρχουν όμως και έμμεσοι τρόποι για να διαπιστωθεί αν ένα ρήγμα είναι γεωλογικά ενεργό. Όπως από πρόσφατα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά που ενδεχόμενα συνοδεύουν το ενεργό ρήγμα. Τέτοια είναι: αναβαθμίδες τεκτονικής προέλευσης, νεοτεκτονικά εξάρματα νεοσχηματισθείσες τεκτονικές κοιλάδες, απότομη αλλαγή διεύθυνσης χειμάρρων, τεκτονικά πρανή με μεγάλες κλίσεις, (απότομες πλαγιές), κυματοειδής διάταξη πρόσφατων ιζημάτων που οφείλεται σε τεκτονικά αίτια, τριγωνικές επιφάνειες κ.ά.
    Αλλά επικουρικά στοιχεία για την ένδειξη της ενεργού δράσης ενός ρήγματος είναι η ύπαρξη θερμομεταλλικών πηγών ή ατμίδων κατά μήκος αυτού. Επίσης η ανάπτυξη γεωθερμικών πεδίων στην ευρύτερη περιοχή του ρήγματος, καθώς και φαινόμενα έντονης διάβρωσης που εμφανίζονται στουπερυψωμένο τέμαχος του ρήγματος, τα οποία όμως δεν είναι απαραίτητο, να χαρακτηρίζουν πάντοτε ενεργά ρήγματα.
    Τέλος, η υπαίθρια γεωλογική παρατήρηση και εμπειρία μπορεί να προσκομίσει ακόμη πιο πολλά γεωλογικά στοιχεία για την ενεργό δράση των ρηγμάτων, όπως π.χ. οι ιδιαίτερα λειασμένες κατοπτρικές επιφάνειες των ρηγμάτων που αναπτύσσονται μόνο σε πετρώματα του υποβάθρου. Ιδιαίτερα θα πρέπει να τονιστούν τα γεωχημικά κριτήρια, όπως η εντονότερη έκλυση αερίων από βαθύτερα σημεία του φλοιού κατά μήκος ενεργών ρηξιγενών ζωνών (ραδόνιο Rn, μονοξείδιο του άνθρακα CO, Ήλιον He κ.ά.) και ο ιδιίτερος χαρακτήρας του χημισμού θερμομεταλλικών πηγών κατά μήκος ρηγμάτων.
    Θα πρέπει πάντως να τονιστεί ότι κανένα από όλα τα παραπάνω έμμεσα κριτήρια δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο του για το χαρακτηρισμό ενός ρήγματος σαν ενεργού. Ο συνδυασμός αυτών των κριτηρίων, μαζί με σεισμολογικά γεωδαιτικά δεδομένα μπορούν να δώσουν ικανοποιητικές και αξιόπιστες ενδείξεις για τον καθορισμό ενός ρήγματος ή γενικότερα μιας περιοχής σαν ενεργού.

  2. Σεισμοϊστορικά κριτήρια: Πληροφορίες από ιστορικές πηγές για μεγάλους επιφανειακούς σεισμούς που συνδέονται επίσης με μετακινήσεις ρηγμάτων (άλματα), κατολισθήσεις, ρευστοποιήσεις εδαφών, αλλαγές ροής χειμάρρων ή πηγών κ.ά. αποτελούν τις πλεόν σοβαρές ενδείξεις για το χαρακτηρισμό σαν ενεργού μιας περιοχής. Αν μάλιστα οι πληροφορίες είναι τόσο ακριβείς και μπορούν να συνδυαστούν με προϋπάρχοντα ρήγματα, τότε μπορούν να καθορίσουν με σαφήνεια ενεργά ρήγματα.

  3. Γεωφυσικά δεδομένα, όπως βαρυτομετρικές ανωμαλίες ή ακριβείς υπολογισμοί της δομής του φλοιού διάφορων σεισμοτεκτονικών τεμαχών, συμβάλλουν ουσιαστικά στην κατανόηση της ενεργού τεκτονικής. Κυρίως όμως τα σεισμολογικά στοιχεία είναι εκείνα που μπορούν με ακρίβεια να καθορίσουν τη θέση ενεργών ρηγμάτων.

  4. Σεισμολογικά κριτήρια: Μεγάλοι ή ακόμη και μικροί σεισμοί, τα επίκεντρα και τα εστιακά βάθη των οποίων είναι καθορισμένα από μεγάλο δίκτυο σεισμολογικών σταθμών ακριβώς, μπορούν να ορίσουν τη θέση ενεργών ρηγμάτων. Επίσης σεισμικές ακολουθίες (προσεισμοί, μετασεισμοί, σμηνοσεισμοί) συνδέονται άμεσα με ενεργά ρήγματα, τη γεωμετρία των οποίων μάλιστα μπορούν να την καθορίσουν με ικανοποιητική ακρίβεια. Τέλος, μικροσεισμοί (1.5 < Μ < 3) που είναι υπολογισμένοι με δίκτυο σεισμογράφων μεγάλης ευαισθησίας ή από δίκτυο φορητών σεισμογράφων εγκατεστημένων με μικρή περιοχή (2-5 Km γύρω από τα ρήγματα) καθορίζουν με ικανοποιητική ακρίβεια ενεργά ρήγματα. Αντίθετα, η έλλειψη σεισμών δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν κριτήριο για τον καθορισμό ενός ρήγματος σαν ανενεργού.

  5. Παλαιοσεισμολογικά κριτήρια: Οι παλαιοσεισμολογικές μέθοδοι, όπου μπορούν να εφαρμοσθούν, προσκομίζουν από τα πιο αξιόπιστα δεδομένα και αποδείξεις για το χαρακτηρισμό των ενεργών ρηγμάτων με ποσοτικές παραμέτρους, όπως είδος παλαιοσεισμών, άλματά τους, ρυθμός ολίσθησης κ.ά.

 

Με βάση τα κριτήρια που προαναφέρθηκαν, τα ρήγματα έχουν ταξινομηθεί από τον Ambraseys (1978) σε τέσσερις κατηγορίες με τους αντίστοιχους χαρακτηρισμούς.

α) Ενεργά ρήγματα: είναι εκείνα που συνδέονται άμεσα με ισχυρούς σεισμούς (πρόσφατους ή ιστορικούς) ή σεισμικές ακολουθίες, όταν παρουσιάζουν μικρή αλλά συνεχή μετακίνηση των δύο τεμαχών τους, που διαπιστώνεται με ακριβείς γεωδαιτικές μετρήσεις. Επίσης όταν «κόβουν» πρόσφατα ιζήματα ή ηφαιστειακά πετρώματα τεταρτογενούς ηλικίας (κυρίως ολοκαίνου) και όταν είναι συνδεδεμένα με ορισμένους ειδικούς γεωμορφολογικούς σχηματισμούς ή θερμές πηγές. Τέλος, όταν συνδέονται άμεσα με μικροσεισμούς.

β) Πιθανά ενεργά ρήγματα: χαρακτηρίζονται εκείνα που συνδέονται με μικρό βαθμό συσχέτισης με μεγάλους σεισμούς ή συνηθέστερα μόνο με μικροσεισμούς. Επίσης εκείνα τα ρήγματα για τα οποία δεν υπάρχουν ιστορικές πληροφορίες για σεισμούς και εδαφικές μετακινήσεις, επηρεάζουν νέα ιζήματα, αλλά δεν φαίνεται να έχουν επαναδραστηριοποιηθεί στο πολύ πρόσφατο παρελθόν. Τέλος και εκείνα τα ρήγματα, όπου τα νέα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά με τα οποία συνδέονται έχουν διαβρωθεί ή δε διακρίνονται ευκρινώς

γ) Ρήγματα αβέβαια ενεργά: χαρακτηρίζονται γενικά τα ρήγματα για τα οποία όλα τα παραπάνω κριτήρια δε δίνουν ικανοποιητικό βαθμό αξιοπιστίας.

δ) Αδρανή ή ανενεργά ρήγματα: χαρακτηρίζονται εκείνα για τα οποία σεισμολογικές, ιστορικές και γεωλογικές ενδείξεις για επαναδραστηριοποίησή τους στο πρόσφατο γεωλογικό παρελθόν

Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί ότι οι παραπάνω χαρακτηρισμοί δεν είναι απόλυτοι. Ιδιαίτερα για το χαρακτηρισμό κάποιου ρήγματος σαν ενεργού μόνο με γεωλογικά κριτήρια πρέπει κανείς να 'ναι πολύ επιφυλακτικός, καθώς επίσης και για εκείνα που χαρακτηρίστηκαν σαν τεκτονικά αδρανή, γιατί τέτοιου είδους ρήγματα αιφνιδίασαν στο παρελθόν. Χαρακτηριστικά τέτοια παραδείγματα υπάρχουν πολλά στη διεθνή βιβλιογραφία. Από την άλλη πλευρά, ούτε όλα τα ενεργά ρήγματα είναι υποψήφια για σεισμούς, γιατί η δράση τους μπορεί να σχετίζεται με πλαστική παραμόρφωση.

 

Ορισμοί για τη δράση των ρηγμάτων έχουν δοθεί από ειδικές επιτροπές στις Η.Π.Α., στην Ιαπωνία, Κίνα, Ιταλία κ.ά. και τηρούνται αυστηρά στην κατασκευή μεγάλων τεχνικών έργων κυρίως πυρηνικών αντιδραστήρων. Στη συνέχεια δίνονται μερικοί ορισμοί:

ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΩΝ ΡΗΓΜΑΤΩΝ

 

1.     γεωλογικα

γεωμορφολογικά-Μορφοτεκτονικά

Νέες γεωμορφολογικές δομές, τεκτονικά πρανή, μεγάλες κλίσεις, τριγωνικές επιφά­νειες, λειασμένες τεκτονικές επιφάνειες, εκτροπή ρευμάτων, αλλουβιακά ριπίδια, ανυ­ψώσεις ακτών κ.ά.

 

Στρωματογραφικά

Επηρεασμός Νεογενών - Τεταρτογενών σχημα­τισμών.

Παλαιοσεισμολογικά

Τεκτονοστρωματογραφία colluvium, χρονολόγηση παλαιοσειμικών γεγονότων.

Yδρογεωλογικά

Πηγές – γεωθερμικά πεδία

 

2.     ΣΕΙΜΟΙΣΤΟΡΙΚΑ

Γνωστές σεισμικές διαρρήξεις ή εδαφικές παραμορφώσεις σε ιστορικά χρόνια από γραπτές πηγές ή αρχαιολογικά δεδομένα.

 

3.     ΣΕΙΣΜΟΛΟΓΙΚΑ

Μεγάλοι σεισμοί που συνδέονται με επιφανειακές διαρρήξεις και ρήγματα, συγκέντρωση μικροσεισμών, άλλα γεωφυσικά δεδομένα.

 

4.     ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΑ

Μετρήσεις μικρομετακινήσεων κοντινού ή απομακρυσμένου πεδίου

 

Η.Π.Α. (U.S. Nuclear Regulatory Commission).

Ένα ρήγμα είναι ενεργό (Capable or Active Fault) όταν: Παρουσιάζει κίνηση (σεισμική ή ασεισμική ολίσθηση) στα τελευταία 35.000 χρόνια (κυρίως Ολόκαινο) και περισσότερο από μια φορά στα τελευταία 500.000 χρόνια ή είναι συνδεδεμένο με ένα άλλο γνωστό ενεργό ρήγμα ή συνδέεται με δύο και περισσότερα σεισμικά συμβάντα καταγραμμένα με σεισμογράφους έντασης ΙΙΙ ΜΜ και μεγαλύτερης.

 

Ένα ρήγμα αντίθετα είναι μη ενεργό όταν παρουσιάζει δομική σύνδεση με παλιές γεωλογικά δομές. Η πρόταση προϋποθέτει ότι τα ρήγματα που έχουν σχηματισθεί στα πλαίσια ενός τεκτονικού καθεστώτος, το οποίο έχει πάψει να υπάρχει ή έχει ουσιαστικά αλλάξει, δε μπορούν να θεωρηθούν ενεργά ακόμη κι αν έχουν ένα από τα χαρακτηριστικά της δραστηριότητας (για παράδειγμα, όταν έχουμε τεταρτογενούς ή νεότερου άγνωστου τεκτονισμού, χαρακτηριστικό της δραστηριότητας).

 

Διεθνής Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (International Atomic Energy Commission).

Ένα ρήγμα μπορεί να θεωρηθεί ενεργό αν παρουσιάζει τεκμήρια κίνησης στο ύστερο Τεταρτογενές, παρουσιάζει τοπογραφικές αποδείξεις για πρόσφατη επιφανειακή διάρρηξη, αν συνδέεται άμεσα με σεισμούς καταγραμμένους με σεισμολογικά όργανα, αν παρουσιάζει ασεισμική ολίσθηση ή έχει μια αποδεδειγμένα δομική σχέση μ’ ένα γνωστό ενεργό ρήγμα, έτσι ώστε η κίνηση του ενός, μπορεί να προκαλέσει την κίνηση του άλλου.

 

Συμπληρωματικά η IAEA-1988 (International Atomic Energy Agency) ορίζει ως ενεργό ρήγμα εκείνο το οποίο συνδέεται με ιστορικούς σεισμούς (ή παλαιοσεισμούς του Ολοκαίνου) ή με επίκεντρα σεισμών (Basic Safety Principles for Nuclear Power Plants 75-INSAG-3) και το οποίο είναι ικανό να δώσει σεισμό στο μέλλον.

 

Ιαπωνικοί ορισμοί

Οι ιαπωνικές οδηγίες διαφέρουν από τους κανόνες των αμερικάνικων επιτροπών πυρηνικής ενέργειας κυρίως στο ότι βασίζονται πολύ στη σεισμικότητα του παρελθόντος (ιστορική και γεωλογική) στη συχνότητα δράσης των σεισμών κ.λπ.. Αυτές οι διαφορές είναι επίσης ξεκάθαρες και στον καθορισμό της δραστηριότητας των ρηγμάτων. Στην Ιαπωνία ο ορισμός των ενεργών ρηγμάτων ακολουθεί τη συνεχή κλίμακα του ρυθμού μετατόπισης (ολίσθησης), που προσδιορίζεται είτε με σεισμολογικές είτε κυρίως με γεωλογικές μεθόδους. Έτσι ένας γενικός ιαπωνικός ορισμός μπορεί να διατυπωθεί “Τα ενεργά ρήγματα καθορίζονται σύμφωνα με το ποσό της μετατόπισής τους ανά μονάδα χρόνου, την ολίσθηση τους, τις τεταρτογενείς κινήσεις τους και την αναμενόμενη μελλοντική τους κίνηση”.

 

Μέγιστος Σεισμός Σχεδιασμού (S1): Είναι η μέγιστη δόνηση η οποία λογικά πρέπει να αναμένεται να πραγματοποιηθεί στη συγκεκριμένη θέση κι αφορά τη ζωή της μελλοντικής κατασκευής στη θέση αυτή. Συνήθως αυτή η τιμή εκτιμάται από μελέτες ιστορικών αναγραφών της περιοχής και αξιοσημείωτων ρηγμάτων (παλαιοσεισμολογικά δεδομένα) που μπορεί να επηρέασαν την περιοχή.

 

Tαξινόμηση κατά MATSUDA: Σύμφωνα με τα παραπάνω μια ειδική ταξινόμηση των ρηγμάτων είναι η ακόλουθη:

α) Ρήγματα με πολύ υψηλή δραστηριότητα (ΜΑTSUDA τύπος ΑΑ). Οι πιο ενεργές ζώνες ρηγμάτων είναι εκείνες στις οποίες παρατηρείται μια σειρά σεισμών μεγάλων μεγεθών, παρουσιάζουν τους υψηλότερους ρυθμούς ολίσθησης ανάλογους με εκείνους που παρατηρήθηκαν κατά μήκος των περιθωρίων των περισσότερων λιθοσφαιρικών πλακών, των πιο πολλών ρηγμάτων μετασχηματισμού και του κύριου συστήματος των ρηγμάτων, όπως στο σύστημα ρηγμάτων του Αγίου Ανδρέα στην Καλιφόρνια (ρυθμός ολίσθησης > 1cm/yr).

β) Υψηλή δραστηριότητα (MATSUDA τύπος Α). Η ταξινόμηση των ρυθμών μεταξύ 1 και 0,1 cm/yr ακολουθεί τους ορισμούς της υψηλής δραστηριότητας της Διεθνούς Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας. Αυτή η κλίμακα ρυθμών χαρακτηρίζει πολλά κύρια ρήγματα με μήκη από πολύ μεγάλα ως μέτρια και γενικά καθορίζεται εξαιτίας των πολλών γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών που χαρακτηρίζουν τα ενεργά ρήγματα. Το διάστημα επαναδραστηριοποίησης για σεισμούς μεγέθους 7 σε ένα δεδομένο τμήμα κατά μήκος των ρηγμάτων, συνήθως μετριέται σε εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια και η πιθανότητα ενός σεισμού μεγέθους 7 σε ένα τμήμα ή σ’ ολόκληρη τη ζώνη του ρήγματος, γενικά μετριέται σε πολλές δεκάδες μέχρι εκατοντάδες χρόνια. Τέτοιες υψηλές ταχύτητες oλίσθησης πρέπει να μελετούνται για τις πιο πολλές μηχανικές κατασκευές, κι αν ακόμα το διάστημα επαναδραστηριοποίησης μπορεί να είναι μεγαλύτερο από την αναμενόμενη ζωή της κατασκευής.

γ) Μέτρια δραστηριότητα (MATSUDA τύπος Β) Η ταξινόμηση των ρυθμών μεταξύ 0,1 cm/yr και 0,01 cm/yr ορίζεται σαν μέτρια. Αυτή η κλίμακα ρυθμών περιλαμβάνει ρήγματα που γενικά έχουν καλά αναπτυγμένα τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της δραστηριότητάς τους. Το διάλειμμα επαναδραστηριοποίησης σ’ ένα δεδομένο σημείο του ρήγματος μεταξύ σεισμών μεγέθους 7 ή μεγαλύτερου, γενικά μετριέται σε πολλές δεκάδες χιλιάδες χρόνια μέχρι εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Αυτός ο μέτριος ρυθμός επαναδραστηριοποίησης είναι πιο μεγάλος από την αναμενόμενη ζωή των περισσότερων μηχανικών κατασκευών, αλλά πρέπει να μελετάται για τις περισσότερες δομές.

δ) Χαμηλή δραστηριότητα (MATSUDA τύπος C). Η ταξινόμηση των ρυθμών μεταξύ 0,01 και 0,001 cm/yr θεωρείται χαμηλή. Σ’ αυτή την κλίμακα ρυθμών μετατόπισης, οι γεωμορφολογικές μαρτυρίες της δραστηριότητας είναι γενικά σποραδικές, αβάσιμες ή ελλιπείς. Το διάστημα επανάληψης μεταξύ σεισμών μεγέθους 7 ή μεγαλύτερων, σ’ ένα ορισμένο τμήμα του ρήγματος, γενικά μετριέται σε πολλές δεκάδες χιλιάδες μέχρι εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Το επιτρεπόμενο μηχανικό όριο για τα ρήγματα αυτής της κλίμακας είναι γενικά περιορισμένο μόνο για σημαντικές δομές, όπως οι πυρηνικοί σταθμοί και τα φράγματα που είναι ζωτικής σημασίας κατασκευές.

ε) Άκρως χαμηλή δραστηριότητα μέχρι αδράνεια. Αυτή η κλίμακα δραστηριότητας περιλαμβάνει ρυθμούς μικρότερους από 0,001 cm/yr. Αντιπροσωπεύει ρυθμούς παραμορφώσεων τεσσάρων ή περισσότερων τάξεων μεγέθους χαμηλότερους απ’ ότι αυτούς των ζωνών των πολύ υψηλής δραστηριότητας και περιλαμβάνει τα ρήγματα που έχουν πολύ χαμηλούς ρυθμούς δράσης και/ή ρήγματα που είναι γεωλογικά ανενεργά. Είναι γενικά δύσκολο να εκτιμήσουμε την αδράνεια ή τον πολύ μικρό ρυθμό δραστηριότητας, ακόμη και για παράδειγμα κοντά στις αρχικές τιμές που δίνει η ταξινόμηση της αμερικάνικης ρυθμιστικής επιτροπής πυρηνικής ενέργειας (U.S. NRC). Ρήγματα αυτού του τύπου μπορούν να εμφανιστούν σε σχετικά αδρανείς ζώνες κοντά στα περιθώρια των ενεργών περιοχών ή σε σχετικά σταθερές περιοχές κατά μήκος των πιο πρόσφατων περιοχών τεκτονικής δραστηριότητας. Για τις περισσότερες μηχανικές δομές, ρήγματα αυτού του τύπου μπορούν να ομαδοποιηθούν σαν “πιθανά ή (πρακτικά) ανενεργά”, όταν δε μπορούμε να έχουμε καθοριστικά δεδομένα που να αποδεικνύουν την αδρανή τους κατάσταση. Ο μηχανικός σχεδιασμός για τέτοια ρήγματα χαμηλής δραστηριότητας απαιτείται μόνο για κύριες κατασκευές, όπως πυρηνικοί αντιδραστήρες, μεγάλα φράγματα και κυματοθραύστες. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις απαιτείται να προφυλαχθούν πυκνοκατοικημένες περιοχές, όπου μια αποτυχία στα έργα αυτά θα επιδρούσε στην ασφάλεια και στις ζωτικής σημασίας λειτουργίες μεγάλου αριθμού ανθρώπων.

 

Αναφέρονται στη συνέχεια και ορισμένοι άλλοι ορισμοί των ενεργών ρηγμάτων:

  1. Α.A. Nikonov (Ρωσία). Ως ενεργό ρήγμα ορίζεται το ρήγμα με επιφανειακή έκφραση ή στο εσωτερικό του φλοιού (τυφλό ρήγμα) που παρουσιάζει ενδείξεις κίνησης κατά τη διάρκεια των τελευταίων εκατοντάδων ή χιλιάδων ετών, μετατόπιση που κυμαίνεται από 0.1-0.5 m ανά γεγονός και με ένα ρυθμό ολίσθησης τουλάχιστον λίγων mm/yr.

  2. Βolt 1997 (Αμερική). Ενεργά ρήγματα είναι εκείνα που εμφάνισαν κάποια δραστηριότητα στην πρόσφατη γεωλογική χρονική περίοδο (κυρίως Ολόκαινο) και είναι πιθανόν να επαναδραστηριοποιηθούν στο μέλλον.

  3. Research Group of Active Faults in Japan. Ως ενεργά ρήγματα χαρακτηρίζονται τα ρήγματα που παρουσιάζουν ολίσθηση κατά τη διάρκεια του Τεταρτογενούς (τελευταία 1 έως 2 εκατομμύρια χρόνια).

  4. Οι χάρτες ενεργών ρηγμάτων της Ρωσίας χαρακτηρίζουν ως ενεργά ρήγματα αυτά που παρουσιάζουν αποδείξεις τεκτονικών κινήσεων στο Ολόκαινο κυρίως, αλλά και ενδείξεις για το χρονικό διάστημα του Τεταρτογενούς με έμφαση τα 100.000 χρόνια (Trifonov 1993).

  5. Ενεργά ρήγματα θεωρούνται αυτά που έχουν ενεργοποιηθεί πολύ πρόσφατα (διακρίνονται από αυτά του Τεταρτογενούς και τα νεοτεκτονικά γενικά) και δείχνουν κίνηση σήμερα η οποία έχει καταγραφεί με συγκεκριμένα όργανα με γεωφυσικές, γεωδαιτικές ή άλλες μεθόδους και έχουν τεκμηριωθεί με συγκριτικές παρατηρήσεις από χάρτες που έγιναν σε διαφορετικές χρονικές περιόδους (Nemeyanov 1992).

  6. Στον ΑΤΛΑΝΤΑ ΕΝΕΡΓΩΝ ΡΗΓΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΚΙΝΑΣ, (1989) δέχονται ως ενεργά ρήγματα όλα σχεδόν τα ρήγματα που έδωσαν κάποια κίνηση κατά τη διάρκεια των νεοτεκτονικών χρόνων μέχρι και το Πλειόκαινο-Τεταρτογενές.

Οι αντισεισμικοί κώδικες των Δυτικών ΗΠΑ (Western States Seismic Policy Council) διαχωρίζει τα ενεργά ρήγματα σε τρεις (3) μεγάλες κατηγορίες, ανάλογα με το βαθμό ενεργότητάς τους και κατά συνέπεια του βαθμού επικινδυνότητάς τους:

  • Ολοκαινικά ενεργά ρήγματα (με άλμα στα 10.000 χρόνια)

  • Υστεροτεταρτογενή (με δραστηριότητα στα τελευταία 130.000 χρόνια), και

  • Τεταρτογενή ενεργά ρήγματα (αυτά που παρουσιάζουν δραστηριότητα -επιφανειακές μετακινήσεις- κατά την Τεταρτογενή περίοδο (1.600.000 χρόνια)

Σύμφωνα με τους κανονισμούς της πολιτείας της Καλιφόρνιας (Title 14, Article 3. Policies and Criteria of the State Mining and Geology board), Ενεργό θεωρείται ένα ρήγμα το οποίο παρουσιάζει επιφανειακή μετατόπιση κατά τη διάρκεια του Ολοκαίνου (περίπου τα τελευταία 11.000 χρόνια), καθιστώντας το μια πιθανή πηγή σεισμικής απειλής στις κατασκευές που είναι κτισμένες κατά μήκος του. Ίχνος του ρήγματος θεωρείται η γραμμή που σχηματίστηκε από τη διατομή του ρήγματος με την ελεύθερη επιφάνεια της γης.

 

Περιεχόμενα μαθήματος