Badania deformacji i procesów geodynamicznych metodą obrazowania elektrooporowego

Transkrypt

1 Mat. Symp. str 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: , 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

2 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 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 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

3 Rys Położenie profili obrazowania elektroporowego i wierceń geologicznych w rejonie badań Fig Localisation of resistivity imaging profiles and geological driling in the investigation region Rys Profile geologiczne wierceń na osuwiskach w Jodłówce i Śliwnicy Fig Geological profiles on landslides at Jodłówka and Śliwnica W badanych rejonach równolegle prowadzono prace kartograficzne w ramach których wykonano wiercenia geologiczne. 481

4 M. HONCZARUK, T. STĘPNIAK Badania deformacji i procesów geodynamicznych metodą 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 Przekrój geoelektryczny przez rejon osuwiska w Śliwicy k/ Dubiecka po szóstym kroku modelowania inwersyjnego Fig Geoelectrical cross-section through the Śliwica landslide near Dubiecko after sixth step of modeling 482

5 Rys Przekrój geoelektryczny przez rejon osuwiska w Jodłówce k/ Pruchnika po szóstym kroku modelowania inwersyjnego Fig 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 Budowa geologiczna osuwiska w Śliwicach k/dubiecka na podstawie badań metodą obrazowania elektrooporowego Fig The geological structure the Śliwica landslide near Dubiecko on the basis of resistivity imaging investigations 483

6 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. 7. Wnioski Rys Budowa geologiczna osuwiska w Jodłówce k/pruchnika na podstawie badań metodą obrazowania elektrooporowego. Fig The geological structure the Jodłówka landslide near Pruchnik on the basis of resistivity imaging investigations. 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

7 Literatura [1] Gucik S., Wójcik A., Ślączka A., Żytko K. 1980: Mapa geologicznej Polski w skali 1 : arkusz Przemyśl, Kalników, wersja B. Mapy podstawowe 1 : ark. Kańczuga, ark. Pruchnik, Państw. Inst. Geol., Warszawa. [2] Gucik S., Wójcik A. 1982: Objaśnienia do mapy geologicznej Polski w skali 1 : 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, [4] Loke M. H. 1999: Interpretation software RES2DINV & RES3DINV ver 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, 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