Η παρούσα εργασία αποτελεί μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε στο πεδίο κρατήρων διαφυγής αερίων στην περιοχή Αιγίου στον Δυτικό Κορινθιακό Κόλπο. Για την μελέτη συλλέχθηκαν δεδομένα από ηχοβολιστικά συστήματα και συγκεκριμένα από τομογράφο υποδομής πυθμένα. Τα δεδομένα επεξεργάστηκαν για να μετατραπούν σε ψηφιακή μορφή έτσι ώστε, στη συνέχεια, να χρησιμοποιηθούν στα γεωφυσικά συστήματα επεξεργασίας δεδομένων, να γίνει η ψηφιοποίηση χαρτών και τομογραφιών. Ο σκοπός της εργασίας ήταν η δημιουργία αποτελεσμάτων σχετικά με τις αιτίες που προκαλούν τη διαφυγή αερίων και γλυκού νερού, δημιουργια βυθομετρικού χάρτη της περιοχής στον οποίο θα εμφανίζονται οι θέσεις των κρατήρων. Στην παρούσα εργασία περιλαμβάνεται η γεωλογία της περιοχής καθώς και τα βήματα που πραγματοποιήθηκαν για την διεξαγωγή των αποτελεσμάτων. / --

The Scotian margin of the east coast of Canada has a large theoretical gas hydrate stability zone (GHSZ) yet review of extensive industry seismic data reveals a prominent BSR at only one location. 3D seismic reflection and long offset (9 km) pre-stack 2D multichannel seismic data were used to study the velocity structure and geophysical characteristics of the hydrate zone and surrounding regions. The Mohican Channel study area shows a unique double BSR at 300 to 450 m below the seafloor in the western section of the study area immediately adjacent to the Mohican Channel in a water depth range of 1500- 1930m. The topmost BSR (BSR 1) is the more extensive of the two covering an area of 150 km2 in the 3D volume and a calculated area of 280 km2 using 2D industry and single-channel seismic profiles outside of the study area. BSR 2 covers an area of ~50 km2 and occurs approximately 80m below BSR 1. A system of polygonal faults is prominent in the area and some faults appear as conduits for gas leakage into the GHSZ. Fluid escape features are common on the surface of BSR 1 but rare on the seafloor suggesting that fluid flux is at lower levels than in the past.

Διαφυγές αερίων μεθανίου και υδρόθειου από τον πυθμένα του λιμανιού του Κατάκολου, Δυτική Πελοπόννησος, μελετήθηκαν με την χρήση των οργάνων distributed temperature sensor (DTS) και intelligent distributed acoustic sensor (iDAS) από το Εργαστήριο Θαλάσσιας Γεωλογίας & Φυσικής Ωκεανογραφίας, του Παν/μίου Πατρών, σε συνεργασία με την εταιρεία Silixa Ltd. Είναι η πρώτη φορά που τα όργανα DTS & iDAS χρησιμοποιούνται για μελέτη σε υποθαλάσσιο περιβάλλον. Ο σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής ειδίκευσης είναι η δημιουργία θερμικών προφίλ και ακουστικών σινιάλων των φυσαλίδων κατά την διαφυγή τους από τον πυθμένα, και η έρευνα για την εφαρμοσιμότητα των δύο οπτικών ινών για ανίχνευση και αναγνώριση των υποθαλάσσιων διαφυγών αερίων. Για την επίτευξη του στόχου δημιουργήθηκαν, αρχικά, χωρικές κατανομές μέσης θερμοκρασίας και τυπικής απόκλισης θερμοκρασίας, καθώς και διαγράμματα θερμοκρασίας-απόστασης ώστε να εντοπιστούν πιθανές διαφυγές αερίων. Στην συνέχεια, οι χωρικές κατανομές συγκρίθηκαν με τα ακουστικά δεδομένα του iDAS με σκοπό την επιβεβαίωση των διαφυγών σε συγκεκριμένα σημεία κατά μήκος του καλωδίου. / A sizeable seepage of gas containing methane and hydrogen sulphide on the seafloor of Katakolo Bay in Western Greece was monitored using both a distributed temperature sensor (DTS) and an intelligent distributed acoustic sensor (iDAS) by the Laboratory of Marine Geology and Physical Oceanography, the Department of Geology, the University of Patras, in association with Silixa, Ltd. It was the first time that DTS and iDAS were used in a sub-marine environment. The aim of this thesis is to produce a thermal profile and study noise signal of seafloor seepages via bubble metrics and to investigate the applicability of both optical fibers to underwater seepage detection and recognition. This aim was to be achieved utilizing a two-fold methodology. Firstly, temperature and standard deviation spatial distributions and temperature-distance diagrams along the fiber were calculated in order to detect possible gas seepage. These figures were then used to ascertain whether and to what extent water current could impact measurement methodology. Secondly, spatial distributions were compared with acoustic data of iDAS in order to confirm the seepages along the fiber.

Οι κρατήρες διαφυγής ρευστών (pockmarks) είναι βυθίσματα σε μαλακά ιζήματα του βυθού, στα παράκτια και πελαγικά οικοσυστήματα. Μελετώνται παγκοσμίως τις τελευταίες τέσσερις δεκαετίες και στον ελληνικό χώρο έχουν εντοπιστεί κυρίως στη Δυτική Ελλάδα. Εξ αυτών, οι περισσότεροι είναι κρατήρες μεθανίου και μόνο στον Ελαιώνα Αιγίου και στον όρμο του Πρίνου έχουν βρεθεί κρατήρες γλυκού νερού. Έως τώρα, η μελέτη της βιολογίας των κρατήρων έχει εστιάσει κυρίως την περίπτωση των κρατήρων μεθανίου. Για τους κρατήρες γλυκού νερού δεν υπάρχουν εργασίες σχετικά με τη βιολογία τους, εκτός από μια η οποία αφορά τη μικροβιακή δράση στο ίζημα. Στον Ελαιώνα οπτική παρατήρηση έδειξε την ύπαρξη πληθώρας βενθικών οργανισμών, οι οποίοι απουσιάζουν από τον ευρύτερο πυθμένα. Το φαινόμενο αυτό έχει παρατηρηθεί σε πολλούς κρατήρες παγκοσμίως και θεωρείται ότι σχετίζεται κυρίως με τη φύση του υποστρώματος στο εσωτερικό της δομής των κρατήρων. Γενικά, υπάρχει πολύ περιορισμένη πληροφορία για το αβιοτικό και βιοτικό περιβάλλον των κρατήρων, ιδιαίτερα στη στήλη του νερού, ενώ δεν είναι σαφές το αν οι δομές αυτές μπορούν να αποτελέσουν διαταραγμένα περιβάλλοντα ή οάσεις οργανισμών. Η παρούσα εργασία διερευνά το πλαγκτικό στοιχείο στους κρατήρες γλυκού νερού του Ελαιώνα και αποτελεί την πρώτη σχετική αναφορά σε διεθνές επίπεδο, τουλάχιστον σε ότι σχετίζεται με το ζωοπλαγκτόν. Για τη μελέτη συλλέχθηκε μικρο- και μεσοζωοπλαγκτόν, έτσι ώστε να διερευνηθεί όλο το εύρος μεγέθους των οργανισμών από 50 μm έως 20 mm. Οι κρατήρες που μελετήθηκαν παρουσίασαν μικρή εκροή γλυκού νερού. Μετρήσεις θρεπτικών ιόντων και χλωροφύλλης -α έδειξαν ότι οι κρατήρες δεν επηρέασαν φυσικοχημικά το θαλάσσιο περιβάλλον. Ωστόσο, παρατηρήθηκε αύξηση της Chl-a κοντά στο στόμιο του κρατήρα και της φαιοφυτίνης (προϊόν αποδόμησης της Chl-a) και των θρεπτικών στο εσωτερικό του κρατήρα. Ως προς το ζωοπλαγκτόν, οι κρατήρες βρέθηκαν να συγκεντρώνουν μεγαλύτερες αφθονίες πελαγικών προνυμφών βενθικών οργανισμών που εγκαθίστανται στο εσωτερικό τους, όπως έχει επιβεβαιωθεί με οπτική παρατήρηση, καθώς και ειδών Αρπακτικοειδών και Ποικιλοστοματοειδών Κωπηπόδων (ενηλίκων, κωπηποδιτών, ναυπλίων). Τα εν λόγω κωπήποδα πιθανόν να σχετίζονται με την παρουσία αυξημένου αιωρούμενου οργανικού υλικού στους κρατήρες και ζελατινοειδών διηθηματοφάγων οργανισμών (κωπηλατών, βυτιοειδών) σε αυτούς. Επιπλέον, η αυξημένη συγκέντρωση ναυπλίων και κωπηποδιτικών σταδίων υποθέτουμε ότι μπορεί να σχετίζεται με την αυξημένη παρουσία αυγών κωπηπόδων, εφόσον η δομή του κρατήρα μπορεί να τα συγκεντρώνει. Επειδή η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε σε μια περίοδο ανάμιξης του νερού και μια περίοδο ασθενούς θερμοστρωμάτωσης, θεωρούμε ότι οι παρατηρήσεις μας για το ζωοπλαγκτόν δεν εμφανίζουν έντονο ‘’σήμα’’ και προτείνεται επανάληψη της έρευνας σε περίοδο έντονης θερμοστρωμάτωσης. / Pockmarks are seabed depressions on soft sediments, found in coastal and pelagic ecosystems. They have been studied for the last four decades and in Greece they can be found mainly in the western parts of the country. Most of the pockmarks are methane formatted, while groundwater formatted pockmarks have been found in Greece only in Elaionas bay and Prinos bay. So far, only methane pockmarks have been studied, concerning their biological components, and there are no references for the groundwater formatted ones, except one that focused on the microbial activity in the sediments. In Elaionas bay optical observations revealed the presence of an extensive benthic community that lacks from the surrounding seabed. This has been observed in a number of pockmarks worldwide and is believed to be co occurring with the presence of hard substrates in the pockmarks. Generally, there is little information of the biotic and abiotic environment of the pockmarks, especially in the water column, while it is not yet clear if these depressions should be considered as disturbed environments or local oasis for the organisms in the area. This study is focusing on the planktonic component of the pockmark field at Elaionas bay and to our knowledge it is the first attempt internationally, at least when it comes to zooplankton. Mesozooplankton and microzooplankton samples were collected in order to investigate the whole basic size range of the zooplankton community (50 μm to 20 mm). The studied pockmarks exhibited slight groundwater flow. Nutrient and chlorophyll a concentrations showed no physicochemical ‘’signal’’ in the pockmarks. However, there was a trend of increase of Chl –a near the opening of the pockmark and of phaeophytin and nutrients inside the pockmark. As for zooplankton, there is evidence that greater abundances of pelagic larvae of benthic organisms are concentrated in the pockmarks (the presence of the adults has been confirmed by divers and ROV), as well as some species of the Order Harpacticoida and Poecilostomatoida (adults, copepodites, nauplii). These copepods may be related to the increase of dissolved organic matter in the pockmark and the presence of tunicates (appendicularians, doliolids) also found concentrated in the pockmarks. Increased abundance of nauplii and copepodite stages in the pockmark is believed to result from the increase of copepod eggs, assuming that the pockmark can gather and retain them. Repetition of the sampling procedure at the pockmark field on a different season is necessary, because the lack of a strong thermocline suggests that any strong differences between the pockmark and the surrounding environment are being less detectible.

This thesis investigates shallow gas hazards in Queen Charlotte Basin, a sedimentary basin situated offshore British Columbia. The work presented here provides the first detailed gas hazard assessment in Queen Charlotte Basin and the first evidence that gas has migrated from basin sediments into surficial sediments to be expelled in the water column. A unique method of geophysical surveying is used to investigate hazards due to shallow gas at two sites within Queen Charlotte Basin: high-resolution multichannel seismic, Huntec Deep-Towed Seismic and multibeam bathymetry data were collected over two 2-D grids and interpreted concurrently to yield a comprehensive understanding of the geology at each site. Numerous features related to both ice-cover and shallow gas has been identified. Pockmarks, iceberg ploughmarks and seafloor mounds are observed in the multibeam data; acoustically turbid and vertical blank zones are imaged in the Huntec data and faulted anticlines containing bright spots as well as low frequency shadow zones are seen in the multichannel data. Combining and interpreting all three geophysical datasets concurrently provided the means to discriminate features related to ice-cover from features related to gas in the shallow sediments. In addition, this method of geohazards assessment has enabled links between surficial and basin geology to be made. Based on the results obtained gas and other geohazards were identified at each of the two sites. Based on observations in high-resolution multichannel seismic data, gas is determined to have migrated along structural pathways within basin sediments and into surficial sediments. The level of hazard posed by shallow gas has been assessed qualitatively for each of the two study sites and gas hazard regions have been identified elsewhere in Queen Charlotte Basin.

Τρεις περιοχές της Δυτικής Ελλάδας, στις οποίες είχαν καταγραφεί διαφυγές ρευστών από τον πυθμένα της θάλασσας μελετήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, το υποθαλάσσιο πεδίο κρατήρων διαφυγής ρευστών στον Πατραϊκό κόλπο, το υποθαλάσσιο πεδίο κρατήρων διαφυγής στον Όρμο του Ελαιώνα στο Δυτικό Κορινθιακό κόλπο και οι διαφυγές ρευστών στον κόλπο του Κατακόλου. Η διατριβή βασίζεται στη μελέτη θαλάσσιων γεωφυσικών δεδομένων, στη μελέτη των φυσικοχημικών παραμέτρων της υδάτινης στήλης, στη χημική και ισοτοπική ανάλυση των ρευστών, στη μελέτη των δεδομένων που προέκυψαν από την πρώτη παγκόσμια καταγραφή μακράς περιόδου διαφυγών ρευστών από τον πυθμένα, στη μελέτη των διαφυγών στην παράκτια ζώνη πλησίον των υποθαλάσσιων θέσεων και τέλος στην οπτική παρατήρηση των θέσεων διαφυγών ρευστών. Το πεδίο κρατήρων διαφυγής ρευστών του Πατραϊκού κόλπου σχηματίζεται σε Ολοκαινικές ιλυούχες αποθέσεις που υπέρκεινται Πλειστοκαινικών ιζημάτων, και ελέγχεται από ρηξιγενείς δομές. Το πεδίο κρατήρων διαφυγής ρευστών του Πατραϊκού κόλπου παρουσιάζει μία σχεδόν συνεχή μικροδραστηριότητα η οποία διακόπτεται από παροξυσμικά γεγονότα μεγάλων διαφυγών ρευστών που σχετίζονται με μεγάλους σεισμούς. Το καθεστώς ενεργοποίησης ελέγχεται από το μέγεθος, το επίκεντρο και το είδος του σεισμού. Τα ρευστά που διαφεύγουν είναι αέριοι υδρογονάνθρακες (μεθάνιο μικροβιακής προέλευσης) με ή χωρίς νερό των πόρων των ιζημάτων. Στην παράκτια ζώνη της Πάτρας, πλησίον του πεδίου εντοπίζονται τρεις περιοχές με έντονες διαφυγές αερίων από το έδαφος. Συνολικά η παράκτια ζώνη της Πάτρας, τόσο το χερσαίο όσο και το θαλάσσιο περιβάλλον της, προσφέρει τουλάχιστον 4.7tn μεθανίου ετησίως στην ατμόσφαιρα, με τη μέγιστη προσφορά μεθανίου να μπορεί να φτάσει τους 19 τόννους ετησίως, ενώ μετά από ένα ισχυρό σεισμικό γεγονός εκτιμήθηκε ότι διαφεύγουν 500 κιλά περίπου μεθανίου από το θαλάσσιο πυθμένα σε διάστημα 16 ημερών. Στην περιοχή του Όρμου του Ελαιώνα οι κρατήρες διαφυγής ρευστών σχηματίζονται σε Ολοκαινικές ιλύες και ο πυθμένας των κρατήρων φτάνει στην διεπιφάνεια Ολοκαίνου/Πλειστοκαίνου, με κύριο μηχανισμό σχηματισμού την εκφόρτιση του γλυκού νερού. Οι βενθικές βιοκοινωνίες που εντοπίστηκαν στο εσωτερικό των κρατήρων διαφυγής ρευστών οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το υπόγειο νερό, εμπλουτισμένο με θρεπτικά συστατικά και διαλυμένο οξυγόνο δημιουργεί ένα εξαιρετικό οικότοπο για την ανάπτυξη βενθικών οργανισμών. Στην περιοχή του Κατακόλου εντοπίστηκαν και καταγράφηκαν πολύ μεγάλες διαφυγές ρευστών σε τρεις περιοχές, στον Λιμένα Κατακόλου, στη θέση «Φάρος» Κατακόλου και νότια του Λιμένα. Οι έντονες διαφυγές ρευστών, κυρίως θερμογενούς μεθανίου με σημαντικές ποσότητες υδροθείου, φαίνεται να συνδέονται με τις ενεργές διαπυρικές δομές στην περιοχή, που επηρεάζουν τις υπερκείμενες ακολουθίες σχηματίζοντας κανονικά ρήγματα, τα οποία συγκροτούν μία ιδανική δίοδο μετανάστευσης των αερίων από τους Μεσοζωικούς ταμιευτήρες υδρογονανθράκων προς την επιφάνεια. Στην υποθαλάσσια περιοχή του Λιμένα Κατακόλου εκτιμήθηκε ότι η ποσότητα μεθανίου που διαφεύγει από το θαλάσσιο πυθμένα είναι της τάξεως των 1260-1500 τόννων το χρόνο. επικινδυνότητα τόσο για τον άνθρωπο, όσο και τις κατασκευές στην περιοχή του Λιμένα. H υψηλή συγκέντρωση μεθανίου στην ατμόσφαιρα μπορεί να προκαλέσει έκρηξη ή πυρκαγιά, ενώ οι υποθαλάσσιες διαφυγές και η παρουσία αερίων υδρογονανθράκων στα επιφανειακά ιζήματα μπορούν να προκαλέσουν εκρήξεις κατά τη διάρκεια γεωτρήσεων ή να καταστρέψουν θαλάσσιες κατασκευές. Το υδρόθειο είναι το πιο επικίνδυνο και τοξικό γεωρευστό και μπορεί να προκαλέσει σημαντικές ιατρικές βλάβες στον άνθρωπο στις συγκεντρώσεις που μετρήθηκε στην περιοχή του λιμένα. / Three areas in Western Greece studied, where seabed fluid flow have been reported. The dissertation is based on the study of marine geophysical data, on physicochemical parameters of seawater, on chemical and isotopic analysis of fluids, on the study of the data collected during the first long-term monitoring of seabed fluid flow ever done and on the study of the fluid flow on the surroundings inshore areas. The Patras Gulf pockmark field is formed on Holocene muds which overlies Pleistocene coarser sediments and is controlled by normal faults. The Patras Gulf pockmark field is characterized by ‘normal’ micro-activity which is interrupting by high activity periods after strong earthquakes. The fluids that flows from the pockmarks is mainly methane of microbial origin with/or without porewater. An estimation of the total methane that flows from the pockmark field and the surrounding inshore area of the field shows that the methane that leaks to the atmosphere is about 4.7-19 tn/year. After strong earthquakes, when the pockmark field is activated, the estimation of the methane that leaks from the seabed is about 500kgr for a period of 16 days. The Eleonas Bay pockmark field is formed on Holocene muds whereas the base of the pockmarks reaches the Holocene/Pleistocene boundary. The main mechanism for the formation of these pockmarks is the groundwater discharge. Benthic macrofauna that observed on the base of the pockmarks shows that the groundwater which is enriched in nutrients and dissolved oxygen is creating an excellent environment for the growth of benthic fauna. In the area of Katakolo have been observed three areas of enhanced fluid flow offshore and onshore. The studies of these areas have shown that the seeps are caused by thermogenic methane that had accumulated in Mesozoic limestone and had migrated upward through faults, or zones of weakness, induced by salt diapirism. An estimation of the methane that flows from the offshore part of the Katakolo Harbour area have shown that the methane that reaches the atmosphere is about 1260-1500 tn/year. Methane seeps in potentially explosive amounts at the area of the Harbour, and hydrogen sulfide is over the levels necessary to induce toxicological diseases and lethal effects.