103 Raziskave strukture sedimentnega morskega dna v Strunjanskem zalivu s podpovršinskim sonarjem Ana Trobec * , Andrej Šmuc * , Marko Vrabec * , Sašo Poglajen ** Povzetek V reliefu morskega dna slovenskega morja je izraženo paleokorito, ki smo ga v Strunjanskem zalivu raziskali s snemanjem profilov parametrič nega podpovršinskega sonarja v gosti pravokotni mreži. Na podlagi geometrije, zveznosti, frekvence in amplitude odbojev smo interpretirali šest akustič nih faciesov sedimentov, ki so se odložili v dveh stopnjah. Prvih pet faciesov predstavlja plio-pleistocenske sedimente, ki so se odložili pred zadnjo transgresijo, šesti akustič ni facies pa spada v potransgresijsko stopnjo razvoja raziskovanega območ ja. Na podlagi geomorfnih oblik, ki so razvidne iz sonarskih profilov in modelov zgornjih ploskev akustič nih faciesov, smo dokazali, da je paleokorito reč nega nastanka. Zaradi odsotnost zamikov paleokorit in deformacij, ki bi jih lahko pripisali tektonski aktivnosti, sklepamo, da raziskovano območ je ni bilo tektonsko aktivno vsaj v zadnjih 9.000 letih. Ključ ne besede: podpovršinski sonar, holocen, plio-pleistocen, paleokorito, Strunjanski zaliv, Tržaški zaliv, severni Jadran Keywords: sub-bottom sonar, Holocene, Plio-Pleistocene, paleochannel, Strunjan bay, Gulf of Trieste, northern Adriatic Uvod Predhodne batimetrič ne raziskave slovenskega morja z več snopnim sonarjem (Slavec, 2012) so pokazale, da so v reliefu morskega dna izražene različ ne negativne morfološke oblike, ki spominjajo na ostanke nekdanje reč ne mreže, ki je po Tržaškem zalivu tekla pred zadnjo transgresijo. Med njimi izstopa paleokorito, ki se razteza približno vzporedno z obalo v smeri SV-JZ in pri tem preč ka tudi Strunjanski zaliv, kjer povije pri prehodu preko linearne morfološke stopnje. Z gosto pravokotno mrežo profilov parametrič nega podpovršinskega sonarja v Strunjanskem zalivu (slika 1), ki omogoč a kasnejše trorazsežno modeliranje izbranih horizontov, smo želeli preuč iti seizmič no stratigrafijo in geometrijo sedimentov morskega dna, dokazati reč ni izvor domnevnega paleokorita in preuč iti morebitne deformacije sedimenta zaradi tektonske aktivnosti. Geološka zgradba Območ je skrajnega dela jugozahodne Slovenije se nahaja na stiku med Jadransko plošč o in Zunanjimi Dinaridi, natanč neje v Zunanjedinarskem narivnem pasu (Placer, 2008, Placer et al., 2010). Za območ je so znač ilne SZ-JV usmerjene strukture, presekane z nanje preč nimi sub-vertikalnimi prelomi (Placer et al., 2010, Carulli, 2011, Placer, 2015), ki se nadaljujejo tudi v notranjost Tržaškega zaliva (Busetti et al., 2008a, Vrabec et al., * UL, Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek za geologijo, Privoz 11, 1000 Ljubljana ** Harpha Sea d.o.o., Č evljarska ulica 8, 6000 Koper 104 2014). Več avtorjev na podlagi različ nih meritev sklepa na recentno aktivnost struktur v Tržaškem zalivu in okolici (Braitenberg et al., 2006, Rižnar et al., 2007, Romeo, 2009, Furlani et al., 2011, Vrabec et al., 2012, Biolchi et al., 2015, Zampa et al, 2015). Stratigrafsko zaporedje v Tržaškem zalivu po Carulliju (2011) gradijo štiri enote: kredno-paleogenska karbonatna platforma, kenozojski fliš, plio-pleistocenski sedimenti in holocenski morski sedimenti. Slednji so se na plio-pleistocensko podlago prič eli odlagati po zadnji transgresiji pred približno 9.000 leti (Ogorelec et al., 1981, Covelli et al., 2006). Morsko dno slovenskega morja več inoma predstavljajo holocenski meljasti do pešč eni sedimenti (Ogorelec et al., 1987, 1991), ki so mestoma erodirani do plio-pleistocenske podlage (Trobec, 2015, Trobec et al., 2015), v okolici Izole pa se na morskem dnu pojavljajo izdanki trdne kamnine (Slavec, 2012). Slika 1 - Lokacija posnetih profilov in potek paleokorita (rumena č rta) v Strunjanskem zalivu. Metode Gosto mrežo pravokotnih sonarskih profilov (slika 1) smo posneli v treh snemalnih dneh oktobra 2013 in maja 2014 na krovu raziskovalnega plovila »Lyra« v lasti Harpha Sea d.o.o. Za zajem podatkov smo uporabili Innomarjev parametrič ni podpovršinski sonar »SES-2000 Compact«, pri č emer smo uporabili frekvenco 8 kHz in interval vzorč enja 69 µ s. Mreža je bila sestavljena iz 50 profilov dolžine 500 m (SV-JZ) in 21 profilov dolžine 1225 m (SZ-JV). Profili so bili med seboj oddaljeni 25 metrov. Poleg tega smo na zač etku vsakega snemalnega dne opravili meritev hitrosti potovanja zvoka skozi vodni stolpec z SVP sondo, kar nam je omogoč ilo kasnejšo pretvorbo odbojev iz č asovne v globinsko domeno. Posnete profile smo iz proizvajalč evega *.ses datoteč nega formata najprej pretvorili v standardni SEG-Y format, ki je združljiv s programsko opremo za obdelavo in interpretacijo seizmič nih profilov. Sledila je dekonvolucija podatkov s programom »Kogeo«, za odstranitev vpliva morskega valovanja pa smo uporabili program »RadExPro«. 105 Posnete sonarske profile smo interpretirali s pomoč jo programa »IHS Kingdom«, pri č emer smo določ ili zgornje ploskve interpretiranih akustič nih faciesov. Za izdelavo trorazsežnih modelov ploskev in pretvorbo modelov iz č asovne v globinsko domeno smo uporabili program »SKUA-GOCAD«. Rezultati Na sliki 2 je prikazan rezultat dekonvolucije, s katero smo izboljšali vertikalno loč ljivost zajetih profilov. Na obdelanem profilu (slika 2B) je prvi odboj, ki predstavlja morsko dno, bolj izrazit, kot na neobdelanem profilu (slika 2A). Poleg tega so tudi vsi odboji v osrednjem delu profila precej bolj izraziti in natanč neje določ ljivi. Na sliki 3 je prikazan rezultat odstranjevanja vpliva morskega valovanja iz sonarskega profila, ki smo ga dosegli s povpreč enjem vrednosti zapisanih v glavah sledi SEG-Y datotek. Nazobč ani odboji na neobdelanem profilu (slika 3A) zaradi odmika odboja od dejanskega položaja v č asovni domeni otežijo interpretacijo in kasnejše modeliranje. Na sliki 3B je prikazan profil po odstranitvi vpliva morskega valovanja, na katerem je oč itna izboljšava kvalitete zajetih podatkov. Slika 2 – Primer sonarskega profila pred (A) in po dekonvoluciji (B). 106 Slika 3 – Primer sonarskega profila pred (A) in po odstranitvi vpliva morskega valovanja (B). Na obdelanih profilih smo na podlagi geometrije, zveznosti, frekvence in amplitude odbojev določ ili šest akustič nih faciesov, katerih zgornje ploskve se nahajajo med 26,4 in 51,3 ms dvojnega potovalnega č asa (slika 4). Modeli zgornjih ploskev akustič nih faciesov, ki smo jih pretvorili v globinsko domeno z uporabo povpreč ja meritev SVP sonde (1.514 m/s), se nahajajo na globinah med 20,2 in 39,4 m. Slika 4 – Profil 68 z označ enimi šestimi interpretiranimi akustič nimi. 107 Razprava Na podlagi interpretiranih sonarskih profilov, trorazsežnih modelov zgornjih ploskev akustič nih faciesov in predhodnih raziskav smo izdelali interpretacijo geološkega razvoja raziskovanega območ ja v poznem kvartarju (slika 5). Akustič ni faciesi od F do B predstavljajo zgornji del plio-pleistocenskih sedimentov, ki so se odlagali med kvartarnimi transgresijsko-regresijskimi cikli. Akustič ni facies A se je odložil po zadnji transgresiji. Akustič ni facies F (slika 5F) predstavlja kontinentalno sedimentacijo v bližini manjšega paleopritoka, ki ga prekrivajo sedimenti akustič nega faciesa E (slika 5E), ki so nastali s postopnim vdiranjem morja proti kopnemu in posledič nem prehodu iz kontinentalnega v paralič no sedimentacijsko okolje, za katerega so bili znač ilni visoko-energijski pogoji odlaganja s pogostim premešč anjem in predelovanjem sedimenta. Sedimenti akustič nega faciesa D (slika 5D) so se odložili na poplavni ravnici v bližini paleokorita, ki se ne nahaja na raziskovanem območ ju. V facies D je vrezano paleokorito akustič nega faciesa C (slika 5D in 5C), ki pa je le deloma ohranjen zaradi kasnejše erozije paleokorita akustič nega faciesa B (slika 5B). Na podlagi bližine paleokorit in dušenja akustič nega signala med njima sklepamo, da je korito akustič nega faciesa B nastalo z migracijo korita akustič nega faciesa C. Akustič ni facies B predstavlja sedimente, ki so se odložili tik pred zač etkom zadnje transgresije, zato so njihovi geomorfni elementi (prebojne pahljač e, meandrske sipine, žlebovi, korito in nasipi) zelo dobro ohranjeni v stratigrafskem zapisu. Najmlajše sedimente predstavljajo holocenski morski sedimenti akustič nega faciesa A, ki so se na plio-pleistocenske sedimente zač eli odlagati pred približno 9.000 leti (Ogorelec et al., 1981, Covelli et al., 2006). Slika 5 - Modeli zgornjih ploskev akustič nih faciesov z označ enimi geomorfnimi elementi (A: 20x razteg v vertikalni smeri; B-F: 10x razteg v vertikalni smeri). 108 Geomorfne oblike akustič nih faciesov C in B kažejo na to, da so negativne oblike, ki jih je v reliefu morskega dna opazovala Slavec (2012) obrisi koritnic pretekle reč ne mreže v Tržaškem zalivu, ki jo prekrivajo holocenski morski sedimenti. Na raziskovanem območ ju je obris paleokoritnice akustič nega faciesa B izražen v morskem dnu (slika 5B), č eprav znaša debelina najmlajših sedimentov na več ini območ ja več metrov. Na posnetkih podpovršinskega sonarja nismo opazili deformacij sedimenta, ki bi jih lahko pripisali tektonski aktivnosti. Poleg tega tudi paleokoriti akustič nih faciesov B in C nista vertikalno ali horizontalno zamaknjeni, zato izključ ujemo tektonsko aktivnost na raziskovanem območ ju vsaj v zadnjih 9.000 letih. Uporaba parametrič nega podpovršinskega sonarja za snemanje profilov v gosti pravokotni mreži se je izkazala za uč inkovito in hitro metodo raziskovanja seizmič ne stratigrafije najmlajših sedimentov slovenskega morja. Korelacijo in potrditev interpretacije bi lahko dosegli z dodatnimi sedimentološkimi podatki in datacijami vzorcev cevnega jedrnika ali vrtin na raziskovanem območ ju. Zahvale Zahvaljujemo se zaposlenim v podjetju Harpha Sea d.o.o. in posadki »Lyre« za sodelovanje pri zajemu sonarskih profilov. Poleg tega se zahvaljujemo tudi zaposlenim na inštitutu OGS – Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale iz Trsta, da so prvi avtorici omogoč ili uporabo programa IHS Kingdom pri interpretaciji sonarskih profilov v sklopu Erasmus+ praktič nega usposabljanja. Raziskava je potekala pod okriljem raziskovalnega projekta L1-5452 »Uporaba sonarja v raziskavah aktivne tektonike in paleoseizmologije na ozemljih z nizko intenzivnostjo deformacij«, ki ga financirata Agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije in podjetje Harpha Sea d.o.o. Literatura Braitenberg, C., Romeo, G., Taccetti, Q., Nagy, I. (2006). The very-broad-band long-base tiltmeters of Grotta Gigante (Trieste, Italy): Secular term tilting and the great Sumatra-Andaman islands earthquake of December 26, 2004, Journal of Geodynamics 41, 164-174. Busetti, M., Volpi, V., Nicolich, R., Barison, E., Romeo, R., Baradello, L., Brancatelli, G., Giustiniani, M., Marchi, M., Zanolla, C., Wardell, N., Nieto, D., Ramella, R. (2008a). Dinaric tectonic features in the Gulf of Trieste (northern Adriatic sea), Bollettino di Geofisica Teoretica ed Applicata 51/2-3, 117-128. Busetti, M., Volpi, V., Barison, E., Giustiniani, M., Marchi, M., Ramella, R., Wardell, N., Zanolla, C. (2008b). Meso-Cenozoic seismic stratigraphy and the tectonic setting of the Gulf of Trieste (northern Adriatic), GeoActa Special publication 3, 1-14. Carulli, G. B. (2011). Structural model of the Trieste Gulf: A Proposal, Journal of Geodynamics 51, 156-165. Covelli, S., Fontolan, G., Faganeli, J., Ogrinc, N. (2006). Anthropogenic markers in the Holocene stratigraphic sequence of the Gulf of Trieste (northern Adriatic Sea), Marine Geology 230, 23- 51. Furlani, S., Biolchi, S., Cucchi, F., Antonioli, F., Busetti, M., Melis, R. (2011). Tectonic effects on Late Holocene sea level changes in the Gulf of Trieste (NE Adriatic Sea, Italy), Quaternary International 232, 144-157. Ogorelec, B., Mišič , M., Šercelj, A., Cimerman, F., Faganeli, J., Stegnar, P. (1981). Sediment seč oveljske soline, Geologija 24/2, 179-216. 109 Ogorelec, B., Mišič , M., Faganeli, J., Stegnar, P., Vrišer, B., Vukovič , A. (1987). Recentni sedimenti Koprskega zaliva, Geologija 30, 87-121. Ogorelec, B., Mišič , M., Faganeli, J. (1991) Marine geology of the Gulf of Trieste (northern Adriatic) : Sedimentological aspects, Marine Geology 99, 79-92. Placer, L. (2008). Principles of the tectonic subdivision of Slovenia, Geologija 51/2, 205-217. Placer, L., Vrabec, M., Celarc, B. (2010). The bases for understanding of the NW Dinarides and Istria peninsula tectonics, Geologija 53/1, 55-86. Placer, L. (2015). Simplified structural map of Kras : Kras (Slovene), Carso (Italian) = Geographical unit, Geologija 58/1, 89-93. Rižnar, I., Koler, B., Bavec, M. (2007). Recentna aktivnost regionalnih geoloških struktur v zahodni Sloveniji, Geologija, 50/1, 111-120. Romeo, R. (2009): Studio geofisico integrato ad alta risoluzione dei depositi marini e della struttura del substrato della riviera di Miramare (Golfo di Trieste). Unpublished doctoral thesis, UniversitÆ degli Studi di Trieste, Facolta' di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali, 173 p. (in Italian). Slavec, P. (2012): Analiza morfologije morskega dna slovenskega morja (Slovenian seafloor morphology analysis). Unpublished master thesis, Univerza v Ljubljani, NTF, 58 p. (in Slovenian). Trobec, A. (2015): Raziskave zgradbe sedimentnega morskega dna v Strunjanskem zalivu s podpovršinskim sonarjem (Investigation of sea bottom sediment structure in the Strunjan bay with sub-bottom sonar profiler). Unpublished master thesis, Univerza v Ljubljani, NTF, 66 p. (in Slovenian). Trobec, A., Busetti, M., Zgur, F., Baradello, L., Babich, A., Cova, A., Gordini, E., Romeo, R., Tomini, I., Vrabec, M. (2015). Karta debeline holocenskih morskih sedimentov v Tržaškem zalivu. 22. posvetovanje slovenskih geologov, Ljubljana, november 2015, Razprave, poroč ila, Geološki zbornik 23, Ljubljana, 198-200. Vrabec, M., Slavec, P., Poglajen, S., Busetti, M. (2012). Geomorphology of submerged river channels indicates Late Quaternary tectonic activity in the Gulf of Trieste, Northern Adriatic. European Geoscience Union, General Assembly 2012, Vienna, Austria, 22-27 April 2012 : Geophysical Research Abstracts 14, Vienna, 8124-1. Vrabec, M., Busetti, M., Zgur, F., Facchin, L., Pelos, C., Romeo, R., Sormani, L., Slavec, P, Tomini, I., Visnovich, G., Žerjal, A. (2014). Refleksijske seizmič ne raziskave v slovenskem morju SLOMARTEC 2013. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2013 : zbornik del, Ljubljana, 97-101. Zampa, L., Busetti, M., Furlani, S., Baradello, L., Romeo, R. (2015). Evidence of neo-tectonic tilting in the Gulf of Trieste. Proceedings : GeoSUB - Underwater geology, Trieste, 13-14 October 2015, Trieste, 72-73.