Περιβάλλοντα Ιζηματογέννεσης , Στρωματογραφική Διάρθρωση και Στατιστική Ανάλυση Στρωμάτων του Φλύσχη στο Νησί της Καρπάθου - Πιθανότητα Ανάπτυξης Πεδίου Υδρογανανθράκων στο ΝΑ Αιγαίο

ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο νησί της Καρπάθου. Η Κάρπαθος είναι το δεύτερο σε μέγεθος νησί του νομού Δωδεκανήσων και βρίσκεται στο ΝΑ άκρο της Ελληνικής Επικράτειας, στη μέση του Καρπάθιου πελάγους, ανάμεσα στα νησιά της Κρήτης και της Ρόδου. Το νησί της Καρπάθου έχει έκταση περίπου 300 Km², μήκος ακτών περίπου 160 Km και εκτείνεται με βάση τις γεωγραφικές συντεταγμένες από 35°23’ έως 35°54’ βόρεια και από 27°03’ έως 27°18’ ανατολικά. Το υψηλότερο γεωγραφικό σημείο της Καρπάθου είναι το όρος «Καλή Λίμνη» (με υψόμετρο 1215 m) στο κεντρικό τμήμα του νησιού. Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει τους τοπογραφικούς χάρτες της Γ.Υ.Σ. (κλίμακας 1:50.000) Κάρπαθος και Όλυμπος (Γ.Υ.Σ., 1972) και τους γεωλογικούς χάρτες του Ι.Γ.Ε.Υ. (σημερινό Ι.Γ.Μ.Ε.) (κλίμακας 1:50.000) Βόρεια Κάρπαθος και Νότια Κάρπαθος, η γεωλογική χαρτογράφηση των οποίων πραγματοποιήθηκε από τον Δρ Γ. Χριστοδούλου (Χριστοδούλου, 1963α,β). Από γεωλογική άποψη η υπό μελέτη περιοχή περιλαμβάνει πετρώματα που θεωρείται ότι ανήκουν στις γεωτεκτονικές ζώνες των Εξωτερικών Ελληνίδων.

ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΣΤΌΧΟΣ

Στο νησί της Καρπάθου παρατηρούνται εκτεταμένες εμφανίσεις κλαστικών αποθέσεων υποθαλάσσιων ροών βαρύτητας («φλύσχης»), οι οποίες αποτελούν και το αντικείμενο μελέτης της παρούσας διατριβής.      

Αν και στο παρελθόν διάφοροι ερευνητές ασχολήθηκαν με τις γεωλογικές ενότητες του νησιού, οι φλυσχικές αποθέσεις δεν έχουν μελετηθεί με λεπτομέρεια μέχρι σήμερα. Η παρούσα διατριβή έχει σκοπό να συμβάλλει στη κατανόηση του μηχανισμού γένεσης και απόθεσης του φλύσχη και της στρωματογραφίας του. Επίσης στόχο έχει τη περιγραφή των ιζημάτων του φλύσχη, τη χρονολόγηση και κατάταξή τους με βάση τις διάφορες φάσεις των τουρβιδιτικών αποθέσεων και την γεωλογική χαρτογράφηση των διαφόρων φάσεων. Επίσης επιχειρείται στατιστική ανάλυση των παχών στρωμάτων του φλύσχη ώστε να διερευνηθεί η πιθανότητα διάκρισης των διαφόρων περιβαλλόντων ιζηματογένεσης του φλύσχη με βάση μαθηματικές μεθόδους, ενώ ακόμα επιχειρείται έρευνα ύπαρξης πιθανού πεδίου υδρογονανθράκων στις φλυσχικές αποθέσεις. Η παραπάνω έρευνα μπορεί να αποκαλύψει πολύτιμα στοιχεία για: α) το παλαιογεωγραφικό καθεστώς και εξέλιξη της περιοχής του ΝΑ Αιγαίου, β) τη προοπτική στατιστικής ανάλυσης των φλυσχικών αποθέσεων που είναι ιδιαιτέρα χρήσιμη στην πετρελαϊκή έρευνα, γ) την πιθανή ύπαρξη πεδίου υδρογονανθράκων στη περιοχή.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 

Οι αποθέσεις φλύσχη που εμφανίζονται στο νησί της Καρπάθου μελετήθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια της παρούσας διατριβής από διάφορα σημεία προσέγγισης με σκοπό να εξαχθούν συμπεράσματα σχετικά με χαρακτηριστικά των συγκεκριμένων ιζημάτων τα οποία δεν ήταν γνωστά με λεπτομέρεια μέχρι σήμερα.

• Γενικά οι αποθέσεις του φλύσχη εμφανίζονται σε 2 περιοχές του νησιού, μια στο βορρά (περιοχές Σπόας-Ολύμπου-Διαφανίου) και μια στο νότο (περιοχές Πηγαδιών και Απερίου). Το συνολικό πάχος των αποθέσεων δεν ξεπερνά τα 1000 μέτρα και κυμαίνεται σε περίπου 900 για τη βόρεια και περίπου 800 για τη νότια περιοχή εμφάνισης. Όσον αφορά την ιζηματολογία, στρωματογραφία και τα περιβάλλοντα των αποθέσεων του φλύσχη μπορούν να ειπωθούν τα εξής: Τα ιζήματα της βόρειας περιοχής χωρίζονται σε 5 ενότητες οι οποίες αποτελούνται από τη βάση προς την οροφή της ακολουθίας: α) από στρώματα ανθρακικών λατυποπαγών και μαργών σε ένα περιβάλλον υφαλοκρηπίδας-κατωφέρειας, β) από λεπτόκοκκες αποθέσεις πηλιτών και λεπτών στρωμάτων ψαμμιτών που αντιπροσωπεύουν αποθέσεις τουρβιδιτικών ροών σε ένα απομακρυσμένο από τη πηγή τροφοδοσίας περιβάλλον εξωτερικού υποθαλάσσιου ριπιδίου-πεδίου λεκάνης, γ)  από αδρόκοκκες αποθέσεις κροκαλοπαγών και ψαμμιτών μεγάλου πάχους που πιθανά έχουν προέλθει από υποθαλάσσιες ροές υψηλής πυκνότητας σε ένα κοντινό στη πηγή τροφοδοσίας περιβάλλον καναλιών εσωτερικού υποθαλάσσιου ριπιδίου, δ) από χαώδεις αποθέσεις ανθρακικών ολισθόλιθων μεγάλου μεγέθους μέσα σε λεπτόκοκκο υλικό, εναλλασσόμενες με λεπτοστρωματώδεις ψαμμίτες-πηλίτες, που πιθανά αντιπροσωπεύουν τουρβιδιτικές ροές και δεβριτικές ροές ολισθόλιθων σε ένα απομακρυσμένο τμήμα υποθαλάσσιου ριπιδίου, ε) από αποθέσεις λεπτοστρωματωδών λεπτόκοκκων ψαμμιτών και κροκαλοπαγούς που πιθανά έχουν αποτεθεί από τουρβιδιτικές ροές σε ένα μεταβατικό τμήμα ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό μέρος ενός υποθαλάσσιου ριπιδίου. Τα ιζήματα της νότιας περιοχής χωρίζονται σε 4 ενότητες οι οποίες αποτελούνται από τη βάση προς την οροφή της ακολουθίας: α) από κροκαλοπαγή και ψαμμίτες που έχουν αποτεθεί από δεβριτικές και τουρβιδιτικές ροές σε ένα κοντινό στη πηγή τροφοδοσίας περιβάλλον καναλιών εσωτερικού υποθαλάσσιου ριπιδίου, β) από λεπτόκοκκες αποθέσεις πηλιτών και λεπτών στρωμάτων ψαμμιτών που αντιπροσωπεύουν αποθέσεις τουρβιδιτικών ροών σε ένα απομακρυσμένο από τη πηγή τροφοδοσίας περιβάλλον εξωτερικού υποθαλάσσιου ριπιδίου-πεδίου λεκάνης, γ) από αδρόκοκκες αποθέσεις κροκαλοπαγών και ψαμμιτών μεγάλου πάχους που πιθανά έχουν προέλθει από υποθαλάσσιες ροές υψηλής πυκνότητας σε ένα κοντινό στη πηγή τροφοδοσίας περιβάλλον καναλιών εσωτερικού υποθαλάσσιου ριπιδίου, δ) από χαώδεις αποθέσεις ανθρακικών ολισθόλιθων μεγάλου μεγέθους μέσα σε λεπτόκοκκο υλικό, εναλλασσόμενες με λεπτοστρωματώδεις ψαμμίτες-πηλίτες, που πιθανά αντιπροσωπεύουν τουρβιδιτικές ροές και δεβριτικές ροές ολισθόλιθων σε ένα απομακρυσμένο τμήμα υποθαλάσσιου ριπιδίου.

• Η κύρια παλαιορευματική διεύθυνση όλων των ενοτήτων του φλύσχη και στις 2 λεκάνες είναι προς Β-Ν και ΒΑ-ΝΔ, διεύθυνση που πιθανά εκφράζει και τον αντίστοιχο άξονα της λεκάνης ιζηματογένεσης, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι τεκτονικές στροφές που έχει υποστεί η ευρύτερη περιοχή.

• Κοκκομετρική ανάλυση των ψαμμιτών των φλυσχικών αποθέσεων, έδειξε ότι αυτοί αποτελούνται από πολύ λεπτόκοκκους έως χονδρόκοκκους ψαμμίτες με μέτρια και κακή ταξιθέτηση. Μελέτη των πιθανών μέσων ταχυτήτων ροής κατά την απόθεση με βάση τις κοκκομετρικές αναλύσεις έδειξε απόθεση των ψαμμιτών από υποθαλάσσια ρεύματα βαρύτητας τόσο χαμηλής, όσο και υψηλής πυκνότητας.

• Η χρονολόγηση των αποθέσεων του φλύσχη με βάση ασβεστιτικά νανοαπολιθώματα υπέδειξε ότι η ιζηματογένεση του φλύσχη στη περιοχή της Καρπάθου φαίνεται να ξεκινάει στο Κατώτερο Ηώκαινο και να εξελίσσεται έως τα όρια Ηωκαίνου-Ολιγοκαίνου. Για πρώτη φορά καταγράφηκε ηλικία Κατωτέρου Ηωκαίνου (Υπρέσιου) για τη βάση των αποθέσεων του φλύσχη στη νότια Κάρπαθο. Μέχρι τώρα η παλαιότερη ηλικία που είχε προταθεί για τις αποθέσεις φλύσχη στη Κάρπαθο είναι το Μέσο Ηώκαινο (Davidson-Monett, 1974; Harbury, 1986). Αυτό σημαίνει ότι η ιζηματογένεση του φλύσχη στη Κάρπαθο πιθανότατα ξεκίνησε νωρίτερα από ότι πιστευόταν μέχρι τώρα. Όσον αφορά τις νεότερες αποθέσεις, δεν καταγράφηκε ηλικία νεότερη του Κατωτέρου Ολιγοκαίνου.

• Η στατιστική ανάλυση των παχών στρωμάτων που εφαρμόστηκε σε 4 φυσικές τομές από διαφορετικά περιβάλλοντα ιζηματογένεσης έδειξε ότι η αναλογία άμμου/πηλού παραμένει ένα αξιόπιστο κριτήριο για τον διαχωρισμό περιβαλλόντων ιζηματογένεσης σε υποθαλάσσια ριπίδια. Αντίθετα, η παρουσία ασύμμετρων κύκλων μείωσης ή αύξησης του πάχους των ψαμμιτών προς τα πάνω πιθανότατα δεν αποτελεί αξιόπιστο κριτήριο διαχωρισμού περιβαλλόντων ιζηματογένεσης. Η ύπαρξη κύκλων μείωσης του πάχους των ψαμμιτών προς τα πάνω φαίνεται να επιβεβαιώνεται στατιστικά μόνο σε αποθέσεις καναλιών κοντά στην πηγή τροφοδοσίας του υποθαλάσσιου ριπιδίου, στις οποίες επίσης παρατηρείται έντονη τάση ομαδοποίησης των στρωμάτων σε ομάδες μικρού και μεγάλου πάχους (φαινόμενο Hurst). Όσον αφορά το τύπο της στατιστικής κατανομής των στρωμάτων, παρατηρήθηκε έντονη απόκλιση του πάχους των ψαμμιτών από την εκθετική και την «power law» στατιστική κατανομή. Τα δεδομένα πάχους των τουρβιδιτικών γεγονότων και κυρίως των ψαμμιτών συνήθως ακολουθούν την λογαριθμοκανονική κατανομή με καλή προσαρμογή ή έως ένα βαθμό (κυρίως για α λεπτότερα στρώματα). Παρόλα αυτά σε αρκετές περιπτώσεις η λογαριθμοκανονική κατανομή δεν εκφράζει σε καλό βαθμό τα ψαμμιτικά στρώματα. Η παρατήρηση της καλής προσαρμογής των παχών των ψαμμιτών στην «απλωμένη» εκθετική κατανομή με μικρούς εκθέτες c, πιθανά υποδηλώνει ότι το πάχος των ψαμμιτών εκφράζεται από κατανομές με «βαριά ουρά» (heavy tailed distributions) οι οποίες κινούνται ανάμεσα στην εκθετική, την λογαριθμοκανονική και την «power law» κατανομή. Σε ορισμένες περιπτώσεις κάποια από τις προηγούμενες κατανομές κυριαρχεί (κυρίως η λογαριθμοκανονική) αλλά γενικά η «απλωμένη» εκθετική κατανομή παρουσιάζεται σαν μια καλή εναλλακτική λύση. Τα δεδομένα πάχους των πηλιτών φαίνεται να ακολουθούν ως ένα βαθμό τη λογαριθμοκανονική κατανομή στις πιο απομακρυσμένες αποθέσεις ενώ στις αποθέσεις καναλιών βρίσκονται πιο κοντά σε μια κατανομή Weibull. Επίσης παρατηρήθηκε η πιθανή παρουσία σε μια τουρβιδιτική ακολουθία 2 πληθυσμών παχών ψαμμιτικών στρωμάτων με διαφορετικό τμήμα της ακολουθίας Bouma στη βάση τους, που ο καθένας έχει μια λογαριθμοκανονική κατανομή. Οι πληθυσμοί αυτοί πιθανά αντιπροσωπεύουν αποθέσεις ροών χαμηλής και υψηλής πυκνότητας. Οι χαρακτηριστικοί παράμετροι των 2 πληθυσμών είναι πιθανό ότι μπορούν να εξαχθούν με αρκετή ακρίβεια μέσω της χρήσης μεθόδων μέγιστης πιθανοφάνειας με τη χρήση του αλγόριθμου ΕΜ. Ο συνδυασμός των παχών των δύο αυτών πληθυσμών πιθανά προκαλεί την παρατήρηση των μίξεων λογαριθμοκανονικών κατανομών στα πάχη των τουρβιδιτικών στρωμάτων (Talling, 2001).

• Γεωχημική ανάλυση των φλυσχικών αποθέσεων για την περιεκτικότητα τους σε κύρια στοιχεία, ιχνοστοιχεία και σπάνιες γαίες σε συνδυασμό με πετρογραφική έρευνα έδωσε πολύτιμα στοιχεία για την προέλευση και το γεωτεκτονικό περιβάλλον της λεκάνης ιζηματογένεσης των φλυσχικών ιζημάτων. Τα ιζήματα του φλύσχη φαίνεται να έχουν προέλευση από πηγές μεταμορφωμένων, μαγματικών και ιζηματογενών πετρωμάτων. Ειδικότερα φαίνεται να υπερισχύει η μεταμορφωμένη πηγή (με πετρώματα χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης) και η ιζηματογενής πηγή. Τα είδη των θραυσμάτων μεταμορφωμένων πετρωμάτων που βρέθηκαν στους ψαμμίτες (οφθαλμογνεύσιοι, γραφιτικοί σχιστόλιθοι, μάρμαρα) είναι παρόμοια με αυτά που έχουν παρατηρηθεί στις ακολουθίες μεταμορφωμένων πετρωμάτων της Μάζας τουMenderes στη ΝΔ Τουρκία. Σημαντικό ρόλο έχει παίξει επίσης και πηγή ιζήματος υπερβασικής σύστασης. Η πηγή ιζήματος υπερβασικής σύστασης φαίνεται να προέρχεται κυρίως από πετρώματα εκχυμωτή μανδύα πολύ πλούσια σε χρώμιο και νικέλιο. Παρόμοιας σύστασης υπερβασικές εμφανίσεις παρουσιάζονται στους οφιόλιθους των Ταυρίδων οροσειρών της ΝΔ Τουρκίας. Τόσο η πετρογραφική όσο και η γεωχημική ανάλυση, συντείνουν σε ένα γεωτεκτονικό περιβάλλον ενεργού ηπειρωτικού περιθωρίου, πιθανότατα πολύ κοντά σε ένα ηπειρωτικό νησιωτικό τόξο. Γενικά τα ιζήματα φαίνεται να έχουν αποτεθεί σε μια ιζηματογενή λεκάνη κοντά σε μια ζώνη καταβύθισης, από ίζημα που διαβρώθηκε από κάποιο ώριμο μαγματικό τόξο, με συμμετοχή ιζημάτων από ένα διαβρωμένο ορογενές. Η παρατήρηση μεγάλου ποσοστού συνδετικού υλικού στους ψαμμίτες, πιθανά είναι χαρακτηριστικό για ψαμμίτες ενεργών περιθωρίων και δεν είναι ευνοϊκό για το πορώδες τους.

• Η έρευνα για την πιθανή ύπαρξη πεδίου υδρογονανθράκων στις φλυσχικές αποθέσεις της Καρπάθου με βάση αναλύσεις πορώδους και διαπερατότητας των ψαμμιτών, περιεκτικότητας και τύπου του οργανικού υλικού στις λεπτόκοκκες φάσεις των αποθέσεων και αναλύσεις σταθερών ισοτόπων άνθρακα και οξυγόνου, δεν έδωσε ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Ως προς την πιθανότητα ύπαρξης ταμιευτήρων, οι αναλύσεις πορώδους-διαπερατότητας έδειξαν ότι η πλειονότητα των ψαμμιτικών δειγμάτων των αποθέσεων παρουσιάζει χαμηλό πορώδες και ασήμαντες διαπερατότητες με εξαίρεση κάποιους ορίζοντες των αδρόκοκκων ενοτήτων του φλύσχη. Το χαμηλό πορώδες και οι κακές διαπερατότητες οφείλονται στην ύπαρξη μεγάλων ποσοστών ασβεστιτικού και αργιλικού υλικού ανάμεσα στους κόκκους των ψαμμιτών, χαρακτηριστικό διαγενετικής καταστροφής του πορώδους σε ψαμμίτες ενεργών περιθωρίων. Ως προς την πιθανότητα ύπαρξης μητρικών πετρωμάτων, οι αναλύσεις οργανικού υλικού έδειξαν ότι η πλειονότητα των  δειγμάτων είναι φτωχά μητρικά πετρώματα, με κάποια από αυτά να έχουν ένα δυναμικό γένεσης αέριων υδρογονανθράκων φτωχής ποιότητας (ξηρού αερίου). Οι αναλύσεις σταθερών ισοτόπων δεν δείχνουν ότι υπήρξε στο παρελθόν κάποια διαφυγή αέριων υδρογονανθράκων μέσα από τις αποθέσεις του φλύσχη.

• Με βάση τις παραπάνω παρατηρήσεις και τη γεωλογία της ευρύτερης περιοχής του ΝΑ Αιγαίου και των Δωδεκανήσων, η απόθεση των ιζημάτων του φλύσχη στη Κάρπαθο φαίνεται να έχει άμεση σχέση με τις ορογενετικές κινήσεις των Ταυρίδων οροσειρών κατά το Ηώκαινο-Κατώτερο Ολιγόκαινο σε μια ιζηματογενή λεκάνη προχώρας που πιθανά δημιουργήθηκε πάνω στις ανθρακικές αποθέσεις κατωφέρειας της (ομόλογης με την Ιόνιο Ζώνη) ενδιάμεσης αύλακας των Ταυρίδων. Η λεκάνη αυτή δημιουργήθηκε, δέχτηκε ίζημα και επηρεάστηκε από τις ορογενετικές κινήσεις των καλυμμάτων που δημιουργήθηκαν από το κλείσιμο του ωκεανού της Βόρειας Νεοτηθύος και του σχετιζόμενου με αυτόν ανθρακικού ηπειρωτικού περιθωρίου (καλύμματα Λυκίας) στα βόρεια. Πιθανότατα η λεκάνη ίσως να έχει επηρεαστεί και από το κλείσιμό του ωκεανού της Αττάλειας και του σχετιζόμενου με αυτόν ανθρακικού ηπειρωτικού περιθωρίου (καλύμματα Αττάλειας) στα ανατολικά.

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ

1. PANTOPOULOS G., KONSTANTOPOULOS P., MARAVELIS A., ZELILIDIS A., (2006): Application of bed thickness distributions in turbidite deposits ofGreece: Some preliminary results. Proc. of the 17th International Sedimentological Congress, Fukuoka, Japan, 27 August-1 September, Abstracts Volume B, 119.

2. PANTOPOULOS G., KONSTANTOPOULOS P., MARAVELIS A., ZELILIDIS A., (2007): Application of bed thickness distributions in  Late Eocene – Oligocene turbidite deposits ofGreece: Some preliminary results. Bulletin of the Geological Society ofGreece vol. XXXX, 173-181.

3. PANTOPOULOS G., KONSTANTOPOULOS P., MARAVELIS A., ZELILIDIS A.,  (2007): The use of statistical analysis in the lithostratigraphy of submarine fan deposits. An example from SE Greece (Karpathos Island). Bulletin of the Geological Society ofGreece, Special Publications.

4. PANTOPOULOS G., ZELILIDIS A., (2007): Bed thickness statistics of turbidite deposits. Possible implications on submarine fan environments and geometry. An example fromGreece. 25th IAS Meeting of Sedimentology,Patras,Greece, 4-7 September 2007, Book of Abstracts, 135.

5. PANTOPOULOS G., ZELILIDIS A., (2008): Provenance of Karpathos Island turbidites (SE Greece) based on geochemical data. 26th IAS Meeting of Sedimentology,, Bochum, Germany, 1-3 September 2008, Abstracts Volume, 203.