Seismic stratigraphy of the off-shore Cenozoic basins of the NW Aegean Sea

Abstract

The present doctoral dissertation entitled "Seismic Stratigraphy of the offshore Cenozoic basins of the NW Aegean sea" is related to the study of the seismic stratigraphy of the Cenozoic marine basins in the wider area of the northwestern Aegean. The two areas of interest, in which the study focused, are the North Aegean Trough, as well as the off – shore sedimentary basin of Strimonikos - Orfanos Gulf. The main stages of the research were based on an extensive literature review of the existing published studies and technical reports carried out in exploration drilling areas during the 1970s and 1980s, as well as the elaboration, interpretation, analysis and synthesis of two databases (i.e., one for the respective area of interest) of two-dimensional multichannel seismic reflection profiles. The data was managed and processed using DUG Insight software suite provided by Down Under Geosolutions (DUG).The study of the North Aegean Trough, was based on 11, deep penetrating, multichannel seismic reflection profiles. Due to the geometry of the data-set as well as the complex physiography of the trough, the study was carried out in four sub-areas: a) the southern margin of the Thermaikos Gulf, b) the western Sporades, c) the area south of the Sithonia and Athos peninsulas and d) the eastern Sporades. The seismic-stratigraphic study of the four areas in the trough identified a total of eight seismic packages. Data from four exploratory wells in the areas of Thermaikos Gulf and the Kassandra Peninsula were used to correlate the packages and their relative dating from the Paleogene to the Quaternary. The partial mapping of the Oligocene and Eocene was limited to the southern margin of Thermaikos. At the same time, unconformable extent of the L - M. Miocene series is obvious. In contrast to Thermaikos Gulf, the seismic stratigraphic mapping in the other areas was limited down to Upper Miocene. Along the region, changes in the character of seismic phases are identified between the stratigraphic packages which are related to tectonic processes as well as to different depositional environments. The U. Miocene packages presents a characteristic difference between the western and eastern margins of the studied area, where the possible deposition of evaporitic formations south of the Athos peninsula is postulated. The mapping of three major fault zones at the northwestern and southwestern margin of the trough is presented. In addition, the intense deformation of the Upper Miocene - Pliocene packages at the southwestern end of the trough, is associated with the western propagation of the North Anatolian Fault in the Aegean. For the study of Strimonikos Gulf, 8 multi-channel seismic reflection profiles were used. In addition, three printed profiles were processed and digitized in order to enhanced the seismic interpretation of the area. As in the case of the North Aegean Trough, the lithostratigraphic evidence of three exploration wells, were used to correlate the four mapped seismic packages. Overall, the basin extends to a NW-SE axis and its evolution shows asymmetric growth. The western areas are characterized by thinner packages, which gradually increase to the northeast and southeast, while lateral changes in the seismic facies of the formations are detected. In the eastern margin of the basin, evaporitic formations similar to the Prinos sub-basin are found while the intense subsidence of the basin and its parallel filling during the Quaternary is evident.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή με τίτλο «Σεισμική Στρωματογραφική Μελέτη των Καινοζωικών Θαλάσσιων Ιζηματογενών Λεκανών του ΒΔ Αιγαίου» σχετίζεται με την μελέτη της σεισμικής στρωματογραφίας των Καινοζωικών θαλάσσιων λεκανών στην ευρύτερη περιοχή του βορειοδυτικού Αιγαίου με βάση τη χρήση πολυκάναλων σεισμικών ανάκλασης. Οι δύο βασικές περιοχές ενδιαφέροντος, στις οποίες εστίασε η μελέτη αποτελούν την Τάφρο του Βορείου Αιγαίου, καθώς και την θαλάσσια λεκάνη του Στρυμονικού Κόλπου (σ.σ., Κόλπος του Ορφανού). Τα βασικά στάδια της έρευνας στηρίχθηκαν στην εκτενή βιβλιογραφική επισκόπηση και στην επεξεργασία, ερμηνεία, ανάλυση και σύνθεση δύο βάσεων δεδομένων (σ.σ., ένα για την εκάστοτε περιοχή ενδιαφέροντος) από δυσδιάστατα πολυκάναλα σεισμικά προφίλ ανάκλασης. Η διαχείριση και επεξεργασία των δεδομένων πραγματοποιήθηκε με την χρήση του λογισμικού DUG Insight™ όπως χορηγήθηκε από την εταιρεία Down Under Geosolutions (DUG). Η μελέτη της Τάφρου του Βορείου Αιγαίου, στηρίχθηκε σε 11 πολυκάναλα προφίλ σεισμικής ανάκλασης (βαθιάς διείσδυσης). Λόγω της γεωμετρίας των δεδομένων καθώς και της περίπλοκης φυσιογραφίας της τάφρου, η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε τέσσερεις υπό – περιοχές: α) το νότιο όριο του Θερμαϊκού Κόλπου, β) τις δυτικές Σποράδες, γ) την περιοχή νότια των χερσονήσων της Σιθωνίας και του Άθω και δ) τις ανατολικές Σποράδες. Η σεισμική – στρωματογραφική μελέτη των τεσσάρων υπό-περιοχών εντός της τάφρου εντόπισε συνολικά οχτώ σεισμικά πακέτα. Στοιχεία τεσσάρων ερευνητικών γεωτρήσεων στις περιοχές του Θερμαϊκού Κόλπου και της Χερσονήσου της Κασσάνδρας, χρησιμοποιήθηκαν για των συσχετισμό των πακέτων και την σχετική χρονολόγηση τους από το Παλαιογενές μέχρι το Τεταρτογενές. Ο εντοπισμός και μερική χαρτογράφηση του Ολιγοκαίνου και Ηωκαίνου περιορίζεται στο νότιο περιθώριο του Θερμαϊκού. Παράλληλα η μερική, ασύμφωνη εξάπλωση των Κ – Μ. Μειοκαινικών σειρών είναι εμφανής. Σε αντίθεση με την περιοχή του Θερμαϊκού, στις υπόλοιπες περιοχές η χαρτογράφηση περιορίζεται μέχρι το Άνω Μειόκαινο. Κατά μήκος της τάφρου, εντοπίζονται αλλαγές στον χαρακτήρα των σεισμικών φάσεων ανάμεσα στα στρωματογραφικά πακέτα, οι οποίες σχετίζονται με τεκτονικές διεργασίες όσο και διαφορετικά περιβάλλοντα απόθεσης. Χαρακτηριστική διαφοροποίηση παρουσιάζει το πακέτο του Άνω Μεικαίνου μεταξύ του δυτικού και ανατολικού περιθωρίου της περιοχής μελέτης με πιθανή απόθεση εβαποριτικών σχηματισμών νότια της χερσονήσου του Άθω. Η χαρτογράφηση τριών ρηξιγενών δομών στο ΒΔ και ΝΔ περιθώριο παρουσιάζεται. Επιπλέον η έντονη παραμόρφωση των σχηματισμών των Α. Μειοκαινικών – Πλειοκαινικών πακέτων στο νοτιοδυτικό άκρο της τάφρου, συσχετίζεται με τη προέλαση του δεξιόστροφου ρήγματος οριζόντιας μετατόπισης της Ανατολίας στο Βόρειο Αιγαίο. Για τη μελέτη του Στρυμονικού Κόλπου, χρησιμοποιήθηκαν αντίστοιχα 8 πολυκάναλα προφίλ σεισμικής ανάκλασης. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε η επεξεργασία και ψηφιοποίηση τριών εκτυπωμένων προφίλ, τα οποία ενίσχυσαν τη σεισμική ερμηνεία της περιοχής. Όπως και στην περίπτωση της Τάφρου του Βορείου Αιγαίου, η λιθοστωματογραφία τριών ερευνητικών γεωτρήσεων χρησιμοποιήθηκε για τον συσχετισμό και την σχετική χρονολόγηση των τεσσάρων σεισμικών πακέτων που χαρτογραφήθηκαν. Συνολικά, η λεκάνη εκτείνεται στο ΒΔ-ΝΑ άξονα και η εξέλιξη της εμφανίζει ασύμμετρη ανάπτυξη. Οι δυτικές περιοχές χαρακτηρίζονται από λεπτότερα πακέτα, που σταδιακά αυξάνονται προς τα βορειοανατολικά και νοτιοανατολικά ενώ εντοπίζονται πλευρικές αλλαγές στις σεισμικές φάσεις των σχηματισμών. Στο ανατολικό περιθώριο της λεκάνης εντοπίζονται παρόμοιοι εβαποριτικοί σχηματισμοί με τη λεκάνη του Πρίνου, ενώ η έντονη καταβύθιση της λεκάνης και η παράλληλη πλήρωση της κατά το Τεταρτογενές είναι εμφανής.