GEOFIZYKA W GEOLOGII i GÓRNICTWIE

Transkrypt

Geofizyka w Geologii
i Górnictwie
Tom poświęcony Jubileuszowi
Profesora Wacława M. Zuberka
Redaktor
Jerzy Cabała
Sosnowiec, 2010
FOTOGRAFIE NA OKŁADCE
Kopalnia wapienia „Kujawy” (fot. J. Cabała)
Ostańce na Jurze Krakowsko-Częstochowskiej
Pieskowa Skała i „Maczuga Herkulesa”
Obserwatorium geofizyczne IG PAN w Ojcowie
Projekt okładki J. Cabała
WYDAWCA
Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego
Główny Instytut Górnictwa
Instytut Geofizyki PAN
Polskie Towarzystwo Przyjaciół Nauk o Ziemi
Copyright  by 2010 Wydział Nauk o Ziemi UŚ
Nakład 130 egz.
ISBN 978-83-61644-13-2
DRUK
Drukarnia Progress, Sosnowiec
Jubileuszowa Konferencja Profesora Wacława M. Zuberka
GEOFIZYKA W GEOLOGII i GÓRNICTWIE
Sosnowiec-Zawiercie, 15-17 września 2010 r.
ORGANIZATORZY KONFERENCJI
Uniwersytet Śląski
Główny Instytut Górnictwa
Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk
Polskie Towarzystwo Przyjaciół Nauk o Ziemi
Profesor dr hab. inż. Wacław M. Zuberek
Komitet Honorowy Konferencji
Prof dr hab. Andrzej Kowalczyk – Prorektor Uniwersytetu Śląskiego
ds. Nauki i Współpracy z Gospodarką
Prof. dr hab. inż. Józef Dubiński – Dyrektor Naczelny Głównego Instytutu
Górnictwa w Katowicach
Prof. dr hab. Paweł Rowiński – Dyrektor Instytutu Geofizyki
PAN w Warszawie
Komitet Naukowy Konferencji
Prof. dr hab. Adam Idziak – Uniwersytet Śląski
Doc dr hab. Wojciech Dębski – Instytut Geofizyki PAN
Prof. dr hab. Sławomir Gibowicz – Instytut Geofizyki PAN
Prof. dr hab. inż. Jadwiga Jarzyna – Akademia Górniczo-Hutnicza
Prof. dr hab. inż. Jerzy Kornowski – Politechnika Śląska
Prof. dr hab. inż. Marek Kwaśniewski – Politechnika Śląska
Prof. dr hab. Stanisław Lasocki – Instytut Geofizyki PAN
Prof. dr hab. inż. Henryk Marcak – Akademia Górniczo-Hutnicza
Prof. dr hab. inż. Kaja Pietsch – Akademia Górniczo-Hutnicza
Prof. dr hab. inż. Joanna Pinińska – Uniwersytet Warszawski
Prof. RNDr. Vladimir Rudajev - Instytut Geologii, Akademia Nauk,
Republika Czeska
Prof. dr hab. Roman Teisseyre – Instytut Geofizyki PAN
Komitet Organizacyjny Konferencji
Dr hab. Jerzy Cabała
Dr Jolanta Pierwoła
Mgr Radosława Tomaszewska
SPIS TREŚCI:
Adam F. IDZIAK, Jerzy CABAŁA
Wacław M. Zuberek, geofizyk, geolog, nauczyciel akademicki
Marek KWAŚNIEWSKI
Recent advances in experimental studies of dilatancy in rocks
Kaja PIETSCH
Wykorzystanie tłumienia fal sejsmicznych w interpretacji złożowej
Vladimír RUDAJEV
Some examples of seismoacoustic laboratory methods utilization
Wacław M. ZUBEREK
O niepewności w geofizyce
Mariusz BIAŁECKI
O prostym modelu uwalniania energii na uskoku
Stanisław Roman ĆMIEL
Zależności pomiędzy parametrami uskoków a jakością węgla w ich sąsiedztwie w
Górnośląskim Zagłębiu Węglowym
Wojciech DĘBSKI
Geophysical data interpretation: past, presence, and future of the inverse theory
Andrzej DOMONIK
Emisja akustyczna jako skuteczne narzędzie do analizy procesu deformacji skał na
przykładzie wapieni piaszczystych z Roztocza
Józef DUBIŃSKI, Grzegorz MUTKE
Aktualny stan i kierunki rozwoju sejsmometrii górniczej w Polsce
Aneta GOLIK Maciej MENDECKI
Attenuation relation for induced seismicity in Main Anticline and Main Basin (Upper
Silesian Coal Basin)
Jadwiga JARZYNA, Ha Quang MAN
Klasyfikacja formacji skalnych na podstawie ich zdolności hydraulicznych dla oceny
możliwości ruchu mediów w przestrzeni porowej
Zdenek KALÁB, Jaromir KNEJZLÍK, Markéta LEDNICKÁ, Radovan KUKUTSCH, Robert
KOŘÍNEK, Petr ŽŮREK, Eva HRUBEŃOVÁ
Medieval Mine Jeroným: Current knowledge from geomechanical measurements
Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ
Foundation conditions of structures at undermined area: Example of evaluation
Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ, Robert KOŘÍNEK, Eva HRUBEŃOVÁ
Influence of local geology on vibrations generated by traffic
Wahab KHAIR
A feasibility analysis of cost assessment of electricity 400 MW (2 - 200 MW Units) power
plant
Jerzy KORNOWSKI, Joanna KURZEJA
Prognozowanie prawdopodobieństwa tąpnięcia na podstawie energii sejsmicznej i
czynników określonych Metodą Rozeznania Górniczego (MRG)
Andrzej KOTYRBA, Łukasz KORTAS, Sławomir SIWEK
Obrazowanie ognisk pożarów w składowiskach odpadów z produkcji węgla metodą
sondowań elektroopoorowych
Joanna KURZEJA
Estymacja energii i współczynnika tłumienia bez lokalizacji źródeł w sejsmoakustyce
górniczej
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
25
26
27
Grzegorz KWIATEK, Katrin PLENKERS, Georg DRESEN oraz grupa robocza JAGUARS
Parametry ogniska sejsmicznego i relacje skalowalności dla nanosejsmiczności (-4.0<MW<0.8) zarejestrowanej w kopalni złota Mponeng, Republika Południowej Afryki.
Grzegorz KWIATEK, Katrin PLENKERS, Masao NAKATANI, Yasuo YABE, Georg
DRESEN oraz grupa robocza JAGUARS
Relacja Gutenberga-Richtera do magnitudy -4.5 dla sejsmiczności indukowanej w kopalni
złota Mponeng, Republika Południowej Afryki
Grzegorz KWIATEK
Kompleksowa analiza ogniska sejsmicznego z wykorzystaniem systemu FOCI
Grzegorz LIZUREK, Łukasz RUDZIŃSKI, Stanisław LASOCKI, Beata ORLECKA-SIKORA
A study of the clustering properties of mining induced seismicity
Henryk MARCAK, Tomisław GOŁĘBIOWSKI
Analiza możliwości detekcyjnych metody GPR dla zmiennej geometrii układu pomiarowego
Paweł URBAN, Paweł WIEJACZ, Bogusław DOMAŃSKI
Analiza mechanizmów wstrząsów górniczych występujących na obszarze LegnickoGłogowskiego Okręgu Miedziowego
Jolanta PIERWOŁA, Anna HADA, Jarosław BADERA
Zastosowanie metody obrazowania oporu i polaryzacji wzbudzonej do rozpoznania zasięgu
głębokościowego iłów środkowojurajskich w Zawierciu-Blanowicach
Joanna PINIŃSKA, Artur DZIEDZIC
Symultaniczne pomiary prędkości fali podłużnej oraz procesów deformacji sprężystej skał w
warunkach trójosiowego ściskania w wysokich ciśnieniach i temperaturze.
Bohuslav RŮŽEK, Jan ZEDNÍK, Petr JEDLIĈKA, Karel HOLUB, Jana RUŃAJOVÁ, Oldrich
NOVOTNÝ
Some results of the joint inversion of Pg/Sg waves generated by quarry blasts, deep coal
mining induced and tectonics events
Iwona STAN-KŁECZEK
Zależność pomiędzy tensorem spękań i tensorem prędkości występująca dla różnych typów
skał
Krystyna STEC, Jan DRZEWIECKI
Mechanizm ognisk wstrząsów niezbędnym elementem poznania procesu zniszczenia
wyrobiska
Krzysztof P. TEISSEYRE
Properties of Microseisms at Frontier of Rockburst Records
28
29
30
31
32
33
34
35
37
38
39
41
Szanowni Uczestnicy konferencji i Czytelnicy tomu
„Geofizyka w Geologii i Górnictwie”
Wydanie tego tomu oraz zorganizowanie konferencji geofizycznej zostało
podjęte dla uhonorowania Profesora Wacława M. Zuberka - Kierownika
Katedry Geologii Stosowanej Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego.
Profesor Zuberek jest wybitnym geofizykiem, naukowcem, wychowawcą wielu
pokoleń studentów i młodych pracowników naukowych, a dla wielu z nas
życzliwym i oddanym kolegą. Jego wiedza, tolerancyjność oraz poczucie
humoru sprawia, że cieszy się dużą sympatią wśród pracowników i studentów.
Konferencja została zorganizowana przez Uniwersytet Śląski, Główny
Instytut Górnictwa, Instytut Geofizyki PAN oraz Oddział Górnośląski PTPNoZ.
Są to instytucje z którymi Profesor jest związany od wielu lat poprzez pracę
zawodową, pełnione funkcje lub kontakty naukowe. Uczestnictwo w
konferencji stanowi okazję do spotkania i wymiany doświadczeń naukowych
geofizyków i geologów z różnych jednostek naukowo-badawczych w kraju
i zagranicy.
Jubileusz Profesora wiąże się z możliwością przejścia na zasłużoną
emeryturę, mamy jednak nadzieję, że nie skusi Go ta perspektywa i nadal
będzie uczestniczył w życiu naukowym Wydziału, prowadził wykłady dla
studentów geologii i geofizyki, a także służył radą młodszym pracownikom
nauki.
Adam F. Idziak
Wacław M. Zuberek, geofizyk, geolog, nauczyciel
akademicki
Adam F. Idziak, Jerzy Cabała
Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec
Tekst artykułu dostępny w wydrukowanych materiałach
konferencyjnych
Recent advances in experimental studies of dilatancy
in rocks
Marek KWAŚNIEWSKI
Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology,
ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice
ABSTRACT: Results of recent experimental studies on the dilatant behavior of rocks are
summarized in the paper. Samples of four petrographic varieties of Coal Measure sandstones
were tested under uniaxial compression, conventional triaxial compression and true triaxial
compression conditions. The main objective of the study was to reveal the effect of,
independently, confining pressure, intermediate principal stress and minimum principal stress
on the mechanical properties and behavior of rocks, including the threshold of absolute
dilatancy, ultimate strength, stress at faulting, stress drop accompanying faulting, ductility,
volumetric strain at the threshold of dilatancy as well as volumetric strain and dilatant
volumetric strain at strength failure. In order to reveal the effect of moisture on the volumetric
deformation mode of rocks, air-dry and water-saturated samples of a fine- to medium-grained
sandstone and a mudstone were tested under uniaxial compression conditions. The illite-rich
quartz mudstone was affected by the presence of water particularly strongly. The lateral
deformability of this rock was greatly enhanced and a highly contractant behavior under dry
conditions was replaced by an extremely dilatant behavior under wet conditions.
konferencyjnych
Wykorzystanie tłumienia fal sejsmicznych
w interpretacji złożowej
Kaja PIETSCH
Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony
Środowiska Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: [email protected]
STRESZCZENIE: Zastosowanie do złożowej interpretacji zapisu sejsmicznego kryteriów
opartych na zmienności różnych parametrów petrofizycznych pod wpływem nasycenia gazem
przestrzeni porowej skał prowadzi do podniesienia wiarygodności interpretacji. Jednym z tych
parametrów jest tłumienie fal sprężystych, którego wielkość jest ściśle związana ze stopniem
nasycenia. Wykorzystując teoretyczne modelowania sejsmiczne przeanalizowano pola falowe
obliczone dla modeli sejsmogeologicznych złóż gazu ziemnego występujących w piaskowcach
zapadliska przedkarpackiego oraz węglanach monokliny przedsudeckiej. Opracowane kryteria
interpretacyjne przetestowano przy złożowej interpretacji danych sejsmicznych w strefie złóż
Łukowa i Górzyca.
konferencyjnych
Some examples of seismoacoustic laboratory
methods utilization
Vladimír RUDAJEV
Institute of Geology AS CR, v.v.i., Puskinovo n. 9, 160 00 Prague 6, Czech
Republic
konferencyjnych
O niepewności w geofizyce
Wacław M. ZUBEREK
STRESZCZENIE: Podjęto próbę analizy rodzajów niepewności występujących
w geofizyce w poszczególnych etapach badań (pomiary, opracowanie wyników, konstrukcja
modelu ośrodka – inwersja, interpretacja, ewentualnie prognoza). Przedstawione przykłady
zawierają próbę dyskusji nad przyczynami i rodzajami niepewności. Wnioski podkreślają
konieczność uwzględniania niepewności, akcentują, że największa niepewność związana jest
z inwersją danych i przewidywaniem, szczególnie w długich horyzontach czasowych. Należy
zatem zawsze rozpatrywać różne warianty rozwiązań i alternatywne scenariusze oraz
monitorować przebieg zachodzących w systemie zmian, a proces podejmowania decyzji należy
przygotować na ewentualne korekty podejmowane w przypadkach, gdyby stan rzeczywisty
systemu znacznie odbiegał od przewidywań.
konferencyjnych
O prostym modelu uwalniania energii na uskoku
Mariusz BIAŁECKI
Zakład Sejsmologii i Fizyki Wnętrza Ziemi, Instytut Geofizyki PAN, ul. Ks.
Janusza 64, 01-452 Warszawa
STRESZCZENIE: Praca przedstawia pewien szczególny stochastyczny
jednowymiarowy automat komórkowy jako prosty model uskoku. Dokładny
opis zmian stanu automatu pozwala prześledzić wpływ sposobu trigerowania
lawiny (czyli trzęsienia) na charakter obserwowanego szeregu czasowego
uwalnianej energii. W szczególności pokazane zostanie jak za pomocą
odpowiedniej modyfikacji reguły wyzwalania lawin automat produkuje
zarówno rozkłady wykładnicze jak i odwrotnie potęgowe.
W tym kontekście przedyskutowana zostanie możliwość uzyskania
informacji o sposobie wyzwalania energii na uskokach w zależności od
obserwowanych rozkładów trzęsień.
Zależności pomiędzy parametrami uskoków
a jakością węgla w ich sąsiedztwie w Górnośląskim
Zagłębiu Węglowym
Stanisław Roman ĆMIEL
STRESZCZENIE:
W rejonie dyslokacji uskokowych obserwuje się znaczne obniżenie
techniczno-ekonomicznych warunków eksploatacji. Zmianie ulegają własności
geomechaniczne skał karbońskich i parametrów jakościowych węgla. W GZW
w strefach uskokowych wydzielono trzy typy zmian węgla. Pierwszy,
agradacyjny, związany jest z obniżeniem jakości, drugi degradacyjny, związany
z jej podwyższeniem i trzeci, nie wykazujący istotnych zmian wartości
parametrów węgla.
Charakter i intensywność przeobrażeń węgla wykazuje istotne związki
z niektórymi geometrycznymi parametrami uskoków. Hipergeniczne przemiany
węgla obserwowano przede wszystkim w szczelinach uskoków o dominującym
kierunku biegu NW-SE i NE-SW z przeważającym kierunkiem zrzutu na SW.
Wraz ze spadkiem intensywności przeobrażeń wietrzeniowych bieg uskoków
ewoluował w kierunku WNW-ESE. Bieg uskoków o intensywnej mineralizacji
szczeliny był zbliżony do diagonalnego z dominującym NE kierunkiem zrzutu.
Istotną cechą tych uskoków był związek z uskokami o dużej amplitudzie zrzutu.
Intensywność hipergenicznych przemian wykazuje pozytywną korelację
z amplitudą zrzutu uskoków i negatywną z głębokością występowania
pokładów. Węgle zmienione termicznie i wietrzeniowo związane są z uskokami
o biegu NW-SE.
Bieg uskoków, w sąsiedztwie których dominują agradacyjne zmiany węgli,
jest zbliżony do kierunku NWN-SES i W-E. W tych strefach uskoków, gdzie
nie notowano zmian jakości węgla orientacja płaszczyzn uskokowych nie
wykazywała uprzywilejowanego kierunku biegu.
Badania były finansowane przez KBN, PB-W-04-068-00-09.
14
Geophysical data interpretation: past, presence, and
future of the inverse theory
Wojciech DĘBSKI
Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, Ks. Janusza 64, 01-452
Warsaw, Poland
ABSTRACT:
Geophysical investigations are inherently connected to an inference about
unknown properties of the Earth structure and its dynamics in various scales:
from laboratory experiments up to the whole Earth.
They commenced thousands of years ago from observations of the Earth
shaking caused by large earthquakes and have gone a long way in their
development from an initial, intuitive stage to a modern science employing the
newest technological and theoretical achievements. In spite of this enormous
development, geophysical research still faces the same basic limitation. The
only available information about the Earth comes from measurement at its
surface or from space. Only very limited information can be acquired by direct
measurements.
For a long time this inference was understood as the task of estimating
parameters used to describe the Earth's structure or processes within it. The
problem was traditionally solved by searching for the data best fitting model
following the least absolute value or least squares criteria formulated by
Laplace and Gauss.
Today the inverse theory faces a new challenge in its development. In
many geophysical and related applications, obtaining the model ``best fitting''
a given set of data according to a selected optimization criterion is not sufficient
any more. We need to know how plausible the obtained model is or, in other
words, how large the uncertainties are in the final solutions.
In this talk I present the historical background of the modern approach to
geophysical data inference and discuss current trends and perspective of future
developments of the geophysical inference.
15
Emisja akustyczna jako skuteczne narzędzie do
analizy procesu deformacji skał na przykładzie
wapieni piaszczystych z Roztocza
Andrzej DOMONIK
Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Al. Żwirki i Wigury 93,
02-089 Warszawa
STRESZCZENIE:
Stopniowe niszczenie skały pod wpływem przyłożonej siły zewnętrznej
postępuje w wyniku uwalniania gromadzonej w skale energii podczas
obciążania. Sposób i tempo uwalniania tej energii zużywanej na procesy
destrukcji w trakcie jednoosiowego ściskania zależą przede wszystkim od
składu mineralnego skały oraz od sposobu rozmieszczenia, wzajemnego
kontaktu ziaren mineralnych i charakteru spoiwa. Nie bez znaczenia jest też
stopień kompakcji, a wiec efekt procesów diagenetycznych i tektonicznych.
Neogeńskie, roztoczańskie wapienie, petrograficznie klasyfikowane są jako
grainston wapnisty. Mimo, iż pod względem chemizmu skały te są wapieniami,
to genetycznie można uznać je za piaskowce wapniste. Są słabo
zdiagenezowane i mają niską wytrzymałości na ściskanie. Mały stopień
kompakcji powoduje, iż podczas obciążania finalne zniszczenie przesunięte jest
znacznie w czasie w stosunku do innych skał, które charakteryzują typowe
modele emisji akustycznej. W przypadku wapieni piaszczystych, zanim nastąpi
całkowita utrata ciągłości ośrodka skalnego, generowany jest szereg sygnałów
emisji akustycznej, o różnym natężeniu i w różnych odstępach czasowych. Brak
jest jak do tej pory kompleksowej analizy zjawiska emisji akustycznej w tego
typu skałach. Zatem analiza sygnałów emisji akustycznej pozwoli na
wyróżnienie nowych typów emisji towarzyszącej stanom przed- i
poktytycznym, które pozwolą rozszerzyć istniejące dotąd klasyfikacje skał pod
względem emisji akustycznej, o modele wynikające ze specyfiki neogeńskich
skał Roztocza.
16
Aktualny stan i kierunki rozwoju sejsmometrii
górniczej w Polsce
Józef DUBIŃSKI, Grzegorz MUTKE
Główny Instytut Górnictwa, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice
STRESZCZENIE:
W artykule przedstawiono charakterystykę wstrząsów indukowanych
działalnością górniczą w Polsce oraz istotne różnice pomiędzy tymi wstrząsami
a trzęsieniami ziemi pod kątem ich oddziaływania na środowisko
powierzchniowe i ludzi. Analiza dotychczasowej sejsmiczności indukowanej
eksploatacją górniczą w GZW, LGOM i KWB Bełchatów wykazała, że
wstrząsy górnicze nie wywoływały w obiektach budowlanych uszkodzeń
powodujących utratę ich nośności granicznej. Wiele rozwiązań stosowanych w
inżynierii sejsmicznej i sejsmometrii trzęsień ziemi, nie daje możliwości
wiarygodnej prognozy sejsmiczności oraz oceny skutków zagrożenia
sejsmicznego wstrząsami indukowanymi działalnością górniczą.
Opisano aktualny stan badań w zakresie monitorowania, analizy danych
pomiarowych, opracowywania empirycznych relacji tłumienia, prognozowania
sejsmiczności dla projektowanej eksploatacji w określonych warunkach
geologiczno-górniczych oraz oceny intensywności i skutków drgań na
powierzchni wywołanych wstrząsami indukowanymi eksploatacją górniczą w
Polsce. Szczególną uwagę zwrócono na sposoby oceny intensywności drgań
wstrząsów górniczych. Przedstawiono instrumentalną Górniczą Skalę
Intensywności GSI, opracowaną w ostatnich latach dla obszaru GZW i LGOM.
Najbliższe badania powinny prowadzić do opracowania sposobów określania
stanów granicznych uciążliwości oraz użytkowania obiektów budowlanych w
oparciu o stopnie intensywności skal GSI oraz na tej podstawie kryteriów
dopuszczania eksploatacji górniczej. Ważnym elementem prognozy poziomu
drgań dla projektowanej eksploatacji jest amplifikacja drgań przez
przypowierzchniową warstwę niskich prędkości propagacji fali „S”. Wskazano
na pilną potrzebę opracowania jednolitej i wiarygodnej metody wyznaczania
współczynnika amplifikacji drgań dla wstrząsów górniczych. Przedstawiono
założenia metody opartej o wyniki pomiarów prędkości fali sejsmicznej w
warstwach przypowierzchniowych.
17
Attenuation relation for induced seismicity in Main
Anticline and Main Basin (Upper Silesian Coal
Basin)
Aneta GOLIK Maciej MENDECKI
ABSTRACT:
The research goal was determinated a attenuation relation for two different
geological type areas characterized by considerable induced seismicity. Data
from surface seismological station was used for computation. The attenuation
relation called also ground motion prediction equation (GMPE) assess
relationship between ground motion parameters as maximum peak ground
acceleration (PGA) and source parameters: seismic energy and epicentral
distance. In some geological cases a attenuation relation simple models aren’t
appropriate, because of acceleration increase due to subsurface layers. If
overburden layer with appropriate thickness and lithology exists under the
seismological station, amplification is observed. Amplification of acceleration
amplitude as the additional parameter is inserted to propagation equation.
Usually the amplification of vibration appears in the Quaternary sediments
however one cann’t exclude possibility that it can occur in thick sediments of
older age where complicated geological structure is observed.
18
Klasyfikacja formacji skalnych na podstawie ich
zdolności hydraulicznych dla oceny możliwości
ruchu mediów w przestrzeni porowej
Jadwiga JARZYNA, Ha Quang MAN
Środowiska Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
STRESZCZENIE:
Porowatość i przepuszczalność skał silnie zależą od ich cech strukturalnych
i teksturalnych. Parametry te są zwykle trudne do bezpośredniego wyrażenia w
postaci wartości liczbowych, niezbędnego do modelowania przepływu mediów
w ośrodkach porowatych. Wzajemne relacje między parametrami
petrofizycznymi, wstępnie rozpoznane od ponad stu pięćdziesięciu lat, są ciągle
doskonalone dla potrzeb jednostek poszukujących węglowodorów i wody na
świecie. W pracy przedstawiono algorytm klasyfikacji skał oparty na ich
zdolnościach hydraulicznych wykorzystujący parametry zbiornikowe
wyznaczone w laboratorium i pomierzone w wyniku profilowań geofizyki
otworowej. Podział skał na jednostki o różnej zdolności do przepływu wody i
węglowodorów wykonany w pojedynczych otworach rozszerzono na obszar
badania formacji skalnej sejsmiką 2D. Włączono elementy analizy strukturalnej
wykonanej na bazie sejsmiki oraz wstępne rozpoznanie facji. Zastosowano
metody geostatystyczne - Sequence Gaussian Simulation (SGS) oraz Sequence
Indicator Simulation (SIS), a także sztuczne sieci neuronowe (ANN) dla oceny
zdolności trójwymiarowego obiektu skalnego do ruchu w nim mediów
złożowych. Przedstawiony algorytm, opracowany dla potrzeb symulacji ruchu
mediów w przestrzeni porowej skał piaskowcowo-iłowcowych, może być
zastosowany w utworach węglanowych i w formacjach skalnych zbudowanych
z innych typów litologicznych.
19
Medieval Mine Jeroným: Current knowledge from
geomechanical measurements
Zdenek KALÁB, Jaromir KNEJZLÍK, Markéta LEDNICKÁ,
Radovan KUKUTSCH, Robert KOŘÍNEK, Petr ŽŮREK, Eva
HRUBEŃOVÁ
Institute of Geonics of the AS CR, Studentska 1768, 708 00 Ostrava-Poruba
Czech Republic
ABSTRACT:
Geomechanical measurement is performed for stability assessment of
shallow underground spaces of medieval Mine Jeroným (Sokolov District).
Both quarterly and continuous monitoring of several parameters is realized.
Observing of cracks and measurements of convergences are base for this
stability assessment but also other parameters are monitored. Very important
results were obtained from monitoring of mine water level changes. System of
geomechanical measurements is completed with monitoring of seismic loading
of underground spaces.
20
Foundation conditions of structures at undermined
area: Example of evaluation
Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ
Czech Republic
ABSTRACT:
Set of individual geological and petrophysical parameters is possible to
evaluate in many studies for geosciences and constructional purposes.
However, correlation and mutual evaluations of these parameters are very
complicated, especially at undermined areas. Our methodology is based on
compilation of four significant effects: local subsurface geology, level of
underground water, deformation of surface due mining (sinking) and landslides.
Class of foundation conditions is designated according these effects.
Orientation map of foundation conditions, which was elaborated as part of
evaluation of Stonava area (Karviná region), is presented. For detailed
evaluation of foundation conditions it is necessary to use geophysical
prospecting.
21
Influence of local geology on vibrations generated by
traffic
Zdenek KALÁB, Markéta LEDNICKÁ, Robert KOŘÍNEK, Eva
HRUBEŃOVÁ
Czech Republic
ABSTRACT:
This paper summarizes results from experimental seismological
measurements of vibrations generated by traffic. Several different types of
buildings in different types of local geological conditions were used for this
purpose. Obtained results document that common traffic can generate
significant vibrations. According the Czech Technical Standard 73 0040 for
evaluation of technical seismicity effect on buildings; some maximum velocity
values exceed acceptable limit values. Of course, local geology is necessary to
take into account because it has significant influence on values of vibrations
and their characteristics.
22
A feasibility analysis of cost assessment of electricity
400 MW (2 - 200 MW Units) power plant
Wahab KHAIR
CEO, Afghanistan Energy Corporation, 2514 Jefferson David Highway,
Alexandria, VA 22301 U.S.A
Department of Mining Engineering, College of Engineering and Mineral
Resources, West Virginia University, Morgantown, WV 26505-6070 U.S.A.
[email protected]
ABSTRACT:
Coal is the main source of energy for power plants throughout the world
because it is cheaper to use than other raw materials. It is essential for the
economic growth of Afghanistan. To diversify the use of its natural resources;
for example by using coal for power plant and other domestic purposes and
natural gas for heating, fertilizer, export and others. This project presents
opportunities for people of Afghanistan to have electricity in their homes,
increases working hours of people during the night, apply equipment and
machineries, which utilize electricity, provides clean coal for industrial &
public consumption, create wealth, employment, industrial growth and
prosperity for the people of Afghanistan.
The mission of this project is to build a 400 MW Clean-Coal-Fired Power
Plant at Barfak-Kalech. Coal will be extracted from Mines and will be
transported for a short distance, by a belt conveyor, to the coal cleaning /
preparation plant at the mine mouth. The clean coal will be transported to the
power plant by a belt conveyor. The mines are designed initially to produce
more coal than needed by the power plant. The coal preparation plant designed
30% more than the output of the mines to prepare more clean coal for other
purposes other than the use of power plant.
23
The paper will present a detail cost analysis as well as the organization
chart for the 400 MW Clean-Coal-Fired Power Plant, which is briefly layout in
the following figure.
Figure: Process of coal extraction to power plant in a continuous mining method.
24
Prognozowanie prawdopodobieństwa tąpnięcia na
podstawie energii sejsmicznej i czynników
określonych Metodą Rozeznania Górniczego (MRG)
Jerzy KORNOWSKI, Joanna KURZEJA
STRESZCZENIE:
W artykule tym przedstawiamy (warunkowy i przybliżony)
estymator/predyktor prawdopodobieństwa tąpnięcia (i lokalnego zagrożenia
T
(t ) , gdzie
tąpnięciem, ZT(t)) w postaci równania Z T (t )  P1 (l1 )    PN (l N )  Z dyn
T
Z dyn (t ) to – być może „szybkozmienne” prawdopodobieństwo tąpnięcia
prognozowane tylko na podstawie prognozowanych parametrów lokalnego
rozkładu energii sejsmicznej (i statystyki tąpań), natomiast Pi(li) to
„współczynniki wzmocnienia” (zagrożenia) wynikające z warunków lokalnych,
określonych znaną „Metodą Rozeznania Górniczego” (MRG). Wszystkie
T
(t )
składniki estymatora ZT(t) są (w sposób przybliżony) obliczalne (w tym Z dyn
obliczalne „w czasie rzeczywistym”) – co ilustrujemy przykładami – a
wynikowa wartość ZT zawsze spełnia nierówności 0≤ ZT(t) ≤1. W rezultacie
tego „przestrzeń zagrożeń (0 – 1) może być podzielona na segmenty (np. 0-105
-10-4-10-3-1) oznaczone symbolami (np.: A, B, C, D…) i nazwane „stanami
zagrożenia tąpnięciem” – co pozwala użytkownikom „nie przejmować się”
prawdopodobieństwami. Estymator ZT może być interpretowany jako
formalizacja (nieco przekształconej, by otrzymywać liczbowe wyniki) znanej w
polskim górnictwie Kompleksowej Metody (oceny stanu zagrożenia tąpaniami).
Uważamy, że estymator ZT jest naturalny, logicznie spójny i fizycznie
interpretowalny. Dzięki pełnej formalizacji może być łatwo uogólniony,
włączając informację (o zagrożeniu) pochodzącą z innych źródeł/metod.
25
Obrazowanie ognisk pożarów w składowiskach
odpadów z produkcji węgla metodą sondowań
elektroopoorowych
Andrzej KOTYRBA, Łukasz KORTAS, Sławomir SIWEK
STRESZCZENIE:
Składowiska odpadów z produkcji węgla są jednym ze szczególnie
uciążliwych pogórniczych elementów przekształceń środowiska. Zawierają
znaczne ilości węgla i z tego powodu są podatne na spontaniczne
zapożarowanie. Własności elektryczne gruntów odpadowych a w szczególności
węgla silnie zależą od temperatury. Ich pomiar w warunkach „in situ” pozwala
na obrazowanie przestrzenne struktury zapożarowania składowisk. Zależność tę
przedstawiono w niniejszym artykule na przykładzie wyników badań metodą
sondowań elektrooporowych składowiska odpadów, zlokalizowanego w
dawnym wyrobisku gliny na terenie kopalni Bielszowice w Rudzie Śląskiej.
26
Estymacja energii i współczynnika tłumienia bez
lokalizacji źródeł w sejsmoakustyce górniczej
Joanna KURZEJA
STRESZCZENIE:
W pracy przedstawiono najpierw szczegółowy opis związków tak zwanej
energii umownej (EU) – odczytywanej z komputerowego wyjścia systemów
sejsmoakustyki górniczej – ze strumieniem (e*) energii pola falowego w
otoczeniu geofonu. Następnie analizowano warunkowe – zależne od modelu –
związki strumienia e* z ważną w zastosowaniach, energią (E) emisji AE z pola
źródłowego. Szczegółowo przedstawiono względnie prosty estymator energii
emitowanej w określonym przedziale czasu z frontu eksploatowanej ściany, na
podstawie obserwowanych wartości EU, bez lokalizacji źródeł AE.
Przyjęty model i metoda umożliwiły zbudowanie programu, który
rozwiązuje zarówno „proste (symulacyjne) zadanie sejsmoakustyki” (tzn.
oblicza wartości EU gdy dana jest energia E oraz współczynnik γ absorpcji
energii w pokładzie), jak i „odwrotne zadanie sejsmoakustyki” (tzn. oblicza
energię E emitowaną z pola emisji oraz współczynnik γ absorpcji w pokładzie
gdy dane są wartości EU).
To właśnie niewymagający lokalizacji sposób oszacowania energii AE na
podstawie rutynowych obserwacji standardową aparaturą – sposób, który
ponadto umożliwia oszacowanie wartości γ jako dodatkowego wskaźnika
stopnia spękania (a pośrednio i naprężenia) górotworu – czyni przedstawioną
metodę niezwykle wygodną i tanią.
W końcowej części pracy przedstawiono przykładowe wyniki estymacji na
podstawie obserwacji AE z kopalni.
27
Parametry ogniska sejsmicznego i relacje
skalowalności dla nanosejsmiczności (-4.0<MW<0.8) zarejestrowanej w kopalni złota Mponeng,
Republika Południowej Afryki.
Grzegorz KWIATEK1,2, Katrin PLENKERS1, Georg DRESEN1
oraz grupa robocza JAGUARS
1. Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences,
2. Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Warszawa
STRESZCZENIE:
W niniejszej pracy przedstawiamy analizę parametrów ogniska
sejsmicznego i relacje skalowalności dla nanowstrząsów (MW>-4.0)
zarejestrowanych przez sieć sejsmiczną projektu JAGUARS w kopalni złota
Mponeng, Republika Południowej Afryki. Sieć, złożona z trójkomponentowego
akcelerometru (czułość 50Hz-25kHz) i ośmiu sensorów sejsmoaktustycznych
(czułość 700Hz-200kHz) zlokalizowana jest na głębokości 3543m i pozwala na
rejestrowanie zjawisk sejsmicznych w odległości do 300m. Sensory
sejsmoakustyczne zostały skalibrowane in-situ przy pomocy akcelerometru dla
częstotliwości poniżej 25kHz. Zbiór analizowanych danych obejmuje: 1)
aktywność po strzelaniach eksploatacyjnych oraz 2) sekwencję aftershocków
związanych ze zjawiskiem o MW1.9, który wystąpił ok. 30m od sieci.
Zaobserwowaliśmy magnitudy w zakresie od MW -0.8 do -4.0 (promień ogniska
od ~10m do kilku cm). W podanym zakresie obserwujemy stabilną wartość
statycznego spadku naprężeń, oscylującego ok. 10MPa, niezależną od wartości
momentu sejsmicznego. Obliczone wartości naprężeń pozornych wynosza ok.
1MPa i także nie wydają się zależne od momentu sejsmicznego. Obserwujemy
silny wpływ drogi fal i lokalizacji zjawisk na zarejestrowane wartości
parametrów ogniska. Finalym celem tego studium jest sprawdzenie, czy
procesy zachodzące w ognisku zjawisk sejsmicznych o ekstremalnie małych
magnitudach odpowiadają procesom obserwowanym dla silniejszych
wstrząsów.
28
Relacja Gutenberga-Richtera do magnitudy -4.5 dla
sejsmiczności indukowanej w kopalni złota
Mponeng, Republika Południowej Afryki
Grzegorz KWIATEK1,2, Katrin PLENKERS1, Masao NAKATANI3,
Yasuo YABE4, Georg DRESEN1 oraz grupa robocza JAGUARS
1. Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences
3. Earthquake Research Institute, Tokyo, Japan 4. Tohoku University, Japan
STRESZCZENIE:
Celem pracy jest analiza samopodobieństwa rozkładu Gutenberga-Richtera
i progu kompletności katalogu sejsmicznego dla nanowstrząsów
zarejestrowanych przez sieć sejsmiczną projektu JAGUARS w kopalni złota
Mponeng, Republika Południowej Afryki. Sieć, złożona z trójkomponentowego
akcelerometru (czułość 50Hz-25kHz) i ośmiu sensorów sejsmoaktustycznych
(czułość 700Hz-200kHz) zlokalizowana jest na głębokości 3543m i pozwala na
rejestrowanie zjawisk sejsmicznych w odległości do 300m. W pierwszym kroku
akcelerometr posłużył do oszacowania magnitudy momentu sejsmicznego (MW)
dla grupy 135 zjawisk (MW -0.3 do -4.1). Wykorzystano empiryczną relację
pomiędzy obliczonymi magnitudami a energią/momentem sejsmicznym
zarejestrowanym przez sensory sejsmoakustyczne w celu poszerzenia katalogu
do niższych magnitud. Zbiór analizowanych danych obejmował: 1) aktywność
sejsmiczność zarejestrowaną po strzelaniach eksploatacyjnych (80m od sieci)
oraz 2) sekwencję aftershocków związanych ze zjawiskiem o MW1.9, który
wystąpił ok. 30m od sieci. Badane zbiory wstrząsów można opisać relacją
Gutenberga-Richtera bez widocznego odstępstwa od samopodobieństwa
rozkładu w zakresie MW -4.4 do -1.9 dla sekwencji aftershocków oraz
pomiędzy MW -3.5 do -1.5 dla sejsmiczności rejestrowanej po strzelaniach
eksploatacyjnych. Obliczone magnitudy kompletności i wartości b (nachylenia
prostej relacji Gutenberga-Richtera) katalogu wynoszą -4.3 (b=1.26) oraz -3.4
(b=1.17), odpowiednio dla aftershocków i sejsmiczności po strzelaniach
eksploatacyjnych. Różnice w magnitudzie kompletności katalogu
odzwierciedlają różnice w lokalizacji grup zjawisk i zróżnicowane warunki insitu.
29
Kompleksowa analiza ogniska sejsmicznego
z wykorzystaniem systemu FOCI
Grzegorz KWIATEK1,2
1. Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences
STRESZCZENIE:
Rutynowa analiza sejsmiczności indukowanej górniczą aktywnością
człowieka sprowadza się zazwyczaj do obliczania podstawowych parametrów
ogniska sejsmicznego, takich jak lokalizacja wstrząsu oraz magnituda (energia)
wstrząsu. Rozwój technologii, wiedza o procesach zachodzących w ognisku
sejsmicznym a także coraz szersza dostępność specjalistycznego
oprogramowania umożliwia prawie automatyczne obliczenie dodatkowych
parametrów wstrząsu, takich jak tensor momentu sejsmicznego, rozmiar
ogniska, statyczny spadek naprężeń czy naprężenie pozorne. Parametry te
umożliwiają lepsze zrozumienie sejsmiczności, a w konsekwencji redukcję
zagrożenia sejsmicznego badanego obszaru.
System FOCI, rozwijany nieprzerwanie od 2003 roku, jest darmową
aplikacją umożliwiającą analizę ogniska sejsmicznego dla lokalnej
sejsmiczności. Zasadniczym elementem systemu są dwa moduły umożliwiające
inwersję tensora momentu sejsmicznego (mechanizm zjawiska, położenie
płaszczyzn uskokowych, składowe tensora momentu sejsmicznego) oraz
analizę spektralną sygnału (moment, promień ogniska, spadek naprężeń,
energia wyzwolona, naprężenie pozorne). W podstawowej wersji program
umożliwia pełną analizę sygnałów sejsmicznych, zapisanych w otwartym
formacie danych. Stanowi ona znakomitą pomoc dydaktyczną dla studentów
kierunków geofizycznych. Pełna wersja systemu umożliwia dodatkowo
bezpośredni odczyt formatów danych typowo wykorzystywanych
w kopalnianych stacjach sejsmicznych w Polsce. Program cechuje przyjazny
interfejs użytkownika, szybkość i prostota analizy sygnału, a także elastyczność
w wymianie danych między innymi aplikacjami.
30
A study of the clustering properties of mining
induced seismicity
Grzegorz LIZUREK, Łukasz RUDZIŃSKI, Stanisław LASOCKI,
Beata ORLECKA-SIKORA
Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, Ks. Janusza 64, 01-452
Warsaw, Poland
ABSTRACT:
Spatio-temporal dependencies between mining induced events from Rudna
mine with use of equivalent dimension metric and space-time-magnitude metric
are the main aim of this study. Equivalent dimension technique transforms
events location as well as energy and origin time of event into
a multidimensional space of uniformly distributed parameters. The second
metric connects spatial location with fractal parameters of location distribution,
magnitude and origin time of events. In both techniques distances between
events in spatio-temporal dimensions were estimated. The smaller distance
indicates the stronger link between events. According to this feature, families of
the most connected events were discovered with use of both techniques. Within
those families earlier event has some closely related descendants in considered
space.
Then we search for the possible physical mechanism of the identified
clustering. For this purpose we consider the coseismic stress changes caused by
mining induced seismic events. The earlier studies of seismicity in Rudna mine
shown that the static stress transfer can participate in the seismic generation
process in this area.
This work was prepared within the framework of the research project No.
N N307234937, financed by the Ministry of Education and Science of Poland
during the period 2009 to 2011
31
Analiza możliwości detekcyjnych metody GPR dla
zmiennej geometrii układu pomiarowego
Henryk MARCAK, Tomisław GOŁĘBIOWSKI
Środowiska Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
STRESZCZENIE:
Standardową na dzień dzisiejszy techniką pomiarową stosowaną
w metodzie georadarowej (GPR) jest stało-offsetowe profilowanie refleksyjne.
Badania takie prowadzi się w większości przypadków z polaryzacją układu
pomiarowego prostopadłą do linii profilowej. Pomiary zmienno-offsetowe w
metodzie GPR prowadzi się w większości przypadków dla analizy rozkładu
prędkości w badanym ośrodku.
W literaturze światowej coraz częściej spotyka się wyniki testów
prowadzonych dla zmiennej geometrii układu pomiarowego, tzn. zmiennej
polaryzacji układu anten pomiarowych jak również wyniki badań
z zastosowaniem zmiennego offsetu pomiędzy antenami pomiarowymi.
Pomiary takie wykonuje się dla georadarowych badań refrakcyjnych, analiz
PAVO, przy określaniu kierunkowości anomalii i in. W artykule autorzy
przeprowadzili dyskusje możliwości i ograniczeń stosowania pomiarów
zmienno-polaryzacyjnych i zmienno-offsetowych w metodzie GPR dla
wybranych zagadnień z zakresu geofizyki inżynierskiej i środowiska.
W Katedrze Geofizyki, na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony
Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie od wielu lat
prowadzone są testy nad zastosowaniem badań georadarowych ze zmienną
geometrią układu pomiarowego w detekcji anomalii o rozkładzie
stochastycznym w ośrodku geologicznym jak również w badania skażeń
płynnych migrujących w ośrodku gruntowo-wodnym. W artykule
przedstawiono wybrane wyniki z tych badań.
32
Analiza mechanizmów wstrząsów górniczych
występujących na obszarze Legnicko-Głogowskiego
Okręgu Miedziowego
Paweł URBAN, Paweł WIEJACZ, Bogusław DOMAŃSKI
Instytut Geofizyki PAN, ul. Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa
STRESZCZENIE:
Rejon eksploatacji górniczej prowadzonej na obszarze LegnickoGłogowskiego Okręgu Miedziowego (LGOM) charakteryzuje się znaczną
aktywnością sejsmiczną górotworu indukowaną działalnością górniczą.
Przejawia się to występowaniem licznych wstrząsów górniczych w przedziale
od bardzo słabych energetycznie do bardzo silnych z magnitudą powyżej 4.
Cała podstawowa wiedza na temat wstrząsów i sejsmiczności (lokalizacja
ognisk, energia sejsmiczna, parametry źródła, mechanizmy ogniska, ocena
stanu zagrożenia, itp.), związana jest z wprowadzeniem i rozwojem sejsmologii
i sejsmometrii we wszystkich kopalniach rud miedzi w LGOM-ie. Powszechnie
wiadomo, że w wyniku eksploatacji górniczej obserwuje się 2 główne typy
wstrząsów. Pierwszy to wstrząsy bezpośrednio związane z eksploatacją
górniczą, wywołane powstawaniem spękań i rozłamów w wyrobiskach
górniczych, a drugi typ to zjawiska związane z regionalnym polem naprężeń,
wywołane
przemieszczeniami
wzdłuż
nieciągłości
geologicznych,
uaktywnionych pracami górniczymi. Nowoczesna aparatura sejsmologiczna
umożliwiła określenie modeli ognisk wstrząsów górniczych nazywane
mechanizmem ognisk. Analiza mechanizmu ognisk wstrząsów górniczych daje
możliwość uzyskania szerszych informacji o procesach zachodzących w
ognisku wstrząsów. Na podstawie takiej analizy możliwe jest wyznaczenie
obszarów o dominującym typie mechanizmu ogniska, oraz skorelowanie tych
obszarów z istniejącymi w pobliżu strukturami tektonicznymi i budową
geologiczną. W pracy przedstawiono wyniki analizy mechanizmów 459
zdarzeń z oddziałów G-1, G-3 i G-24 na obszarze Zakładów Górniczych
„Rudna”. Analiza wstrząsów górniczych pozwoliła wydzielić obszary
o dominującym typie mechanizmu oraz została podjęta próba ich korelacji
z warunkami geologiczno-górniczymi i tektoniką LGOM.
Praca finansowana w ramach projektu nr N N307234937 finansowanego przez
Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego na okres 2009-2011.
33
Zastosowanie metody obrazowania oporu
i polaryzacji wzbudzonej do rozpoznania zasięgu
głębokościowego iłów środkowojurajskich
w Zawierciu-Blanowicach
Jolanta PIERWOŁA, Anna HADA, Jarosław BADERA
STRESZCZENIE:
Celem badań jest rozpoznanie budowy geologicznej skał środkowej jury
w sąsiedztwie kuesty górnojurajskiej w rejonie Zawiercia, a w szczególności
wyznaczenie miąższości serii ilastej oraz określenie morfologii stropu
piaskowca kościeliskiego stanowiącego jej podłoże. Pomiary geoelektryczne
wykonane zostały w północnej części Zawiercia, w sąsiedztwie kopalni
surowca ceramicznego eksploatującej złoże Blanowice C. Żadne z wierceń
dokumentujących złoże nie osiągnęło stropu piaskowca. Jego głębokość
oszacowana została na podstawie punktowego odsłonięcia w południowowschodnim narożu odkrywki oraz danych z sąsiedniej, znajdującej się
w odległości kilkuset metrów na SE, kopalni Blanowice B. Za spąg warstw
ilastych w dokumentacji złoża przyjęty został poziom +91m w lokalnym
układzie odniesienia, jednak istnieją przesłanki wskazujące na to, że miąższość
poziomu ilastego może być wyższa. Wcześniejsze badania, prowadzone w
formie sondowań oporu, nie pozwoliły na jednoznaczne określenie zasięgu
głębokościowego występowania iłów oraz odtworzenie morfologii stropu
piaskowca kościeliskiego, dlatego przeprowadzone zostały 3 ciągi obrazowania
oporu i polaryzacji wzbudzonej: pierwszy o długości 300m i rozciągłości NESW, drugi o długości 160m i przebiegu W-E oraz trzeci o długości 400 i
przebiegu zbliżonym do N-S. Pomiary prowadzone z wykorzystaniem rozstawu
Schlumbergera i dipolowego pozwoliły na uzyskanie rozpoznania do
głębokości około 60 m. Uzupełnienie pomiarów elektrooporowych o pomiary
ładowalności pomogło w wyznaczeniu spągu iłów. Uzyskana z przekrojów
geoelektrycznych powierzchnia stropu piaskowca kościeliskiego w rejonie
badań charakteryzuje się znaczną zmiennością morfologiczną, zaś miąższość
iłów rośnie w kierunku północnym.
34
Symultaniczne pomiary prędkości fali podłużnej oraz
procesów deformacji sprężystej skał w warunkach
trójosiowego ściskania w wysokich ciśnieniach
i temperaturze.
Joanna PINIŃSKA, Artur DZIEDZIC
Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Al. Żwirki i Wigury 93,
02-089 Warszawa
STRESZCZENIE:
Metody geofizyczne oparte na rejestracji zmian prędkości propagacji fal
w ośrodkach skalnych są podstawowym narzędziem ustalania granic
litologiczno-strukturalnych w profilu pionowym skorupy ziemskiej. Wraz z
głębokością i wzrastającym ciśnieniem oraz temperaturą zmienia się jednak
gęstość ośrodka, a w konsekwencji także właściwości sprężyste skał. Na
większych, niedostępnych do bezpośrednich obserwacji głębokościach,
utrudniona jest więc transformacja wyników badań geofizycznych na treść
geologiczną. Istotne są zatem informacje jak przebiegają trendy zmian gęstości
ośrodka skalnego, a w ślad za tym prędkości fali sprężystej w zależności od
warunków ciśnieniowo-temperaturowych oraz cech litogenetycznych skały.
Odpowiedź na to pytanie uzyskać można na drodze badań laboratoryjnych
w komorach wysokiego ciśnienia i temperatury.
W Zakładzie Geomechaniki UW uruchomiono stanowisko do badań
trójosiowego ściskania w komorze wysokociśnieniowej z równoczesnym
pomiarem prędkości ultradźwiękowej fali podłużnej (Vp) na całej ścieżce
obciążenia, w zmiennych warunkach ciśnienia i temperatury symulujących
warunki górotworu do około 3,5 km głębokości. Aparatura, zintegrowana
z elektronicznym systemem sterująco-rejestrującym prasy sztywnej MTS-815,
umożliwia symultaniczny zapis pomiarów prędkości fali z dużą dokładnością w
relacji do wzrastającego naprężenia. Rejestracja przebiegu ścieżek deformacji
osiowych, obwodowych i objętościowych wraz ze ścieżką zmian wartości Vp
umożliwia ustalenie relacji między zmianami gęstości, cech sprężystych oraz
prędkością falową na istotnych progach deformacji, ze szczególnym
uwzględnieniem tzw. progu dylatancji właściwej (makropękania) wskazującego
na trwałe i nieodwracalne uszkodzenia strukturalne ośrodka skalnego.
35
Z przeprowadzonych badań wynika, że prędkości fali podłużnej w zakresie
ciśnień i temperatur od warunków atmosferycznych do 90 MPa i 120oC
w komorze wzrasta o ponad 100% (piaskowce ciężkowickie) a maksymalne
zwiększenie gęstości sięgać może około 3%. Podatność skał na zmienne
warunki ciśnienia i temperatury jest jednocześnie zależna od rodzaju skały i jej
litogenezy, gdyż w wylewnych skałach magmowych (bazalty sudeckie)
w podobnych warunkach stwierdzono niewielki, około 4% wzrost prędkości
fali przy jednoczesnej zmianie gęstości rzędu 0,5%. Dane te wskazują, że
w podatnych na kompakcję skałach okruchowych, które reagują znacznie silniej
na zmiany warunków termiczno-ciśnieniowych, na dużej głębokości może
dochodzić do bardzo znacznego wzrostu prędkości fali, pozornie
nieadekwatnego do ich litologii.
36
Some results of the joint inversion of Pg/Sg waves
generated by quarry blasts, deep coal mining induced
and tectonics events
Bohuslav RŮŽEK1, Jan ZEDNÍK1, Petr JEDLIĈKA1, Karel
HOLUB2, Jana RUŃAJOVÁ2, Oldrich NOVOTNÝ3
1)
Geophysical Institute AS CR, Boční II/1401, 141 31 Praha 4, Czech Republic,
Institute of Geonics AS CR, Studentská 1708, 708 00 Ostrava, Czech
3)
Republic,
Dep. of Geophysics, Charles University, V Holešovičkách 2,
180 00 Praha 8, Czech Republic.
2)
ABSTRACT:
Our contribution presents some partial results at the beginning stage of
seismic experiments carried out on the territory of northern Moravia and
Silesia which is limited roughly by coordinates 16˚E-19˚E and 49˚N- 51˚N.
The purpose of these experiments was aimed at the compilation of
a seismological model of the upper most part of the Earth´s crust using database
of recordings observed mainly at two types of seismic stations, i.e. seismic
stations belonging to the Czech Regional Seismological Network and
temporary mobile seismic stations. As the sources of seismic waves quarry
blasts and seismic events induced by deep coal mining in the Ostrava-Karviná
Coal Basin and local tectonic events were used. Moreover, current database was
amplified by data from former international seismic experiments Celebration
2000 and Sudetes 2003. Recording the quarry blasts and induced seismic events
by a number of seismic stations enabled us to compile a simple 1 D layered
velocity model of the upper-most crust of the region. Based on the analysis of
velocity distribution it was documented that velocities of Pg and Sg increase
from about 5.9 km/s and 3.3 km/s at the surface to about 6.1 km/s and 3.5 km/s
at the depth about 11 km, respectively.
37
Zależność pomiędzy tensorem spękań i tensorem
prędkości występująca dla różnych typów skał
Iwona STAN-KŁECZEK
STRESZCZENIE:
Szczelinowatość skał skorupy ziemskiej jest jednym z głównych
czynników determinujących właściwości fizyczne masywów skalnych. Losowo
zorientowane spękania występują w masywach skalnych znacznie rzadziej niż
zespoły spękań o wyróżnionej orientacji. Ukierunkowanie spękań może być
związane z warunkami w jakich powstawała skała lub może być wynikiem
procesów zachodzących w historii geologicznej masywu. Efektem
uprzywilejowania pewnych kierunków jest anizotropia właściwości sprężystych
masywu, w szczególności anizotropia prędkości fal sejsmicznych
charakteryzująca się tym, że prędkość fal w kierunku prostopadłym do biegu
spękań jest mniejsza niż w kierunku równoległym. Określenie zależności
pomiędzy anizotropią spękań a anizotropią prędkości fal sejsmicznych możliwe
jest dzięki zastosowaniu rachunku tensorowego. Umożliwia on uwzględnienie
zarówno geometrii, jak i orientacji spękań przez wprowadzenie tensora spękań,
którego składowe zależą od obu tych czynników. Rachunek tensorowy można
zastosować również do opisu kierunkowych rozkładów prędkości fal
sejsmicznych. Tensory prędkości, wyznaczone na podstawie pomiarów
prędkości fal, odwzorowują anizotropię sejsmiczną i pozwalają obliczyć
prędkość w dowolnie wybranym kierunku. W masywach spękanych tensory
prędkości wykazują związek z tensorami spękań. W prezentowanej pracy
zbadano związek pomiędzy anizotropią prędkości fal sejsmicznych
a szczelinowatością dla różnych typów skał i określono zależności występujące
pomiędzy tensorem spękań i tensorem prędkości przy różnej liczbie i orientacji
głównych systemów spękań.
38
Mechanizm ognisk wstrząsów niezbędnym
elementem poznania procesu zniszczenia wyrobiska
Krystyna STEC, Jan DRZEWIECKI
STRESZCZENIE:
Zagrożenie tąpaniami w danym polu eksploatacyjnym determinowane jest
szeregiem czynników naturalnych i technicznych, z których dominujące to
parametry wytrzymałościowe węgla i skał otaczających oraz wielkości
naprężeń w ich sąsiedztwie wywołanych eksploatacją dokonaną i prowadzoną
w pokładzie i pokładach sąsiednich. Zamieszczone w artykule analizy miały na
celu poznanie mechanizmu zniszczenia wyrobiska górniczego zainicjowanego
wstrząsem sejsmicznym będącego konsekwencją dokonań górniczych.
W kopalni „Rydułtowy-Anna” podczas eksploatacji prowadzonej w 2008 roku
w pokładzie 713/1-2 i 712/1-2 występowały liczne wstrząsy górotworu, z których
najsilniejsze powodowały skutki w wyrobiskach dołowych. Mając powyższe na
uwadze Kopalnia przed uruchomieniem kolejnej ściany w tym rejonie,
zrealizowała szereg rozwiązań techniczno-organizacyjnych z zakresu
profilaktyki tąpaniowej. Pomimo tych zabiegów już w początkowej fazie biegu
ściany zarejestrowano silne zjawiska sejsmiczne. Wstrząs, jaki nastąpił w dniu
24.03.2010r. o godz. 742’15” i energii 2106J, spowodował tąpnięcie w pochylni
II-1200-E2 będącej chodnikiem nadścianowym ściany Ia-E-E2 (rys1).
Wielkość i zasięg skutków w pochylni zadecydowały o zatrzymaniu
eksploatacji. Ponowne uruchomienie robót górniczych w ścianie
uwarunkowane było wyjaśnieniem zaistniałego tąpnięcia, a zarazem także
innych wysokoenergetycznych zjawisk sejsmicznych, jakie miały miejsce
pomimo małego poziomu zaawansowania robót eksploatacyjnych. W związku z
tym, zostało przeprowadzonych szereg analiz geomechanicznych dotyczących
określenia warunków geologiczno-górniczych i parametrów wytrzymałościowych węgla eksploatowanego pokładu oraz skał otaczających, pod kątem
możliwości generowania energii. Określono tąpliwość górotworu, rozkład sił
obciążających strop pokładu oraz deformacje mocnej warstwy piaskowca
zalegającej w stropie pokładu z uwzględnieniem zrealizowanej aktywnej
profilaktyki tąpaniowej.
39
Rys. 1. Szkic zaawansowania robót eksploatacyjnych w pokładzie 713/1-2
z zaznaczeniem lokalizacji ognisk wstrząsów o energii sejsmicznej > od 1104 J.
W zakresie analiz geofizycznych opracowano mechanizmy najsilniejszych
wstrząsów, jakie zarejestrowano w rejonie objętym wpływami eksploatacji.
Analizowane wstrząsy charakteryzowały się mechanizmami zarówno
ścinającym jak i eksplozywnym. Do pierwszej grupy należały wstrząsy
występujące w wyniku pęknięcia uginanych warstw sprężystych
nad
obszarami wytworzonych zrobów ścian II-E-E2 oraz I-E-E2. Drugą grupę
stanowiły wstrząsy o ogniskach tożsamych z strefą eksplozywnego rozpadu
pokładu, w którym uległ on nagłemu dociążeniu czyli otrzymał energię udaru
powodującą jego lokalny dynamiczny rozpad, co skutkowało zniszczeniem
wyrobiska. Przyczyną dociążenia pokładu mogło być przemieszczenie warstw
stropowych powodujących zniszczenie fragmentów „podłoża” utrzymującego
je w równowadze na wskutek utraty odporności. Wystąpienie tego typu
procesów mogło być następstwem lokalnej destrukcji pokładu jak i warstw
stropu i spągu zachodzącej w wyniku rozpoczętej eksploatacji ścianą Ia-E-E2
jak również dokonanej w jej rejonie profilaktyki (strzelania odprężające i
torpedujące).
40
Properties of Microseisms at Frontier of Rockburst
Records
Krzysztof P. TEISSEYRE
Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, ul. Księcia Janusza 64,
01-452 Warszawa, e-mail: [email protected]
ABSTRACT:
The data used from the stations Ojców and Książ concern the records
obtained from the rotation seismometers sets. Each such outfit consists of four
horizontal seismometers: two NS- oriented and two SW ones). Such system
permits to isolate rotational components of the seismic oscillations: rotation or
spin, and twist (shear motions). The derived spin and twist signals show some
inter-correlations. According to theoretical studies, their direct conformance is
expected to occur during a fracture process. Correlations may also appear,
however, just before an event - in this case we expect the direct correlations and
those involving the  / 2 or   phase shifts between the spin and twist. The
concerned episodes may contain several or tens of the wave oscillations.
We present in this paper some discovered correlations just before the event
(microseism domain) in the selected frequency bands. Special attention is paid
to two rockburst events recorded simultaneously on the both seismological
stations. The research on local earthquakes has led to similar, although more
clear results.
41

GEOFIZYKA W GEOLOGII i GÓRNICTWIE

Transkrypt

Podobne dokumenty

Diagnostyczne minerały – diagram spękań

Projekt LOFRES – sejsmika pasywna LFS z wykorzystaniem szumu

SEJSMIKA MORSKA - Wydawnictwo Libron

Znamy support Coal Chamber!

Rafał Kobyłecki