Οι επαναλαμβανόμενες σεισμικές δονήσεις στη περιοχή, και ειδικότερα μετά τους σεισμούς στις 10/10/2001 (3,9 βαθμοί της κλίμακας Ρίχτερ) και στις 23/11/2011 (3,3 βαθμοί της κλίμακας Ρίχτερ), οι οποίοι προκάλεσαν εμφανείς ζημίες και οδήγησαν στο να κριθούν κτίρια της περιοχής ακατοίκητα, έγειραν το γεωλογικό ενδιαφέρον. Πιο συγκεκριμένα στόχος της παρούσας εργασίας είναι η χρήση μορφομετρικών δεικτών για τον υπολογισμό της ενεργότητας του ρήγματος. / Application of morphotectonic criteria for the qualitative and quantitative determination of the tectonic activity on the mountain range front segment, which is formed north – east of Arfara town, located in Messinia, southern – western part of Peloponnese.

Η εργασία αυτή έγινε με σκοπό την εφαρμογή μορφοτεκτονικών κριτηρίων για τον ποσοτικό και ποιοτικό καθορισμό της τεκτονικής ενεργότητας των δύο μεγάλων προπόδων οροσειράς (mountain range front) που αναπτύσσονται στις δυτικές παρυφές του Αργολικού Πεδίου, ΒΔ της πόλης του Άργους, και η σύγκριση των τιμών των γεωμορφολογικών δεικτών που μετρήθηκαν με την βοήθεια ψηφιακών μοντέλων εδάφους διαφορετικής ανάλυσης (resolution) για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την ακρίβεια της κάθε μεθόδου. Αφορμή υπήρξε η διαρκώς αυξανόμενη ενασχόληση φοιτητών (προπτυχιακών και μεταπτυχιακών) με ψηφιοποίηση τοπογραφικών χαρτών για δημιουργία Ψηφιακών Μοντέλων Εδάφους (DTM) – μια διαδικασία επίπονη και εξαιρετικά χρονοβόρα – παρότι δεδομένα διατίθενται εύκολα μέσω διαδικτύου (NASA) για DTM για όλο τον κόσμο με σχετικά καλή ανάλυση. Οι δύο πρόποδες είναι συνεχόμενοι αλλά παρουσιάζουν διαφορετική διεύθυνση με τον πρώτο να έχει διεύθυνση ΒΒΔ-ΝΝΑ και μήκος περίπου 6,5 km και τον δεύτερο ΔΒΔ-ΑΝΑ ενώ έχει μήκος περίπου 12,5 km. Για την ανάλυση της ενεργότητας των πρόπoδων οροσειράς εφαρμόστηκαν οι κατάλληλοι γεωμορφολογικοί δείκτες, όπως ο δείκτης της κατά βάθος και κατά πλάτος διάβρωσης χειμάρρων ή λόγος πλάτους προς ύψους κοιλάδας (Ratio of valley-floor width to valley height index, Vf) και ο δείκτης ευθυγράμμισης του πρόποδα (Mountain front sinuosity index, Smf) ενώ παράλληλα εξετάστηκαν και άλλοι γεωμορφολογικοί δείκτες όπως ο δείκτης Μήκους – κλίσης ρέμματος (Stream-length gradient index, SL) και ο δείκτης Υψομετρικής καμπύλης-Υψομετρικού ολοκληρώματος (Hypsometric Curve / Hypsometric Integral). Για την μέτρηση των τιμών των δεικτών χρησιμοποιήθηκαν δύο ψηφιακά μοντέλα εδάφους διαφορετικής ανάλυσης (resolution) που αναπτύχθηκαν με διαφορετικές μεθοδολογίες, ένα λεπτομερές από ψηφιοποίηση τοπογραφικών χαρτών κλίμακας 1:5000 της ΓΥΣ και ένα πιο προσεγγιστικό χαμηλότερης ανάλυσης από δορυφορικά δεδομένα SRTM, με την βοήθεια λογισμικών GIS. Τα αποτελέσματά συγκρίθηκαν με την βοήθεια διαγραμμάτων. Όσον αφορά το ζήτημα της ενεργότητας της προπόδων οροσειράς από τα αποτελέσματα των μετρήσεων προκύπτει ότι αυτοί είναι ενεργοί καθώς παρουσιάζουν χαμηλές τιμές του δείκτη Vf και Smf. Οι τιμές τους (μετρημένες από το λεπτομερές Ψ.Μ.Ε.) κυμαίνονται από 0,0531 μέχρι 0,7668 (Vf) και 1,3645 (Smf) για τον πρώτο πρόποδα και από 0,02 μέχρι 9,3 (Vf) και 1,3526 (Smf) για τον δεύτερο πρόποδα. Επίσης με την βοήθεια του δείκτη SL εντοπίστηκαν δύο σημεία που σε συνδυασμό με την τοπογραφία υποδεικνύουν πιθανά ενεργά ρήγματα που δεν έχουν χαρτογραφηθεί. Η χρησιμοποίηση του δείκτη του υψομετρικού ολοκληρώματος κατατάσσει την λεκάνη του χειμάρρου Ξηριά, που βρίσκεται πίσω από τον πρώτο πρόποδα, στο ‘στάδιο ωριμότητας’, κάτι που φαινομενικά έρχεται σε αντίθεση με τους υπόλοιπους δείκτες αλλά μάλλον οφείλεται στην μορφολογική διαμόρφωση της λεκάνης πίσω από τον πρόποδα που σχετίζεται περισσότερο από τεκτονικές και όχι από διαβρωτικές διεργασίες. Όσον αφορά την σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από τα δύο διαφορετικά ψηφιακά μοντέλα εδάφους οι μετρήσεις τιμών του δείκτη SL και του Υψομετρικού Ολοκληρώματος μπορούν να γίνουν εξίσου καλά και από τα δύο. Για τον δείκτη Vf οι μετρήσεις που γίνονται με την βοήθεια του πιο προσεγγιστικού μοντέλου είναι γενικά μεγαλύτερες ενώ δεν μπορεί να γίνουν μετρήσεις για ρέμματα 1ης ή 2ης τάξης κατά Strahler. Οι διαφορές στις τιμές του δείκτη Vf που παρατηρούνται μεταξύ των δύο μοντέλων εκμηδενίζονται όταν η μέτρηση του πλάτους της κοίτης μπορεί να προκύψει με αντικειμενικό τρόπο (π.χ. μέτρηση από ορθοφωτοχάρτες). Για τον δείκτη Smf προκύπτει ότι όσο μικρότερο είναι το μήκος του πρόποδα τόσο μικρότερη είναι η απόκλιση στις μετρήσεις του δείκτη Smf από το αδρομερέστερο μοντέλο καθώς είναι πιο περιορισμένη η απόκλιση της παραμέτρου Lmf λόγω ‘απλοποιήσεων’ των γραμμών. / The aim of this MSc thesis is the application of morphotectonic criteria for the qualitative and quantitative determination of the tectonic activity on two mountain range fronts segments, which are formed in the western part of Argolis plain, in the eastern Peloponnese. We also tried to measure and compare values of the geomorphological indices obtained from DTM’s of different resolution, in order to extract conclusions for the accuracy of the two different models. The two mountain front segments are almost continuous and they display different orientation in strike: the first has a NNW-SSE strike and a length of 6.5 km and the second one has a WNW-ESE strike and a length of 12.5 km. In order to examine the activity of the two range fronts we applied the suitable geomorphic indices, such as the ratio of valley-floor width to valley height index (Vf), the mountain front sinuosity index (Smf), as well as other indices such as the stream-length gradient index (SL) and the hypsometric curve-hypsometric integral index. For the calculation of these indices we used two DTM’s of different resolution, which were constructed from different approached methodologies: a more detailed DTM from digitization of topographic maps of the Hellenic Military Geographical Service, in 1:5000 scale, and a less detailed DTM from SRTM-data downloaded from NASA, all modeled with standard GIS software. The results of the two models were compared with various diagrams. Regarding the activity of the range front segments, our data show that they are both active since they display low values of Vf and Smf indexes. Their values (measured from the finer DTM) vary from 0,05 to 0,77 (Vf) and 1,3645 (Smf) for the first segment and from 0,02 to 9,3 (Vf) and 1,3526 (Smf) for the second segment. Additionally, using the SL-index we observed two zones, which when correlated with the modern topography seem to indicate two unmapped and possibly active fault zones. The Xerias basin, which is formed behind the 1st range fault segment, appears to be in the “maturity stage” using the hypsometric integral index, a fact that contradicts with the other index results. This is may be due more to tectonic than erosional processes. Finally, from the comparison of the different DTM we suggest that calculation of SL and hypsometric integral index can be made with similar accuracy. For the Vf , the SRTM data display higher values, while calculation of 1st and 2nd order gullies (sensu Strahler) cannot be directly measured. Differences in the Vf values from the two DTM models can be eliminated significantly when we calculate the width of the valley from ortho-photomaps. Regarding the Smf index, it seems that we obtain less accurate results, as the length of the range front increases, due to the over-simplification of the shape of the elevation contours compared to the real topographic data.

Η περιοχής της διατριβής βρίσκεται στη ΝΑ Στερεά Ελλάδα μεταξύ του συστήματος τάφρων-ζωνών, του Κορινθιακού και του Νότιου Ευβοϊκού Κόλπου και η κατανόηση της τεκτονικής εξέλιξής της κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική για την κατανόηση της πιθανής αλληλεπίδρασής τους ή ακόμη και της σύνδεσης τους. Για να σκιαγραφηθεί αυτή η σχέση έγινε τεκτονική ανάλυση στη Λεκάνη Θηβών όπου αναγνωρίσθηκαν τέσσερις (4) κύριες ρηξιγενείς ζώνες με μήκη που κυμαίνονται από ~18 έως ~27 km. Κάθε μια από τις ρηξιγενείς ζώνες αποτελείται από επιμέρους κύρια ρήγματα. Αναλύθηκαν συνολικά 10 κύρια ρήγματα με μήκος που κυμαίνεται από ~7 έως ~15 km. Τα ρήγματα και οι αντίστοιχες ρηξιγενείς ζώνες, που αυτά συνθέτουν, αποτελούν, κατά την εξέλιξη της Λεκάνης Θηβών, περιθώρια επιμέρους λεκανών. Η διατριβή συνεισφέρει στην κατανόηση της τεκτονικής εξέλιξής της περιοχής μελέτης, η οποία κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική για την κατανόηση της πιθανής αλληλεπίδρασής των γειτονικών ρηξιγενών ζωνών, ή ακόμη και της σύνδεσης τους. Στόχοι της διατριβής αποτέλεσαν: (1) η αναγνώριση και λεπτομερής χαρτογράφηση των κύριων ρηξιγενών ζωνών της Λεκάνης Θηβών και η σύνδεσή τους με τις τεκτονικές και σεισμολογικές παρατηρήσεις στην περιοχή της ΝΑ Στερεάς Ελλάδας, (2) η κατανόηση του τρόπου σύνδεσης και εξέλιξης των ρηγμάτων, (3) η εκτίμηση του «βαθμού ενεργότητας» των ρηξιγενών δομών, και (4) η κατανόηση του ρόλου της ενεργού τεκτονικής στην εξέλιξη του αναγλύφου της περιοχής μελέτης. Οι σεισμοί, ως φυσικό φαινόμενο, έχουν την δυνατότητα να προκαλούν εκτεταμένες υλικές καταστροφές και πολλές φορές και την απώλεια ανθρώπινων ζωών, επιδρούν κατά κανόνα αρνητικά στην πρόοδο της οργανωμένης κοινωνίας. Συνεπώς, ο καθορισμός των ενεργών τεκτονικών διεργασιών είναι σημαντικός για την κατασκευή μεγάλων τεχνικών έργων αλλά και για τη σχεδίαση της αντισεισμικής πολιτικής μιας περιοχής ή μιας χώρας. Το βασικό ‘’εργαλείο’’ της παρούσας μελέτης αποτέλεσε ένα ευρύ φάσμα ‘’τεχνικών’’ της Ενεργού Τεκτονικής και της Τεκτονικής Γεωμορφολογίας. Η ποσοτική μορφοτεκτονική ανάλυση των ρηξιγενών ζωνών με τη χρήση μορφομετρικών δεικτών, επιτρέπει τόσο την ακριβή χαρτογράφηση και ανάλυση των ρηγμάτων όσο και την εκτίμηση του ‘’βαθμού ενεργότητάς’’ τους. Τα όρια των ρηγμάτων και οι ζώνες μεταβίβασης που αναπτύσσονται μεταξύ των ρηγμάτων στις ρηξιγενής ζώνες αναλύθηκαν με την κατασκευή διαγραμμάτων κατανομής της μετατόπισης. Η διερεύνηση της σχέσης μεταξύ της μετατόπισης του ρήγματος με το επιφανειακό του μήκος, βοηθάει στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσονται τα ρήγματα και των κλασματικών ιδιοτήτων της μετατόπισης σε σχέση με το μήκος. Επιπρόσθετα, η διερεύνηση της σχέσης μεταξύ αναγλύφου και λεκανών απορροής στη βάση των ρηξιγενών ζωνών, αποτελεί ένα ακόμα ‘’βήμα’’ για την κατανόηση της εξέλιξης του αναγλύφου των ρηξιγενών ορεογραφικών μετώπων. Τα νεοτεκτονικά στοιχεία που συλλέχθηκαν συμπληρώθηκαν με την εκσκαφή παλαιοσεισμολογικών τομών και την εφαρμογή μεθόδων και αρχών της Παλαιοσεισμολογίας και οδήγησαν στη διερεύνηση της σεισμικής ιστορίας του Ρήγματος Καπαρέλλιου, με γεωλογικές μεθόδους, ώστε να εκφράζεται αυτή με όρους ανάλογους της σεισμολογίας. Η χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (G.I.S) αποτέλεσε ένα ‘’δυναμικό εργαλείο’’ συλλογής, διαχείρισης και απεικόνισης χωρικών δεδομένων που προέκυψαν από την εφαρμογή των παραπάνω μεθόδων στην περιοχή μελέτης. Η ποιοτική και ποσοτική ανάλυση του υδρογραφικού δικτύου της περιοχής μελέτης, έδειξε ότι η εξέλιξη των λεκανών απορροής επηρεάζεται σημαντικά από τη δράση των επιμέρους ρηξιγενών ζωνών, και σε μικρότερο βαθμό και από τις τοπικές γεωλογικές και υδρογεωλογικές συνθήκες της περιοχής. Ο υπολογισμός της ασυμμετρίας των κύριων λεκανών απορροής της περιοχής μελέτης υπολογίσθηκε με το Συντελεστή Ασυμμετρίας (Αf) και το Συντελεστή Εγκάρσιας Τοπογραφικής Συμμετρίας (Τ). Κατά μήκος των ρηξιγενών ζωνών υπολογίσθηκαν οι μορφοτεκτονικοί δείκτες: δείκτης ευθυγράμμισης ορεογραφικού μετώπου (Smf), δείκτης λόγου πλάτους κοιλάδας προς ύψος κοιλάδας (Vf), δείκτης σχήματος λεκάνης απορροής (Bs) και δείκτης μήκους-κλίσης ρέματος (SL). Οι τιμές των μορφοτεκτονικών δεικτών καταδεικνύουν ότι όλες οι ρηξιγενείς ζώνες είναι ενεργές και υπόκεινται σε υψηλό ρυθμό ανύψωσης σύμφωνα με τα διεθνώς παραδεκτά δεδομένα. Η ανάλυση με μεθόδους της Τεκτονικής Γεωμορφολογίας, που πραγματοποιήθηκε στις τέσσερις ρηξιγενής ζώνες της περιοχής μελέτης, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι όλες οι ζώνες μπορούν να χαρακτηρισθούν σαν υψηλής ενεργότητας. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων των παλαιοσεισμολογικών τομών διαπιστώθηκε ότι το Βόρειο Ρήγμα Καπαρελλίου παρουσιάζει συνεχή τεκτονική δραστηριότητα. Σε μια περιοχή όπως ο ευρύτερος Αιγιακός χώρος, η μελέτη του αναγλύφου με τη χρήση μορφοτεκτονικών παραμέτρων μπορεί να αποτελέσει οδηγό για την κατανόηση των επιφανειακών επιπτώσεων των σεισμών επί του ανάγλυφου. / The study area is located in the easternmost sector of the Gulf of Corinth, the Beotia area in SE Central Greece, which is an area with active normal faults located between two major rift structures of Central Greece, the Gulf of Corinth and the South Gulf of Evia. The Gulf of Corinth is an active rift with high rates of uplift and high seismicity, on the contrary the South Gulf of Evia is an area with low rates of uplift, compared with the Gulf of Corinth, moderate seismicity but with strong seismic events. The research is focused on four fault zones, which are described from west to east: the Neochori-Leontari, the Livadostras-Kaparelli, the Erithres-Dafnes and the Kallithea-Asopia fault zones with lengths from ~18 km to ~27 km. Each one of the fault zones consist from a number of discrete main faults with lengths ranging from ~7 to ~15 km. The purpose of this study is to analyze the drainage pattern and landscape evolution in order to evaluate the tectonic activity and the fault growth within the actively deformed easternmost sector of the Gulf of Corinth. In order to achieve this aim, a variety of morphotectonic parameters is used additionally with detailed mapping of faults to refine geometry and evolution of fault systems in the study area. In addition, we used G.I.S. techniques to estimate the morphotectonic parameters. In addition, three palaeoseismological trenches were excavated across the Kaparelli fault scarp, in order to understand the seismic history of the Kaparelli normal fault that ruptured during the March 1981 Gulf of Corinth earthquakes. All faults or fault zones analyzed in this study control a basin and range topography accommodating the current extension in the South Sterea Hellas region. These faults follow two trends: ENE to NE and WNW to E-W. The former fault system prevails in western Greece, with Rio Graben as a typical structure controlled by these faults. In eastern Peloponnese and south Sterea Hellas this fault system appears to be weaker. The Livadostras, Neochori and Dafnes faults belong to this fault trend. The WNW to E-W trending faults control a series of typical grabens, like the Gulf of Corinth, Tithorea, Sperchios-Atalanti as well as the Thiva graben. The Kaparelli, Leontari, Tanagra, Kallithea, Asopia, Kirikion and Erithres faults belong to this fault trend. All mentioned faults are organized in fault zones. It is also commonly observed that faults belonging to the two fault trends show a physical or mechanical linkage and thus in the same fault zone both fault trends are included. The results of this study shows that vertical motions and tilting associated with normal faulting influence the drainage geometry and its development. Values of stream-gradient indices (SL) are relatively high close to the fault traces of the studied fault zones suggesting high activity. Mountain-front sinuosity (Smf) mean values along the fault zones ranges from 1.08 to 1.26. Valley floor width to valley height ratios (Vf) mean values along the studied fault zones range between 0.5 and 1.6. Drainage basin shape (BS) mean values along the fault zones range from 1.87 to 3.54. Drainage density (Dd) mean values along the studied fault zones range from 1.56 to 5.65. All these morphotectonic parameters and geomorphological data suggest that the analyzed normal faults are highly active. Although fault zones controlling the Thiva Basin show lateral growth both westwards and eastwards, in several cases the tendency for eastward lateral growth is more predominant. The analyzed trenches expose evidence of at least three events, for the past 10,000 years, with the 1981 event included. Displacements per event on different fault segments within the trenches vary between 0.7 and 1 m. Average vertical displacements associated with interpreted paleoearthquakes at the trench site are in the order of 2.7 m. Average slip rates derived from the trenches is in the order of c. 0,3 mm/yr.