mgr Marcin Honczaruk, mgr inż

WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 479 – 485
Marcin HONCZARUK, Tomasz STĘPNIAK
Przedsiębiorstwo Badań Geofizycznych, Warszawa
Badania deformacji i procesów geodynamicznych
metodą obrazowania elektrooporowego
Streszczenie
Przedstawiono sposób wykorzystania badań elektrooporowych a w szczególności metody
obrazowania elektrooporowego do rozpoznania struktury badanych osuwisk. Badania te
pozwoliły na określenie skali procesów ruchów masowych. Dla potrzeb zastosowania
odpowiednich systemów zabezpieczeń określono przebieg oraz charakter skonsolidowanego
i nienaruszonego podłoża. Inerpretację geologiczną przeprowadzono na podstawie pomiarów
wykonanych za pomoca aparatury ARS-200 metodą obrazowania elektrooporowego, po
przeprowadzeniu automatycznej procedury przeliczeniowej w programie RES2DINV Geotomo
Software.
1. Wstęp
Badania geofizyczne metodą obrazowania elektrooporowego (ang. Resistivity Imaging),
znanej również jako metoda tomografii elektrooporowej (ang. Electrical Resitivity
Tomography) wykonano na zlecenie Państwowego Instytutu Geologicznego co stanowiło
istotny fragment prac wykonywanych w ramach realizacji Szczegółowej Mapy Geologicznej
Polski w skali 1: 50 000, arkusz Kańczuga (1006) i arkusz Rokitnica (1007).
Wykonane badania miały charakter rozpoznania liniowego. Ich celem było rozpoznanie
wgłębnej budowy, struktury i charakteru dwóch osuwisk: pierwsze z nich znajdowało się
okolicy wsi Śliwnice k/ Dubiecka, drugie natomiast w wsi Jodłówka k/ Pruchnika. Pomiary
polowe wykonano w maju 2002 roku na linii dwóch profili geofizycznych poprowadzonych
wzdłuż dłuższej osi stwierdzonych osuwisk. Wyniki wykonanych badań udokumentowano
załącznikami graficznymi, zawierającymi interpretację geologiczną wykonaną w nawiązaniu
do danych z wierceń.
2. Położenie geograficzne i administracyjne obszarów badań
Pod względem geograficznym obszar badań położony jest w obrębie Pogórza Dynowskiego.
Administracyjnie należy do województwa podkarpackiego i gmin: Dubiecko (osuwisko
w Śliwnicy) oraz Pruchnik (osuwisko w Jodłówce).
3. Zarys budowy geologicznej
Obszar wykonywanych badań geofizycznych znajduje się w obrębie jednej głównej
jednostki tektonicznej – Jednostki Skolskiej. W rejonie występowania osuwiska w Śliwnicy
____________________________________________________________________________
479
M. HONCZARUK, T. STĘPNIAK – Badania deformacji i procesów geodynamicznych metodą...
____________________________________________________________________________
k/Dubiecka, reprezentowana jest ona przez warstwy hieroglifowe, warstwy krośnieńskie górne
oraz łupki pstre, natomiast w rejonie osuwiska w Jodłówce zbudowana jest ona z warstw
inoceramowych i łupków pstrych.
Warstwy inoceramowe (Kreda górna) dzielą się na trzy ogniwa: dolne – piaskowcowołupkowe, środkowe – piaskowcowo gruboławicowe, górne – łupkowo-piaskowcowe.
Ogniwa przewarstwiane są niekiedy grubszymi pakietami łupków. Łupki rozdzielające
piaskowce mają barwę od prawie czarnej do brudnozielonej. Łączna miąższość wszystkich
trzech ogniw warstw inoceramowych przekracza 1000 m.
Warstwy „łupki pstre”, pochodzące z eocenu wczesnego, złożone są głównie z pakietów
łupków ilastych czerwonych, zielonych i niekiedy niebieskich, wśród których występują
cienkie wkładki piaskowców drobnoziarnistych kwarcowych o barwie jasnoszarej. Miąższość
pstrych łupków wynosi przeciętnie 20 – 30 m, lokalnie wzrasta do 100 m.
Warstwy hieroglifowe (eocen środkowy/górny) są zbudowane w przewadze z zielonych
ilastych łupków, w których występują w zmiennej ilości piaskowce cienko- i średnioławicowe,
drobnoziarniste, często laminowane, z częstymi hieroglifami pochodzenia organicznego. Największe nagromadzenie piaskowców występuje w środkowej części tych warstw, w dolnej i górnej
części przewagę stanowią łupki zielone. Miąższość tych warstw waha się od 200 – 250 m.
Warstwy krośnieńskie górne (Oligocen i miocen dolny) w dolnej części to głównie
piaskowce i łupki. Piaskowce są cienko- i średnioławicowe, najczęściej drobnoziarniste,
z lepiszczem wapnistym. Łupki przedzielające piaskowce są barwy szarej i są silnie margliste.
Wyższa cześć warstw krośnieńskich górnych rozwinięta jest w postaci szarych, silnie
marglistych łupków. Miąższość tych utworów jest znaczna i wynosi ponad 1000 m.
Utwory jednostki skolskiej w rejonie badań stanowią podłoże powstających osuwisk, a osadami podlegającymi osuwaniu się są deluwia lessowe i lessy czwartorzędowe, oraz utwory
zwietrzelinowe skał starszego podłoża (Gucik i Wójcik 1982).
4. Cel i zakres badań
Celem wykonanych badań było dostarczenie danych pozwalających na rozpoznanie
wgłębne osuwisk, oraz rozpoznanie charakteru ich podłoża.
Zadaniem prac było rozpoznanie granicy utworów stref osuwiskowych i ich podłoża
w oparciu o pomiary geoelektryczne, wydzielenie warstw zróżnicowanych wielkością
oporności elektrycznej i korelacja takich warstw z warstwami litologicznymi oraz rozpoznanie
ewentualnych struktur tektonicznych.
5. Metodyka prac
Badania przeprowadzono metodą obrazowania elektooporowego (ang. Resistivity Imaging).
Pomiary wykonano przy użyciu automatycznego systemu tomografii elektrooporowej
ARS-200 produkcji GF Instruments s.r.o. Zastosowano symetryczny układ Schlumbergera
o rozstawach linii prądowych AB od 15 m do 155 m z wieloelektrodowym systemem rejestracji co 5 m na liniach profili.
Wykonano ogółem dwa profile, pierwszy o długości 500 m na stoku osuwiska
w Śliwnicach i drugi o długości 400 m w Jodłówce.
W ramach prac terenowych na obydwu liniach profili wykonano geodezyjną niwelację
stoków osuwisk.
____________________________________________________________________________
480
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Rys. 5.1. Położenie profili obrazowania elektroporowego i wierceń geologicznych w rejonie badań
Fig. 5.1. Localisation of resistivity imaging profiles and geological driling in the investigation region
Rys. 5.2. Profile geologiczne wierceń na osuwiskach w Jodłówce i Śliwnicy
Fig. 5.2. Geological profiles on landslides at Jodłówka and Śliwnica
W badanych rejonach równolegle prowadzono prace kartograficzne w ramach których
wykonano wiercenia geologiczne.
____________________________________________________________________________
481
M. HONCZARUK, T. STĘPNIAK – Badania deformacji i procesów geodynamicznych metodą...
____________________________________________________________________________
6. Interpretacja materiałów i wyniki badań
Dane pomiarowe w badanych strefach osuwiskowych poddano automatycznej procedurze
przeliczeniowej i interpretacyjnej przy użyciu pakietu programowego RES2/3DINV Geotomo
Software. Uzyskano w efekcie kilka wersji przekrojów geoelektrycznych zależnych od ilości
iteracji w programie używanym do modelowania. Wyniki automatycznej interpretacji udokumentowano w formie:
– przekrojów geoelektryczny po pierwszej iteracji (niski stopień dopasowania modelu)
dających zgeneralizowany obraz rozkładu wartości oporu właściwego w przybliżonej skali
głębokościowej
– przekrojów geoelektryczny po szóstym kroku modelowania (z odpowiednio wysokim
stopniem dopasowania modelu do pomierzonego rozkładu wartości oporów) ujawniających
szczegóły budowy geologicznej badanych stref osuwiskowych.
Wyniki automatycznego przeliczania danych pomiarowych, odpowiadające zasadom
interpretacji jakościowej z pewnymi elementami interpretacji ilościowej w metodzie sondowań
geoelektrycznych elektrooporowych (SGE), poddano dalszej procedurze opracowania ukierunkowanej na odtworzenie struktury geologicznej badanych stref osuwiskowych.
W nawiązaniu do danych z wierceń przeprowadzono geologiczną identyfikację, modelu
geoelektrycznego poprzez wyznaczenie granic kontrastujących oporowo kompleksów geoelektrycznych. Granice poszczególnych wydzieleń uściślono na podstawie modelowania komputerowego krzywych SGE odczytanych w wybranych punktach przekrojów (odcinki płaskiego
zalegania warstw). W oparciu o wyniki tego modelowania wyznaczono przedziały wartości
oporów właściwych dla utworów geologicznych występujących w badanych rejonach.
Rys. 6.1. Przekrój geoelektryczny przez rejon osuwiska w Śliwicy k/ Dubiecka
po szóstym kroku modelowania inwersyjnego
Fig. 6.1. Geoelectrical cross-section through the Śliwica landslide near Dubiecko
after sixth step of modeling
____________________________________________________________________________
482
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Rys. 6.2. Przekrój geoelektryczny przez rejon osuwiska w Jodłówce k/ Pruchnika
po szóstym kroku modelowania inwersyjnego
Fig. 6.2. Geoelectrical cross-section through the Jodłówka landslide near Dubiecko
after sixth step of modeling
Objaśnienia:
1 – deluwia lessowe i rumosze zboczowe (40-70 Ωm), 2 – deluwia lessowe zailone (10-30 Ωm), 3 – iły plastyczne
(10-15 Ωm), 4 – iłołupki i łupki pstre (7-15 Ωm), 5 – przeławicenia piaskowcowe w utworach fliszu (50-80 Ωm),
6 – iłowce, mułowce (lub iłołupki) z niewielkimi przeławiceniami piaskowców (30-40Ωm), 7 – aluwia rzeczne
(40-50 Ωm), 8 – strop skonsolidowanych utworów podłoża, 9 – przypuszczalne uskoki, 10 – strefy osuwiskowe,
11 – sondy mechaniczne.
Rys. 6.3. Budowa geologiczna osuwiska w Śliwicach k/Dubiecka na podstawie
badań metodą obrazowania elektrooporowego
Fig. 6.3. The geological structure the Śliwica landslide near Dubiecko on the basis
of resistivity imaging investigations
____________________________________________________________________________
483
M. HONCZARUK, T. STĘPNIAK – Badania deformacji i procesów geodynamicznych metodą...
____________________________________________________________________________
Objaśnienia:
1 – deluwia lessowe z iłami zwietrzelinowymi skał fliszu w spągu (20-30 Ωm), 2 – łupki pstre (5-15 Ωm),
3 – przeławicenia piaskowcowe w utworach fliszu (30-50 Ωm), 4 – aluwia rzeczne (40-50 Ωm), 5 – strop
skonsolidowanych utworów podłoża, 6 – przypuszczalne uskoki, 7 – strefy osuwiskowe, 8 – sondy mechaniczne.
Rys. 6.4. Budowa geologiczna osuwiska w Jodłówce k/Pruchnika na podstawie
badań metodą obrazowania elektrooporowego.
Fig. 6.4. The geological structure the Jodłówka landslide near Pruchnik on the basis
of resistivity imaging investigations.
7. Wnioski
Wyniki badań potwierdzają wysoką efektywność obrazowania elektrooporowego dla
rozpoznania skomplikowanych struktur geologicznych. Tworzą one doskonałą podstawę do
przeprowadzenia rekonstrukcji budowy geologicznej i tektoniki podłoża, wyjaśnienia zjawisk
ruchów masowych i osuwiskowych.
Kompleksowa, geologiczno-geofizyczna interpretacja przekrojów geoelektrycznych przeprowadzona w nawiązaniu do danych z wierceń, wskazuje na to, że stropowe partie ośrodka
geologicznego budują utwory o podwyższonych oporach elektrycznych zalegające na niskooporowym horyzoncie odpowiadającym seriom skał fliszu. Utwory wyżej oporowe wg danych
z wierceń – deluwia lessowe i rumosze zboczowe, wyraźnie oddzielające się od podłoża, mogą
być podatne na naruszenia stabilności na stromych stokach i osunięcia.
Aktywne strefy osuwiskowe występują generalnie w partiach przypowierzchniowych
i zgodnie z interpretacją danych z przekrojów mogą osiągać głębokość do kilku metrów.
Granica głębsza, określona jako strop skonsolidowanych skał podłoża, wyznacza maksymalny
zasięg możliwych zjawisk osuwiskowych, które mogą uaktywnić się w przyszłości.
Wykonane badania uzasadniają rekomendowanie zastosowania obrazowania elektrooporowego dla potrzeb rozpoznania zjawisk osuwiskowych w Karpatach i innych rejonach Polski.
Szczegółowe odtworzenie struktury geologicznej istniejących i potencjalnych osuwisk
umożliwi podejmowanie odpowiednich działań zapobiegawczych.
____________________________________________________________________________
484
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Literatura
[1] Gucik S., Wójcik A., Ślączka A., Żytko K. 1980: Mapa geologicznej Polski w skali 1 : 200 000
arkusz Przemyśl, Kalników, wersja B. Mapy podstawowe 1 : 50 000 ark. Kańczuga, ark. Pruchnik,
Państw. Inst. Geol., Warszawa.
[2] Gucik S., Wójcik A. 1982: Objaśnienia do mapy geologicznej Polski w skali 1 : 200 000 arkusz
Przemyśl, Kalników, Państw. Inst. Geol., Warszawa.
[3] Loke M. H., Barker R. D. 1996b: Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method. Geophysical Prospecting nr 44, 131 – 152.
[4] Loke M. H. 1999: Interpretation software RES2DINV & RES3DINV ver. 3.42. Rapid 2-D & 3-D
Resistivity & IP Inversion using the least squares method. Geotomo Software.
[5] Poprawa i in. 2000: Prezentacja niektórych możliwości niwelowania skutków zjawisk osuwiskowych. Konferencja w Oddziale Karpackim PIG – „Prognozowanie i przeciwdziałanie skutkom
ruchów osuwiskowych”, 7 wrzesień 2000 r., Kraków, 20 – 23.
Application of resistivity imaging method in the deformation and
geodynamical processes investigations
Application of ressistivity investigations especially the resistivity imaging method to
recognize structure of landslip investigations presented. Investigation allowed to determine the
scale processes of mass wasting. The course and character consolidated and undisturbed soil
are determined to use specielised protection. Automatic Resistivity System ARS-200 and
Res2DINV Geotomo Software were used in geological interpretation of investigations using
imaging method.
Przekazano: 25 marca 2003 r.
____________________________________________________________________________
485