Badanie zjawisk elektromagnetycznych występujących na osuwiskach

Transkrypt

1 Badanie zjawisk elektomagnetycznych występujących na osuwiskach Kzysztof Maniak Wocław 007 1

2 Składam podziękowania mojemu Pomotoowi d. hab. inż. Andzejowi Pałatowi. Chcę też podziękować Panom d inż. Gzegozowi Beziukowi oaz mg. inż. Stanisławowi Wójtowiczowi za nieocenioną pomoc w opacowaniu i wykonaniu apaatuy pomiaowej, jak ównież za udział w pzepowadzonych pacochłonnych pomiaach teenowych. Odębne podziękowania chciałbym złożyć fimom i instytucjom, któe umożliwiły mi wykonanie pomiaów na teenach osuwiskowych będących pod ich zaządem. W kolejności alfabetycznej są to: - Ekologiczne Centum Utylizacji w Jaoszowie - Slovenskie Magnezitove Zavody sp. z.o.o. w Jelšawie (Republika Słowacka) - Stacja Naukowo - Badawcza Instytutu Geogafii i Pzestzennego Zagospodaowania Polskiej Akademii Nauk w Szymbaku - Wydział Gospodaki Komunalnej i Ochony Śodowiska Uzędu Miasta w Nowym Sączu Kzysztof Maniak

3 Spis teści: Wykaz oznaczeń Wpowadzenie...8. Definicja poblemu podstawowe pojęcia i metody badawcze Źódła i mechanizmy geneacji emisji elektomagnetycznej osuwisk Mechanizmy geneacji samoistnych pól elektomagnetycznych z osuwisk Stanowisko laboatoyjne do badania emisji elektomagnetycznej fakcji osuwisk Badania emisji elektomagnetycznej wybanych fakcji osuwisk Badanie póbek piaskowca Badanie póbek dolomitu szaego Badanie póbek magnezytu Badanie póbek żwiu i piasku Badanie póbek piasku i iłu Podsumowanie Popagacja fali elektomagnetycznej w ośodkach Dipol magnetyczny umieszczony w pzestzeni swobodnej Dipol magnetyczny umieszczony w jednoodnym ośodku półpzewodzącym Padanie fali elektomagnetycznej na ganicę dwóch ośodków Metody i systemy pomiaowe System pomiaowy do badania natualnej emisji elektomagnetycznej osuwisk Układ do pomiaów elektoopoowych Układ do pomiau impedancji wzajemnej układu anten w konfiguacji koplananej Układ do pomiau potencjałów własnych na osuwiskach Pomiay samoistnej emisji zmiennych pól magnetycznych na obszaach osuwisk Lokalizacja badanych osuwisk Oganizacja i sposób powadzenia pomiaów

4 6.3. Pomiay na osuwisku Kawioy w Szymbaku koło Golic Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Teesa Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Witold Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Wojciech Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Lesław Pomiay na osuwisku Falkowa w Nowym Sączu Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O Pomiay osuwiska skalnego w miejscowości Jelsǎva Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J Pomiay na osuwisku Halina w Jaoszowie Rejestacja natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietów pomiaowych Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu B Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu B Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu B Pomiay elektoopoowe Sondowanie elektoopoowe wzdłuż odwietu B Sondowanie elektoopoowe wzdłuż odwietu B Sondowanie elektoopoowe wzdłuż odwietu B Pomiay ezystywności pozonej układem anten w konfiguacji koplananej Pomiay ozkładu potencjałów własnych na obszaze osuwiska Pomiay pzemieszczenia epeów Podsumowanie pac pomiaowych Zakończenie Wykaz liteatuy Dodatek Dokumentacja fotogaficzna aktywności osuwiska Halina w Jaoszowie

5 Wykaz oznaczeń A magnetyczny potencjał wektoowy B wekto indukcji magnetycznej c = [m/s] pędkość światła C pojemność kondensatoa d odległość geometyczna Δd pzemieszczenie wastw osuwiska e ładunek elementany 1, [C] E pole elektyczne f częstotliwość f 0 częstotliwość śodkowa f d częstotliwość dolna ganiczna, 3 [db] f g częstotliwość góna ganiczna, 3 [db] Δf = f g f d pasmo pzenoszenia f ez częstotliwość ezonansowa F siła g głębokość h wysokość h sk wysokość skuteczna anteny H pole magnetyczne H, H ϕ H θ składowe pola magnetycznego w układzie współzędnych sfeycznych H x, H y, H z składowe pola magnetycznego w układzie współzędnych katezjańskich I natężęnie pądu elektycznego J C gęstość pądu elektycznego 5

6 J V gęstość pzepływu stumienia cieczy k wekto falowy k B = 1, [J/K] stała Boltzmana K U wzmocnienie napięciowe l długość L indukcyjność cewki m dipolowy moment magnetyczny n koncentacja jonów w elektolicie N liczba impulsów p ciśnienie p elektyczny moment dipolowy P wekto polayzacji elektycznej (polayzacja) PEE Pulsed Electomagnetic Emission PVEP zob. PEE q ładunek elektyczny Q doboć obwodu, cewki pomień okęgu, odległość punktu obsewacji od źódła fali elektomagnetycznej R ezystancja S powiezchnia SEM siła elektomotoyczna SEM A siła elektomotoyczna wytwozona w antenie t czas, tempeatua T okes U napięcie W enegia 6

7 V potencjał elektyczny v pędkość liniowa v P pędkość pełznięcia osuwiska z liczba zwojów Z impedancja Z 0 = 10π [Ω] impedancja wzajemna układu anten w wolnej pzestzeni Z W impedancja wzajemna układu anten α kąt γ liczba falowa ośodka Γ współczynnik odbicia ε pzenikalność elektyczna ε 0 pzenikalność elektyczna póżni 1/(4π ) [F/m] ζ potencjał elektokinetyczny η lepkość cieczy λ długość fali μ pzenikalność magnetyczna μ 0 pzenikalność magnetyczna póżni 4π 10-7 [H/m] π = 3, Π paamet poowatości ośodka ρ ezystywność pozona σ konduktywność τ stała czasowa χ podatność elektyczna ω pulsacja 7

8 1. Wpowadzenie Badanie osuwisk jest częstym i istotnym pzedmiotem pac podejmowanych głównie pzez geofizyków i geologów. Działania te wynikają z faktu znacznego zagożenia osiedli mieszkalnych i innej infastuktuy człowieka aktywnością usytuowanych w ich pobliżu osuwisk. Nie sposób bowiem na obecnym poziomie wiedzy dotyczącej ozwoju i dynamiki osuwisk okeślić dostatecznie dokładnie czasu i miejsca, w któym nastąpi osunięcie. Istnieją oczywiście specyficzne czynniki spzyjające ozwojowi osuwisk, takie jak budowa geologiczna teenu, ozpływ wód podziemnych, sezonowa intensywność opadów atmosfeycznych itp. Czynniki te w pzypadku aktywnych osuwisk są cyklicznie monitoowane. Nadal jednak poszukiwane są nowe metody badawcze mogące stanowić wiaygodne zwiastuny aktywności osuwisk. Poblem związany z zagożeniem aktywnością osuwisk stał się szczególnie istotny w naszym kaju po seii intensywnych opadów oaz powodzi, któe wystąpiły w 1997 oku i później [88]. Wtedy to uaktywniło się i odnowiło wiele osuwisk, szczególnie w województwach południowo-wschodniej Polski. W egionie tym występuje największa liczba osuwisk. Bezpośednim następstwem tych zdazeń było wystąpienie szeegu osunięć, powodując znaczne staty mateialne w indywidualnych gospodastwach oaz poważną degadację sieci dóg i innej infastuktuy publicznej. Z pespektywy lat okazało się jednak, że o wiele goźniejsze w skutkach są osuwiska, w któych w wyniku znacznego nawodnienia i wypłukania wastw wewnętznych została nauszona ich stabilność. Osuwiska te uaktywniają się w sposób pzypadkowy, głównie po większych opadach atmosfeycznych, stanowiąc ciągłe zagożenie do dziś. W celu ozwiązania poblemu zagożeń ze stony osuwisk lub pzynajmniej znacznej jego minimalizacji w 001 oku uuchomiono ogólnopolski pogam ządowy o nazwie Ochona Pzeciwosuwiskowa. W amach pogamu pzeznaczono znaczne śodki pieniężne na pace związane z badaniem, monitoowaniem oaz zabezpieczeniem osuwisk. Pogamem objęto też pojekty działań związanych z likwidacją szkód spowodowanych pzez aktywność osuwisk. Głównie były to pace związane z napawą, zabezpieczeniem i pzebudową dóg, oceną pzydatności oaz ewentualnym emontem budynków uszkodzonych pzez osunięcia. Równolegle w latach zealizowany został międzynaodowy pogam badawczy ALARM (Assesment of Land Risk and Migation in the Mountain Aea), mający za zadanie wypacowanie skutecznych metod zapobiegania i wczesnego infomowania o zagożeniu osuwiskowym [65]. W pacach bały udział zespoły naukowców z Polski, Fancji i Włoch. Całość badań finansowano ze śodków V Pogamu Ramowego Unii Euopejskiej i KBN. Obecnie w Polsce w pacach związanych z badaniem i monitoowaniem osuwisk stosuje się głównie tadycyjne, wykozystywane od lat metody geofizyczne, takie jak wgłębne pofilowanie inklinometyczne oaz pomia pzemieszczenia sieci stałych epeów powiezchniowych umieszczonych na stoku badanego osuwiska. Wymienione metody, szczególnie metoda inklinometyczna, posiadają niewątpliwe zalety, do któych należy zaliczyć jednoznaczność i pewność intepetacji wyniku pomiau. Jako główną wadę tych metod można wskazać długotwałość cyklu pomiaowego, sięgającego niekiedy kilku miesięcy. Ponadto nie jest możliwe pzy ich pomocy ciągłe monitoowanie zachodzących wewnątz osuwiska pocesów geodynamicznych, a tylko cykliczny pomia pzemieszczenia wybanych punktów wewnątz i na powiezchni osuwiska. epe stabilizowany punkt wysokościowej osnowy geodezyjnej, dla któego wyznaczono wysokość w pzyjętym układzie odniesienia 8

9 Równocześnie wykozystywane są nowe metody, dotychczas nie stosowane w geofizyce lub stosowane w paktyce badawczej, a nie wykozystywane do monitoowania osuwisk. Pzykładem może być znaczny w ostatnich latach wzost zainteesowania metodami geoadaowymi GPR, jak i technikami śledzenia pzemieszczeń osuwisk wykozystującymi system GPS. Nowe metody badawcze są o tyle cenne, że w pzeciwieństwie do większości tadycyjnych metod geofizycznych, umożliwiają ciągłe monitoowanie osuwiska. Na podstawie otzymanych wyników i dzięki zastosowaniu odpowiednich modeli i algoytmów możliwe jest typowanie z óżnym skutkiem miejsca i czasu wystąpienia zachwiania stabilności stuktuy osuwiska, co jest częstym początkiem (pekusoem) pocesu osuwiskowego. Paktyka pokazuje, że tego typu podejście w pognozowaniu aktywności osuwiska jest niewystaczające. Poszukuje się więc kolejnych metod, umożliwiających ciągłe śledzenie ozwoju i zmian pocesów zachodzących wewnątz osuwisk. Jak dotąd poblem ten nie został zadowalająco ozwiązany, pozostając nadal otwatym. Uznać należy więc poblem badania osuwisk za istotny i wat podjęcia na łamach ozpawy doktoskiej, mając na uwadze zapoczątkowane ostatnio w Czechach i Niemczech badania samoistnej emisji pól elektomagnetycznych z osuwisk [6-14,,31-3,41,45-46,49, 101,109]. Wyniki tych pac zapezentowano w dalszej części ozpawy. Auto w swych badaniach podjął się zadania ejestacji i analizy natualnych pól elektomagnetycznych, obecnych na obszaach występowania osuwisk, dążąc na tej podstawie do wskazania miejsc możliwej niestabilności osuwiska. Działania te zostały popzedzone ozpoznaniem chaakteu samoistnych pól elektomagnetycznych związanych z aktywnością osuwisk. Wykozystano w tym celu infomacje zawate w dostępnej liteatuze oaz badania własne autoa. Pace związane z badaniem samoistnych pól elektomagnetycznych na teenach osuwisk można uznać w Polsce za pionieskie. Również na świecie niewielu badaczy podejmuje tematykę badań pól elektomagnetycznych na obszaach osuwisk. Powszechnie natomiast powadzone są badania emisji elektomagnetycznej skał poddanych napężeniom mechanicznym, co paktycznie wykozystywane jest od lat w sejsmologii oaz gónictwie jako zwiastun spodziewanej aktywności tektonicznej. W pzypadku osuwisk o jednolitej budowie skalnej lub osuwisk o mieszanej budowie guntowo-skalnej, zjawisko emisji elektomagnetycznej ze skał wskazywane jest jako dominujące w ejestowanej wypadkowej samoistnej emisji pól elektomagnetycznych. Rejestacja pól elektomagnetycznych o małych natężeniach, związanych z aktywnością osuwisk, wymaga ozwiązania szeegu poblemów wynikłych ze specyfiki pomiau słabych sygnałów w obecności silnych sygnałów zakłócających. Ponadto konstukcja mechaniczna uządzenia musi zapewnić długotwałą eksploatację, twałość i hemetyczność sondy pomiaowej, wpowadzanej do odwietów wypełnionych zazwyczaj wodą. Paca złożona jest z pięciu zasadniczych części. W ozdziale dugim auto dokonał na podstawie dostępnych pozycji liteatuy pzeglądu dotychczasowego stanu badań osuwisk, w któych wykozystano zjawisko samoistnej emisji pól elektomagnetycznych. Pzedstawiono też inne, obecnie powszechnie stosowane w badaniach osuwisk, metody geotechniczne i geoelektyczne jak ównież nowoczesne metody geoadaowe oaz wykozystujące system GPS. Zapezentowane zostały też pzykładowe, stosowane pzez badaczy, systemy służące do pomiaów i ejestacji pól elektomagnetycznych natualnego pochodzenia. W ozdziale tzecim podjęto, na podstawie pezentowanych w liteatuze badań i ozważań teoetycznych, póbę wytłumaczenia mechanizmu geneacji badanych natualnych pól elektomagnetycznych z osuwisk. Jednak pełne i wyczepujące wyjaśnienie tych zjawisk wymaga kompleksowych badań z zakesu geodynamiki, fizyki ciała stałego i elektochemii, któe ze względu na ozległość tematyczną i złożoność zagadnienia nie zostały podjęte pzez autoa ozpawy. 9

10 W ozdziale tzecim zapezentowano ównież stosowane pzez autoa laboatoyjne metody badawcze włącznie z opisem konstukcji laboatoyjnego stanowiska pomiaowego. Pzedstawiono także wyniki badań laboatoyjnych samoistnej emisji elektomagnetycznej z póbek fakcji guntowych i skalnych poddanych obciążeniu mechanicznemu. W kolejnym, czwatym ozdziale ozpawy, ozpatzono teoetyczne zagadnienia związane z popagacją fal elektomagnetycznych w óżnych ośodkach. Rozdział piąty zawiea opis systemu pomiaowego do badania aktywności magnetycznej osuwisk, któy został opacowany i skonstuowany pzez autoa ozpawy. Rozpatzono też inne metody pomiaowe wykozystane w powadzonych badaniach osuwisk. Najobszeniejszy szósty ozdział poświęcony jest badaniom natualnej emisyjności elektomagnetycznej zeczywistych obszaów osuwiskowych o óżnym stopniu aktywności i zóżnicowanej budowie geologicznej. Badania uzupełniono istotnymi według autoa pomiaami pomocniczymi, weyfikującymi popawność i tafność wysnutych wniosków. W ostatnim ozdziale stanowiącym podsumowanie ozpawy, pzedstawiono poblemy badawcze podjęte i pozytywnie ozwiązane pzez autoa. Wskazane zostały też zagadnienia, któych wyjaśnienie wymaga pzepowadzenia dalszych pac badawczych. Zapoponowano ównież koncepcję paktycznego wykozystania metody obsewacji natualnej emisji elektomagnetycznej w pocesie ciągłego monitoowania aktywności geodynamicznej osuwisk, co jest szczególnie istotne z punktu widzenia budowy systemu wczesnego ostzegania o mającej nastąpić aktywacji osuwiska. Systemy takie, wykozystujące zasób innych metod badawczych, stosowane są już w geoinżynieyjnej paktyce badań osuwisk. Rozpawę ze względu na chaakte pouszonych zagadnień i sposób powadzonych badań należy zaklasyfikować do pac o chaakteze ekspeymentalno-pomiaowym. Należy w tym miejscu podkeślić, że badania dotyczące emisyjności elektomagnetycznej osuwisk dotychczas powadzono w Polsce w oganiczonym zakesie. Natomiast szezej wykonywane był laboatoyjne pomiay samoistnej emisyjności elektomagnetycznej póbek skalnych poddanych mechanicznemu obciążeniu osiowemu [76,94]. 10

11 . Definicja poblemu podstawowe pojęcia i metody badawcze W teminologii geofizycznej istnieje pojęcie stopnia aktywności osuwiska, któe okeśla pawdopodobieństwo wystąpienia zagożenia uchem osuwiska na danym teenie w okeślonym czasie [18,104] pod wpływem zdefiniowanych czynników atmosfeycznych. Najczęściej badanie osuwiska spowadza się do wykycia płaszczyzny, na któej następuje uch poślizgowy wastw osuwiska w wyniku istnienia siły zsuwającej F Z, co w uposzczony sposób pzedstawiono na ys..1. Powstała w osuwisku siła zsuwająca jest konsekwencją ogółu czynników, okeślanych wspólnie teminem aktywności geodynamicznej. Okeślenie aktywność geodynamiczna będzie stosowane w dalszej części ozpawy, zaówno w odniesieniu do osuwisk guntowych jak i skalnych. Uaktywnienie uchu osuwiska popzedzone jest nagomadzeniem znacznych napężeń mechanicznych w obszaze pzyległym do płaszczyzny poślizgu [7]. Pócz uwaunkowań wynikających z budowy geologicznej osuwiska nie bez znaczenia są też czynniki atmosfeyczne takie jak długotwałe i intensywne opady deszczu, wiosenne oztopy, itp. [64,69]. Rys..1. Zobazowanie płaszczyzny poślizgu w osuwisku [18] Płaszczyzna, po któej pzemieszczają się pzyległe wastwy osuwiska zwana jest często w liteatuze płaszczyzną poślizgu osuwiska (ang. slip suface). Natomiast osuwisko jako całość, za nazewnictwem anglojęzycznym, zwane jest potocznie ciałem osuwiska (ang. landslide body). Zależnie od typu osuwiska może występować tylko jedna płaszczyzna poślizgu lub może być ich wiele. Mogą znajdować się one oddzielnie, na óżnych głębokościach lub twozyć zwate skupisko. Należy też wziąć pod uwagę fakt zóżnicowania chaakteu i dynamiki pocesów osuwiskowych [37]. Spotykane są osuwiska o badzo powolnym ciągłym uchu (ang. ceep movement), zędu kilku milimetów ocznie, bez wyaźnie zaznaczonej płaszczyzny poślizgu i ganicy osuwiska. W pzypadku szybszego, niekoniecznie ciągłego uchu wastw, z wyaźnie okeśloną płaszczyzną poślizgu mówimy o pocesie zsuwania (ang. sliding movement). Odmienna sytuacja występuje w pzypadku osuwisk powiezchniowych lub o płytko usytuowanej stefie poślizgu. Obsewuje się tu w pzypadku osuwisk guntowych zjawisko płynięcia (ang. flow movement) wastw powiezchniowych, w pzypadku osuwisk skalnych natomiast efekt lawiny (ang. fall movement). Do badań osuwisk wykozystywane są klasyczne metody geofizyczne jak i nowoczesne metody geoelektyczne, elektomagnetyczne i inne. Najstaszą i najczęściej obecnie stosowaną pzez geofizyków metodą badań osuwisk jest metoda inklinometyczna [101]. Pomiay wykonywane są w specjalnie uzbojonych odwietach (tzw. kolumnach 11

12 inklinometycznych), wykonanych i zakotwionych w osuwisku. Ruch osuwiska powoduje pzemieszczenie kolumny z pozycji początkowej, okeślonej na podstawie pomiau zeowego. Wpowadzona do odwietu sonda inklinometyczna miezy pochyłość kolumny na danej głębokości. Pomiay wykonuje się cyklicznie np. co miesiąc, kwatał, umożliwiając na podstawie stosownych obliczeń wyznaczenie głębokościowego ozkładu pędkości płynięcia osuwiska (mm/miesiąc). Obecnie stosowane są automatyczne uządzenia do pomiaów inklinometycznych, stanowiące niezadko część większych systemów wczesnego ostzegania o mającej nastąpić aktywności osuwiska [50]. Miejsce wykonania kolumn inklinomeycznych musi zostać wybane tak, by badania dostaczyły jak najwięcej infomacji na temat aktywności osuwiska. Podyktowane jest to zazwyczaj znacznym kosztem wykonania i uzbojenia odwietów. W decyzji o wyboze miejsca pomiau pomocna jest obsewacja osuwiska pod kątem wystąpienia pęknięć, uskoków, wypiętzeń powiezchni itp. Wskazana jest ównież znajomość pzebiegu sieci wód podziemnych oaz dotychczasowej aktywności osuwiska [19]. W liteatuze anglojęzycznej obsewacje takie okeślane są jako GIS (ang. Geogaphical Infomation Systems). Równie często do badań osuwisk wykozystywane są metody sejsmiczne, do któych należą metoda efakcji sejsmicznej [16,0,59], monitoowania mikosejsmicznego [43,60] oaz geoakustyczna [9]. W metodach sejsmicznych miezona jest głównie amplituda fali sejsmicznej popagowanej w postaci dgań mechanicznych o niskich częstotliwościach [37], fal akustycznych lub pojedynczych impulsów sejsmicznych. Źódłem fali sejsmicznej może być udezenie młota, płyty dgającej, wahadła pobudzającego lub eksplozja mateiału wybuchowego. Do detekcji dgań sejsmicznych stosowane są geofony. Wykonywane są też pomiay pędkości popagowanych w ciele osuwiska fal sejsmicznych [16,59]. Stwiedzono, że w wastwach nieuchomego podkładu skalnego pędkość popagacji fal sejsmicznych jest największa i wynosi śednio m/s. W stabilnych częściach osuwiska lub wastwach osuwiskowych pędkość popagowanej fali sejsmicznej wynosi m/s. Jak wykazały badania, aktywność osuwiska powoduje wzost pędkości popagacji fali sejsmicznej w stefie poślizgu w stosunku do stef stabilnych [59]. Metody sejsmiczne stosowane są głównie do badania osuwisk posiadających zóżnicowaną wielowastwową budowę geologiczną o wyaźnie zaznaczonych ganicach wastw geologicznych [60]. Należy też wspomnieć o nowatoskiej, stosowanej ównież w badaniach osuwisk, metodzie ultadźwiękowego obazowania wnętza stuktu geologicznych noszącej nazwę BHTV (ang. Boehole Televiewe) [106]. Do nieobudowanego odwietu wpowadzona zostaje sonda pomiaowa, zawieająca układ nadawczo-odbioczy kluczowanej fali ultadźwiękowej o częstotliwości f=1,4 MHz (pzebieg typu bust ). Możliwe jest więc teoetycznie uzyskanie ozdzielczości obazowania w powietzu nie goszej niż 1 mm. Współpacujący system pomiaowy ejestuje czas powotu oaz amplitudę fali odbitej od badanej stuktuy. Na tej podstawie możliwe jest zobazowanie wastw, pzez któe powadzony jest odwiet pomiaowy. Pzykładowo wastwa wilgotnego iłu, któa może stać się pekusoem uchu osuwiskowego, wywołuje znaczny spadek amplitudy sygnału powacającego do odbionika. Wynika to z faktu, że ośodki o dużej wilgotności dobze popagują falę ultadźwiękową i znaczna jej część wnika głęboko do wnętza ośodka. Odębną gupę metod stosowanych do badań osuwisk stanowią metody elektyczne oaz elektomagnetyczne. Miezone są zjawiska elektyczne lub elektomagnetyczne w badanej stuktuze geologicznej osuwiska, któe mogą być pochodzenia natualnego lub wywołane w sposób sztuczny. Od dawna w badaniach osuwisk stosowane są metody pofilowania i sondowania elektoopoowego. W tym pzypadku badana jest ezystywność pozona ρ wastw ośodka, wyażona w Ωm. W paktyce pomiaowej stosowane są zaówno poste sieci tój- i czteoelektodowe w konfiguacji Wennea, Schlumbegea [73,97] jak i ozbudowane wieloelektodowe sieci, pzeznaczone głównie do badania ozległych 1

13 obszaów [15]. Z punktu widzenia badania stabilności osuwisk istotne jest okeślenie stef o dużym nawodnieniu czyli małej ezystywności, któych obecność zapoczątkowuje ozwój pocesów osuwiskowych [16,7,60-6]. Często badania osuwisk metodami elektoopoowymi wykonywane są łącznie z pomiaami efakcji sejsmicznej [60], co dobze odzwieciedla pzebieg kanałów wód podziemnych. Równolegle z metodami elektycznymi w badaniach osuwisk stosowane są metody elektomagnetyczne. W ogólnym pzypadku system pomiaowy jest układem dwóch anten, z któych jedna emituje zmienne pole magnetyczne, duga zaś odbiea wypadkowe pole będące sumą pola bezpośednio pochodzącego z anteny nadawczej oaz pola powstałego w obecności badanego ośodka. Własności ośodka wpływają na watość impedancji wzajemnej układu anten Z w, któą definiujemy jako stosunek SEM wzbudzonej w antenie odbioczej do pądu płynącego w antenie nadawczej [5]. Często wpowadza się pojęcie unomowanej impedancji wzajemnej układu anten Z w /Z 0 (gdzie: Z 0 impedancja wzajemna układu anten w pzestzeni swobodnej), któa zależy m.in. od ezystywności, pzenikalności elektycznej oaz gubości wastw (wastwy) badanego ośodka [5,66-67]. W pzypadku osuwisk wykozystuje się zaówno zabiegi sondowania [59], o maksymalnej głębokości penetacji do 100 m, jak i pofilowania elektomagnetycznego w odwietach, pzy użyciu sond indukcyjnych [0,7]. Ważnym sposobem oceny waunków hydogeologicznych osuwisk jest metoda pomiau potencjałów własnych SP (ang. self potential method). Miezony jest ozkład potencjałów napięć stałych na badanym obszaze pzy pomocy elektod o specjalnej konstukcji, nie powodującej efektu polayzacji na styku elektoda gunt. Typowe miezone watości bezwzględne potencjałów własnych wynoszą od kilku do kilkuset mv w stosunku do ustalonego potencjału odniesienia. Zjawisko to wywołane jest pocesem filtacji, wynikającym z pzepływu wody w guncie [97]. W stefach zwiększonego nawodnienia, związanych z miejscowym podniesienia lusta wody, obsewowane są dodatnie anomalie potencjału własnego. Miejsca denażu, jak i tasy pzepływu wód podziemnych aktywnych osuwisk wykazują ujemne anomalie SP [16,37]. Zauważalny jest ównież wzost anomalii potencjału własnego zgodny z kieunkiem pzepływu wód podziemnych [103]. Duże możliwości obazowania płytkich osuwisk zapewniają uządzenia geoadaowe GPR (ang. Gound Penetation Rada). Głębokość penetacji geoadau dochodzi do kilkunastu metów, silnie zależąc od składu geologicznego, wilgotności gleby oaz częstotliwości pacy uządzenia [,0,68]. Należy zwócić uwagę, że badania z wykozystaniem geoadadu należą do badań nieinwazyjnych, co jest istotną zaletą metody. Istnieje ównież możliwość sondowania geoadaem głębszych wastw osuwisk, dzięki odpowiedniej konstukcji głowicy pomiaowej umożliwiającej wpowadzanie jej do odwietu. Głowice takie ofeowane są m.in. pzez fimę Mala-Geoscience. Do pomiau pzemieszczeń wybanych punktów osuwiska w czasie stosowany jest ównież system GPS (ang. Global Positioning System). Śledzone jest pzemieszczenie odbionika lub sieci odbioników GPS, umieszczonych na aktywnym zboczu osuwiska [6,45]. Ważne jest, by odbionik został umieszczony na stabilnej podstawie, któą zazwyczaj jest odpowiednio zakotwiony cokół betonowy. Pzy współpacy odbionika ze stacją bazową (tzw. pemanentną) uzyskuje się dokładność ejestacji pzemieszczeń na poziomie pojedynczych milimetów (np. dla zaawansowanych systemów pomiaowych fimy Leica). Pzeszkodą w masowej aplikacji sytemu GPS jest wysoka cena uządzenia, szczególnie gdy stosowana jest stacja bazowa, co obecnie w paktyce staje się egułą. Nowatoski sposób śledzenia uchu osuwiska, wykozystujący system GPS pzedstawiono w pacy [4]. W ozwiązaniu tym pojedynczy odbionik GPS współpacuje z systemem czteech sekwencyjnie pzełączanych anten, ozmieszczonych na badanym obszaze zbocza 13

14 osuwiskowego. Sygnał z każdej anteny ejestowany jest pzez 15 minut. Rozwiązanie takie znacząco zmniejsza koszt uządzenia, nie wpływając negatywnie na jakość pomiaów. Jednak nadal opacowywane są nowe metody pomiau pzemieszczenia wastw osuwiska, jak ta, w któej zastosowano pzewodzący dut z pamięcią kształtu [34]. Budowane są ównież laboatoyjne modele osuwisk w celu symulacji ozwoju pocesów osuwiskowych [58,64]. Stosowane bywają też zabiegi sztucznej aktywacji wydzielonych obszaów zeczywistych osuwisk [56,69]. Osunięcie następuje zwykle w wyniku sztucznego nawodnienia osuwiska. Podobne badania wykonuje się też na modelach osuwisk [7]. Ekspeymenty te mają sens jedynie w pzypadku badania pocesów zachodzących w płytkich pzypowiezchniowych osuwiskach guntowych. Za szczególnie ważne w świetle pac badawczych podjętych pzez autoa ozpawy, uznać należy metody badawcze wykozystujące pomia natualnego, samoistnego pomieniowania elektomagnetycznego, powstającego pod wpływem pocesów geodynamicznych zachodzących w aktywnych osuwiskach. Masowe badania samoistnych pól elektomagnetycznych towazyszących niszczeniu óżnoodnych mateiałów minealnych ozpoczęto końcem lat 40-tych XX wieku, choć piewsze doniesienia na ten temat można spotkać już w liteatuze z połowy lat 30-tych. Początkowo stwiedzono, że skały poddane działaniu sił ściskających stają się źódłem pól elektomagnetycznych o chaakteze impulsowym. Zauważono też związek pomiędzy aktywnością sejsmiczną, a óżnoodnymi anomalnymi zjawiskami elektomagnetycznymi. Efekty te zaczęto wykozystywać głównie w sejsmologii do pognozowania mających nastąpić tzęsień ziemi, jak też w gónictwie do pzewidywania tąpnięć kopalnianych [48]. W dugiej połowie lat 70-tych ubiegłego stulecia ozpoczęto badania osuwisk, obsewując samoistne pola elektomagnetyczne powstające w wyniku nasilenia pocesów geodynamicznych towazyszących ich aktywności. Zauważono też silny związek pomiędzy anomalnymi polami elektomagnetycznymi, a miejscami występowania poślizgu osuwiska [109]. Stwiedzono jednak, że w tym pzypadku ejestowane natężenia pól elektomagnetycznych są znacznie niższe niż w pzypadku aktywności sejsmicznej lub niszczenia skał. Pomia natualnych pól elektomagnetycznych wyzwolonych w pocesach osuwiskowych musi spełniać szeeg wymogów, w odniesieniu do sposobu ejestacji jak i konstukcji apaatuy pomiaowej. Często badania powadzone są w pobliżu źódeł zakłóceń elektomagnetycznych takich jak osiedla ludzkie, dogi, linie enegetyczne itp. Wynika z tego wniosek, że pomiay w większości pzypadków muszą być powadzone w odwietach wykonanych na osuwisku. Rejestowane powinny być także pola elektomagnetyczne bezpośednio pzy powiezchni ziemi, w miejscu wykonywania pomiaów. Wskazane są też pomiay tła elektomagnetycznego na nieaktywnych obszaach badanych osuwisk. Dla silnie aktywnych osuwisk, znacznie oddalonych od potencjalnych źódeł zakłóceń elektomagnetycznych pomiay aktywności można wykonać antenami umieszczonymi na powiezchni ziemi. Jednak w paktyce są to waunki tudne do zapewnienia. Jako detekto pomieniowania elektomagnetycznego stosowana jest najczęściej antena magnetyczna współpacująca z odpowiednim opzyządowaniem [38,5-53,55-56,90]. W pacy [55] pzedstawiono pomiay natualnej emisji elektomagnetycznej wykonane na obszaze aktywnego osuwiska eozyjnego Stawlucha na Kymie. Osuwisko o długości 35 m twozą jednoodne osady iłowo-żwiowe, a począwszy od 5 6 meta głębokości zalegają licznie ozdobnione wastwy piaskowca w postaci płatów o gubości nie większej niż 0,5 m. Gubość ciała osuwiska zmienia się od 3 5 m w gónej części do 7 m pzy jego podstawie. Osuwisko usytuowane jest w odległości 5 km od najbliższych źódeł zakłóceń elektomagnetycznych. Ponadto punkty pomiaowe dodatkowo osłonięto metalowymi ekanami. Zakes największych natężeń emitowanego pola magnetycznego obsewowano w zakesie częstotliwości mniejszych niż 10 khz (ys..). 14

15 Rys... Amplituda ejestowanego sygnału w funkcji częstotliwości [55] Pomiay aktywności osuwiska pzepowadzono licznikiem impulsów o pogu czułości ustalonym na poziomie 50 μv i intewale zliczania 180 s. Do ejestatoa podłączono antenę magnetyczną umożliwiającą odbió sygnałów o częstotliwości f 0 z zakesu 1 3 khz. Częstotliwość pacy uządzenia dobano ekspeymentalnie dążąc do minimalizacji wpływu dalekich wyładowań atmosfeycznych na wynik pomiau. Aktywność osuwiska wyażono liczbą ejestowanych impulsów pola magnetycznego N, nieliniowo zależną od szybkości pełznięcia osuwiska (ys..3). Pzemieszczenie wybanych punktów obsewacyjnych na powiezchni osuwiska miezono pzy pomocy sieci epeów. Rys..3. Zależność liczby ejestowanych impulsów od szybkości pełznięcia osuwiska [55] Empiycznie stwiedzono, że minimalna pędkość pełznięcia osuwiska, powodująca zauważalny wzost liczby ejestowanych impulsów pzy pomiaach anteną magnetyczną umieszczoną na powiezchni zbocza osuwiska wynosi V Pmin = 3,7 mm/dobę. Ciekawym z punktu widzenia paktycznej aplikacji metody był wykonany pzez autoów pacy ekspeyment polegający na czteodobowej ejestacji aktywności elektomagnetycznej osuwiska w okesie popzedzającym lawinową jego aktywację. Rejestowano pzyost liczby impulsów pola magnetycznego w stosunku do poziomu tła N ϕ z ównoczesnym pomiaem pzemieszczenia Δd osuwiska. 15

16 Rys..4. Pełznięcie osuwiska w czasie (kzywa 1) oaz liczba ejestowanych impulsów elektomagnetycznych (kzywa ) [55] Na podstawie ezultatów ekspeymentu (ys..4) widać, że lawinową aktywację osuwiska popzedza występująca z dobowym wypzedzeniem wzmożona aktywność elektomagnetyczna osuwiska. Zjawisko to daje więc możliwość pognozowania mającego nastąpić nagłego, lawinowego uchu osuwiska. Wcześniejsze badania aktywności elektomagnetycznej osuwiska Stawlucha pzedstawione w pacach [5-53] miały za zadanie wydzielenie aktywnej stefy osuwiska za pomocą ejestacji liczby impulsów pomieniowania magnetycznego. Zastosowano w tym celu fabyczny magnetomet z dołączoną anteną magnetyczną. Zliczano impulsy o amplitudach pzekaczających póg czułości uządzenia wynoszący 0 μv. Stwiedzono że aktywna część osuwiska emituje śednio pzeszło czteokotnie większą liczbę impulsów niż stefy ustabilizowane. Podobne badania wykonano też na sztucznie uaktywnionej części okesowo czynnego osuwiska Czewona Dubawa w dolinie zeki Put [56]. Poślizg płytko położonych stef obsewowano w nawodnionych, bogatych w ił wastwach osuwiska, pzy czym jako decydujący czynnik wyzwalający poślizg wskazano intensywny opad deszczu. Pzy dobowej sumie opadów mm obsewowano śednią dobową pędkość płynięcia osuwiska na poziomie 40 mm. Do badań wybano obsza o wymiaach m położony na stoku o nachyleniu 16 18, gdzie wykonano wykop symulujący poces eozji, a całość obszau nawodniono. Pzemieszczenie sztucznie aktywowanej części osuwiska kontolowano pzy pomocy sieci powiezchniowych epeów. Pełny poces osunięcia twał, zależnie od punktu obsewacji 1 1,5 doby. Znaczny wzost pędkości płynięcia wystąpił w końcowej fazie pocesu osuwiskowego. Miezono impulsowy chaakte pola magnetycznego w szeokim zakesie częstotliwości 1 50 khz, zliczając impulsy o amplitudzie pzekaczającej 10 μv w oknie czasowym 180 s. Podobnie jak w pzypadku pzedstawionym w [55] obsewowano pawie natychmiastowy wzost emisji pola magnetycznego w momencie aktywacji osuwiska, nie obsewując jeszcze pzemieszczenia epeów. Miejscami najsilniej ejestowanej emisji pól magnetycznych były pęknięcia guntu i uskoki. Podobnie w pzypadku osuwisk poddanych upzednio zabiegom stabilizacji, stosowana jest metoda obsewacji samoistnych impulsowych pól magnetycznych. Oceniana jest skuteczność wykonanych pac zabezpieczających z jednoczesnym wykywaniem nowych stef niestabilności osuwiska. Pzykładem może być osuwisko w dolinie zeki Uż [38], gdzie pomimo wykonania zabiegów stabilizacyjnych nastąpiło jego powtóne uaktywnienie. Osuwisko o szeokości 00 m ozwinęło się w wastwach żółto-bunatnego iłu z licznymi 16

17 wtąceniami w postaci dobnych skał piaskowca szaego. Stabilny podkład skalny zalega na głębokościach większych niż 15 m. Powiezchniowe badania osuwiska pzepowadzono stosując fabyczny licznik impulsów pola magnetycznego o egulowanej skokowo w ośmiu podzakesach czułości tou pomiaowego od 10-3 do 1, A/m. Stabilne stefy osuwiska emitowały słabe pole magnetyczne o natężeniu na poziomie 10-5 A/m, uznane w paktyce za sumayczny poziom tła występujący w miejscu obsewacji. W stefach aktywnych obsewowano pola o natężeniach śednio 5 10 azy większych od poziomu tła. Na podstawie pomiaów poównawczych zauważono, że watość natężenia pola magnetycznego silnie zależy od intensywności zachodzących pocesów osuwiskowych. Zwiększoną liczbę impulsów pola magnetycznego N obsewowano też w miejscach widocznych uskoków i pęknięć guntu. Inteesującym pzykładem uządzenia do badania powiezchniowej emisyjności elektomagnetycznej osuwisk może być nowoczesny, pzenośny system pomiaowy RFINSS- PM opacowany i wykonany pzez ZUGRE we Lwowie [93]. Mienik wyposażony w wymienną katę pamięci o pojemności 56 kb, posiada tzy niezależne toy ejestujące o pasmie pomiaowym 50 khz i wzmocnieniu egulowanym w zakesie 0 40 db. Miezona jest liczba impulsów lub uśedniona watość amplitudy sygnału w możliwym do wybou czasie 1,, 10 lub 60 s. Dane pomiaowe pzetwazane są we współpacującym z mienikiem pogamie komputeowym. Apaatuę wykozystywano paktycznie m.in. w badaniach osuwisk na obszaze Kapat Ukaińskich. Metoda pomiau impulsowych pól magnetycznych stosowana jest też w pzypadku oceny intensywności pocesów geodynamicznych zachodzących na wastwach skalnych, twozących masywy góskie. Pomiay takie wykonano pzy ocenie czynników niszczących działających na ściany tunelu hydotechnicznego o długości 7 km, pzebiegającego pzez Jałtański masyw góski Gónego Kymu [91]. Na ścianach hydotunelu obsewowano liczne pęknięcia betonowej obudowy. Pomiay pól magnetycznych pzepowadzono pzyządem wykonanym na bazie fabycznego adiometu SRP- z dołączoną anteną magnetyczną pacującą na częstotliwości 0 ± 0, khz. Czułość tou pomiaowego adiometu wynosiła 10 μv. Ogólne waunki, w jakich dokonywano pomiau uznano za kozystne, ze względu na ulokowanie hydotunelu w góach z dala od osiedli ludzkich oaz innych źódeł zakłóceń elektomagnetycznych. Badania powadzono wewnątz obiektu, co należy uznać za dodatkowy czynnik spzyjający eliminacji zakłóceń. Równocześnie wykonano poównawcze badania elektoopoowe skał otaczających hydotunel. Duże watości natężeń pól magnetycznych obsewowano w miejscach zalegania bloków skalnych, w któych nie nastąpiła elaksacja napężeń mechanicznych. Intensywność emitowanych pól magnetycznych zależna była od wymiaów bloków skalnych oaz ich odzaju. Miejsca występowania minimów intensywności pomieniowania magnetycznego odpowiadały punktom tektonicznego kontaktu wastw skalnych, któe są wolne od napężeń wewnętznych. Wyaźnie widoczne było to ównież w pzebiegu kzywej pofilowania elektoopoowego w postaci miejsc o niskiej watości ezystywności. Znaczącym mankamentem powiezchniowych metod ejestacji samoistnych pól elektomagnetycznych jest niemożność dokładnego okeślenia głębokości występowania źódła impulsowego pola magnetycznego, związanego z istnieniem płaszczyzn poślizgu lub miejsc zwiększonego napężenia ośodka skalnego. Podobnie w badaniach tunelu kolejowego Feuebeg w południowo-zachodnich Niemczech zastosowano metodę pomiau impulsowego pola magnetycznego do wskazania miejsc zwiększonych napężeń mechanicznych spowodowanym napoem masywu góskiego na ściany tunelu [49]. Tunel o długości 966 m i śednicy 6,5 m pzebiega w masywie góskim podlegającym powolnym pocesom geodynamicznym, co powoduje niszczenie ścian tunelu. Zaobsewowano silną koelację pomiędzy liczbą ejestowanych impulsów, a pofilem 17

18 napężeń mechanicznych wzdłuż tunelu oszacowanym na podstawie badań poównawczych oaz oceny wizualnej. Pomiay wykonano wykozystując fabyczny ejestato impulsów pola magnetycznego o nazwie Ceeskop (pod. Cees GmbH, Staffot Gemany), zliczający impulsy z czasem bamkowania 100 ms w pasmie khz, pzy maksymalnym wzmocnieniu tou pomiaowego 10 db. Wynik pomiau podawany jest w bezwymiaowych jednostkach względnych. Pzyząd wyposażono w feytową antenę magnetyczną pzystosowaną do eksploatacji zaówno w odwietach, jak i na powiezchni ziemi. Innym pzykładem wykozystania pzyządu Ceeskop jest monitoowanie aktywności osuwiska zagażającego dodze w pobliżu zeki Mosel (Niemcy) [46]. W patiach najsilniejszego ozwoju osuwiska obsewowano pzesunięcia dochodzące do 1,6 cm/miesiąc. Pzedstawione w pacach [38,5-53,55-56] wyniki badań dotyczą osuwisk ozwiniętych na płytkim podłożu skalnym, wykazując stosunkową dużą szybkość płynięcia, dochodzącą w końcowej fazie ozwoju osunięcia do kilku centymetów na dobę. Odmienną natuę aktywności pzejawiają śednio- i wolnopełznące głębokie osuwiska, ozwinięte w ilastych i piaszczystych guntach z umiakowaną ilością wtąceń mateiału skalnego. Tudności związane z obsewacją impulsowych pól elektomagnetycznych są tu znacznie większe. Poblem pomiaowy polega na ejestacji badzo słabych pól elektomagnetycznych, pochodzących od poszczególnych wastw osuwiska i występujących w obecności zewnętznych pól pochodzenia natualnego lub sztucznego, któe taktowane są tu jako wypadkowe źódło zakłóceń. Piewsze wzmianki na temat pomiau aktywności elektomagnetycznej głębokich, powolnych osuwisk podano w pacy [109], gdzie pzedstawiono wyniki pomiaów osuwiskowego zbocza w dolinie zeki Váh (Republika Słowacka). W tego typu pzypadkach ejestacja pól elektomagnetycznych odbywa się w odwietach wykonanych w osuwisku, obudowanych elastycznym mateiałem nie powodującym tłumienia fal elektomagnetycznych, np. uami PCV. Do odwietu wpowadzona zostaje sonda pomiaowa, ejestująca składową elektyczną lub magnetyczną pola elektomagnetycznego. Metoda pomiau impulsowych pól elektomagnetycznych, jak i same pola okeślane są wspólną nazwą PEE (ang. Pulsed Electomagnetic Emission). W liteatuze spotkać można ównież altenatywną nazwę metody PVEP, co jest skótem wyażenia w języku czeskim natualne wysokoczęstotliwościowe pole elektomagnetyczne. W tym miejscu należy zaznaczyć, że, z punktu widzenia podziału pasma częstotliwości adiowych [95], pola elektomagnetyczne o częstotliwościach kilkunastu czy nawet kilkudziesięciu khz uznawane są za niskie. Z dugiej stony, mając na uwadze natualne (samoistne) pola elektomagnetyczne leżące w kęgu zainteesowań geologów i geofizyków, częstotliwości powyżej kilkunastu khz okeślane są jako wysokie. Dobym pzykładem mogą być tu badania pądów telluycznych, obsewowanych w zakesie od ok Hz do pojedynczych kiloheców [97]. Zgodnie z podziałem częstotliwości pól elektomagnetycznych obowiązującym w geologii i geofizyce, pzyjęto uważać pola elektomagnetyczne będące wynikiem aktywności osuwisk za wysokie. Aktywność PEE osuwiska na danej głębokości odwietu pomiaowego wyażona jest liczbą impulsów zliczonych w jednostce czasu lub uśednioną watością natężenia ejestowanej składowej pola elektomagnetycznego. Spotkać można ównież sposób wyażania aktywności PEE osuwiska pzy pomocy jednostek umownych (ang. elative units). Wynika to z faktu stosowania óżnych typów uządzeń o odmiennym sposobie pezentacji wyniku. Z punktu widzenia paktycznej użyteczności metody nie stanowi to większego poblemu, gdyż szczególnie inteesujące są kształty kzywych PEE w odwietach, a nie liczba zliczonych impulsów w kolejnych punktach pomiaowych. W ogólnym pzypadku [45,109] wyóżnia się cztey podstawowe typy kzywych możliwych do uzyskania na podstawie badania osuwisk metodą PEE (ys..5). 18

19 Rys..5. Podstawowe typy pól PEE ejestowanych w odwietach pomiaowych [109] typ A Wzdłuż odwietu ejestuje się w pzybliżeniu stałą liczbę impulsów w czasie. Pzebieg ten jest chaakteystyczny dla osuwisk (lub ich części) w stanie stabilnym. Nie występują tu siły oaz napężenia mogące powodować osunięcia. Oczywiście nie można stwiedzić, co dzieje się na głębokościach większych niż głębokość odwietu. Watość stałej liczby ejestowanych impulsów nazywana potocznie pomieniowaniem tła. typ B Rejestowana jest tu zwiększona liczba impulsów pzy powiezchni ziemi, ulegająca zmniejszeniu waz z głębokością. Stan ten jest chaakteystyczny dla płytkich osuwisk, w któych aktywne są wiezchnie wastwy. typ C Obsewowany jest szybki wzost liczby ejestowanych impulsów na pewnej głębokości g, by po zagłębieniu sondy pomiaowej o kolejne kilka metów znów wócić do watości początkowej. Na podstawie takiej postaci pzebiegu PEE można wnioskować o występowaniu na głębokości g płaszczyzny poślizgu wastw osuwiska. Podobny efekt obsewowano, gdy na głębokości występowania zwiększonej emisji PEE zalegał duży blok lub wastwa skalna. typ D Widoczny jest tu podział osuwiska na dwie wastwy. Wastwa pzypowiezchniowa znajduje się w stanie stabilnym. Nie występują w niej napężenia oaz siły zsuwające, o czym świadczy niewielka liczba ejestowanych impulsów. Wastwy znajdujące się głębiej podlegają pocesom osuwiskowym. Pawidłowością stwiedzoną na podstawie długoteminowej ejestacji pól magnetycznych w odwietach jest niezmienny chaakte kzywych PEE dla danego odwietu w czasie. Widoczne są zazwyczaj znaczne pzesunięcia zakesu emitowanej liczby impulsów dla kolejnych pomiaów w pzypadku czasowych zmian dynamiki pocesów geodynamicznych (ys..6). W pzypadku wygaśnięcia aktywności osuwiskowej w miejscu obsewacji następuje zanik anomalnego pomieniowania magnetycznego. 19

20 Rys..6. Czasowa zmienność ejestowanych pól PEE [109] Elektomagnetyczna metoda oceny aktywności osuwisk często taktowana jest jako pomocnicza [10] lub stosowana na ówni z innymi tadycyjnymi metodami geofizycznymi. Pzykładem kompleksowego wykozystania metody PEE mogą być powadzone w latach badania osuwiska Kaolinka, położonego w dolinie zeki Vsetinske Becvy [6,8,11,13]. Osuwisko o długości stoku 300 m i szeokości 500 m zbudowane jest z iłu ozdzielonego wastwami piaskowca występującego w postaci płatów o śedniej gubości 5 5 cm, maksymalnie 100 cm. Pócz metody ejestacji natualnego impulsowego pola magnetycznego stosowano m.in. metodę inklinometyczną, geoakustyczną i elektoopoową. Maksymalna głębokość odwietów pomiaowych wynosiła 110 m, ównomienie pokywając aktywny obsza osuwiska. Na większości kzywych PEE można zaobsewować dwa chaakteystyczne zjawiska (ys..7). Piewsze z nich to obniżenie aktywności PEE w obecności stalowych zwieńczeń odwietu (tzw. koonek), co jest stosowane w paktyce do wykywania pęknięć i zniszczeń stalowych obudów odwietów [1,14]. Dugie ze zjawisk to wzost watości pola PEE bezpośednio pzy powiezchni guntu, a następnie jego stopniowy zanik i stabilizacja. Wynika to z obecności silnych pól elektomagnetycznych zakłócających, występujących na powiezchni w otoczeniu odwietu pomiaowego. Identyczne zjawisko obsewował auto ozpawy w czasie powadzonych pzez siebie pac pomiaowych. 0

21 Rys..7. Pzebiegi pól PEE w wybanych punktach pomiaowych na osuwisku Kaolinka [6] Obsewując kształty poszczególnych kzywych PEE w odwietach stwiedzono, że można je podzielić na tzy zasadnicze gupy. Piewszą gupę stanowią odwiety, w któych pole PEE nie zmienia się, a zaobsewowane watości tego pola są niskie, co świadczy o stabilności badanego fagmentu osuwiska. Pzykładem mogą być odwiety J305, J30, J311A i w pzybliżeniu odwiety J1, J301 (ys..7). Dugą gupę stanowią odwiety położone w dolnej, najaktywniejszej części osuwiska; J304, J304A, J311 i J310. Widoczne tu są wyaźne, pojedyncze anomalie występujące głównie w gónych wastwach osuwiska, szczególnie, gdy odwiety znajdują się w pobliżu dużych stomości zbocza (odwiety J304 i J304A), czyli miejsc szczególnie podatnych na osunięcia. Ogólnie podwyższone poziomy pól PEE ejestowano na głębokościach występowania płaszczyzn poślizgu lub w ich sąsiedztwie. Ostatni chaakteystyczny kształt kzywych PEE można zaobsewować w odwietach położonych w gónej części osuwiska, dla któych nie można wyóżnić poszczególnych anomalii. Zjawisko to obsewowano głównie w odwietach umiejscowionych w pobliżu ganic osuwiska (J303, J303B i J40). Pzypuszczalnie osunięciu ulegają tu całe patie osuwiska, bez wyaźnego zaznaczenia płaszczyzn poślizgu. Na podstawie poównania wyników pomiaów pól PEE i innych metod monitoowania stosowanych w badaniu osuwiska Kaolinka, stwiedzono największą zbieżność pzebiegów PEE z wynikami pomiaów geoakustycznych. Podobne pomiay natualnych pól magnetycznych pzepowadzono na osuwiskach Ujal i Olova [7], czyniąc podobne obsewacje jak w pzypadku osuwiska Kaolinka. 1

22 Pzykładem wykozystania metody PEE jako pomocniczej mogą być badania osuwiska Wielka Causa (Republika Słowacka) powadzone wiosną 1995 oku [10]. Do pomiau pędkości pzemieszczenia osuwiska zastosowano sieć inklinometyczną. Metodą PEE okeślano intensywność napężeń występujących w ciele osuwiska, stosując umowną pięciostopniową skalę, gdzie watości 1 odpowiada stan stabilny, a 5 stan skajnej niestabilności. Podobne badania powadzono na osuwisku Okoličné (Republika Słowacka) w latach [101]. Pócz pomiaów pól elektomagnetycznych PEE, obsewowano pzemieszczenie sieci epeów geodezyjnych umieszczonych na stoku osuwiska. Wykonano ównież standadowe pomiay inklinometyczne oaz pomiay ciśnienia wewnątz osuwiska. Stwiedzono najsilniejszą aktywność elektomagnetyczną dla obszaów osuwiska, któych pzemieszczenie oczne pzekaczało 60 mm. Dla obszaów o pzesuwie 0 60 mm/ok aktywność PEE osuwiska była względnie wysoka, dając wiaygodne, potwiedzone pomiaami inklinometycznymi, infomacje na temat dynamiki pzemieszczeń osuwiska. W pzypadku szybkości pełznięcia mniejszej niż 0 mm/ok ejestowano badzo słabą aktywność elektomagnetyczną osuwiska lub nie ejestowano jej wcale. Ogólnie widoczne jest dążenie, by wszędzie tam, gdzie wykonywane są badania inklinometyczne, powadzić ównolegle pomiay natualnych pól elektomagnetycznych i na tej podstawie dokonywać oceny wiaygodności metody PEE [31]. W zapezentowanych w liteatuze wynikach pomiaów natualnych pól elektomagnetycznych PEE, wykonanych na teenie Republiki Słowackiej i Republiki Czeskiej, stosowano uządzenie wyposażone w feytową antenę magnetyczną dostojoną do częstotliwości oboczej f 0 =14,5 khz i szeokości pasma Δf= khz. Pzedstawiono też modyfikację uządzenia ejestującego, umożliwiającą pomiay pól magnetycznych PEE w pasmie 10 0 khz [41]. Na podstawie badań laboatoyjnych [,3] jak i pomiaów zeczywistych osuwisk, stwiedzono, że wymagana czułość pzyządu pzy częstotliwości f 0 =14,5 khz powinna być nie niższa niż A/m. Zazwyczaj do pomiau samoistnej emisji elektomagnetycznej osuwisk stosowany jest tylko jeden odbionik (sonda pomiaowa) wpowadzany do odwietu. Miezący nie dysponuje w tym pzypadku bieżącą infomacją o chaakteze pól magnetycznych na powiezchni ziemi. Zauważono jednak istotny wpływ bliskości osiedli ludzkich i związanej z tym infastuktuy, na wynik pomiau pól magnetycznych w odwiecie [10]. Obsewowano obecność zakłócających pól elektomagnetycznych w odwietach wykonanych w pobliżu domu mieszkalnego, usytuowanego w miejscu baku aktywności osuwiskowej. W odwiecie wykonanym w odległości czteech metów od budynku stwiedzano zakłócenia na głębokościach do 1 m, natomiast w odwiecie odległym o osiem metów nastąpił zanik zakłóceń już na głębokości 5 m. Według autoów publikacji zależność tłumienia zakłóceń w funkcji głębokości można w pzybliżeniu uznać za liniową. Jednak zasadniczym mankamentem pezentowanych badań był bak znajomości chaakteu zakłóceń. Nie powadzono bowiem ównoległego pomiau pola magnetycznego na powiezchni w pobliżu odwietu. Komentaz oganiczono do stwiedzenia, że opócz źódeł emitujących zakłócenia o częstotliwości sieci enegetycznej i jej hamonicznych, musiały istnieć też źódła geneujące pola elektomagnetyczne o szeokim widmie częstotliwościowym (np. spzęt gospodastwa domowego). Również w pacy [41] pzedstawiono wyniki pasmowej, w zakesie 10 0 khz, analizy wpływu zakłóceń elekomagnetycznych pochodzących od osiedli ludzkich na ejestowane pola PEE. W badaniu podziemnych pól elektomagnetycznych natualnego pochodzenia wskazana jest ównoczesna obsewacja pól elektomagnetycznych obecnych na powiezchni ziemi. Za pzykład mogą posłużyć badania natualnego ziemskiego pomieniowania elektomagnetycznego powadzone w Kyoto w latach na teenie bez aktywności osuwiskowej [99]. Badania kontynuowano w latach następnych [100]. Głównym celem

23 pzedsięwzięcia była obsewacja anomalii elektomagnetycznych związanych z pekusoami bliskich i dalekich tzęsień ziemi. Rejestowano w sposób ciągły pole elektyczne za pomocą dwóch identycznych pod względem budowy elektycznej odbioników współpacujących z antenami dipolowymi. Jedną z anten umieszczono w odwiecie pomiaowym o śednicy 10 cm i głębokości 100 m, dugą na powiezchni ziemi w pobliżu odwietu (ys..8). Rys..8. Schemat blokowy systemu pomiaowego [99] Rejestowano widmo częstotliwości w zakesie 0 1,6 khz, ównocześnie dla sygnałów pochodzących z anteny podziemnej i naziemnej. Maksymalne, niezależnie egulowane wzmocnienie każdego z toów pomiaowych wynosiło 60 db. Nie okeślono natomiast zakesu natężeń pól elektycznych możliwych do ejestacji pzez system pomiaowy. Stałym komponentem obydwu sygnałów była składowa związana z częstotliwością sieci 60 Hz oaz jej hamoniczne występujące w całym zakesie widma. Dobze ejestowane były zjawiska atmosfeyczne, głównie buze. W pzypadku silnych buz poziom sygnału ejestowanego w odwiecie był śednio tylko o 4 db niższy niż na powiezchni ziemi. Deszcze bez towazyszących im wyładowań atmosfeycznych objawiały się w postaci niskoczęstotliwościowych anomalii o pasmie nie pzekaczającym kilkuset heców i ejestowane były paktycznie tylko pzez odbionik naziemny. Szczególnie istotne dla obsewatoów były okesy podwyższonej aktywności elektomagnetycznej występującej w okesie popzedzającym (nawet z miesięcznym wypzedzeniem) tzęsienia ziemi. Impulsowe pole elektyczne związane z aktywnością sejsmiczną, o widmie z zakesu częstotliwości 0, 1,6 khz ejestowane było pzez obydwa odbioniki. Amplituda pola elektycznego na powiezchni była śednio o 14 db niższa od tej, któą ejestowano w odwiecie. Nie pzedstawiono tu wyczepujących ozważań na temat mechanizmów geneacji obsewowanych impulsowych pól elektycznych. Stwiedzono tylko, że ich źódłem są zjawiska piezoelektyczne uaktywnione pocesami geodynamicznymi skoupy ziemskiej popzedzającymi tzęsienie ziemi. Zdaniem autoów dochodzi wtedy do znacznej kumulacji napężeń, któe ulegają elaksacji w czasie twania tzęsienia ziemi. Podobny sposób długoteminowej obsewacji pól elektycznych towazyszących pekusoom tzęsienia ziemi stosowano w takcie pomiaów powadzonych w miejscowości Aga (Indie) w 1998 oku [9]. W czasie pac badawczych analizowano ównież wpływ niskoczęstotliwościowego jono- i magnetosfeycznego szumu elektomagnetycznego na 3

24 wypadkowe ejestowane pole elektomagnetyczne. Antenę podziemną umieszczoną w odwiecie (ys..9) wykonano z dutu miedzianego długości 10 m i śednicy 4 mm hemetycznie zamkniętego w osłonie z twozywa sztucznego. Na powiezchni ziemi ozpięto pionowo antenę o wysokości 0 m, wykonaną z takiego samego mateiału jak antena podziemna. Sygnały z obydwu anten dopowadzono do identycznych toów pomiaowych i wstępnie wzmacniano o 40 db. Za wzmacniaczem umieszczono filt pasmowopzepustowy o częstotliwości śodkowej f 0 =3 khz i pasmie pzepustowym Δf=500 Hz. Rys..9. Schemat blokowy systemu pomiaowego do ejestacji pola elektycznego [91] Docelowo po detekcji miezony sygnał zostaje zamieniony na chwilową watość napięcia stałego i po pzetwozeniu zapisany w komputeze lub w innym uządzeniu ejestującym. Stwiedzono, że pola elektyczne pochodzenia jonosfeycznego wykazują kótkotwałe, kilkugodzinne maksimum swej aktywności zależne od poy dnia, w pzeciwieństwie do ciągłych w okesie pzed tzęsieniem ziemi sejsmicznych pól elektycznych. Pzedstawione pzykładowe ozwiązania systemów pomiaowych umożliwiających ejestację podziemnych, jak i naziemnych pól elektycznych należy taktować jako modelowe. Na tej podstawie auto ozpawy opacował i skonstuował własny system pomiaowy, pzystosowany do specyfiki ejestacji słabych natualnych pól magnetycznych związanych z aktywnością osuwisk. Na podstawie dostępnych w liteatuze infomacji na temat pomiaów samoistnych pól elektomagnetycznych z osuwisk aktywnych, auto wysnuł następującą tezę naukową ozpawy doktoskiej: Rejestacja i analiza samoistnego niskoczęstotliwościowego pomieniowania elektomagnetycznego pochodzącego z osuwisk stwaza nowe możliwości oceny stanu ich stabilności. 4

25 3. Źódła i mechanizmy geneacji emisji elektomagnetycznej osuwisk W ozdziale wskazano mechanizmy wywołujące poces geneacji natualnego pomieniowania elektomagnetycznego towazyszącego aktywności osuwisk. Zapezentowano też wyniki wykonanych pzez autoa ozpawy badań laboatoyjnych na póbkach skał oaz guntów, pod kątem emisji pól elektomagnetycznych powstałych wskutek wymuszonych napężeń mechanicznych. Dla potzeb dalszych ozważań celowe jest dokonanie podziału osuwisk na osuwiska guntowe, osuwiska skalne oaz mieszane osuwiska guntowo-skalne [19]. Dla każdego z wymienionych typów osuwisk spodziewany jest inny mechanizm geneacji pól elektomagnetycznych. Należy podkeślić, że mechanizm emisji elektomagnetycznej z ciał stałych obciążonych mechanicznie nie został dotychczas zbadany i wyjaśniony w zadowalający sposób. Wielu badaczy podaje óżne, czasami spzeczne, infomacje na temat mechanizmów mogących wyzwolić emisję samoistnych pól elektomagnetycznych obsewowaną w pzypadku aktywacji osuwisk. Zależnie od budowy geologicznej, odzaju aktywności oaz ozważanego zakesu widma częstotliwościowego wskazywane są óżnoodne mechanizmy odpowiedzialne za samoistną emisję pól. Pawdziwość wielu hipotez potwiedzona została ekspeymentami na poziomie badań laboatoyjnych oaz pomiaami samoistnej emisji pól elektomagnetycznych na teenach aktywnych osuwisk. Jednak, zgodnie ze zdaniem większości badaczy, jako główne pocesy geodynamiczne wywołujące emisję elektomagnetyczną osuwisk wymieniane są siły ściskające oaz siły tacia występujące pomiędzy pzemieszczającymi się wastwami osuwiska, co zwykle związane jest z istnieniem płaszczyzny poślizgu. Siły te są tansfomowane na emitowane pzez aktywne osuwisko pole elektomagnetyczne Mechanizmy geneacji samoistnych pól elektomagnetycznych z osuwisk Często do opisu zjawisk elektomagnetycznych związanych z pocesami osuwiskowymi stosowany jest model wykozystywany w badaniach i intepetacji pocesów elektosejsmicznych. Różnice tkwią wyłącznie w źódle i sposobie popagacji zabuzeń mechanicznych. W pocesach sejsmicznych np. tzęsieniach ziemi, zabuzenie mechaniczne popagowane jest w ośodku spężystym, za jaki można uważać skoupę ziemską, od epicentum do odległych niekiedy miejsc obsewacji [5]. Aktywność osuwiska geneuje wiele lokalnych zabuzeń mechanicznych, wytwazających w efekcie zmienne pola elektomagnetyczne, co tłumaczą odpowiednie mechanizmy elektosejsmiczne. Zakłada się tu, że w ciele aktywnego osuwiska istnieje wiele lokalnych, blisko położonych stef o zwiększonych watościach napężeń mechanicznych, któe ulegają szybkiej elaksacji, powodując powstanie nowych skupisk podwyższonego napężenia [5]. W stefach aktywności osuwiska poces ten twa ciągle, a miejsca chwilowych lokalnych maksimów napężeń mechanicznych stają się źódłami emisji pól elektomagnetycznych. Nie ma dotychczas pełnej zgody co do chaakteu i widma częstotliwości obsewowanych pól elektomagnetycznych. W większości pozycji liteatuowych autozy stwiedzają, że obsewowane są pola o chaakteze impulsowym i maksymalnych częstotliwościach widma dochodzącym do 50 khz [38,55-56]. Ponadto liczba emitowanych impulsów w jednostce czasu zwiększa się w miaę wzostu intensywności napężeń występujących w osuwisku. Tłumaczy to powszechnie obsewowane zjawisko naastającej emisji pól elektomagnetycznych pzed katastofalnym pocesem osunięcia, któe szybko ustępuje po osunięciu. W dostępnej obecnie liteatuze bak doniesień na temat kompleksowych badań tego typu. 5

26 Ogólnie uważa się, że w wyniku napężeń związanych z ozwijającym się pocesem osuwiskowym uwolniona zostaje pewna pocja enegii, głównie mechanicznej, zależna od ozmiaów, budowy oaz sposobu niszczenia osuwiska [7]. Niewielka część enegii emitowana jest w postaci pomieniowania elektomagnetycznego, co potwiedzają badania laboatoyjne [5]. W paktyce ejestowane jest wypadkowe pole elektomagnetyczne o składowych óżnoakiej natuy [1]: W PVEP = W PE + W K + W VT + W T + W V + W TP + W BP (3.1) gdzie: W PE W K W VT W T W V W TP W BP enegia zjawisk piezoelektycznych enegia powstająca podczas niszczenia kyształów i sieci kystalicznych enegia wyzwalana podczas mikopęknięć enegia powstająca podczas tacia mineałów enegia wynikająca z pzepływu wód podziemnych, związana z istnieniem elektycznej wastwy podwójnej enegia wysokoczęstotliwościowych pądów telluycznych enegia wysokoczęstotliwościowych pądów błądzących. Powyższa, ogólna zależność nie ozstzyga, któe z wymienionych zjawisk dominują w pocesie aktywacji osuwisk, ani jaki jest mechanizm zamiany poszczególnych odzajów enegii na odpowiadające im elementane pola elektomagnetyczne. Obecnie powadzone są liczne badania laboatoyjne dotyczące emisji elektomagnetycznej ciał stałych poddanych napężeniom, lecz dotychczas nie uzyskano zadowalającej odpowiedzi co do genezy zjawiska. Stosunkowo dużo pac poświęcono emisji elektomagnetycznej ze skał poddanych mechanicznemu niszczeniu. Wyniki tych badań w paktyce wykozystane zostały do pognozowania tąpnięć kopalnianych, tzęsień ziemi i innych zjawisk sejsmicznych [54,79,94]. Samoistne pola elektomagnetyczne geneowane w skałach w wyniku napężeń mechanicznych ozpatywane są też jako zwiastuny aktywności osuwisk skalnych lub guntowych ze znaczną zawatością zwietzałego mateiału skalnego [55,91]. Jak już wspomniano, w pocesie ozwoju osuwisk zachodzi wiele podobnych zjawisk do tych, któe obsewowane są w początkowej fazie aktywności sejsmicznej [3,5]. W sejsmicznie aktywnym epicentum następuje kumulacja znacznych napężeń, czego skutkiem jest wytwozenie się sieci mikopęknięć oaz fluktuacja płynów w poowej lub kapilanej stuktuze skał i guntów. Wymienione zjawiska występują we wszystkich typach aktywnych osuwisk, będąc pawdopodobnym źódłem emisji pól elektomagnetycznych [38,5-53,56,91]. Poces twozenia się mikopęknięć o długości od pojedynczych milimetów do dziesiętnych, a nawet setnych części milimeta, dotyczy głównie skał, jak ównież spoistych guntów [96]. Twozące się w ciele stałym mikopęknięcie można ozpatywać jako źódło pzebiegu elektycznego o chaakteze tłumionych oscylacji. W ten sposób tłumaczony jest efekt samoistnej emisji pól elektomagnetycznych ze skał osadowych pozbawionych kyształów kwacu np. keda [86-87] jak ównież skał bogatych w kwac jak np. piaskowiec, ganit [9]. Pzyjmuje się, że bzegi mikopęknięcia obdazone są óżnoimiennym ładunkiem elektycznym [5]. Według [4] elektyczny schemat ównoważny wytwozonego w ciele stałym mikopęknięcia można pzedstawić w postaci kondensatoa o pojemności C, któego jedna z okładek jest uziemiona, a duga obciążona ezystancją R (ys. 3.1). 6

27 Rys Elektyczny schemat zastępczy szczelinowego mikopęknięcia [4] Dla wytwozonego w ciele stałym mikopęknięcia na podstawie zasady zachowania enegii można zapisać [4]: N E q vk k = 1 dt = Ri dt k + Cudu (3.) gdzie: q k elementany ładunek elektyczny na kawędziach szczeliny v 0 pędkość popagacji ładunków E natężenie pola elektycznego Ri dt enegia wydzielona na ezystancji obciążenia Cu du enegia zgomadzona pomiędzy okładkami kondensatoa N liczba ładunków elektycznych zgomadzonych pomiędzy okładkami kondensatoa. Lewa stona ównania (3.) epezentuje enegię elektyczną uwolnioną w czasie pęknięcia. Równanie (3.) można pzedstawić w postaci ównoważnej: gdzie: N 1 u E 1 q vk = C k= 1 τ E E1 = u τ = RC k + du dt (3.3) Paa nieuchomych ładunków q, +q odległych o l 0 twozy dipol elektyczny o momencie dipolowym p 0 (ys. 3.1). W wyniku tłumionych dgań kawędzi szczeliny, ładunek zmienia swe położenie pzestzenne w czasie zgodnie z zależnością: y δ t () t y e sin( ω ) = (3.4) 0 t gdzie: δ, ω stałe dgań tłumionych y 0 położenie spoczynkowe ładunku 7

28 Poces ozładowania kondensatoa powoduje zanik zgomadzonego ładunku: q β t = q 0 e (3.5) gdzie: q 0 początkowa watość ładunku β stała zaniku ładunku Na podstawie powyższego zmienny w czasie dipolowy moment elektyczny zapisujemy jako: p gdzie: p 0 ( 0 0 ) p 0 β t δ t () t q e l + y e ( ωt) = 0 sin (3.6) moment dipolowy nieuchomego układu ładunków. Ostatecznie ównanie óżniczkowe (3.3) można zapisać: gdzie: du u + = ae b t ( ωt + ϕ) dt τ sin (3.7) a = 0 q0v cos Cd ( α ) b = δ + β d odległość pomiędzy okładkami kondensatoa (szeokość szczeliny) α kąt pomiędzy wektoem natężenia pola elektycznego E, a kieunkiem pouszania się ładunków ω tg ( ϕ) =. δ Rozwiązanie poblemu pzyjmuje postać [4]: u t bt ae 1 0 (3.8) ω + ω () t = u () t + u () t = U e τ sin( ω t + ϕ) gdzie: U 0 stała całkowania. 0 Wyznaczone na podstawie ównania (3.8) napięcie u(t) na kondensatoze C złożone jest z dwóch składników. Piewszy stałonapięciowy komponent u 1 (t) związany jest z pocesem ozładowania kondensatoa pzez ezystancję obciążenia R ze stałą czasową τ=rc. Składowa zmiennopądowa u (t) wynika z tłumionego dgania ścianek mikopęknięcia. Zakes częstotliwości, w któym obsewowana jest emisja pól elektomagnetycznych wytwozonych w wyniku twozenia się mikopęknięć jest szeoki. Pzykładowo dla ekspeymentów pzepowadzonych na póbkach kedy i ceamiki obsewowano widmo emisji elektomagnetycznej w zakesie Hz [96]. Innym często wskazywanym źódłem emisji pól elektycznych jest pzepływ wód podziemnych pzez wastwy osuwiska, będące ośodkiem poowatym. Towazysząca temu emisja zmiennych pól elektomagnetycznych wynika z zabuzeń oscylacyjnych lub impulsowych w pzepływie płynu. Model ten najczęściej stosowany jest do opisu zjawisk 8

29 występujących w osuwiskach ozwiniętych w wastwach iłu, gdzie ównież obsewowana jest emisja pól elektomagnetycznych. Jak stwiedzono, patie osuwiska o zwiększonym nawodnieniu stają się miejscem pawdopodobnego ozwoju poślizgu wastw [16]. Ponadto aktywne stefy osuwiska chaakteyzują się podwyższonym poziomem ciśnienia cieczy w poównaniu do stef stabilnych. Występowanie zjawisk natuy elektycznej w wyniku pzepływu płynu pzez ośodek poowy związane jest z mechanizmami znanymi z teoii elektochemii. Podstawą do dalszych ozważań jest pojęcie elektycznej wastwy podwójnej EDL (ang. electical double laye) i związanego z nią potencjału elektokinetycznego tzw. ζ-potencjału występującego w układach koloidalnych. Nasycone płynem wastwy geologiczne twozące osuwisko można ozpatywać w mikoskali jako sieć kapila wytwozonych w zianistej stuktuze ośodka. W płynie wypełniającym kapilay unoszone są jony, któe oddziałując z zianami ośodka twozą elektyczną wastwę podwójną, co pzedstawiono na ys. 3. stosując model Stena [89]. Rys. 3.. Model Stena elektycznej wastwy podwójnej: a) ozkład jonów w pobliżu ściany kapilay b) ozkład potencjału w funkcji odległości od ściany kapilay [89] Zgodnie z ys. 3.a wastwa kationów znajdująca się w wastwie Stena, bezpośednio pzyległej do ściany kapilay o potencjale powiezchniowym φ 0, pozbawiona jest możliwości pzemieszczania się w oztwoze w wyniku silnego pzyciągania elektostatycznego oaz działania sił van de Waals a [84]. Kationy znajdujące się w wastwie dyfuzyjnej posiadają możliwość pzemieszczania się w oztwoze, jednak w wyniku oddziaływań elektostatycznych ich koncentacja jest zwiększona. Płaszczyzna ozdzielająca wastwę jonów nieuchomych i wastwę dyfuzyjną nazywana jest płaszczyzną poślizgu. Ma ona ściśle okeślony potencjał, zwany ζ-potencjałem lub potencjałem elektokinetycznym. Watość potencjału ζ * silnie zależy od odzaju ośodka nasyconego cieczą, jak i właściwością samej cieczy, któą w większości pzypadków taktować można jako elektolit. * Pzykładowo dla kaolinitu śednia watości ζ-potencjału wynosi mv. 9

30 Ze wzostem stężenia elektolitu watość ζ-potencjału maleje. Poza ganicą wastwy dyfuzyjnej koncentacja anionów i kationów w oztwoze ulega wyównaniu. Dla słabych elektolitów koncentacja kationów n + (d) oaz anionów n - (d) w funkcji odległości od ścianki kapilay opisują zależności [84]: + n ( d) = n n ( d) = n ze exp k 0 ϕ ze exp k 0 ϕ B B ( d) t ( d) t (3.9) (3.10) gdzie: k B stała Boltzmanna n 0 koncentacja ównowagowa jonów w elektolicie t tempeatua z watościowość (walencyjność) jonów ϕ(d) potencjał elektyczny w odległości d od ścianki kapilay. Wastwa Stena waz z wastwą dyfuzyjną twozą elektyczną wastwę podwójną EDL (ang. electical double laye). Pzebieg potencjału elektycznego w funkcji odległości od ściany kapilay pzedstawiono na ys. 3.b. Zależności łączące pzepływ cieczy w jednoodnym ośodku poowatym ze zjawiskami natuy elektycznej pzybieają postać [1,1,30]: J V J C ( p) + L ( V ) = L11 1 ( p) + L ( V ) = L1 (3.11) (3.1) gdzie: J V gęstość stumienia cieczy [m/s] J C gęstość pądu [A/m ] p ciśnienie stumienia cieczy [N/m ] V potencjał elektyczny [V] L 11, L 1, L 1, L współczynniki popocjonalności. Pzyjmując gubość elektycznej wastwy podwójnej za znacznie mniejszą niż kzywizna powiezchni zian ośodka, współczynniki L 11 L definiuje się następująco [30]: L 11 = K/η [m 4 /N s] (3.13) K pzenikalność elektoosmotyczna [m ] η lepkość dynamiczna cieczy [N s/m ] L 1 = L 1 = - εζ/η = ke (3.14) ke współczynnik spzężenia elektoosmotycznego [m /V s] ε pzenikalność dielektyczna cieczy [F/m] ζ potencjał elektokinetyczny [V] L = σ konduktywność elektyczna cieczy [S/m]. (3.15) 30

31 Pzyłożony do końców kapilay gadient ciśnienia wywołuje pzepływ cieczy, co z kolei wyzwala gadient potencjału elektycznego zwany potencjałem stumieniowym (ang. steaming potential). Stumień cieczy powoduje unoszenie jonów większościowych znajdujących się w wastwie dyfuzyjnej w kieunku wylotu kapilay, gdzie twozy się ich nadmiaowa koncentacja. Po pzeciwnej stonie kapilay, u jej wlotu, występuje niedobó jonów większościowych wastwy dyfuzyjnej. Pzykładowo, gdy w wastwie dyfuzyjnej znajduje się nadmia kationów to wylot kapilay ma potencjał dodatni, wlot ujemny. Zakładając bak zewnętznych źódeł pądu i ównomieność pzepływu cieczy pzez ośodek, można wyznaczyć óżnicę potencjału elektycznego V w obwodzie w stanie jałowym (J C =0) występującą pod wpływem zmian ciśnienia p. Związek ten wyażony jest zależnością Helmholtza-Smoluchowskiego [30,89]: L1 (3.16) L ( V ) = ( p) Na podstawie powyższej zależności definiowany jest współczynnik spzężenia potencjału stumieniowego C C [89], wyażony w [mv/atm.] lub [mv/0,1mpa]. ( V ) L1 ε ζ = = ( p) L ησ C C = (3.17) Gdy do ozpatywanej póbki poowatego mateiału dopowadzona zostanie óżnica potencjałów elektycznych, to nastąpi pzepływ cieczy w kieunku wyższego potencjału, tzw. efekt elektoosmozy (ang. electoosmosis effect). Wtedy (-p)=0 i z ównań (3.11),(3.1) mamy [30]: J V J C ( V ) = L 1 (3.18) ( V ) = L (3.19) Zgodnie z zasadą Onsagea, obowiązującą dla większości pocesów spzężonych, maciez współczynników fenomenologicznych jest symetyczna, tzn. obowiązuje zależność L ik = L ki dla dowolnego i, k [70]. W naszym pzypadku można zapisać L 1 = L 1, co daje [30]: J J F C ΔV = Δ p J C Δ p=0 =0 (3.0) Powyższa zależność znana też jako pawo Saxensa okeśla zasadę wzajemności pomiędzy potencjałem stumieniowym a elektoosmozą dla ośodka poowatego nasyconego cieczą. Rozpatzmy teoetyczną póbkę ośodka poowego w kształcie walca o powiezchni podstawy S i długości l, pzez któą wymuszany jest pzepływ cieczy zgodny z kieunkiem długości l, pod wpływem óżnicy ciśnienia Δp. Poowa stuktua walca o wypadkowej ezystywności ρ P nasycona jest cieczą o ezystywności ρ C. Zgodnie z zależnościami (3.16) i (3.17), można wyznaczyć napięcie U P występujące na końcach póbki [89]: 31

32 U P ε ζ ρc = η Δ p (3.1) Rezystancja R P poowej stuktuy póbki wynosi [3]: R P ρ P l = (3.) S Pąd I P pzepływający pzez póbkę można okeślić zależnością [3,38]: I P = ε ζ η ρc ρ P Δ p S l (3.3) gdzie: Π = ρ C /ρ P współczynnik poowatości dynamicznej [3,38,75]. Taktując póbkę w kształcie walca o pomieniu podstawy jako postoliniowy pzewodnik, pzez któy pzepływa pąd o watości I P, zgodnie z pawem Biota-Savata można wyznaczyć natężenie pola magnetycznego w punkcie obsewacji odległym o d od póbki (d>>) [57]: I P = 4π dl d d H P 3 l (3.4) Uwzględniając zależność (3.3) oaz pzyjmując punkt obsewacji nomalny do pobocznicy walca otzymujemy: H P l I = 4π d P (3.5) Emisja zmiennych pól elektomagnetycznych wywołanych pzepływem cieczy wynika z faktu oscylacyjnych lub impulsowych zmian gadientu ciśnienia wymuszającego pzepływ [3,44]. Zjawisko to nosi nazwę efektu sejsmoelektycznego [89]. Spotykane są ównież okeślenia efekt sejsmoeletyczny dugiego odzaju lub efekt E. Oscylacyjny chaakte gadientu ciśnienia powodowany jest popagacją fali sejsmicznej, akustycznej lub innymi zabuzeniami ośodka spężystego. Elektokinetyczne podstawy zjawiska potencjału stumieniowego są takie same w całym zakesie częstotliwości, jednak watość współczynnika C C opisanego ównaniem (3.17) zależna jest od częstotliwości oscylacji cieczy w kapilaze lub ośodku poowym. Związek ten wynika z óżnic natuy hydodynamicznej. Podawane są zależności apoksymujące watość współczynnika spzężenia potencjału stumieniowego C C w funkcji częstotliwości [89]. Dla kapilay zależność C C (ω) pzyjmuje postać [89]: ( ω ) ( ω ) C ΔV εζ η 1 1 ( ω ) = = 1 i C ΔP ησ ωρ (3.6) gdzie: pomień kapilay 3

33 ρ ozkład ładunku w kapilaze. W pzypadku ośodka poowatego mamy [89]: 3 ΔV ( ) ( ω ) εζ ω m d 1 1 ωρ C 1 C ω = = ( ) i 4 i d D Δ (3.7) P ω ησ ωt Λ η gdzie: d D odległość Debye a Λ śedni pomień poów m współczynnik geometii poów ω t pulsacja chaakteystyczna zależna od paametów ośodka poowatego. Ogólnie, wypadkowe natualne pole elektomagnetyczne, związane z aktywnością osuwisk, tansponuje się na dgania płynu, co wynika z efektu elektoosmozy opisanego zależnościami (3.18) i (3.19). Emisja wolnozmiennych pól elektycznych o częstotliwości f<100hz wynika ównież z pzepływu cieczy z pędkością v C pzez kapilaę o długości dl w polu geomagnetycznym B [3]. Na każdy elekton o ładunku elementanym e, któy pousza się z pędkością v C w E polu o indukcji B E ** działa siła Loentza F L C E F L [57,85]: = ev B (3.8) Siła ta powoduje upoządkowany uch elektonów powodujący wytwozenie pola elektycznego o natężeniu [57]: E = v C B E (3.9) Pzedstawione zjawiska elektyczne związane z pzepływem cieczy pzez ośodek poowaty nie oddają spotykanej w paktyce złożoności poblemu. Wynika to choćby z pzyjęcia jednoodności ośodka poowatego, co w zeczywistości jest założeniem czysto teoetycznym. Istotna jest też znajomość watości i ozkładu gadientów ciśnień działających na ciecz płynącą pzez ozpatywaną objętość. Infomację tę łatwo uzyskać w waunkach ekspeymentu laboatoyjnego, gdzie z góy zadawany jest pzepływ cieczy pzez póbkę pod znanym ciśnieniem p [30]. W pzypadku badań w teenie nie dysponuje się tego typu infomacjami, szczególnie, gdy zjawiska zachodzą w mikoskali. Paktycznie możliwe jest jedynie wyznaczenie dóg pzepływu dużych stumieni podziemnych, co wykozystywane jest w metodzie pomiau potencjałów własnych. Równie często wskazywanym pzez badaczy źódłem emisji natualnych pól elektomagnetycznych jest efekt piezoelektyczny, szczególnie wat ozważenia w pzypadku osuwisk zawieających w swym składzie fakcje bogate w mateiał skalny zawieający mineały piezoelektyczne np. piaskowce, żwiy, itp. [5]. Dotyczy to zaówno osuwisk zbudowanych z dużych jednolitych bloków skalnych, osuwisk o mieszanej budowie guntowo-skalnej (zawieających cienkie ozdzielone płaty skalne), jak i osuwisk Odległość pzy któej watość potencjału wynosi φ 0 /e. ** Zależnie od szeokości geogaficznej śednia watość indukcji magnetycznej B E (5 70) 10-5 T [36] 1 33

34 wytwozonych w guntach zawieających ozdobniony mateiał skalny, wykazujący własności piezoelektyczne. Do najczęściej występujących w pzyodzie mineałów piezoelektycznych zaliczyć można: kwac, tumalin, sfaleyt, nefelin [75]. Efekt piezoelektyczny obsewowany jest ównież w mineałach o własnościach dielektycznych i półpzewodnikowych, takich jak selen, tellu, geenockit, cynkit, kdmoselit. Aktywacja efektu piezoelektycznego następuje w wyniku wewnętznych napężeń, nacisku oaz tacia występującego w takcie ozwoju osuwiska. Efekt piezoelektyczny obsewowany jest w ośodkach dielektycznych o anizotopowej budowie, posiadających odpowiednią stuktuę kystalogaficzną. Zjawisko to można opisać zależnościami [,6]: P = Z d + ε 0 χ E (3.30) p p e S = Z s + d E (3.31) p p gdzie: P wekto polayzacji elektycznej (polayzacja) [C/m ] E natężenie pola elektycznego [V/m] Z p napężenie e S napężenie spężyste d p stała napężenia piezoelektycznego [C/N] dla zjawiska postego; [m/v] dla zjawiska odwotnego ε 0 pzenikalność elektyczna póżni χ=ε 0 χ podatność elektyczna [F/m] χ podatność elektyczna względna s stała podatności spężystej. Z zależności (3.30) wynika, że zmiana polayzacji elektycznej P jest popocjonalna do napężenia Z p wymuszonego na póbce kyształu piezoelektycznego, pzy baku wewnętznych samoistnych napężeń póbki (tzw. zjawisko piezoelektyczne odwotne). Obsewowane jest też zjawisko opisane związkiem (3.31), któe powadzi do pojawienia się napężeń wewnętznych w kysztale pod wpływem pzyłożonego pola elektycznego E (tzw. zjawisko piezoelektyczne poste). Skokowa zmiana polayzacji elektycznej P, będąca źódłem szeokopasmowych pól elektomagnetycznych, wywołana jest zjawiskiem kuszenia skał oaz cyklami napężenie elaksacja występującymi w ciele aktywnego osuwiska. W pzypadku emisji elektomagnetycznej z póbek o znacznej zawatości kyształów o własnościach piezoelektycznych obsewowano szeokie widmo częstotliwości w zakesie Hz [94]. Chaakte emisji silnie zależy od odzaju niszczonego mateiału, jak i sposobu oddziaływania sił niszczących. W pzypadku skał, jako jedno ze źódeł emisji elektomagnetycznej wskazywany jest ównież efekt piezomagnetyczny, wywołany zmianą watości wektoa magnetyzacji M w wyniku pzyłożonej siły ściskającej [5]. W większości występujących w paktyce sytuacji pomiaowych, pzedstawione powyżej mechanizmy samoistnej emisji pól elektomagnetycznych występują wspólnie. Sytuacja ta wynika m.in. z budowy geomofologicznej zeczywistych osuwisk, zawieających w swym ciele óżnoodne, pzemieszane mateiały takie jak skały, żwi, piasek, ił itp. Każdy typ mateiału wykazuje odmienne mechanizmy geneowania pól elektomagnetycznych. W paktyce nie jest możliwe dokładne okeślenie tak istotnych, z punktu widzenia zachodzących zjawisk elektomagnetycznych, czynników jak ozkład napężeń wewnątz 34

35 osuwiska, stopień nawodnienia poszczególnych wastw, poziom współczynnika kwasowości PH i inne. Niemożliwe jest więc teoetyczne szacowanie spodziewanych natężeń składowych pól elektomagnetycznych na danym osuwisku. Można jednakże, mając na uwadze budowę geomofologiczną i intensywność zachodzących pocesów osuwiskowych, oszacować ząd wielkości natężenia składowych pola elektomagnetycznego. 3.. Stanowisko laboatoyjne do badania emisji elektomagnetycznej z wybanych fakcji osuwisk W celu zbadania chaakteu emisji elektomagnetycznej z fakcji podobnych do tych, któe wchodzą w skład ozważanych w ozpawie osuwisk, wykonano seię pomiaów laboatoyjnych. Póbki poddano obciążeniu osiowemu, staając się zasymulować waunki napężeń mechanicznych zachodzących w ciele osuwiska. Na decyzję o wykonaniu wstępnych pomiaów laboatoyjnych wpłynął głównie bak dostatecznej ilości infomacji na temat emisji pól elektomagnetycznych z sypkich mateiałów skalnych o zóżnicowanym stopniu ozdobnienia. Infomacje te zdaniem autoa są konieczne w pzypadku ozpatywania emisji pól elektomagnetycznych z osuwisk guntowych, szczególnie tych, któe posiadają znaczne wtącenia żwiów, piasków lub zwietzałych i silnie ozdobnionych wastw skalnych. Mechanizm emisji pól elektomagnetycznych dla osuwisk wytwozonych w wastwach skalnych wydaje być lepiej poznanym, o czym świadczy duża liczba publikacji na temat emisji elektomagnetycznej z óżnoodnych skał w pocesie ich niszczenia [47,76,79,86,93,107]. Szczególnie ważne na etapie badań laboatoyjnych było okeślenie, jaki chaakte mają emitowane w pocesie niszczenia póbek pola elektomagnetyczne. Dla każdego mateiału zbadano widma częstotliwościowe dla obydwu składowych pola elektomagnetycznego emitowanego z póbek oaz ustalono zakes natężeń uzyskiwanych pól. Podczas ekspeymentów pzepowadzonych pzez autoa badano emisję pól elektomagnetycznych zaówno z póbek skalnych (dolomitu, magnezytu, piaskowca) oaz sypkich i plastycznych mateiałów takich jak żwi, piasek oaz ił. Badano póbki skał w kształcie walca o wymiaach mm lub sześcianu o boku 40 mm. Pomiay wykonano na stanowisku laboatoyjnym zestawionym jak na ys. 3.3., otzymując infomacje pomocne autoowi ozpawy w opacowaniu apaatuy do badania emisji elektomagnetycznej z aktywnych osuwisk. 35

36 Rys Oganizacja stanowiska do badania emisji elektomagnetycznej fakcji osuwisk: 1 odbionik pola elektycznego, odbionik pola magnetycznego, 3 elektody pomiaowe, 4 badana póbka, 5 ekan elektomagnetyczny, 6 pasa hydauliczna, 7 wzmacniacz pomiaowy, 8 kompute PC z katą pomiaową ADLINK PCI-981 [opacowanie własne] Na póbkę umieszczoną pomiędzy szczękami ęcznej pasy hydaulicznej działa obciążenie osiowe o maksymalnej możliwej do zadania watości kn. Zastosowanie na stanowisku pomiaowym pasy ęcznej zamiast pasy o napędzie elektycznym, kozystnie minimalizuje poziom zakłóceń elektomagnetycznych w miejscu badania póbki. Podobny do pezentowanego sposób zadawania obciążeń osiowych, w szczękach pasy, stosowany jest w wielu ozwiązaniach stanowisk laboatoyjnych wykozystywanych do badania emisji elektomagnetycznej z póbek skał oaz spoistych guntów w takcie ich niszczenia [79,86,94,107]. Spotykane są ównież konstukcje stanowisk laboatoyjnych, umożliwiające zadawanie złożonych obciążeń z wszechosiowym włącznie [75]. Rozwiązania tego typu są jednak zdecydowanie tudniejsze w paktycznej ealizacji ze względu na znaczny stopień komplikacji konstukcji mechanicznej apaatuy. Z tego powodu w większości pzypadków ekspeymenty oganiczone zostają tylko do badań emisji pól elektomagnetycznych dla obciążeń osiowych póbki. W czasie niszczenia mateiału, dzięki odpowiednim odbionikom pomiaowym umieszczonym w pobliżu stefy zgniotu, ejestowano składową elektyczną i magnetyczną pola elektomagnetycznego. Odbioniki pomiaowe ustawiono na podstawkach tłumiących wykonanych z gąbki poliuetanowej. Zabieg ten oganiczył znacznie występowanie tzw. efektu mikofonowania powodującego indukowanie siły elektomotoycznej SEM w cewce odbionika pola magnetycznego pod wpływem dgań mechanicznych. Wstępnie założono, że odbionik pola elektycznego oaz magnetycznego powinien mieć stałą czułość w pasmie 0,1 100 khz. Na podstawie infomacji dostępnych w liteatuze należy uznać, że pasmo to z wymaganym zapasem obejmuje zakes częstotliwości, w któym obsewowana była samoistna emisja pól elektomagnetycznych na obszaach aktywnych osuwisk [55-56]. 36

37 Pomiaowy odbionik pola elektycznego zaopatzono w niesymetyczny dipol elektyczny o długości l=80 mm. Dla anteny liniowej o długości znacznie mniejszej od λ/, co spełnione jest w naszym pzypadku, wysokość skuteczna anteny w ozważanym zakesie częstotliwości jest stała i wynosi [33,90]: l h = sk 40mm = (3.3) Watość siły elektomotoycznej wytwozonej w antenie elektycznej można zapisać jako [33]: SEM = E (3.33) A h sk gdzie: E natężenie pola elektycznego [V/m]. Powyższa zależność jest pawdziwa wtedy, gdy spełniony jest waunek [33]: h << λ (3.34) sk Bioąc pod uwagę fakt, że w waunkach pzestzeni swobodnej zakesowi częstotliwości 0,1 100 khz, odpowiada długość fali z zakesu m, waunek (3.34) można uznać za spełniony. Dipol, współpacując ze wzmacniaczem o wzmocnieniu napięciowym, umożliwia uzyskanie na wyjściu wzmacniacza napięcia o watości: U WY = SEM K = E h K (3.35) A U sk U gdzie: K U wzmocnienie napięciowe wzmacniacza. W odbioniku pomiaowym skonstuowanym pzez autoa zastosowano wzmacniacz napięciowy o płaskiej chaakteystyce amplitudowej w zakesie częstotliwości 0,1 100 khz, co jest widoczne na ys Po pzekształceniu zależności (3.35) do postaci E 1 β = = (3.36) U h K WY sk U możliwe jest wyznaczenie szukanej watości natężenia pola elektycznego E na podstawie zmiezonego na wyjściu wzmacniacza napięcia U WY, pzy znajomości współczynnika β dla danej częstotliwości f. 37

38 Rys Chaakteystyka amplitudowa wzmacniacza odbionika pola elektycznego Dla h sk = m i K U 1000 V/V otzymujemy β = 1/40 m -1 = 0,05 m -1. Wypadkową częstotliwościową chaakteystykę amplitudową pomiaowego odbionika pola elektycznego pzedstawiono na ys Rys Chaakteystyka częstotliwościowa pomiaowego odbionika pola elektycznego, zmiezona w polu wzocowym o natężeniu E=0,5 V/m 38

39 W założonym pasmie pacy odbionika pola elektycznego 0,1 100 khz, uzyskano stałość chaakteystyki amplitudowej ze spadkiem nie pzekaczającym db (ys.3.5). W pomiaowym odbioniku pola magnetycznego zastosowano antenę zamkniętą z dzeniem feytowym. Dla anteny tego typu wysokość skuteczna h sk wynosi [90]: h sk π z S μ π f z S μ = = (3.37) λ c gdzie: z liczba zwojów anteny S powiezchnia objęta pzez zwój anteny [m ] λ długość fali [m] μ pzenikalność magnetyczna skuteczna wypadkowa dzenia anteny feytowej [H/m]. Poniżej częstotliwości ezonansu własnego wysokość skuteczna anteny h sk wzasta popocjonalnie do częstotliwości z nachyleniem 0 db/dek [90]. Siłę elektomotoyczną wyindukowaną w cewce anteny można wyznaczyć z zależności [90]: SEM = Z 0 H (3.38) A h sk gdzie: H natężenie pola magnetycznego [A/m] Z 0 = 10π [Ω] impedancja falowa wolnej pzestzeni. Watość wyindukowanej w antenie siły elektomotoycznej SEM A zależy liniowo od wysokości skutecznej anteny. Zależność siły elektomotoycznej indukowanej w zastosowanej antenie odbioczej w funkcji częstotliwości pzedstawiono na ys Pomia wykonano, dla stałej watości wzocowego natężenia pola magnetycznego wynoszącej 1,8 ma/m, stosując wzozec pola pzedstawiony w pacy [76]. Rys Zależność siły elektomotoycznej SEM A wyindukowanej w antenie magnetycznej w funkcji częstotliwości, zmiezona w polu wzocowym o natężeniu H=1,8 ma/m 39

40 By uzyskać stałą czułość odbionika pola magnetycznego w założonym pasmie, należy skompensować wzost siły elektomotoycznej z anteny pzez dobó odpowiedniego kształtu chaakteystyki amplitudowej wzmacniacza współpacującego z anteną. Do układu wzmacniacza dołączono filt dolnopzepustowy piewszego zędu, uzyskując wypadkową chaakteystykę amplitudową pomiaowego odbionika pola magnetycznego jak na ys Rys Wypadkowa chaakteystyka amplitudowa pomiaowego odbionika pola magnetycznego, zmiezona w polu wzocowym o natężeniu H=1 ma/m Dodatkowo, pócz badania emisji pól elektomagnetycznych, możliwa była ejestacja napięcia elektycznego wytwozonego pomiędzy pzeciwległymi ściankami póbki. Uzyskano to dzięki paze odizolowanych galwanicznie elektod, pzymocowanych do szczęk pasy. Elektody wykonane z cienkiej sebzonej blachy naklejonej na płytę tekstolitową o gubości 10 mm dołączono do szeokopasmowego wzmacniacza pomiaowego o wzmocnieniu 0 db w zakesie częstotliwości DC 150 khz i impedancji wejściowej 10 1 Ω. Opcjonalnie, w pzypadku wolnozmiennych fluktuacji napięcia, możliwe było włączenie w to wzmacniacza filtu dolnopzepustowego czwatego zędu o częstotliwości ganicznej f=35 Hz. Rozwiązanie to zapewnia eliminację wpływu częstotliwości sieci na pomia. Zmiany napięcia elektycznego obsewowano wyłącznie w pzypadku zgniatania wilgotnego iłu lub nawodnionej mieszaniny iłu z piaskiem. Zjawisko to związane jest z wywołaną naciskiem zmianą ciśnienia cieczy w poach póbki, co w konsekwencji wpływa na zmianę ozkładu potencjałów elektycznych zgodnie z zależnościami (3.11) i (3.1). Póbki mateiałów sypkich takich jak piasek, żwi lub ich mieszanina, pzed umieszczeniem w szczękach pasy wsypywano do specjalnie wykonanego tekstolitowego cylinda o śednicy 60 mm i wysokości 00 mm (ys 3.8). Po umieszczeniu odpowiedniej ilości badanego mateiału, cylinde zamykano wykonanym z tekstolitu tłokiem i póbkę umieszczano w pasie. W związku z obsewowanymi defomacjami cylinda, należało zbadać czy poces defomacji tekstolitu nie wywołuje emisji pól elektomagnetycznych. Po wykonaniu seii ekspeymentów, polegających na zgniataniu kostek z tekstolitu, stwiedzono bak emisji pól elektomagnetycznych o natężeniach pzekaczających poziom tła zakłóceń elektomagnetycznych obecnych w miejscu powadzenia pomiaów ys. 3.9,

41 Rys Konstukcja cylinda do zgniatania mateiałów sypkich [opacowanie własne] Kompute ejestujący wyposażono w katę pomiaową typu ADLINK PCI-981 o następujących paametach: - 4 identyczne, niezależne analogowe toy pomiaowe o wejściu niesymetycznym, akceptujące sygnały bipolane o maksymalnej amplitudzie ± 5 V - impedancja wejściowa tou pomiaowego, wybieana pzełącznikiem pzez użytkownika: 50 Ω, 1,5 kω, 15 MΩ - pasmo pzenoszenia tou pomiaowego (-3dB): DC 17 MHz - pzetwonik analogowo-cyfowy o ozdzielczości 1 bitów - maksymalna częstotliwość póbkowania miezonego sygnału: 0 MHz - współpaca z 3-bitowym potem PCI - możliwa współpaca z sytemami opeacyjnymi: Windows 98/NT/00/XP/003, Linux, DOS. W czasie pomiau ejestowano jednocześnie pzebiegi z czujnika pola elektycznego i magnetycznego oaz dodatkowo, w pzypadku zgniatania póbek guntu, napięcie pomiędzy elektodami pomiaowymi. Pasmo pzenoszenia wszystkich tzech toów pomiaowych oganiczono do zakesu DC 100 khz. Wykozystując odpowiednie opogamowanie współpacujące z katą pomiaową obsewowano i ejestowano jednocześnie pzebiegi czasowe badanych sygnałów oaz ich widma częstotliwościowe wyznaczone na podstawie algoytmu szybkiej tansfomaty Fouiea FFT [17,71]. Pasę, kompute oaz pozostałe bloki systemu pomiaowego twale połączono z uziemieniem. W czasie powadzenia pomiau, ze względu na spodziewane niskie watości natężeń składowych pola elektomagnetycznego (pkt ), szczęki pasy waz z czujnikami osłonięte zostały uziemionym ekanem elektomagnetycznym. Zabieg ten zmniejszył poziom ejestowanych zakłóceń elektomagnetycznych, któych głównym źódłem był pzypuszczalnie kompute wchodzący w skład systemu pomiaowego. Wpływ ekanu na poziom ejestowanych zakłóceń odpowiednich składowych pola elektomagnetycznego pzedstawiono na ys. 3.9 i Zauważalny jest kozystny wpływ ekanu na eliminację zakłóceń w zakesie częstotliwości poniżej 30 khz, zaówno dla składowej elektycznej i magnetycznej pola. Fakt ten należy uznać za istotny, gdyż umożliwia dokładniejszą obsewację dominujących niskoczęstotliwościowych maksimów w emisji pól elektomagnetycznych z badanych póbek (pkt 3.3). Również w zakesie częstotliwości do 0 khz powadzone były pomiay natualnych pól magnetycznych emitowanych z zeczywistych osuwisk (pkt 6). 41

42 Rys Wpływ ekanowania systemu pomiaowego na poziom ejestowanych zakłóceń dla składowej magnetycznej: a) bez ekanu b) z ekanem Rys Wpływ ekanowania systemu pomiaowego na poziom ejestowanych zakłóceń dla składowej elektycznej: a) bez ekanu b) z ekanem 4

43 3.3. Badania emisji elektomagnetycznej wybanych fakcji osuwisk Badania emisji elektomagnetycznej oganiczono do zbiou póbek mateiałów podobnych do tych, któe wchodzą w skład ozpatywanych osuwisk. W czasie badań emisji elektomagnetycznej nie dysponowano oyginalnymi póbkami skał oaz guntów pochodzących z badanych osuwisk np. pozyskanymi z dzeni odwietów kontolnych. Infomacje na temat budowy geologicznej badanych osuwisk uzyskano na podstawie wyników badań geomofologicznych wykonanych i udostępnionych autoowi pzez służby geologiczne zajmujące się badaniem i monitoowaniem ozpatywanych osuwisk. W pzypadku skalnego osuwiska w miejscowości Jelšava badane były póbki magnezytu, dolomitu szaego i piaskowca. Kolejne z badanych aktywnych osuwisk, znajdujące się w miejscowości Jaoszów ma budowę mieszaną. Góne jego patie złożone są głównie z pzemieszanych spoistych fakcji iłu, piasku oaz żwiu o zóżnicowanej zianistości. Na powiezchni widoczne są liczne pęknięcia i ozpadliny twozące ozległą sieć kanałów spzyjających pzenikaniu wód pzypowiezchniowych do głębszych wastw osuwiska. W dolnych patiach osuwiska występują luźno ozmieszczone płaty piaskowca, silnie zniszczone w wyniku pocesów podziemnej eozji. Wastwy te zdaniem geologów zajmujących się monitoowaniem stabilności osuwiska są szczególnie podatne na uchy osuwiskowe. Dla tego osuwiska wymagane jest więc zbadanie chaakteu emisji pól elektomagnetycznych z póbek piaskowca, żwiu, piasku oaz iłu. Podobną budowę geologiczną do osuwiska w Jaoszowie mają nieaktywne w takcie powadzonych badań osuwiska w Szymbaku oaz w Nowym Sączu. Badane laboatoyjnie póbki poddano obciążeniu osiowemu na stanowisku o konstukcji pzedstawionej w podpunkcie 3.. Dla ejestowanych w czasie niszczenia póbek składowych elektycznych i magnetycznych pola elektomagnetycznego, pzedstawiono pzebiegi czasowe oaz odpowiadające im widma w dziedzinie częstotliwości. Pezentację obazów widm, pomimo ich pełnej ejestacji do częstotliwości 100 khz, oganiczono do zakesu, w któym widoczne są dobze anomalie elektomagnetyczne wynikłe z niszczenia badanych póbek. Poczynione w takcie pac laboatoyjnych spostzeżenia umożliwiły okeślenie zakesu częstotliwości oaz spodziewanych natężeń pól elektomagnetycznych towazyszących twozeniu się napężeń w skałach oaz skalnych mateiałach sypkich. Stefy zwiększonych watości napężeń mechanicznych wskazywane są jako miejsca potencjalnej aktywacji osuwiska. Docelowo badania laboatoyjne uzupełnione o infomacje dostępne w liteatuze pozwoliły autoowi ozpawy na opacowanie i skonstuowanie apaatuy do pomiau emisji samoistnych pól elektomagnetycznych na obszaach osuwisk. 43

44 Badanie póbek piaskowca Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki piaskowca n 1: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki piaskowca n 1: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 44

45 Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki piaskowca n : a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki piaskowca n : a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 45

46 3.3.. Badanie póbek dolomitu szaego Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki dolomitu szaego n 1: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki dolomitu szaego n 1: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 46

47 Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki dolomitu szaego n : a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki dolomitu szaego n : a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 47

48 Badanie póbek magnezytu Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki magnezytu n 1: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki magnezytu n 1: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 48

49 Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki magnezytu n : a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys. 3.. Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie niszczenia póbki magnezytu n : a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 49

50 Badanie póbek żwiu i piasku Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie obciążenia póbki żwiu: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie obciążenia póbki żwiu: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 50

51 Rys Emisja składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego w takcie obciążenia póbki złożonej z mieszaniny żwiu i piasku a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe Rys Emisja składowej elektycznej pola elektomagnetycznego w takcie obciążenia póbki złożonej z mieszaniny żwiu i piasku: a) pzebieg czasowy b) widmo częstotliwościowe 51

52 Badanie póbek piasku i iłu Badano póbki iłu o zóżnicowanym stopniu nawodnienia oaz nawodnione mieszaniny piasku z iłem, spoządzone w óżnych popocjach. W żadnym z pzypadków nie zaobsewowano emisji pola magnetycznego ani elektycznego. Obsewowane były natomiast zmiany napięcia stałego z póbek pzy naoście nacisku wywieanego pzez pasę w zakesie 0 75 kn (ys. 3.7). Póbki umieszczono pomiędzy elektodami pomiaowymi jak na ys. 3.. Rys Zmiany napięcia elektycznego na póbce iłu pzy liniowej zmianie siły nacisku w zakesie 0 75 kn: a) pomia podstawowy b) pomia powtóny 3.4. Podsumowanie Na podstawie laboatoyjnych badań pzebiegów czasowych oaz widm częstotliwościowych samoistnej emisji pól elektomagnetycznych z póbek skał oaz guntów poddanych obciążeniu mechanicznemu, można pzedstawić następujące wnioski: 1. W pzypadku obciążenia mechanicznego póbek skalnych, uzyskane pzebiegi czasowe składowej elektycznej i magnetycznej mają chaakte pojedynczego, wyaźnego impulsu towazyszącego nieodwacalnemu mechanicznemu zniszczeniu pęknięciu póbki. Szeeg następujących po sobie impulsów obsewowano zgniatając póbki mateiałów sypkich takich jak żwi lub mieszanina żwiu z piaskiem. Emisja elektomagnetyczna w postaci seii impulsów dla póbek mateiałów sypkich następuje w pzypadku pzekoczenia pewnej pogowej watości zadanego nacisku osiowego. Nie stwiedzono w tym pzypadku jednoznacznie momentu, któy mógłby zostać uznany za moment zniszczenia póbki. Obsewowano natomiast stopniowe ozdobnienie badanego mateiału, szczególnie dla zgniatanych póbek żwiu. 5

53 . Niszczeniu póbek skał towazyszyła emisja pól elektomagnetycznych o amplitudach względnie dużej watości. Najsilniejszą emisję pól elektomagnetycznych zaobsewowano zgniatając póbki magnezytu (ys ). Równie silną emisję wykazywał piaskowiec. Niższe watości natężeń emisji elektomagnetycznej towazyszyły niszczeniu póbek dolomitu szaego. Maksymalne obsewowane w widmach częstotliwościowych watości natężeń pól nie pzekaczały V/m dla składowej elektycznej oaz A/m dla składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego. Emisja pól elektomagnetycznych z póbek żwiu i piasku wykazuje najmniejsze watości natężeń, co najmniej o ząd wielkości niższe od natężeń pól pochodzących od niszczonych póbek skał. 3. Kształt widma częstotliwościowego emitowanych samoistnie pól elektomagnetycznych związany jest silnie z odzajem niszczonej póbki skalnej. Dla póbek dolomitu szaego uzyskane widmo emisji, zaówno dla składowej elektycznej i magnetycznej pola, skupione jest w zakesie częstotliwości do 5 khz. Dla póbek piaskowca i magnezytu obsewowano użyteczne widmo emisji pól elektomagnetycznych do częstotliwości 0 khz. 4. Widma pól elektomagnetycznych, geneowanych pzez poddane obciążeniu mechanicznemu póbki mateiałów sypkich, wykazują istnienie pewnych chaakteystycznych częstotliwości, dla któych obsewowana jest zwiększona emisyjność. Dotyczy to zaówno składowej elektycznej, jak i magnetycznej. Pzykładowo dla póbki żwiu obsewowano podwyższoną emisję pól elektomagnetycznych dla częstotliwości w pobliżu 8 i 1 khz oaz szeokopasmową emisję w pasmie khz (ys ). Póbka złożona z mieszaniny piasku i żwiu wykazywała pawie dwukotnie mniejszy poziom natężenia emisji elektomagnetycznej towazyszącej jej niszczeniu w poównaniu z póbką żwiu niszczonego w podobnych waunkach. W tym pzypadku dla obydwu składowych pola elektomagnetycznego obsewowana jest silna emisja w zakesie 10 0 khz. Ponadto dla pól magnetycznych obsewowany jest dodatkowy zakes emisyjności w sąsiedztwie częstotliwości 8 khz, a dla składowej elektycznych uwidacznia się dodatkowy zakes emitowanych pól 5 30 khz. 5. Niszcząc póbki tych samych mateiałów ejestowano indywidualnie dla każdej póby, óżne kształty widm emitowanych pól elektomagnetycznych. Jednak dla danego typu mateiału, widma emitowanych pól magnetycznych i elektycznych wykazywały podobieństwo w kształcie oaz szeokości widma jak i zakesie natężeń emitowanych składowych pola elektomagnetycznego. 6. Wywieając nacisk osiowy na póbkę wilgotnego iłu oaz iłu zmieszanego z piaskiem w óżnych popocjach nie obsewowano efektu samoistnej emisji pól elektomagnetycznych, a jedynie zmianę watości napięcia stałego pomiędzy zaciskami elektod pomiaowych zgniatających póbkę. Stwiedzono pzybliżoną liniową zależność pomiędzy wywieanym na póbkę naciskiem, a towazyszącym mu pzyostem napięcia stałego ys. 3.7a. Po osiągnięciu maksymalnej watości napięcie powoli opada, czego powodem jest spadek nacisku wywieanego pzez szczęki pasy na póbkę ys. 3.7b. Obsewowane na obydwu ysunkach chwilowe wahania napięcia pomiędzy elektodami pomiaowymi wynikają ze skokowych zmian ciśnienia zadawanego na szczęki pasy, co związane jest ze specyfiką działania pasy. Obsewowane zjawisko tłumaczyć można wymuszonym szczękami pasy pzepływem cieczy pzez wypadkową kapilano-poową stuktuę badanej póbki. Występujący uch fazy ciekłej względem fazy stałej (ścianek ziaen póbki), powoduje obecność gadientu potencjału elektycznego (3.16) zwanego potencjałem stumieniowym. 53

54 Pzedstawione powyżej wyniki badań emisji pól elektomagnetycznych z póbek skał oaz sypkich mateiałów guntowo-skalnych stanowią uzupełnienie oaz weyfikację wyników pomiaów pezentowanych w dostępnych pacach z tego tematu. Większość badaczy podaje, że obsewowane pzez nich ganiczne częstotliwości widma samoistnej emisji elektomagnetycznej z póbek piaskowca oaz dolomitu leżą poniżej 50 khz. Często wyóżniane bywają zakesy częstotliwości, niekiedy dość szeokie, w któych emisja pól jest szczególnie silna. Pzykładowo według [76] wspólny dla póbek dolomitu szaego i piaskowca jest zakes częstotliwości emisji w pasmie 0,5 0 khz. W pacy [47] podano, że dla wykonanej seii badań póbek piaskowców obsewowane widma emisji elektomagnetycznej zawate były w pzedziale 6 0 khz. Również dla óżnych watości wywieanego na póbkę nacisku osiowego obsewowane jest inne widmo emisji elektomagnetycznej. Dla piaskowca [107] obsewowano pzesunięcie zakesu częstotliwości, w któym następuje emisja w kieunku częstotliwości wyższych w miaę zwiększania watości nacisku osiowego na póbkę. Jednak i tu maksymalna użyteczna częstotliwość badanych widm nie pzekoczyła 30 khz. Natomiast według infomacji zawatych w [94], dla póbek piaskowca obsewowano znacznie szesze widmo emisji dochodzące do częstotliwości 10 MHz. Różnica ta wynikła z faktu zastosowania systemu pomiaowego o znacznie szeszym pasmie pacy, uczulonego na składową magnetyczną pola elektomagnetycznego. Jednak i tu wyaźnie wyóżniony został zakes niskoczęstotliwościowej emisji pól magnetycznych z póbek piaskowca. Ponadto badając piaskowce óżnych odmian zauważono znaczne zmiany w kształcie widm emitowanych pól magnetycznych. Pezentowane pzez óżnych autoów wyniki pac ekspeymentalnych często są ozbieżne. Różnice, jak pzyznają sami badacze, wynikają z waunków powadzenia ekspeymentu i użytej apaatuy pomiaowej. Jednak największe ozbieżności w uzyskiwanych wynikach spowodowane są óżnicami w składzie minealnym póbek i stopniu zianistości ich stuktuy [9]. Pzykładowo dla póbek piaskowca obsewowano emisję pól elektomagnetycznych o częstotliwościach malejących w miaę wzostu wielkości ziaen stuktuy. W związku z tym dla zgniatanych póbek dobnozianistego piasku lub mieszaniny żwiu z piaskiem można spodziewać się emisji pól elektomagnetycznych o częstotliwościach większych, niż ma to miejsce w pzypadku niszczenia jednolitych póbek piaskowca. Pzypuszczenie to znalazło potwiedzenie w wynikach badań laboatoyjnych wykonanych pzez autoa. Dla póbek piaskowca maksimum emisji pól elektomagnetycznych pzypada na zakes częstotliwości do 16 khz, a dla póbek piasku i żwiu obsewowane jest pzesunięcie zakesu emisji do pasma 8 35 khz, pzy jednoczesnym spadku natężenia emitowanego pola. Uwzględniając dostępne w liteatuze infomacje na temat emisji pól elektomagnetycznych ze skał oaz guntów, pzedstawione w ozdziale, oaz badania własne autoa ozpawy należy uznać że optymalnie obsewacja aktywności elektomagnetycznej osuwisk guntowych i guntowo skalnych powinna być powadzona w pasmie 10 0 khz. Dla osuwisk ozwiniętych w wastwach skalnych ejestacja pól elektomagnetycznych powinna zostać ozszezona do zakesu 5 0 khz. Ustalenia te posłużyły jako wytyczne pomocne autoowi w opacowaniu systemu pomiaowego do badania emisji elektomagnetycznej z aktywnych osuwisk. System pomiaowy pzystosowano do ejestacji składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego. Ze względu na zamia ejestacji pól elektomagnetycznych o częstotliwości poniżej 50 khz odbionik pomiaowy współpacuje z anteną magnetyczną z dzeniem feytowym, co szczegółowo ozważane jest w pacy [33]. Chaakteystyka kieunkowości takiej anteny odpowiada chaakteystyce anteny amowej, co dyskutowane będzie w podozdziale 5.1. Za celowością zastosowania tego typu anteny pzemawia ównież fakt, że w większości pzypadków pomiay samoistnych pól elektomagnetycznych z osuwisk 54

55 powadzone są w odwietach, gdzie szczególnie cenne stają się właściwości kieunkowe anten amowych. Uwzględniając sposób powadzenia anteny w odwiecie maksymalną czułość systemu pomiaowego uzyskuje się dla pól magnetycznych pochodzących od wastw osuwiska usytuowanych postopadłego do kieunku pzemieszczania anteny. Natomiast sygnały zakłócające padające postopadle na powiezchnię stoku osuwiska nie będą ejestowane pzez antenę [90]. 55

56 4. Popagacja fali elektomagnetycznej w ośodkach Na podstawie dostępnej liteatuy i wstępnych badań laboatoyjnych pzedstawionych w popzednich ozdziałach ozpawy, badanie aktywności elektomagnetycznej osuwisk powadzone pzez autoa ozpawy oganiczone zostało do obsewacji składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego. W ozdziale ozpatzono popagację zmiennych pól magnetycznych, związanych z aktywnością osuwisk oaz pól magnetycznych pochodzących od źódeł zakłóceń. Założono, że anomalia związana z aktywnością osuwiska, jak i z obecnością niepożądanego sygnału zakłócającego epezentowana będzie pzez elementany dipol magnetyczny. Źódło sygnału niepożądanego, będące źódłem zakłóceń, ozpatywane będzie jako dipol magnetyczny umieszczony w pzestzeni swobodnej. Dla takiego usytuowania dipola ozpatzone zostaną tzy stefy: stefa pola bliskiego, stefa pośednia i stefa pola dalekiego. Popagacja zmiennego pola magnetycznego związanego z aktywnością osuwiska, jak ównież z sygnałami zakłócającymi, któe wnikają pod powiezchnię ziemi, ozważana będzie jako popagacja składowych pola magnetycznego pochodzących od dipola magnetycznego umieszczonego w ośodku półpzewodzącym. Pzedstawione zostaną też zależności opisujące zjawisko załamania i odbicia fali elektomagnetycznej typu TM na ganicy dwóch ośodków. Na podstawie tych zależności możliwy jest opis zjawisk występujących zaówno pzy pzejściu fali z pzestzeni swobodnej do ośodka półpzewodzącego, jak też pomiędzy dwoma wastwowymi ośodkami półpzewodzącymi o óżnych własnościach. W dalszej części ozdziału ozpatzone zostaną elementane sytuacje związane z popagacją fali elektomagnetycznej, mianowicie: - pomieniowanie dipola magnetycznego umieszczonego w wolnej pzestzeni; - pomieniowanie dipola magnetycznego umieszczonego wewnątz jednoodnego ośodka półpzewodzącego; - padanie fali elektomagnetycznej na ganicę dwóch ośodków. Pod pojęciem elementanego dipola magnetycznego ozumiany jest kołowy obwód pądowy o powiezchni ds 0, pzez któy płynie pąd sinusoidalny o amplitudzie I i pulsacji ω, co pzedstawiono na ys Rys Pzewód kołowy z pądem jako elementany dipol magnetyczny [36] 56

57 Istotną wielkością chaakteyzującą dipol magnetyczny jest wekto m dipolowym momentem magnetycznym, definiowany jako [36,55]: m = I S = I π [ A m ] zwany (4.1) gdzie: pomień obwodu kołowego. Analiza zależności opisujących składowe pola magnetycznego pochodzące od elementanego dipola magnetycznego oganiczona zostanie do zakesu częstotliwości niskich, mniejszych niż 100 khz. W sytuacji tej możliwe jest pominięcie pądów pzesunięcia zaówno w pzestzeni swobodnej, jak i w ośodku półpzewodzącym [36,66-67]. Ośodek, w któym popagowane jest pole magnetyczne chaakteyzuje się następującymi paametami [66]: - H pzenikalność magnetyczna μ = μ 1 μ 0 m - F pzenikalność elektyczna ε = ε 1 ε 0 m - elektyczna pzewodność właściwa (konduktywność) σ S m - 1 opó elektyczny właściwy (ezystywność) ρ = σ [ Ω m] i ω μ ρ - liczba falowa ośodka γ = ε μ ω = i ω μ ( σ + i ω ε ) Dipol magnetyczny umieszczony w pzestzeni swobodnej Dipol umieszczono w początku układu współzędnych sfeycznych, co pzedstawiono na ys. 4.. Rys. 4.. Dipol magnetyczny umieszczony w pzestzeni swobodnej [36] 57

58 58 W waunkach wolnej pzestzeni [36,66]: = = = m H π μ μ μ = = = m F π ε ε ε = m S 0 σ ε μ ω γ γ = = Składowe magnetycznego potencjału wektoowego A dipola we współzędnych sfeycznych wynoszą [57,108]: ( ) θ γ π μ γ ϕ sin = i e m A i (4.) = 0 θ A (4.3) = 0 A (4.4) Składowe pola magnetycznego wyznaczamy z ogólnej zależności [63,108]: A H = 0 1 μ (4.5) W ozpatywanym pzypadku mamy: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ϕ θ θ ϕ θ ϕ θ ϕ θ ϕ θ θ θ i A A i A A i A A H + + = 1 sin 1 1 sin sin 1 (4.6) Na podstawie zależności (4.6) poszczególne składowe wektoa H w układzie współzędnych sfeycznych pzyjmują postać: ( ) ( ) ( ) ( ) θ γ π ϕ θ θ θ μ γ θ ϕ cos 1 sin sin = = i e m A A H i (4.7) ( ) ( ) ( ) θ γ γ π ϕ θ μ γ ϕ θ sin 1 4 sin = = i e m A A H i (4.8)

59 H 1 A ϕ = ( A ) θ = 0 θ (4.9) We współzędnych katezjańskich zależności ( ) można zapisać: 3 m iγ γ γ i 0 H = sin( θ ) cos( θ ) 3 4π x e (4.10) H = 0 (4.11) y m iγ γ 0 1 γ 0 i 0 H = ( ( ) ) ( ) + z e 3cos θ 1 + sin θ 3 4π (4.1) Należy ozważyć tzy chaakteystyczne pzypadki [36]: 1) γ << 1 stefa pola bliskiego m H = cos( θ ) (4.13) 3 π H = m θ sin( θ ) 3 4π (4.14) H ϕ = 0 (4.15) Co można zapisać we współzędnych katezjańskich: 3m H x = sin( θ ) cos( θ ) (4.16) 3 4π H = 0 (4.17) y ( 3cos ( ) 1) m H z = θ (4.18) 3 4π ) γ >> 1 stefa pola dalekiego H m iγ 0 iγ 0 = e cos( ) θ (4.19) π H θ m γ 0 iγ 0 = e sin( θ ) (4.0) 4π 59

60 H ϕ = 0 (4.1) Dla współzędnych katezjańskich: m iγ γ γ 0 0 i 0 H = e sin( θ ) cos( θ ) 4π + x (4.) H = 0 (4.3) y m iγ γ 0 γ γ 0 i 0 0 H = ( ) + z e cos θ 4π. (4.4) 3) γ 1 stefa pośednia pomiędzy polem bliskim i dalekim W pzypadku tym nie można dokonać żadnych uposzczeń, wszystkie składniki w zależnościach ( ) są istotne. Składowe pola magnetycznego pzyjmują postać jak w ównaniach ( ) i ( ). 4.. Dipol magnetyczny umieszczony w jednoodnym ośodku półpzewodzącym W tym pzypadku elementany dipol magnetyczny znajduje się w jednoodnym ośodku półpzewodzącym, co zostało pzedstawione na ys Ośodek półpzewodzący chaakteyzują zdefiniowane już wcześniej paamety: pzenikalność magnetyczna μ, pzenikalność elektyczna ε, elektyczna pzewodność właściwa ośodka σ oaz liczba falowa ośodka γ. Rys Dipol magnetyczny umieszczony w jednoodnym ośodku półpzewodzącym [67] 60

61 61 Dodatkowo, dla jednoodnego nieskończonego ośodka półpzewodzącego należy ozważyć efekt naskókowości (ang. skin effect). Zapisując ównania Maxwella w postaci [57]: t B E = (4.5) J t D H + = (4.6) Na podstawie zależności (4.5), (4.6) dla jednoodnej, bezźódłowej pzestzeni mamy [67]: 0 = t E t E E εμ σμ (4.7) 0 = t H t H H εμ σμ (4.8) Jeśli założymy postą hamoniczną zmienność czasu w postaci e iωt to możemy zapisać: 0 ) ( = + E γ (4.9) 0 ) ( = + H γ (4.30) Równania (4.9), (4.30) posiadają następujące jednowymiaowe ozwiązania typu [67]: ikz X X e E z E ± = 0 ) ( (4.31) ikz Y Y e H z H ± = 0 ) ( (4.3) γ ω μ = 0 0 Y X H E (4.33) W ównaniach (4.31), (4.3) ujemny znak w wyażeniu eksponencjalnym odpowiada popagacji fali w dodatnim kieunku osi z. Zakładając że σ >> ωε, co jest słuszne w pzypadku fal o niskiej częstotliwości oaz pzyjmując kieunek popagacji fali zgodny z dodatnim kieunkiem osi z na podstawie zależności (4.9), (4.30), można zapisać [67]: δ δ z i z Y X Y X e e H E z H z E = 0 0 ) ( ) ( (4.34)

62 gdzie: δ = σ μ ω - głębokość wnikania fali (ang. skin depth) * (4.35) E H X 0 Y 0 iπ ω μ 4 = e (4.36) σ Po pominięciu pądów pzesunięcia składowe pola magnetycznego we współzędnych sfeycznych pochodzące od dipola magnetycznego o momencie magnetycznym m umieszczonego w jednoodnym ośodku półpzewodzącym pzyjmują postać [67]: H (1+ i) m cos( θ ) iγ m cos( θ ) (1 i) + δ = ( 1+ iγ) e = 1 e 3 3 π π + δ (4.37) H θ (1+ i) iγ m sin( θ ) (1 i) i + δ ( 1+ iγ γ ) e = 1+ + e m sin( θ ) = 3 3 (4.38) 4π 4π δ δ H ϕ = 0 (4.39) W układzie współzędnych katezjańskich ównania ( ) można zapisać: ( l+ i) m sin( θ )cos( θ ) ( i + 1) i δ H x = e (4.40) 4π δ δ H = 0 (4.41) y ( l + i) (1 + i) i sin ( θ ) ( 3cos ( θ ) 1) 1+ m δ H z = e (4.4) 3 4π δ δ Podobnie jak dla dipola magnetycznego umieszczonego w pzestzeni swobodnej wyóżnić można tzy stefy pola, tzn. stefę pola bliskiego, dalekiego oaz stefę pośednią. W każdej ze stef zależności ( ) ulegną uposzczeniu do postaci [36]: 1) γ << 1 stefa pola bliskiego H m cos( θ ) = (4.43) 3 π m sin( ) H = θ θ 3 4π (4.44) H ϕ = 0 (4.45) * Odległość, po pzebyciu któej amplituda fali maleje e-kotnie. 6

63 ) γ >> 1 stefa pola dalekiego H = m iγ e π m (1 + i) cos( θ ) = cos( π δ iγ θ ) (4.46) H θ (1+ i) m γ i γ m i δ = e sin( θ ) = e sin( θ ) (4.47) 4π 4π δ H ϕ = 0 (4.48) 3) γ 1 stefa pośednia pomiędzy polem bliskim i dalekim Niemożliwe jest dokonanie uposzczeń, a składowe pola magnetycznego pzyjmują postać jak w ównaniach ( ) i ( ) Padanie fali elektomagnetycznej na ganicę dwóch ośodków Rozpatzmy falę elektomagnetyczną typu TM ** padającą na ganicę dwóch jednoodnych, liniowych i izotopowych ośodków, oznaczonych odpowiednio jako 1, (ys. 4.4), ozdzielonych płaszczyzną S o wektoze nomalnym n. Fala padająca pod kątem α 1, popagowana zgodnie z kieunkiem wektoa falowego k 1 ulega częściowemu odbiciu oaz załamaniu po pzejściu do dugiego ośodka, co epezentują odpowiednio wektoy falowe ' k 1 i k. Właściwości każdego z ośodków, opatzone odpowiednim indeksem, okeślone są popzez pzenikalność elektyczną ε, pzenikalność magnetyczną μ, elektyczną pzewodność właściwą σ oaz liczbę falową ośodka γ. Rys Fala elektomagnetyczna typu TM padająca na ganicę dwóch ośodków [66] ** W liteatuze spotykane jest ównież okeślenie fala o polayzacji ównoległej [63] 63

64 Waunek ciągłości składowej nomalnej natężenia pola magnetycznego dla sytuacji z ys. 4.4 pzyjmuje postać [66]: v n H n H n H 1 = 1' = = 1 k1 H1 = k1 k1 E1) = ( k1 E1 ) k1 ( k1 k1) 0 1 (4.49) ω μ ( E (4.50) Pzy otogonalności wektoów E 1, H 1, k 1 mamy[63,66]: k E 1 1 = 0 (4.51) Uwzględniając zależność (4.51), ównanie (4.50) można pzedstawić jako [66]: E ω μ 1 1 = n1 H1 γ 1 gdzie: n 1 wekto jednostkowy w kieunku wektoa k 1. (4.5) Podobnie dla pozostałych kieunków popagacji można zapisać: E E ω μ 1 1' = n1' H1' γ 1 ω μ 1 = n H γ ' 1 gdzie: n 1, n, n - wektoy jednostkowe, odpowiednio w kieunku wektoów falowych k ' 1, k 1, k. (4.53) (4.54) Waunki bzegowe dla składowej stycznej wektoa H pzyjmują postać [57,66]: ( H1 + H1' ) = n H n (4.55) Waunki bzegowe dla składowej stycznej wektoa E zapisujemy jako[57,66]: n (4.56) ( E1 + E1' ) = n E Uwzględniając zależności (4.5), (4.53), (4.54) można zapisać: ω μ1 n γ 1 ω μ1 ω μ1 ( n H ) + ( n H ) = n ( n H ) 1 1 γ 1 1' 1' γ (4.57) Uwzględniając związki [66]: n (4.58) ( n H ) = ( n H ) n ( n n ) H = ( α ) cos 1H1 64

65 ( n H ) = ( n H ) n ( n n ) H = ( α ) n (4.59) 1' 1' 1' 1' 1' 1' cos '1 H 1' ( n H ) = ( n H ) n ( n n ) H = ( α ) n (4.60) cos H ównanie (4.57) można upościć do postaci: cos (4.61) μ γ 1 ( α H ) cos( α H ) = ( α H ) 1 1 '1 1' cos μ1γ Uwzględniając zależność (4.55) mamy [66]: ( n H ) + n ( n H ) = n ( n ) 1 1' H n (4.6) co można zapisać jako [66]: (4.63) ( n H1 ) n ( n n) H1 + ( n H1' ) n ( n n) H1' = ( n H ) n ( n n) H Z faktu otogonalności wektoów n i H zależność (4.49) oaz (4.63) upaszcza się do postaci [57,66]: H + (4.64) 1 H1' = H Z zależności (4.61) i (4.64) otzymujemy [66]: H μ γ cos ( α1) μ γ 1 cos( α ) H1 ( α ) + μ γ cos( α ) 1 1' = (4.65) μ1γ cos 1' 1 H μ γ μ γ cos 1 ( cos( α1) + cos( α1' )) H1 ( α ) + μ γ cos( α ) 1 = (4.66) 1 1' Uwzględniając zależności Snella [57,63,66]: ( ) ( α ) cos α 1 = cos 1' (4.67) cos 1 ( α ) 1 sin ( α ) = 1 sin ( α ) γ 1 γ = (4.68) Można wyeliminować z ównań (4.65), (4.66) kąty α 1, α, co powadzi do zależności [66]: v H ' 1 μ γ cos ( ) ( ) ( α1 ) μ γ 1 γ γ 1 sin ( α1 ) ( α ) + μ γ γ γ sin ( α ) 1 = H1 (4.69) μ1γ cos H 1 cos( α1) ( α ) + 1 = H1 (4.70) μ γ ( γ γ sin ) μ γ cos( α ) μ γ

66 66 Współczynnik odbicia Γ definiowany jest następująco [63,66]: 1 1' H H = Γ (4.71) Na podstawie ównania (4.69) współczynnik odbicia Γ można wyazić jako [66]: ) cos( ) ( sin ) cos( ) ( sin α μ γ α γ γ γ μ α μ γ α γ γ γ μ + = Γ (4.7) W pzypadku nomalnego padania fali TM na ganicę dwóch ośodków (α 1 = 0) zależność (4.7) upaszcza się do postaci [66]: γ μ γ μ γ μ γ μ + = Γ (4.73)

67 5. Metody i systemy pomiaowe W ozdziale pzedstawiono metody pomiaowe wykozystane do badania zeczywistych osuwisk. Głównie skoncentowano się na pezentacji metody i systemu pomiaowego do ejestacji natualnej emisji elektomagnetycznej osuwisk, czyli metody wytyczającej cel badawczy niniejszej ozpawy. Pozostałe wykozystane pzez autoa w badaniach geoelektyczne metody pomiaowe stanowią pzydatne uzupełnienie zasadniczych pomiaów natualnych pól elektomagnetycznych. Użycie metod pomocniczych w pocesie badania osuwisk czyni możliwą obiektywną weyfikację wysnutych wniosków na temat zachodzących wewnątz osuwiska pocesów geodynamicznych. Wybó konketnych odzajów pomocniczych metod geoelektycznych podyktowany został analizą obszenego w tym temacie mateiału liteatuowego, gdzie metody sondowania i pofilowania elektoopoowego, elektomagnetyczna i pomiau potencjałów własnych są standadem w geoelektycznych badaniach osuwisk [7]. Ze względu na znaczną liczbę publikacji [36-37,66-67,73,97] pzedstawiających wyczepująco każdą z metod, ich podstawy teoetyczne nie będą szezej omawiane w ozdziale. Podany zostanie wyłącznie sposób intepetacji wyników każdej z metod w odniesieniu do zagadnienia badania osuwisk System pomiaowy do badania natualnej emisji elektomagnetycznej osuwisk Rozpoczęcie pac związanych z badaniem samoistnych pól elektomagnetycznych na obszaach zeczywistych osuwisk wymagało od autoa ozpawy zaówno opacowania własnej metody pomiaowej, jak i okeślenia podstawowych wytycznych konstukcyjnych i eksploatacyjnych, któe musi spełnić apaatua. Wynikiem tych pac była paktyczna ealizacja pezentowanego w tym podozdziale systemu pomiaowego. Dostępne obecnie publikacje na temat obsewacji i pomiaów zmiennych pól elektomagnetycznych na teenach osuwisk zawieają nikłe infomacje na temat metod badawczych oaz konstukcji i paametów stosowanej apaatuy. Podane są z eguły tylko ogólne infomacje, któa ze składowych pola elektomagnetycznego jest ejestowana (elektyczna lub magnetyczna). Niekiedy okeślony jest zakes miezonych natężeń i częstotliwości pól elektomagnetycznych. Poblemy pouszane w większości pac koncentują się na zagadnieniach dotyczących budowy geologicznej osuwisk, chaakteu i intensywności wewnętznych pocesów geodynamicznych oaz ich związku z ejestowanymi samoistnymi polami elektomagnetycznymi. Zdecydowanie mniej uwagi poświęca się zagadnieniom związanym z budową samej apaatuy pomiaowej. Sytuacja ta wydaje się być zozumiała ze względu na fakt, że większość publikacji na temat samoistnej emisji pól elektomagnetycznych z osuwisk ukazuje się na łamach peiodyków i książek z zakesu geologii i geofizyki. Infomacje na temat sposobu oganizacji kompleksowych pomiaów pól elektycznych towazyszących zjawiskom sejsmicznym zawate m.in. w publikacjach [9,99-100] wykozystane zostały pzez autoa ozpawy do opacowania i wykonania własnego systemu pomiaowego umożliwiającego ejestację pól magnetycznych związanych z aktywnością osuwisk. W stosunku do nielicznych pezentowanych w liteatuze ozwiązań dokonano wielu istotnych modyfikacji i uspawnień, wynikłych głównie z konieczności powadzenia badań w teenie. Szczególnie dokładnie należało opacować konstukcję odbionika pomiaowego * pola magnetycznego zaówno od stony mechanicznej, jak i elektycznej. Wymagania co do budowy mechanicznej odbionika, głównie jego hemetyczności, wynikły z faktu * Odbionik pomiaowy dalej zamiennie zwany będzie też sondą pomiaową. 67

68 powadzenia pomiaów w odwietach wypełnionych wodą. Wykozystywane do pomiaów odwiety powinny być uzbojone pzewodem uowym nie powodującym tłumienia zmiennych pzebiegów elektomagnetycznych, co jest spełnione w pzypadku u wykonanych z twozywa sztucznego. Dla obudów uowych wykonanych ze stali obsewowane jest silne tłumienie zmiennych pól elektomagnetycznych o częstotliwościach powyżej 10 Hz [35, 39,105]. Również ozmiay podziemnego odbionika pomiaowego musiały zostać dopasowane do znomalizowanych śednic obudów odwietów kontolnych. Układ elektyczny odbionika należało wykonać tak, by możliwa była jego sepaacja galwaniczna od pozostałych bloków systemu pomiaowego. Połączenie odbionika z esztą systemu pomiaowego wykonano wyłącznie pzewodem światłowodowym, tansmitującym miezony sygnał na powiezchnię ziemi. Równocześnie pzewód światłowodowy, dzięki dobanej odpowiednio nośności mechanicznej utzymuje odbionik w odwiecie. Zabieg ten zapewnił edukcję wpływu zakłóceń elektomagnetycznych na pomia. Zastosowanie pzesyłu światłowodowego stwozyło konieczność zaopatzenia odbionika we własne źódło zasilania mogące zapewnić niepzewaną jego eksploatację pzez co najmniej kilka godzin. Ponadto układ elektyczny odbionika powinien cechować się maksymalną postotą, a pzez wzgląd na częste uday mechaniczne liczba elementów egulacyjnych, takich jak ezystoy i kondensatoy nastawne powinna zostać oganiczona do minimum. Obecnie w wykozystywanej do pomiaów apaatuze paamety eksploatacyjne, takie jak częstotliwość pacy i wzmocnienie, w obębie odbioników pomiaowych egulowane są dysketną zmianą watości elementów pzy pomocy miniatuowych pzełączników. Ze względu na specyfikę badań, stosowany do pomiaów i ejestacji natualnej emisji elektomagnetycznej osuwisk system musi spełniać szeeg ważnych wymogów, do któych należy zaliczyć: - możliwość pomiau natężeń składowych widma sygnałów pól magnetycznych dla wybanych, dysketnych watości częstotliwości z zakesu 7 19 khz; - czułość odbioników pomiaowych nie gosza niż H min = A/m; - odponość na wstząsy i uday powstałe w czasie tanspotu i użytkowania; - mobilność, łatwość montażu i obsługi uządzenia w miejscu powadzenia pomiaów; - możliwość popawnej i długotwałej pacy bez dostępu do sieci enegetycznej; - podwyższona odponość na wpływ zewnętznych zakłóceń elektomagnetycznych; - odponość na wpływ czynników atmosfeycznych; - hemetyczna konstukcja odbionika podziemnego, ze względu na występowanie wody w odwietach pomiaowych; - dostosowanie śednicy odbionika podziemnego do znomalizowanych śednic odwietów inklinometycznych. Mając na uwadze powyższe wymogi skonstuowano system pomiaowy, któego schemat blokowy pzedstawiono na ys

69 Rys Schemat blokowy systemu do pomiau aktywności elektomagnetycznej osuwisk [80] 69

70 Miezone sygnały odbieane są z otoczenia pzez dwa identyczne pod względem elektycznym selektywne odbioniki pomieniowania magnetycznego, należące do klasy odbioników o wzmocnieniu bezpośednim [90]. Ze względu na spodziewane niskie watości natężeń pól magnetycznych towazyszących aktywności osuwisk zdecydowano o wąskopasmowym sposobie ich pomiau. Rozwiązania konstukcyjne tego typu stosowane są w wielu z pezentowanych w liteatuze systemów pomiaowych, pzeznaczonych do teenowej ejestacji aktywności elektomagnetycznej osuwisk [3,33,4,55,91]. Metoda szeokopasmowej ejestacji sygnałów stosowana jest wyłącznie w pzypadku silnych sygnałów elektomagnetycznych towazyszących niszczeniu skał lub ekspeymentów laboatoyjnych, gdzie zapewniona jest skuteczna eliminacja zakłóceń. Również auto w czasie wstępnych pomiaów laboatoyjnych wykonał szeokopasmowe pomiay widm pól elektomagnetycznych geneowanych pzez póbki guntów i skał w czasie ich mechanicznego niszczenia. Na podstawie danych otzymanych w fazie ekspeymentu laboatoyjnego możliwe było okeślenie zakesu częstotliwości, w któym występuje najsilniejsza emisja pól elektomagnetycznych dla danego typu póbki. Piewotnie odbioniki pzystosowano twale do pacy na częstotliwości f 0 =14 khz, co oganiczało znacznie funkcjonalność systemu pomiaowego. Po wykonanej latem 005 oku modyfikacji uządzenia, obecnie możliwy jest wybó dowolnej częstotliwości pomiau f 0 z zakesu 6 0 khz, bez wpływu na czułość systemu pomiaowego. W paktyce zdecydowano się wybać tzy stałe częstotliwości pomiaowe, któych watości wynoszą odpowiednio 7, 14, 19 khz. Pzy doboze częstotliwości pomiaowych należy spawdzić czy wybane watości nie nakładają się na dozwolone zakesy pacy niskoczęstotliwościowych stacji i systemów adiowych [95]. Wybó właściwej częstotliwości pacy f 0 odbywa się pzez dołączenie do układu zespołu elementów o odpowiednio dobanych watościach, co pokazano na ys. 5.3b. Rozwiązanie to pomimo oganiczenia uniwesalności i funkcjonalności systemu pomiaowego pozwoliło na maksymalne uposzczenie układu elektycznego sondy podziemnej, co wpłynęło kozystnie na jej niezawodność w czasie eksploatacji, oaz, co wydaje się być najistotniejsze, oganiczyło do minimum zakłócenia własne geneowane pzez układ elektyczny sondy. Zminimalizowano też pobó pądu z wbudowanego w sondę zespołu akumulatoów Li-Ion, wydłużając znacznie niepzewaną pacę systemu (ys. 5.8). Pócz wykonanej w 005 oku modyfikacji apaatuy, pomiay od 006 oku ozszezono o szeokopasmową ejestację tła elektomagnetycznego na powiezchni ziemi, w pobliżu odwietu pomiaowego, w zakesie częstotliwości 0,0 50 khz. Opis wykozystanego w tym celu odbionika szeokopasmowego zawaty jest w pacy [81]. Równolegle z odbionikiem szeokopasmowym nadal stosowano naziemny selektywny odbionik pomiaowy identyczny z tym, któy wpowadzany zostaje do odwietu. Jeden z odbioników, tzw. sonda podziemna wpowadzany jest do odwietu pomiaowego obudowanego mateiałem z twozywa sztucznego. Odbionik zawieszony jest na wzmocnionym włóknem kevlaowym pzewodzie światłowodowym, któym jednocześnie tansmitowany jest miezony sygnał. Pecyzyjne powadzenie sondy w odwiecie zapewnia odpowiednio skonstuowany obotowy bęben kaotażowy, na któy nawinięto 100 m światłowodu. Bęben zaopatzono ównież w mienik głębokości, umożliwiający okeślenie położenia sondy z dokładnością do 5 cm. Mienik posiada też wyjście taktujące, pzystosowane do współpacy z komputeem ejestującym dane. Dugi odbionik umieszczony jest na powiezchni ziemi (tzw. sonda naziemna) w pobliżu odwietu pomiaowego, co umożliwia obsewację pzypowiezchniowego pola magnetycznego, któe z punktu widzenia powadzonych pomiaów jest źódłem zakłóceń. Również w pzypadku odbionika naziemnego sygnał tansmitowany jest pzewodem światłowodowym. Zastosowanie światłowodowej tansmisji sygnałów zwiększyło odponość 70

71 systemu pomiaowego na wpływ zakłóceń elektomagnetycznych popagowanych na powiezchni, jak i pod powiezchnią ziemi. W dotychczas stosowanych ozwiązaniach [,41] sygnał z odbionika podziemnego tansmitowany był pzewodem elektycznym o znacznej długości, pzekaczającej niekiedy 100 m. Pzewód taki, nawet w pzypadku staannego ekanowania, pócz swej podstawowej oli staje się anteną pzyjmującą sygnały zakłócające w szeokim pasmie. Sygnały z obydwu odbioników dopowadzone są do bloku pzetwazania (wejścia A i C), w któym sygnały optyczne pzetwazane są na sygnały elektyczne. Uzyskane sygnały elektyczne, odpowiednio z odbionika podziemnego i naziemnego wzmacniane są w zakesie 1 10 V/V. W pzypadku wzmacniacza współpacującego z odbionikiem podziemnym możliwe jest podanie sygnału elektycznego bezpośednio na jego wejście z pominięciem optycznego układu odbioczego (wejście B). O odzaju wykozystanego wejścia decyduje typ stosowanego w czasie pomiaów bębna kaotażowego, gdyż jeden z nich posiada wbudowany odbionik światłowodowy, dając na wyjściu sygnał elektyczny. Zależnie od potzeb sygnał z odbionika podziemnego lub naziemnego może zostać poddany detekcji w bloku detektoa szczytowego, lub dopowadzony do wyjścia kontolnego D, do któego dołączyć można oscyloskop z funkcją ejestacji pzebiegów lub licznik impulsów. Po dopowadzeniu sygnału do wejścia detektoa szczytowego, na jego wyjściu otzymujemy obwiednię sygnału odpowiadającą amplitudzie aktualnie ejestowanego pola magnetycznego. Do wybou, możliwe jest ustalenie kilku stałych czasowych τ detekcji sygnału. Napięcie stałe odpowiadające chwilowej watości szczytowej pzebiegu pzetwazane jest w dwunastobitowym pzetwoniku analogowocyfowym. Następnie sygnał cyfowy ulega konwesji na infomację cyfową zgodną ze standadem RS3, wymaganą ze względu na współpacę z komputeem. Ostatecznie sygnał z wyjścia bloku pzetwazania (gniazdo E) dopowadzony zostaje do komputea i twale ejestowany na dysku. System pomiaowy w waunkach polowych zasilany jest napięciem 1 V, pozyskiwanym z akumulatoa samochodowego o pojemności 45 Ah. Wyjątek stanowią odbioniki pomiaowe posiadające własne symetyczne zasilanie akumulatoowe zespołem ogniw typu Li-Ion o napięciu nominalnym ±10,6 V, zapewniające ponad 1-godzinną niepzewaną pacę uządzeń. Rozwiązania zastosowane w konstukcji pezentowanego systemu pomiaowego objęte są zgłoszeniem patentowym [80]. Bliższego pzedstawienia wymaga konstukcja odbionika podziemnego, któego układ elektyczny jest identyczny z układem odbionika naziemnego. Zasadnicza óżnica pomiędzy odbionikami polega na specyficznej konstukcji mechanicznej odbionika do pacy podziemnej, co nie jest wymagane w pzypadku odbionika znajdującego się na powiezchni ziemi. Specyfika konstukcji sondy podziemnej wynika z konieczności powadzenia pomiaów w odwietach, wypełnionych wodami guntowymi, któych zwieciadło często występuje już na głębokości kilku metów pod powiezchnią ziemi. Fakt ten wymusza hemetyczność konstukcji samego odbionika, jak i miejsca, w któym odbionik połączony jest z pzewodem światłowodowym. W ozwiązaniu modelowym hemetyczność uzyskano stosując zwielokotnione pieścienie uszczelniające typu O-ing w pzypadku wszystkich elementów ozłącznych i pzepustów. Połączenia gwintowane uszczelniono ponadto specjalną pastą silikonową. W paktyce hemetyczność sondy spawdzono, umieszczając ją w odwiecie o głębokości 31 m wypełnionym wodą do głębokości 4 m. Sondę pozostawiono na dnie odwietu pzez 0 minut i po tym czasie, po otwaciu sondy, nie zauważono śladów wody wewnątz obudowy. Kolejny poblem konstukcyjny, jaki należało ozwiązać, to konieczność dostosowania śednicy odbionika do znomalizowanych śednic plastikowych obudów uowych odwietów. Najmniejsza spotykana w paktyce śednica, wynosząca ok. 50 mm, stosowana jest w odwietach pzeznaczonych do pomiaów sondą inklinometyczną. Na tej podstawie zdecydowano się umieścić odbionik podziemny w plastikowej obudowie o śednicy 40 mm. 71

72 Poglądowe ozmieszczenie bloków funkcjonalnych wewnątz sondy podziemnej pzedstawiono na ys. 5.. Rys. 5.. Budowa wewnętzna podziemnej sondy pomiaowej [opacowanie własne] Elektyczny schemat blokowy odbionika pomiaowego (sondy pomiaowej) pzedstawiono na ys Rysunek 5.3a pzedstawia układ odbionika pzystosowanego do pacy na jednej wybanej częstotliwości pomiaowej. Po wykonaniu modyfikacji układu elektycznego odbionika możliwe są pomiay pól magnetycznych dla wybanych watości częstotliwości pacy sondy, ustalanych egulowaną pojemnością C oaz ezystoami Ra, Rb (ys. 5.3b). Rys Schemat blokowy sondy pomiaowej: a) układ piewotny b) układ po modyfikacji [opacowanie własne] W odbioniku jako antenę pomiaową zastosowano zamkniętą antenę z dzeniem feytowym. Rozwiązania wykozystujące antenę feytową stosowane są w większości sond do pomiaów pól elektomagnetycznych w odwietach. Anteny z dzeniem feytowym cechują małe wymiay pzy ównoczesnej dużej doboci Q obwodu ezonansowego. Cenne są ównież własności kieunkowe tych anten. 7

73 Częstotliwość dgań własnych f ez ównoległego obwodu ezonansowego utwozonego z cewki anteny i pojemności ównoległej C dana jest w postaci [90]: 1 f 0 = (5.1) π L C gdzie: L indukcyjność cewki anteny [H] C pojemność [F]. Watość siły elektomotoycznej SEM A wzbudzonej w obwodzie anteny wynosi [33]: SEM A = hsk E ψ (α) (5.) gdzie: h sk wysokość skuteczna anteny [m] E natężenie pola elektycznego [V/m] ψ (α) współczynnik zależności wyindukowanej SEM od położenia anteny względem linii sił pola. Na zaciskach anteny, pzy ezonansie, dysponujemy napięciem [33]: U = Q SEM A = Q hsk E ψ (α) (5.3.) gdzie: Q doboć obwodu ezonansowego. W waunkach pzestzeni swobodnej nad idealnie pzewodzącą płaską powiezchnią pawdziwy staje się związek [90]: E = Z 0 H = 10π H (5.4.) gdzie: H natężenie pola magnetycznego [A/m] Z 0 = 10π [Ω] impedancja falowa wolnej pzestzeni. Kozystając z zależności (5.4) we wzoze (5.3) otzymujemy: U = 10π Q hsk H ψ ( α) (5.5) W odbioniku zastosowano zamkniętą antenę magnetyczną z dzeniem feytowym. Dla anteny tego typu wysokość skuteczna h sk [90] wynosi: π z S μ h sk = cosα (5.6) λ gdzie: z liczba zwojów anteny S powiezchnia objęta pzez zwój anteny [m ] λ długość fali [m] μ pzenikalność magnetyczna skuteczna dzenia anteny feytowej [H/m] α kąt, jaki twozy płaszczyzna zwoju z kieunkiem ozchodzenia się fali elektomagnetycznej. 73

74 Równocześnie obowiązuje zależność [90]: SEM h = A sk E (5.7) gdzie: SEM A siła elektomotoyczna SEM wzbudzona w antenie [V] E natężenie pola elektycznego [V/m]. Ostatecznie po uwzględnieniu zależności (5.4) można zapisać: π z S μ 40π z S μ SEM A = Z 0 H hsk = 10π H cosα = H cosα (5.8) λ λ Wobec powyższego napięcie na zaciskach ównoległego obwodu ezonansowego anteny o doboci Q w waunkach ezonansu wynosi: π z S μ 40π z S μ U = Q SEM A = 10π Q H cosα = H Q cosα (5.9) λ λ Na podstawie powyższej zależności łatwo zauważyć, że zamknięta antena feytowa ma własności kieunkowe, podobnie jak w pzypadku zamkniętej anteny amowej. Gdy kąt α=0 i α=180 wysokość skuteczna, a tym samym siła elektomotoyczna indukowana w antenie osiągają watości maksymalne. Natomiast dla kątów α=90 oaz α=70 watość siły elektomotoycznej wzbudzonej w antenie teoetycznie spada do zea, co pzedstawiono na ys Rys Zależność siły elektomotoycznej E A indukowanej w antenie z dzeniem feytowym od kąta padania fali α [90] W paktyce, ze względu na małą ilość miejsca pomiędzy pętem feytowym a wewnętzną ścianką obudowy, cewkę nawinięto masowo zwój pzy zwoju. Spotykane są ównież cewki o pzekoju popzecznym w postaci odwóconego stożka ściętego [8]. Rozwiązanie takie popawia nieznacznie czułość odbionika pomiaowego zwiększając jednocześnie ozmia cewki i komplikując jej wykonanie. Wybó częstotliwości pacy 74

75 odbionika pomiaowego uzyskano pzez zmianę pojemności C w obwodzie ezonansowym LC, stosując w paktyce zespół tzech pzełączanych pojemności, dla któych uzyskiwane są założone watości częstotliwości ezonansowej f ez obwodu LC (ys. 5.3b). Napięcie U uzyskane w obwodzie ezonansowym dopowadzone jest do wtónika o dużej impedancji wejściowej, sepaującego obwód anteny od wpływu pozostałych bloków układu. W paktyce wtónik ten zealizowano stosując pecyzyjny niskoszumny wzmacniacz opeacyjny z wejściem typu JFET, uzyskując impedancję wejściową zędu 10 1 Ω. Opcjonalnie w to odbionika włączono aktywny filt pasmowo-pzepustowy z wielokotnym ujemnym spzężeniem zwotnym o egulowanej częstotliwości śodkowej [98], pzez zmianę watości ezystancji Ra (ys. 5.3b). Częstotliwość śodkowa filtu ówna jest częstotliwości ezonansowej obwodu anteny f ez. W wykonanym uządzeniu zastosowano tzy pzełączane watości ezystancji Ra, ustalające częstotliwość śodkową filtu f 0. Właściwe wzmocnienie miezonego sygnału odbywa się w dwustopniowym wzmacniaczu. Piewszy stopień jest typowym wzmacniaczem napięciowym o koygowanym za pomocą ezystoa Rb wzmocnieniu, co zapewnia stałą czułość sondy dla wybanych częstotliwości pacy. Podobnie i tu zastosowano zespół pzełączanych ezystancji Rb. Rozwiązanie polegające na zastosowaniu w odbioniku pomiaowym zespołu pzełączanych elementów RC zapewnia spawną obsługę systemu pomiaowego w teenie. Dugi stopień wzmacniający steuje źódło pądowe wymuszające pzepływ pądu pzez diodę LED nadajnika linii światłowodowej typu HFBR1414T podukcji Agilent. Po stonie odbioczej zastosowano odbionik linii światłowodowej typu HFBR416T fimy Agilent. Wypadkowe maksymalne wzmocnienie tou odbioczego, dla wszystkich częstotliwości pacy systemu f 0, zmiezone od zacisków anteny do wyjścia odbionika linii światłowodowej wynosi Ku=45dB. Cechowanie systemu pomiaowego pzepowadzono w klatce Faadaya, używając wzocowego geneatoa pola magnetycznego, któego konstukcję oaz sposób obsługi pzedstawiono w pacy [76]. Uzyskaną zależność amplitudy napięcia na zaciskach odbionika linii światłowodowej w funkcji amplitudy zadanego natężenia pola magnetycznego H dla f ez =14 khz pzedstawiono na ys Pomiay wykonano pzy maksymalnym wzmocnieniu tou odbionika wynoszącym Ku=45dB. 75

76 Rys Zależność amplitudy napięcia na wyjściu odbionika linii światłowodowej od amplitudy natężenia wzocowego pola magnetycznego dla f ez =14 khz Z kształtu kzywej chaakteystyki pzejściowej odbionika widać, że zakes linowej pacy odbionika natężenia pola magnetycznego H zawaty jest w ganicach A/m. Pzy zmianach częstotliwości pacy systemu pomiaowego w zakesie 6 0 khz nie stwiedzono odstępstwa kształtu chaakteystyki pzejściowej odbionika od pzedstawionej na ys Wykonano także pomia stałości ejestowanego pzez kompute natężenia pola magnetycznego w czasie, stosując jak popzednio wzocowy geneato pola magnetycznego. Zadano cztey wielkości pól wzocowych, wynoszące odpowiednio 5, 10, 15 i A/m. Watości wzocowych pól magnetycznych zostały dobane tak, by znajdowały się w pzedziale paktycznie ejestowanych natężeń pól w pomiaach teenowych. Czas ejestacji dla każdego pomiau wynosił 150 s. Otzymane ezultaty pzedstawione na ys. 5.6 należy uznać za zadowalające. 76

77 Rys Pzebiegi stałości ejestowanych pzez kompute natężeń dla wzocowych pól magnetycznych dla f ez =14 khz, zmiezona w polu wzocowym o natężeniu: a) H= A/m, b) H= A/m, c) H=1, A/m, d) H=, A/m Chaakteystyki amplitudowe tou odbionika dla wybanych częstotliwości f 0 wynoszących odpowiednio 7, 14 i 19 khz pzedstawiono na ys

78 Rys Zmiezone chaakteystyki amplitudowe tou odbionika pomiaowego: a) f 0 =7 khz, b) f 0 =14 khz., c) f 0 =19 khz, pomiay wykonano dla H= [A/m] 78

79 Zdefiniujmy doboć obwodu Q jako [90]: f 0 Q = Δ f (5.10) gdzie: Δf pzedział częstotliwości oganiczony spadkiem amplitudy sygnału o 3 db. Doboci tou odbionika, dla ustalonych częstotliwości pacy f 0 wynoszą: Q 7kHz = 4,7 Q 14kHz = 7 Q 19kHz = 7,5. Istotne dla właściwej eksploatacji systemu pomiaowego jest zbadanie wpływu pocesu ozładowania zespołu akumulatoów zasilających odbionik napięciem symetycznym ±10,6 V na amplitudę sygnału elektycznego na wyjściu światłowodowego układu odbioczego. Pzepowadzono w tym celu ekspeyment, umieszczając odbionik we wzocowym polu magnetycznym o natężeniu H=, A/m i mieząc amplitudę sygnału elektycznego na wyjściu odbionika linii światłowodowej w czasie (ys. 5.8). Dzięki zastosowaniu w układzie zasilania sondy monolitycznych stabilizatoów napięcia ±5 V, układ elektoniczny działa popawnie, gdy napięcie zespołu akumulatoów zasilania dodatniego oaz ujemnego pzekacza watość 8 V. Rys Zależność amplitudy napięcia na wyjściu odbionika linii światłowodowej od czasu pacy zespołu akumulatoów zasilających odbionik pomiaowy, H=, A/m, f 0 =14 khz Widok kompletnego systemu pomiaowego do badania aktywności elektomagnetycznej osuwisk pzedstawiono na ys Fotogafię wnętza sondy podziemnej zapezentowano na ys Konstukcję nośną, na któej zamocowano bęben kaotażowy waz z pomocniczymi blokami wykonano z kształtowników aluminiowych 79

80 o pzekoju kwadatu. Uzyskano dzięki temu małą masę uządzenia pzy jednoczesnym zapewnieniu odponości na uday mechaniczne mogące nastąpić w czasie tanspotu i eksploatacji. Poszczególne moduły układu elektonicznego zabezpieczono pzed kontaktem z czynnikami atmosfeycznymi umieszczając je w odpowiednio wykonanych obudowach. System eksploatowano w latach i w okesie pzed, jak i po modyfikacji, nie zanotowano poważniejszych usteek i niepawidłowości w jego działaniu. Wyniki badań aktywności elektomagnetycznej zeczywistych osuwisk, któe wykonano za pomocą pezentowanego systemu pomiaowego pzez autoa ozpawy, zamieszczono w pacach [51,77-79,81-83]. Rys Widok systemu pomiaowego do badania emisji elektomagnetycznej osuwisk: 1 bęben kaotażowy z pzewodem światłowodowym; sonda podziemna; 3 blok pzetwazania; 4 odbionik naziemny; 5 kompute PC Rys Widok wnętza podziemnej sondy pomiaowej: 1 antena feytowa; układ elektoniczny; 3 zespół akumulatoów Li-Ion; 4 pieścienie uszczelniające typu O-ing; 5 konstukcja nośna sondy 80

81 5.. Układ do pomiaów elektoopoowych Równolegle z ejestacją natężenia pola magnetycznego wzdłuż pofili odwietów pomiaowych pzepowadzano wgłębne sondowanie elektoopoowe. Metoda sondowania elektoopoowego należy do tadycyjnych i powszechnie stosowanych w geofizyce metod badawczych, wykozystywanych ównież w badaniach osuwisk [16,7,59-60]. Miezony jest głębokościowy ozkład ezystywności pozonej nad danym punktem pomiaowym. Rys Schemat układu do sondowania elektoopoowego w konfiguacji Wennea [36] Układ pomiaowy ys stanowią dwie pay elektod oznaczonych odpowiednio: A,B oaz M,N. Elektody zewnętzne A,B tzw. pądowe podłączone są do źódła niskoczęstotliwościowego pądu pzemiennego o amplitudzie I. Elektody wewnętzne M,N dołączone są do selektywnego woltomieza, miezącego óżnicę potencjałów ΔU. Odstęp pomiędzy elektodami jest stały i wynosi d. Dysponując pzedstawionym systemem pomiaowym możemy wyznaczyć głębokościowy ozkład ezystywności pozonej wastw położonych poniżej punktu obsewacji O, usytuowanego w połowie odległości między elektodami M,N. Stosowana w pomiaach wykonanych pzez autoa konfiguacja elektod nosi nazwę sieci Wennea. Spotykane są ównież inne konfiguacje elektod [36-37,73,97]. Rezystywność pozoną okeśla zależność [36,97]: ΔU ρ a = π d, [ Ω m] (5.11) I Dodatkowo wymagane jest by spełniony był waunek d > 5g e (5.1) gdzie: g e głębokość wpowadzenia elektod pomiaowych do guntu. W pzypadku ozmieszczenia elektod w układzie Wennea zwiększenie ozstawu 81

82 elektod d skutkuje zwiększeniem głębokości pomiau g wypadkowej ezystywności pozonej, któą można wyznaczyć z zależności g=ab/ [36]. Badania elektoopoowe pzepowadzono kozystając z fabycznej apaatuy pomiaowej typu PLH-03. Staano się, by moment wykonania pomiaów elektoopoowych był zbieżny czasowo z pomiaami aktywności elektomagnetycznej osuwiska. W celu uzyskania dokładnych wyników watości ezystywności pozonej w odwietach, pomiay wykonano w zakesie głębokości g (0,5 5) m z kokiem pomiaowym Δg=0,5 m Układ do pomiau impedancji wzajemnej układu anten w konfiguacji koplananej Pod pojęciem impedancji wzajemnej układu anten ozumiemy stosunek siły elektomagnetycznej wyindukowanej w antenie pomiaowej A (ys. 5.1) do pądu płynącego pzez antenę A1, stanowiącą źódło pola magnetycznego. Pole elektomagnetyczne, zwane też polem piewotnym H P (ang. pimay), wnikając w badany ośodek półpzewodzący indukuje w nim pądy wiowe, co z kolei powadzi do powstania pola wtónego H S (ang. seconday). Do anteny pomiaowej A dociea całkowite, sumayczne pole magnetyczne H T (ang. total), będące sumą pola piewotnego i wtónego. Watość pola piewotnego zależy min. od amplitudy i częstotliwości pądu płynącego pzez antenę A1, powiezchni anteny, liczby zwoi, usytuowania punktu obsewacji. Pole wtóne zależne jest od watości pola piewotnego oaz paametów ośodka półpzewodzącego, któe mają zostać wyznaczone. W paktyce pomiaowej najczęściej stosowane są cztey podstawowe konfiguacje anten tj. koplanana pozioma i pionowa, koncentyczna pozioma i postopadła [5,36,67,97]. Auto do badania osuwisk zastosował układ anten w konfiguacji koplananej poziomej, pzedstawionej na ys Dla częstotliwości pac systemu pomiaowego wynoszącej 1 MHz ejestowano napięcie na wyjściu odbionika oaz pzesunięcie fazowe pomiędzy pądem płynącym w antenie A 1, a napięciem na zaciskach anteny pomiaowej A. Anteny umieszczono na wysokości h=1,5 m nad powiezchnią ziemi, któą uznano za wastwowy ośodek półpzewodzący. Rys System pomiaowy z koplananą poziomą konfiguacją anten [67] W celu pominięcia wpływu paametów anten na funkcję opisującą ich impedancję wzajemną, dokonuje się nomalizacji impedancji wzajemnej układu anten pacujących 8

83 w pobliżu ośodka półpzewodzącego o impedancji Z W do impedancji tego samego układu anten pacujących w pzestzeni swobodnej Z 0 [5,36,67]. Dla układu anten koplananych poziomych położonych na wysokości h nad powiezchnią ośodka wastwowego, zależność opisująca unomowaną impedancję wzajemną Z W /Z 0 pzyjmuje postać [5]: Z Z W 3 γ 0d 3 d e λ = ( ) A + Γ + idγ d γ 0 0 v ( λ) J ( λd ) dλ 0 (5.13) gdzie: γ 0 liczba falowa póżni J 0 funkcja Bessela piewszego odzaju zeowego zędu Γ(λ) współczynnik odbicia pola magnetycznego pochodzącego od pionowego dipola magnetycznego ν = λ + γ 0 e A = B γ 0 iωμm B =. 4π γ 0 γ 0 e γ 0 e γ Gdy pominie się pądy pzesunięcia w powietzu i ośodku wastwowym, zależność (5.13) upaszcza się do postaci [5]: 3 0 Z W Z 0 ( λ) J ( λd ) dλ 3 = 1 d λ Γ ' (5.14) 0 0 gdzie: Γ (λ) współczynnik odbicia pola magnetycznego pochodzącego od dipola magnetycznego pionowego, pzy pominięciu pądów pzesunięcia w powietzu i ośodku półpzewodzącym. Wykazano [5], że dla anten w konfiguacji koplananej poziomej, pacujących pzy częstotliwości 1 MHz, możliwe jest jeszcze stosowanie uposzczonej zależności na unomowaną impedancję wzajemną opisaną zależnością (5.14). Na podstawie zebanych danych pomiaowych możliwe jest wyznaczenie ezystywności pozonej (ang. appaent esistivity) wastwowego ośodka półpzewodzącego *. Poces intepetacji wyników wymaga znajomości kzywej teoetycznej pzebiegu unomowanej impedancji wzajemnej Z W /Z 0 w funkcji ezystywności (konduktywności) pozonej wykeślonej na płaszczyźnie zespolonej dla zadanego ozstawu anten d oaz okeślonej wysokości usytuowania anten h [5]. Wyznaczenie szukanej ezystywności pozonej ośodka polega na znalezieniu minimum funkcji k zapisanej w postaci [5]: k ZW ZW = ρ Z 0 Z 1 0 ( ) (5.15) * Jest to taka watość ezystywności ośodka jednoodnego, w pzypadku któej impedancja wzajemna jest ówna impedancji wzajemnej ośodka wastwowego. 83

84 gdzie: Z W Z 0 1 impedancja wzajemna zmiezona Z W Z 0 ( ) ρ teoetyczna watość impedancji wzajemnej. W teenowych pacach badawczych wykozystano gotową apaatuę pomiaową, zapezentowaną w pacy [5]. Obliczenia wykonano w pogamie Matlab [17] Układ do pomiau potencjałów własnych na osuwiskach Metoda pomiau potencjałów własnych SP (ang. self potential method) na powiezchni guntu stosowana jest m.in. do oceny waunków hydologicznych badanego obszau. Możliwe jest wyznaczenie dóg pzepływu stumieni podziemnych, wskazanie miejsc wypływu oaz denażu wód podziemnych (ys 5.13), co stanowi cenne uzupełnienie infomacji o badanym obszaze osuwiskowym [4]. Fizyczna podstawa zjawiska jest związana z pzepływem cieczy w ośodku poowatym pod wpływem gadientu ciśnienia, w wyniku czego powstaje gadient potencjału elektycznego (ang. steaming potential) [30,89,103]. Rys Zmiany watości potencjału własnego spowodowane migacją wód podziemnych [37] Wiadomo, że miejscami szczególnie podatnymi na osunięcia są stefy o znacznym nawodnieniu, co często związane jest z pzepływem podziemnych stumieni lub obecnością miejsc wypływu wód podziemnych [16]. Sposób powadzenia pomiaów potencjałów własnych pzedstawiono na ys Rys Sposób pomiau potencjałów własnych metoda potencjałowa [97] 84

85 Miezona jest óżnica potencjałów pomiędzy dwiema elektodami, ozmieszczonymi w odległości d. Wymagane jest, aby na styku elektoda gunt nie powstała dodatkowa óżnica potencjałów, co zapewnione jest dzięki odpowiedniej konstukcji elektod wykonanych z półpzepuszczalnego poowatego mateiału (ys. 5.15) wypełnionego nasyconym wodnym oztwoem CuSO 4 [73]. Rys Konstukcja elektody do pomiaów potencjałów własnych [97] Jedna z elektod (tzw. elektoda odniesienia) znajduje się w stałym punkcie, względem któego miezony jest ozkład potencjałów. Duga z elektod umieszczana jest w punktach pomiaowych, z eguły twozących egulaną siatkę. Ostatecznie na mapie badanego obszau wykeślane są linie ekwipotencjału, któych ozkład odzwieciedla ozpływ wód podziemnych. Pzewody połączeniowe ze względu na znaczne długości (od kilkudziesięciu do kilkuset metów) powinny być wykonane z wysokogatunkowej miedzi. Wymagane jest, by woltomiez napięcia stałego miał możliwie dużą impedancję wejściową Z we, w paktyce nie mniejszą niż 10 7 Ω [73]. Zalecane jest stosowanie wstępnego filtu dolnopzepustowego eliminującego wpływ zakłóceń indukowanych w pzewodach. W wykozystanym do pomiaów systemie zastosowano multimet cyfowy o dokładności odczytu 10 μv oaz wykonany pzez autoa filt dolnopzepustowy czwatego zędu o częstotliwości ganicznej f g =30 Hz popzedzony wtónikiem o impedancji wejściowej Z we =10 10 Ω. Widok umieszczonej w guncie elektody do pomiau potencjałów własnych pzedstawiono na ys

86 Rys Widok umieszczonej w guncie elektody do pomiau potencjałów własnych 86

87 6. Pomiay samoistnej emisji zmiennych pól magnetycznych na obszaach osuwisk 6.1. Lokalizacja badanych osuwisk W ozdziale pzedstawiono wyniki badań samoistnej emisji zmiennych pól magnetycznych na teenach osuwisk o óżnoodnej budowie geologicznej i zóżnicowanym stopniu aktywności. Pojęcie samoistnej emisji pól magnetycznych osuwiska używane będzie w dalszej części ozdziału zamiennie z teminem aktywność magnetyczna osuwiska. Pomiay pzepowadzono na teenie Polski (ys. 6.1) oaz w Republice Słowackiej w miejscowości Jelsǎva (ys. 6.). Należy w tym miejscu jeszcze az podkeślić, że wszystkie obsewacje zmiennych pól magnetycznych wykonano w odwietach zabezpieczonych plastikowymi uami, któe nie wnoszą tłumienia zmiennych pól magnetycznych. Długoteminowe badania aktywności magnetycznej wykonano na aktywnym osuwisku Halina w miejscowości Jaoszów, któe według klasyfikacji zawatej w pozycji [19] zaliczyć można do kategoii powolnie płynących osuwisk guntowych. Ruchy osuwiska Halina śledzone są okesowo wykonywanymi pomiaami geotechnicznymi od ponad 30 lat i jak dotąd nie podjęto działań mających pzywócić stabilność osuwisku. Opieszałość ta wynika z faktu, że osuwisko nie stanowi bezpośedniego zagożenia dla człowieka ani jego infastuktuy, a pace stabilizacyjne związane są ze znacznymi kosztami. Powolnej degadacji ulega jedynie stok osuwiska powodując cykliczne niszczenie wewnętznej dogi technologicznej znajdującej się na teenie Ekologicznego Centum Utylizacji w Jaoszowie. Fotogaficzną dokumentację powiezchniowych uchów osuwiska i spowodowanych pzez nie zniszczeń zamieszczono w Dodatku na końcu ozpawy. Swobodny dostęp do osuwiska umożliwił wykonanie na jego obszaze, początkiem 005 oku, tzech odwietów pomiaowych, w któych powadzono cykliczne badania natualnej emisji pól magnetycznych. Badaniu osuwiska poświęcono w latach szczególną uwagę, wykonując pócz standadowego pofilowania natężenia pola magnetycznego w odwietach pomiay poównawcze, takie jak sondowanie elektoopoowe, pomiay elektomagnetyczne układem anten w konfiguacji koplananej poziomej oaz pomiay ozkładu potencjałów własnych. Równocześnie zlecono specjalistycznej fimie geodezyjnej wykonanie pomiaów pzemieszczeń epeów zakotwiczonych w miejscu posadowienia odwietów pomiaowych. Badania wykonano w cyklu miesięcznym w okesie od czewca do paździenika 006 oku. Geodezyjne pomiay pzemieszczenia epeów umożliwiły w paktyce obiektywną ocenę postępujących uchów osuwiska, wykazując w pzypadku osuwiska Halina powolne uchy pzybieające na intensywności w okesie zwiększonych opadów deszczu. Odmienną budowę i mechanizm aktywności wykazuje osuwisko skalne znajdujące się na teenie kopalni magnezytu w miejscowości Jelsǎva w Republice Słowackiej, któego jednoazowe badania pzepowadzono we wześniu 004 oku. Osuwisko wykształciło się na płaszczu skalnym złożonym głównie z dolomitu i piaskowca, twozącym sklepienie jaskini powyobiskowej. Spoadycznie występujące wtącenia bloków magnezytowych, w któych występują znaczne napężenia mechaniczne, zapoczątkowują poces niszczenia płaszcza skalnego. Pomiay samoistnej emisji pól magnetycznych miały na celu wskazanie miejsc, w któych napężenia występujące w płaszczu skalnym są najsilniejsze. Ponadto, pzy uwzględnieniu faktu zóżnicowania watości natężeń emitowanych pól elektomagnetycznych pzez óżne odzaje skał pod działaniem identycznej siły ściskającej, możliwe było wskazanie niejednoodności w budowie litologicznej sklepienia jaskini. W siepniu 004 oku wykonano pomiay na okesowo czynnym osuwisku Kawioy, znajdującym się na teenie stacji naukowo-badawczej IGiPZ PAN w Szymbaku koło Golic. Poszczególne patie osuwiska wykazują okesową aktywność, wywołaną głównie 87

88 długotwałymi i silnymi opadami deszczu. Śednie oczne pzemieszczenie stef aktywnych nie pzekacza 0 mm/ok, co wykazały pomiay inklinometyczne. W okesie powadzonych pzez autoa badań osuwisko w Szymbaku było nieaktywne, co potwiedzono odczytami inklinometu. Badano ównież ustabilizowane osuwisko Falkowa położone w Nowym Sączu. Całkowity zanik aktywności osuwiska uzyskano dzięki kompleksowym geotechnicznym zabiegom stabilizacyjnym. Badanie samoistnej emisji pól magnetycznych w pzypadku osuwisk nieaktywnych miało za zadanie paktyczne okeślenie wpływu i zasięgu oddziaływania zewnętznych pól elektomagnetycznych, taktowanych jako zakłócenia. Rys Miejsce powadzenia pomiaów na teenie Polski (miejscowości: Jaoszów, Nowy Sącz, Szymbak koło Golic) 88

89 Rys. 6.. Miejsce powadzenia pomiaów w Republice Słowackiej (miejscowość Jelsǎva) 6.. Oganizacja i sposób powadzenia pomiaów Wykonane pomiay aktywności magnetycznej osuwisk w odwietach umożliwiły okeślenie intensywności zachodzących pocesów defomacyjnych, związanych z istnieniem płaszczyzny poślizgu lub napężeń powstałych w płaszczu skalnym. W pocesie intepetacji wyników pomiaów pzyjęto założenie o popocjonalności pomiędzy natężeniem ejestowanego pola magnetycznego, a wielkością napężeń występujących w osuwisku. Innymi słowy, miejsca występowania silniejszych pocesów defomacyjnych chaakteyzują się większymi watościami ejestowanych natężeń pól magnetycznych. Należy zaznaczyć, że ejestowane w danym punkcie pomiaowym natężenie pola magnetycznego jest wielkością względną. Wielu badaczy nie podaje konketnych watości natężeń pól magnetycznych ani liczby ejestowanych impulsów, wyażając aktywność stef osuwiskowych w jednostkach względnych [6-8,11-14]. Jak zostało już popzednio stwiedzone, wskazana jest znajomość natężenia tła pola magnetycznego w miejscu wykonywania pomiau. Idealnym wydaje się więc pzypadek, gdy miezący dysponuje odwietem wykonanym w badanej stuktuze geologicznej w miejscu, gdzie nie występują anomalne watości mechanicznych napężeń wewnętznych, spowodowanych pzez pocesy osuwiskowe. Możliwe jest wtedy odniesienie otzymanych wyników w miejscach spodziewanej aktywności osuwiska do zaejestowanego upzednio wypadkowego poziomu tła pola magnetycznego [91]. Rozwiązanie to jest szczególnie wskazane, gdy ejestowane jest pole magnetyczne tylko w jednym odwiecie, usytuowanym w miejscu pzypuszczalnych wzmożonych pocesów geodynamicznych. W paktyce odwiety pomiaowe znajdują się pzeważnie w miejscach spodziewanej aktywności osuwiska. Sytuację, w któej miezący dysponuje dodatkowym odwietem wykonanym na stabilnej części osuwiska należy uznać za mało pawdopodobną, zważywszy na znaczny koszt wykonania odwietu pomiaowego. W pzypadku pzepowadzonych pzez autoa pomiaów dysponowano jedynie wynikami pofilowania pól magnetycznych z odwietów wykonanych w aktywnych częściach osuwisk. Możliwe jest tu tylko poównanie wyników uzyskanych z kilku odwietów pomiaowych i na podstawie względnej elacji pomiędzy watościami natężeń pól magnetycznych wskazanie stef wzmożonej aktywności geodynamicznej osuwiska. 89

90 Dla każdego z badanych odwietów zabieg pofilowania pól magnetycznych powtózono co najmniej tzykotnie. W pzypadku znacznych ozbieżności kształtów otzymanych pofili natężeń pól magnetycznych liczbę pofilowań zwiększano nawet do więcej niż dziesięciu cykli pomiaowych. W pzypadkach tych wykonywano też pomiay czasowej stałości natężenia pola magnetycznego, na kilku wybanych głębokościach odwietu pomiaowego, szczególnie zaś na głębokościach występowania anomalii magnetycznych. Pezentację wyników badań należy ozpocząć od osuwisk twale lub czasowo nieaktywnych, co czyni możliwym okeślenie wpływu zewnętznych zakłócających pól elektomagnetycznych na wyniki pomiaów. Poziom natężenia zewnętznych, zakłócających pól magnetycznych w pobliżu odwietu, w pzypadku wszystkich pomiaów, kontolowano odbionikiem pomiaowym umieszczonym pzy powiezchni ziemi i dostojonym do częstotliwości f 0 pacy sondy podziemnej. Odbionik umożliwiał bieżącą kontolę poziomu zakłóceń. Począwszy od 006 oku ównolegle z pomiaami wąskopasmowym odbionikiem naziemnym stosowano szeokopasmowy odbionik pomiaowy, ejestujący pzebiegi czasowe obydwu składowych pola elektomagnetycznego w pasmie 0,0 50 khz. Odbionik szeokopasmowy posiada wbudowany ejestato danych na kacie pamięci MMC, a odczyt zapisanych infomacji możliwy jest za pomocą odpowiedniego pogamu komputeowego dopieo po zakończeniu pomiaów [81]. Ze względu na bak w układzie elektonicznym sondy zegaa czasu zeczywistego, konieczna stała się czasowa synchonizacja infomacji zapisanych na kacie pamięci sondy z zaejestowanymi pofilami natężeń pól magnetycznych. Paktycznie poblem ten został ozwiązany pzez pomia, za pomocą stopea, czasu pomiędzy włączeniem sondy a kolejnym pomiaem natężenia pola magnetycznego wzdłuż pofilu odwietu. W pzypadku, gdy stwiedzona została czasowa zbieżność pomiędzy obsewowaną anomalią pola magnetycznego w odwiecie a zakłóceniami zaejestowanymi pzez sondę szeokopasmową pomia odzucano. Pzykład zaejestowanego zakłócenia o chaakteze impulsowym pzedstawiono na ys Stałą i stosunkowo silną składową ejestowaną zaówno dla pola elektycznego i magnetycznego była podstawowa częstotliwość sieci enegetycznej 50 Hz (ys. 6.4). Ze względu na wąskopasmowe własności podziemnego odbionika pomiaowego wpływ częstotliwości sieci enegetycznej na wynik pomiau można zaniedbać. Rys Pzykład zakłócenia o chaakteze impulsowym dla: a) składowej elektycznej, b) składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego; Miejsce pomiau: Jaoszów

91 Rys Częstotliwość podstawowa sieci enegetycznej 50 Hz ejestowana w pzypadku: a) składowej elektycznej, b) składowej magnetycznej pola elektomagnetycznego; Miejsce pomiau: Jaoszów Rys Zakłócenie o chaakteze impulsowym zaejestowane selektywnym odbionikiem naziemnym dostojonym do częstotliwości f 0 = 14kHz; Miejsce pomiau: Jaoszów

92 6.3. Pomiay na osuwisku Kawioy w Szymbaku koło Golic Osuwisko Kawioy ozwinięte jest w jednoodnych pokładach iłu pzemieszanego z piaskiem. Podłoże osuwiska, zalegające na głębokości ok. 40 m, stanowi lity piaskowiec oaz łupki piaskowcowe. Ruchy osuwiskowe występują okesowo, głównie po intensywnych opadach deszczu. Śednia oczna szybkość płynięcia osuwiska w aktywnych jego częściach nie pzekacza 0 mm/ok. Badanie emisji pól magnetycznych powadzono w dniach w czteech odwietach pomiaowych nazwanych Lesław, Teesa, Witold, Wojciech, wykonanych dla potzeb pomiaów inklinometycznych (ys. 6.6). W czasie powadzonych pomiaów emisji pól magnetycznych w odwietach osuwisko nie wykazywało aktywności, co potwiedzone zostało pomiaami inklinometycznymi, wykonanymi pzez Stację Naukowo-Badawczą IGiPZ PAN w Szymbaku. W takcie badań częstotliwość pacy systemu pomiaowego ustalono na f 0 =14 khz. Rys Mapa osuwiska Kawioy z zaznaczeniem odwietów pomiaowych (dzięki upzejmości Stacji Naukowej IGiPZ PAN w Szymbaku) 9

93 Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Teesa Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Teesa: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 93

94 6.3.. Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Witold Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Witold: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 94

95 Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Wojciech Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Wojciech: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 95

96 Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Lesław Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu Lesław: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 96

97 6.4. Pomiay na osuwisku Falkowa w Nowym Sączu Obecnie osuwisko Falkowa w Nowym Sączu należy do gupy osuwisk nieaktywnych. Jego miniona sezonowa aktywność, powodowana opadami deszczu, wymuszała uch osuwiska w obębie zespołu płytko zalegających płaszczyzn poślizgu. Seia osunięć, któa wystąpiła w miesiącach lipiec siepień 001, była wynikiem długotwałych i intensywnych opadów w tym okesie. Dla pzykładu w dniach suma opadów stanowiła 73% maksymalnej miesięcznej sumy opadów w miesiącu lipcu w latach W oku 003 ozpoczęto pace stabilizacyjne na osuwisku, polegające na: - wykonaniu pod powiezchnią guntu systemu denaży oganiczających napływ wód podziemnych spoza obszau osuwiska oaz obniżających poziom lusta wód podziemnych w ejonie osuwiska; - wykonaniu systemu denaży powiezchniowych odpowadzających wody powiezchniowe w czasie opadów lub wiosennych oztopów; - uszczelnieniu występujących na powiezchni pęknięć guntu oaz likwidację obsuwów i obywów zbocza, utudniających wnikanie wód opadowych; - powiezchniowym zabezpieczeniu i wzmocnieniu płaszcza osuwiska pzez pokycie fagmentów osuwiska geowłókniną oaz geokatą komókową fimy Tabos. Od czasu ukończenia pac stabilizacyjnych, wiosną 004 oku, powadzone są cykliczne pomiay inklinometyczne osuwiska Falkowa, któych wyniki pozwalają uznać osuwisko za stabilne. Poniżej pzedstawione zostaną wyniki pofilowania natężenia pola magnetycznego wzdłuż tzech odwietów pomiaowych o jednakowej głębokości m. Badania wykonano jednoazowo we wześniu 005 oku. 97

98 Rys Mapa osuwiska Falkowa z zaznaczeniem odwietów pomiaowych (dzięki upzejmości Wydziału Gospodaki Komunalnej i Ochony Śodowiska Uzędu Miasta w Nowym Sączu) 98

99 Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O1 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O1: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 99

100 Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O3 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu O3: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 6.5. Pomiay osuwiska skalnego w miejscowości Jelsǎva Zmiezono natężenie pola magnetycznego w czteech odwietach pomiaowych oznaczonych odpowiednio jako J43, J19, J133, J135 (ys. 6.15), wykonanych w sklepieniu skalnym nad jaskinią powyobiskową. Zakeskowany na ysunku obsza wyznacza ganice jaskini powstałej w wyniku eksploatacji magnezytu w ciągu minionych tzydziestu lat istnienia kopalni. Sklepienie jaskini o śedniej gubości około 100m, utwozone jest głównie z dolomitu i piaskowca z licznymi wtąceniami skał magnezytowych o zóżnicowanych ozmiaach i kształcie, bez wyaźnie zaznaczonego kieunku segmentacji. W skalnym sklepieniu można zauważyć liczne pęknięcia płaszcza skalnego, co świadczy o zachodzących w jego wnętzu pocesach geodynamicznych, któych intensywności nie sposób jednak okeślić ze względu na bak powadzenia jakichkolwiek pomiaów kontolnych. Należy jednak pzypuszczać, że napężenia występujące w sklepieniu jaskini w okolicach odwietów nie są duże, ponieważ w ostatnich kilkunastu latach nie odnotowano poważniejszych uszkodzeń skalnego sklepienia. Z tego głównie względu kopalnia nie podjęła działań mających na celu monitoowanie napężeń skalnego sklepienia jaskini powyobiskowej. Monitoowanie zdazeń sejsmicznych za pomocą sieci geofonów odbywa się tylko w tej części kopalni, w któej powadzone są nadal pace wydobywcze. Wiezchnie wastwy skalne sklepienia jaskini podległe pocesom silnej eozji, zachowują stabilność dzięki bogatej pokywie oślinnej. Odwiety J43 i J133 pzechodzą na wylot pzez sklepienie, co pzedstawiono na pzekojach geologicznych (ys. 6.16c, ys. 6.18c). Po uwzględnieniu faktu silniejszej emisji elektomagnetycznej magnezytu w poównaniu z dolomitem pod działaniem identycznej siły ściskającej, co zostało ustalone 100

101 badaniami laboatoyjnymi (pkt 3.3), możliwe jest dodatkowo obazowanie zóżnicowania litologicznego wzdłuż badanych odwietów. Rys Usytuowanie punktów pomiaowych (dzięki upzejmości kopalni SMZ Jelsǎva) Wszystkie pzedstawione tu pomiay wykonano sondą pomiaową dostojoną do częstotliwości f 0 =14 [khz]. Na ysunkach pzedstawiono pofile emisyjności pola magnetycznego, dwa dla każdego odwietu, uzupełnione pzekojami geologicznymi płaszcza skalnego w miejscu wykonanego odwietu, udostępnionymi dzięki upzejmości służb geologicznych zakładów SMZ Jelsǎva. 101

102 Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J43 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J43: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny c) pzekój pzez czaszę osuwiska Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J19 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J19: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny c) pzekój pzez czaszę osuwiska 10

103 Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J133 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J133: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny c) pzekój pzez czaszę osuwiska Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J135 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu J135: a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny c) pzekój pzez czaszę osuwiska 103

104 6.6. Pomiay na osuwisku Halina w Jaoszowie Pomiay wykonano na aktywnym stoku osuwiska Halina, znajdującym się na teenie należącym do Ekologicznego Centum Utylizacji w Jaoszowie. Pomiay samoistnej emisji pól magnetycznych w okesie od maca 005 do paździenika 006 oku powadzono w tzech odwietach pomiaowych wykonanych na aktywnym stoku osuwiska, oznaczonych na mapie jako B1, B, B3 (ys. 6.0). Piewotna, nominalna głębokość każdego z odwietów wynosiła 18,5 m. Pofilowanie natężenia pola magnetycznego w odwietach początkowo wykonywano dla jednej częstotliwości pomiaowej, któa podobnie jak w pzypadku pomiaów innych osuwisk ustalona została na f 0 =14 khz. Po modyfikacji systemu pomiaowego, począwszy od siepnia 005 oku, pomiay wykonywano dla tzech wybanych częstotliwości, wynoszących odpowiednio f 0 = (7, 14, 19) khz. Rys Rozmieszczenie odwietów pomiaowych na osuwisku Halina w miejscowości Jaoszów (dzięki upzejmości fimy GHEKO Maciej Hawysz) 104

105 Równolegle z pomiaami aktywności magnetycznej osuwiska w lipcu 005 oku pzepowadzono sondowanie elektoopoowe, wykonane wzdłuż pofili odwietów. Sondowanie to po uwzględnieniu budowy geologicznej osuwiska, umożliwiło wskazanie stef o zwiększonym stopniu nawodnienia, któych występowanie spzyja wyzwoleniu uchów osuwiskowych. W czewcu 006 oku wykonano pomia ozkładu potencjałów własnych na obszaze osuwiska, któy powtózono we wześniu tego samego oku. Badanie ozkładu potencjałów własnych, jak też pomiay elektomagnetyczne wykonane za pomocą układu anten w siepniu 006 oku stanowiły póbę wykycia niejednoodności w pzypowiezchniowych wastwach osuwiska oaz wyznaczenia biegu podziemnych, płytko położonych cieków wodnych. Podane pzez autoa popozycje pzypowiezchniowych badań geoelektycznych umożliwiły ocenę stanu płytko położonych wastw osuwiska, dla któych pomia natualnych pól magnetycznych nie zawsze jest możliwy ze względu na znaczny poziom zakłóceń elektomagnetycznych. Zapoponowane uzupełniające metody geoelektyczne są powszechnie stosowane w badaniach osuwisk i szeoko pezentowane w liteatuze, co znacząco ułatwia intepetowanie wyników pomiaów. W cyklu miesięcznym w okesie czewiec paździenik 006 oku zealizowano też geodezyjne pomiay pzemieszczenia wiezchnich wastw osuwiska stosując sieć sztucznych punktów oientacyjnych tzw. epeów zamontowanych na uowych zwieńczeniach istniejących odwietów pomiaowych. Zwieńczenia odwietów dodatkowo ustabilizowano, wykonując wokół każdego z nich betonowe obmuowanie. Pomiay pzemieszczenia epeów w układzie współzędnych x,y,z miały na celu obiektywną ocenę stopnia aktywności poszczególnych obszaów osuwiska. Analiza pomiaów umożliwiła odpowiedź na pytanie, któa część obszau osuwiska wykazuje największe pzemieszczenia powiezchniowe i jak pzemieszczenie to zmienia się w czasie. Stosując metodę obsewacji pzemieszczenia epeów nie sposób jednak okeślić głębokościowego ozkładu intensywności zachodzących w ciele osuwiska pocesów geodynamicznych. Uzyskanie odpowiedzi na to pytanie wymagałoby wykonania o wiele kosztowniejszych pomiaów inklinometycznych. Pace związane z instalacją i pomiaem pzemieszczenia sieci epeów zlecono specjalistycznej fimie geodezyjno-katogaficznej. Wyniki wykonanych pomiaów geodezyjnych pzedstawiono w opacowaniu powykonawczym [40]. Osuwisko w Jaoszowie ma jednoodną budowę geologiczną, złożone jest z mieszaniny iłu, piasku i żwiu. W dolnych patiach występują wtącenia w postaci płatów piaskowca o zóżnicowanych ozmiaach. Na podstawie powadzonych w ubiegłych latach pomiaów i obsewacji pzemieszczeń oaz analizy budowy geomofologicznej ocenia się, że poślizg osuwiska następuje w głębszych wastwach, poniżej 5 meta. Na powiezchni osuwiska wyaźnie widoczne są symptomy aktywności osuwiskowej, takie jak pęknięcia, ozpadliny, uskoki i ozwastwienia guntu [19]. Widoczne efekty aktywności osuwiska Halina pzedstawiono na fotogafiach zamieszczonych w Dodatku. 105

106 6.6.1 Rejestacja natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietów pomiaowych Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu B Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys. 6.. Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 106

107 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 107

108 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 108

109 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 = 14 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 = 19 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 109

110 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 110

111 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 111

112 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 11

113 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 113

114 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B1 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu B Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 114

115 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Dla sondy pomiaowej odwiet dożny do głębokości około 6,5 m. W pzypadku ciężaka zawieszonego na sznuku otzymano pełną dożność odwietu do głębokości 18,5 m Sytuacja jak w pzypadku pomiaów z dnia Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia 115

116 Dla sondy pomiaowej odwiet zachowuje dożność do głębokości 4 m. Ciężaek zawieszony na sznuku wykazał dożność odwietu do głębokości 18 m Sytuacja jak w pzypadku pomiaów z dnia Sytuacja jak w pzypadku pomiaów z dnia Sytuacja jak w pzypadku pomiaów z dnia Pofilowanie natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu B Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 116

117 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 = 14 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 = 7 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 117

118 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 118

119 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 119

120 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 10

121 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 11

122 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 1

123 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =19 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =7 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny 13

124 Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 =14 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Rys Pzebiegi natężenia pola magnetycznego dla f 0 = 19 khz wzdłuż odwietu B3 w dniu : a) pomia podstawowy b) powtózony pomia kontolny Pomiay elektoopoowe Pomiay wykonano w dniach Sondowanie elektoopoowe do głębokości 5 m z kokiem 0,5 m pzepowadzono tak, by punkt centalny obsewacji pokył się z lokalizacją odwietu. Badania wykonano jednoazowo w celu spawdzenia związku pomiędzy głębokościowym ozkładem ezystywności, a uzyskanymi kzywymi z pofilowania samoistnych pól magnetycznych w odwietach. Do gaficznej intepetacji wyników na podstawie zebanych pomiaów wykozystano pogam ATOWEN. 14

125 Sondowanie elektoopoowe wzdłuż odwietu B1 Rys Kzywa sondowania elektoopoowego wzdłuż odwietu B1, zmiezona za pomocą systemu elektod naziemnych w konfiguacji Wennea Sondowanie elektoopoowe wzdłuż odwietu B Rys Kzywa sondowania elektoopoowego wzdłuż odwietu B, zmiezona za pomocą systemu elektod naziemnych w konfiguacji Wennea 15

126 Sondowanie elektoopoowe wzdłuż odwietu B3 Rys Kzywa sondowania elektoopoowego wzdłuż odwietu B3, zmiezona za pomocą systemu elektod naziemnych w konfiguacji Wennea Pomiay ezystywności pozonej układem anten w konfiguacji koplananej Pomiay wykonano jednokotnie w dniu oku w pobliżu odwietów pomiaowych B1, B, B3 (ys. 6.0). W miejscu związanym z usytuowaniem odwietu pomia wykonano czteokotnie, zmieniając miejsce umieszczenia anten na planie kzyża o długości amion wynoszącej 10 m. Otzymane wyniki zestawiono w tabelach Tab Pomiay ezystywności pozonej w pobliżu odwietu B1 Głębokość Pomia 1 Pomia Pomia 3 Pomia 4 L.p. g [m] ρ [Ωm] ρ [Ωm] ρ [Ωm] ρ [Ωm] 1 0,1 1,9 16,7 19,3 3 9,5 7, 5,1 4, ,0 0,5 1,7 1, ,1 18,8 15,4 18, Tab. 6.. Pomiay ezystywności pozonej w pobliżu odwietu B Głębokość Pomia 1 Pomia Pomia 3 Pomia 4 L.p. g [m] ρ [Ωm] ρ [Ωm] ρ [Ωm] ρ [Ωm] 1 18,3 5,5 8,0 3,0 3 14,9 17,6 0,7 18, ,0 11,0 14,6 15, ,9 10,0 8,3 11,0 16

127 Tab Pomiay ezystywności pozonej w pobliżu odwietu B3 Głębokość Pomia 1 Pomia Pomia 3 Pomia 4 L.p. g [m] ρ [Ωm] ρ [Ωm] ρ [Ωm] ρ [Ωm] 1 13,5 0,6 18,0 17,0 3 0,4 1,0, ,5 35,0 3,0 41, , 4,5 19,0 6, Pomiay ozkładu potencjałów własnych na obszaze osuwiska Pomiay potencjałów własnych na osuwisku Halina oganiczono do obszau, gdzie znajdują się odwiety pomiaowe, w któych powadzono pomiay natężenia pola magnetycznego. Ruchomą elektodę pomiaową powadzono po węzłach siatki o wymiaze oczka 3 3 m. Kozystając z funkcji Kontu pogamu Matlab [17] wykeślono powiezchnie ekwipotencjalne widoczne na ys i 6.6. Badania wykonano dwukotnie, latem 006 oku. Rys Rozkład potencjałów własnych na obszaze osuwiska Halina w Jaoszowie w dniu

128 Rys Rozkład potencjałów własnych na obszaze osuwiska Halina w Jaoszowie w dniu Pomiay pzemieszczenia epeów Pomiay geodezyjne wykonane w pięciu cyklach w okesie czewiec paździenik 006 oku miały na celu ejestację pzemieszczeń poziomych i pionowych tzech wybanych punktów, twozących sieć epeów. Piewszy cykl pomiaów wykonany taktowany jest jako pomia wstępny i stanowi bazę do intepetacji wyników pochodzących z następnych cykli pomiaowych. Jako sieć epeów wybano zakotwiczone w guncie i odpowiednio zabezpieczone pzed pzypadkowymi pzemieszczeniami stalowe zwieńczenia odwietów pomiaowych B1, B, B3, któych ozmieszczenie zaznaczono na ys Współzędne x, y, z punktów miezono metodą biegunową, wyznaczając względne dx, dy oaz bezwzględne Δx, Δy pzemieszczenia poziome punktów. Nachylenie stoku osuwiska jest zbieżne z kieunkiem współzędnej x. Równocześnie obliczono względne dz i bezwzględne Δz pzemieszczenia pionowe epeów. Różnice względne w watościach współzędnych 18

129 okeślają pzemieszczenie położenia punktów obsewacyjnych pomiędzy dwoma następującymi po sobie cyklami pomiaowymi, natomiast watości óżnicy bezwzględnej podają pzemieszczenie punktów pomiędzy pomiaem wstępnym, a bieżącym. Obydwie watości podane są w milimetach. Zestawienie watości óżnic względnych i bezwzględnych współzędnych punktów obsewacyjnych otzymanych na podstawie pięciu cykli pomiaowych zamieszczono w tabelach Szczegółowe infomacje na temat zastosowanych w pomiaach osuwiska pocedu można znaleźć w opacowaniu powykonawczym [40]. Tab Pomiay pzemieszczenia współzędnych x,y,z dla odwietu pomiaowego B1 [40] Pomia Współzędne Różnice współzędnych [mm] L.p. Data x y z dx Δx dy Δy dz Δz , , , , ,79 198, , ,79 198, ± , ,79 198,87-5 ± 0 ± ± , , , Tab Pomiay pzemieszczenia współzędnych x,y,z dla odwietu pomiaowego B [40] Pomia Współzędne Różnice współzędnych [mm] L.p. Data x y z dx Δx dy Δy dz Δz , ,64 198, , , , , , , , ,63 198, , , , Tab Pomiay pzemieszczenia współzędnych x,y,z dla odwietu pomiaowego B3 [40] Pomia Współzędne Różnice współzędnych [mm] L.p. Data x y z dx Δx dy Δy dz Δz , , , , , , ,6 8714, , , , , , , , Na podstawie wyników wykonanych pomiaów widać, że dla epea związanego z punktem pomiaowym B1 nie zanotowano w całym okesie obsewacji istotnych pzemieszczeń poziomych ani pionowych. Rejestowane zmiany współzędnych mieszczą się w zakesie błędu pomiaowego metody (tab. 6.4). Dla epeów związanych z odwietami B i B3 widoczne są wyaźne pzemieszczenia w każdym z kieunków z dobze zaznaczonym tendem zmian (tab ). W obydwu pzypadkach względnie duże watości pzemieszczeń zaobsewowano w miesiącach letnich, w któych wystąpiły wzmożone opady deszczu, co pzedstawiono na ys Sytuacja taka miała miejsce pzez cały siepień do początku wześnia 006. Pzykładowo dla epea związanego z odwietem B3 na pzełomie 19

130 miesięcy siepień-wzesień pzemieszczenie względne dx wyniosło +41 mm. Dla tego samego odwietu w okesie letniej suszy pomiędzy czewcem a lipcem nie obsewowano pzemieszczenia punktu. Spostzeżenie to można uogólnić na punkt obsewacyjny B. Rys Śednia suma opadów w miesiącach maj paździenik 006 oku w województwie dolnośląskim (na podstawie danych Instytutu Meteoologii i Gospodaki Wodnej) 6.7. Podsumowanie pac pomiaowych Wykonane pomiay na teenach osuwisk stanowiły paktyczne ozwinięcie poblemu badawczego, polegającego na okeśleniu związku pomiędzy aktywnością osuwiska, a anomalnymi polami elektomagnetycznymi emitowanymi pzez wastwy osuwiska. Pomiay wykonano w specjalnie do tego celu pzystosowanych odwietach pomiaowych, o czym szeoko dyskutowano w ozdziałach i 5. Zasadnicze badania emisyjności pól magnetycznych wykonano pośód tzech gup osuwisk. Do piewszej z nich można zaliczyć osuwiska stabilne osuwisko w Falkowej lub osuwiska o chwilowym zaniku aktywności osuwisko w Szymbaku. Dugą kategoię stanowią osuwiska czynne o zmiennej sezonowej aktywności osuwisko w Jaoszowie. Tzeci typ to osuwiska skalne, do któych zalicza się osuwisko w Jelsǎvie. Cykliczne i kompleksowe badania wykonano na osuwisku w miejscowości Jaoszów, z dwóch istotnych względów. Po piewsze osuwisko w Jaoszowie wykazywało ciągłą aktywność, a zmienne tempo uchów osuwiskowych wynikało głównie ze zmian wewnętznych waunków hydogeologicznych osuwiska, wywołanych opadami deszczu. Pawidłowości te zostały obiektywnie potwiedzone cyklicznymi pomiaami pzemieszczenia epeów związanych z odwietami pomiaowymi pkt 6.6.5, oaz wizualną obsewacją defomacji powiezchni stoku osuwiska (Dodatek). Dugim z powodów był swobodny dostęp do teenu osuwiska jak ównież możliwość powadzenia na jego obszaze pac nauszających spójność pzypowiezchniowych wastw guntu np. wykonania zakotwiczeń epeów. Na osuwisku w Jaoszowie wykonano też szeeg pomiaów weyfikujących oaz uzupełniających zasadnicze pomiay natężeń pól magnetycznych w odwietach (pkt ). Dokonana pzez autoa ozpawy ocena intensywności zachodzących w osuwisku pocesów geodynamicznych bazowała na ejestacji wypadkowej watości natężenia pola 130

131 magnetycznego w funkcji głębokości odwietu pomiaowego. Taki sposób powadzenia pomiaów pezentowany jest w pacach [6-8,10-13,,31-3,41]. Równocześnie w czasie twania pomiau ejestowano naziemne pole magnetyczne, obsewując jego chaakte, o czym szezej dyskutowano w pkt. 5.1 i 6.. W pzypadku wykycia sygnału zakłócającego, głównie impulsowego, o amplitudzie znacząco pzekaczającej poziom tła, pomia klasyfikowano jako błędny (pkt 6.). Jak zostało upzednio stwiedzone, wastwy osuwiska o zwiększonym poziomie napężeń mechanicznych wykazują podwyższone względne poziomy natężenia pola magnetycznego, w stosunku do poziomu tła ustalonego na podstawie pomiaów wykonanych w odwiecie usytuowanym na nieaktywnej części osuwiska lub na głębokościach odwietu, gdzie wastwy są stabilne. Takie kyteium oceny zostało pzyjęte pzez autoa do intepetacji wyników pomiaów aktywności magnetycznej osuwisk (pkt 6.). Staano się ównież ocenić wpływ zewnętznych pól zakłócających, związanych głównie z infastuktuą człowieka, na wynik pomiau. W tym celu wykonano seię pomiaów na osuwiskach stabilnych lub nieaktywnych w chwili powadzenia badań. Analizując pzebiegi natężenia pola magnetycznego zaejestowane wzdłuż czteech odwietów wykonanych na osuwisku chwilowo nieaktywnym (pkt 6.3), można dostzec ich zbliżony kształt ys Poniżej pzypowiezchniowych wastw guntu, gdzie widoczny jest znaczny wpływ pól zakłócających, natężenie pola magnetycznego ulega stabilizacji, osiągając paktycznie stałą watość wzdłuż odwietów na poziomie ok A/m, któą uznać należy za wypadkowy poziom tła pola magnetycznego. Dla każdego odwietu watość poziomu tła nie ulega zasadniczym zmianom pomiędzy kolejnymi pomiaami, wykonanymi w odstępie ok. 10 minut. Podobne spostzeżenia poczyniono na podstawie pomiaów wykonanych na osuwisku ustabilizowanym, któego stabilność potwiedziły pomiay inklinometyczne (pkt 6.4). W tym pzypadku zależnie od badanego odwietu watość poziomu tła pola magnetycznego zmienia się w zakesie A/m. W odwietach oznaczonych jaki O, O3 (ys. 6.13, 6.14) pzebieg natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwietu ma zabuzony chaakte, lecz maksymalne bezwzględne wahania natężenia pola magnetycznego na poziomie ± A/m nie pozwalają na wyóżnienie niestabilnych stef osuwiska. Pomiay emisyjności pól magnetycznych wykonane w czaszy skalnego osuwiska w miejscowości Jelsǎva (pkt 6.5) umożliwiły wykycie niejednoodności w budowie płaszcza skalnego. Obsewowane zabuzenia w ejestowanym w odwietach polu magnetycznym koespondują z usytuowaniem wtąceń (kęsów) magnezytu w czaszy skalnej, utwozonej głównie z dolomitu (ys ). Wyniki laboatoyjnych badań emisyjności elektomagnetycznej póbek magnezytu i dolomitu, pzedstawione w pkt i wykazują większą emisyjność elektomagnetyczną magnezytu. Na podstawie zaejestowanych pofili emisyjności magnetycznej dla odwietów J43, J19 i J135 należy pzypuszczać, że w ich pobliżu, w czaszy skalnej, nie występują stefy zwiększonych napężeń mechanicznych, o czym świadczy ustabilizowany poziom natężenia pola na głębokościach występowania dolomitu. Zakładając ównomieny poziom napężeń mechanicznych w czaszy, działających zaówno na dolomit jak i na fagmenty magnezytu, jak ównież mając na uwadze wyniki badań laboatoyjnych łatwo można wytłumaczyć zjawisko zwiększonej emisyjności pól magnetycznych na głębokościach zalegania magnezytu. Ciekawie pezentują się też wyniki pomiaów uzyskane z odwietu J133 (ys. 6.18). Odwiet pzechodzi na wylot czaszy, pzecinając wyłącznie wastwy dolomitu. Obsewowany jest nieznaczny wzost natężenia pola magnetycznego począwszy od 1 m głębokości, któy mógł być wywołany zwiększonym poziomem napężeń mechanicznych. Następnie widoczny jest nagły spadek ejestowanego natężenia pola do poziomu A/m, co związane jest z pzejściem sondy pomiaowej do wnętza jaskini powyobiskowej. 131

132 Podczas pac pomiaowych na osuwisku Halina w Jaoszowie (pkt 6.6) zauważono następującą pawidłowość: dla niskich watości częstotliwości ejestacji samoistnej emisji pól magnetycznych obsewowane są wysokie poziomy natężeń, któe podlegają jednak znacznym fluktuacjom. Najniższą częstotliwość pacy systemu, wynoszącą 7 khz, dobano ekspeymentalnie tak, by możliwa była jeszcze obsewacja anomalii związanych z aktywnością osuwiska. Póby ejestacji natualnych pól magnetycznych na częstotliwościach niższych od 6 khz nie dały pozytywnych ezultatów. Czytelność pomiaów zwiększa się ze wzostem częstotliwości pól magnetycznych (f 0 =14 khz). Jednak pzy wyższych częstotliwościach pacy sytemu obsewowany jest spadek poziomu ejestowanego natężenia pola magnetycznego (f 0 =19 khz). Na podstawie cyklicznie powadzonych na osuwisku Halina pomiaów emisyjności pól magnetycznych, stwiedzono, że wastwy głębsze, położone poniżej 10 meta, wykazują zwiększony poziom napężeń mechanicznych i tu najpawdopodobniej następuje powolny uch osuwiska, wywołujący widoczne i miezalne powiezchniowe skutki aktywności. Osuwisko zwiększa swą aktywność po opadach deszczu (ys. 6.63), co potwiedziły pomiay pzemieszczenia sieci epeów oaz pomiay aktywności magnetycznej osuwiska w miesiącach siepień wzesień 006 oku. W patiach osuwiska w okolicy odwietu B następuje ównież pzemieszczenie wastw na głębokości pomiędzy 7 a 11 metem, o czym wnioskować można analizując wynik pomiau z ys Jednak pełna odpowiedź na to pytanie może być uzyskana dopieo po wykonaniu pomiaów inklinometycznych. Odmienną gupę badań wykonanych na osuwisku w Jaoszowie stanowią badania weyfikujące oaz pomocnicze. Do badań weyfikujących zaliczyć można sondowanie elektoopoowe wykonane jednokotnie dla każdego z tzech odwietów. Zasadniczym celem tych pomiaów było wykycie stef o niskiej ezystywności. Zdaniem autoa stefy te zważywszy na jednoodną budowę geomofologiczną osuwiska, mogą być stefami o podwyższonym nawodnieniu, wywołującymi potencjalną niestabilność osuwiska. Spostzeżenia takie niejednokotnie sygnalizowane są w liteatuze. Punkty sondowania elektoopoowego zostały wytyczone w pobliżu odwietów pomiaowych B1 B3. Dla punktu pomiaowego związanego z odwietem B1 minimalna watość ezystywności występuje w okolicach 10 m głębokości (ys. 6.58) i tam też zaczynają być stale obsewowane zwiększone watości natężenia pola magnetycznego w odwiecie (pkt ). Podobnie dla stef osuwiska w pobliżu odwietu B zmiezono najmniejsze watości ezystywności na głębokościach pomiędzy 6 a 8 metem głębokości. Tam też w czasie pomiaów wykonanych (ys. 6.38), obsewowano zwiększoną emisyjność pól magnetycznych na głębokościach 7 11 m. Kolejne pomiay wzdłuż pełnego pofilu odwietu B okazały się niemożliwe ze względu na utatę dożności, spowodowaną najpawdopodobniej znacznym pzemieszczeniem wastw osuwiska, poniżej 6 meta głębokości, o czym świadczy wynik pomiau zapezentowany na ys W pzypadku odwietu B3 wykazującego stałą zwiększoną emisyjność magnetyczną dolnych wastw osuwiska, poniżej głębokości 10 m (pkt ), minimum ezystywności zmiezono na głębokości 15 m (ys. 6.60). Zapezentowane wyniki pomiaów pozwalają stwiedzić, że minimalne watości ezystywności występują na głębokościach, gdzie obsewowana jest zwiększona emisyjność pól magnetycznych pzez osuwisko. Zauważyć należy też, że pzedział głębokości, w któym obsewowane są anomalie magnetyczne jest znacznie szeszy od zakesu, w któym pofile elektoopoowe pzyjmują watości najmniejsze. Dugą istotną gupą pomiaów weyfikujących były pomiay pzemieszczenia sieci epeów, któych wyniki zamieszono w pkt Pomiay wykonano w okesie czewiec paździenik 006 oku. Rozpatując pomiay natężeń pól magnetycznych w odwietach, wykonane w analogicznym okesie czasu, widzimy ich znaczną koelację z pzemieszczeniem patii osuwiska w okolicach danego odwietu pomiaowego. W czasie 13

133 silnych opadów atmosfeycznych, któe wystąpiły w siepniu 006 oku (ys. 6.63), największemu pzemieszczeniu uległy patie osuwiska w okolicach odwietu B3 (ys. 6.0). W wykonanych w tym samym czasie pomiaach pól magnetycznych dla odwietu B3 (pkt ) widoczny jest wzost emisyjności magnetycznej potwiedzony badaniami wykonanymi w siepniu i wześniu 006 oku w poównaniu z okesem suszy pzypadającym na lipiec, w któym obsewowano najmniejsze pzemieszczenia epea związanego z odwietem B3. Podobne spostzeżenia można poczynić dla części osuwiska związanej z odwietem B1, lecz tam wpływ destabilizującego czynnika w postaci intensywnych opadów deszczu jest mniej widoczny niż dla odwietu B3. Celem badań pomocniczych było okeślenie potencjalnych czynników destabilizujących osuwisko na głębokościach, na któych pomia emitowanych pzez osuwisko pól magnetycznych jest niemożliwy lub utudniony. Sytuacja taka występuje w pzypadku pzypowiezchniowych wastw osuwiska, gdzie poziom wnikających elektomagnetycznych pól zakłócających jest znaczny, co dyskutowane było w ozdziale dugim. Dla osuwiska Halina należy pzyjąć, że wpływ zakłóceń zewnętznych w odwiecie pzestaje być zauważalny poniżej 3 meta głębokości. W pzypadku innych osuwisk sytuacja może być odmienna, w zależności od własności guntu i od wypadkowego natężenia zakłóceń elektomagnetycznych. Jako metody pomocnicze wybano metodę pomiau potencjałów własnych oaz metodę pomiau ezystywności pozonej układem anten w konfiguacji koplananej poziomej. Sposób powadzenia pomiaów za pomocą wymienionych wyżej metod oaz opis zastosowanej do tego celu apaatuy pzedstawiono w pkt. 5.3 i 5.4. Mieząc ozkład potencjałów własnych można wyznaczyć kanały pzepływu wód podziemnych, któych obecność w stuktuze osuwiska wpływa negatywnie na jego stabilność. Poblem ten pouszany w wielu publikacjach, komentowano w ozdziale. Widoczny na obydwu mapach ozkładu potencjałów własnych (ys i 6.6) pezentowanych w pkt tend wykazujący wzost potencjału (dodatnie anomalie SP) w dolnych patiach osuwiska wynika ze swobodnego pzepływu wód podziemnych w kieunku niżej położonych stef pod wpływem sił gawitacji. Zjawisko to okeślane jako efekt topogaficzny (ang. topogaphic effect), obsewowane jest w pzypadku osuwisk lub innych zboczy, w któych nie zachodzą anomalne pocesy geodynamiczne [4,103]. Dla właściwej intepetacji wyników pomiau ważna jest obsewacja lokalnych zabuzeń w ozkładzie potencjału, jak ównież stałość miezonych anomalii w czasie, co wymaga cykliczności w powadzeniu badań. W pzypadku badań pzedstawionych w ozpawie odstęp pomiędzy pomiaami wyniósł ponad tzy miesiące. W czasie tym wystąpiły znaczne wahania klimatyczne, nie wpływając znacząco na zmiany w ozkładzie potencjału na obszaze osuwiska. Fakt ten świadczy o stabilnych waunkach hydologicznych osuwiska. Obsewowane na obydwu mapach ozkładu potencjałów własnych obniżenie jego watości (ujemne anomalie SP) w okolicy dogi wynika z jej usytuowania na nasypie dodatkowo oddzielonym od stoku osuwiska owem melioacyjnym. Powoduje to słaby kontakt elektyczny obszau pzyległego do dogi z pozostałą częścią osuwisk oaz dodatkowy lokalny odpływ wód guntowych ze stefy nasypu. Odpływ wód guntowych ze stefy nasypu dodatkowo zwiększa watości potencjału własnego na obszaach osuwiska pzyległych do dogi, a położonych poza owem melioacyjnym. Rozpatując ozkład potencjałów własnych występujących lokalnie w gónych patiach osuwiska w okolicach odwietu B1, B należy zauważyć dwa obszay o zóżnicowanych watościach potencjału. Piewszy z nich o watościach potencjału zędu 6 mv położony jest poniżej odwietu B1. Dugi obsza pzyległy do odwietu B wykazuje wysokie watości potencjału 1 15 mv. Na podstawie takiego ozkładu potencjału należy sądzić, że pzepływ wód podziemnych występuje w kieunku zgodnym z gadientem zmian potencjału własnego, czyli odbywa się od obszaów o niskiej watości potencjału do obszau 133

134 gdzie potencjał osiąga wysokie watości [4,103]. W dolnej patii osuwiska w okolicy odwietu B3 widoczny jest lokalny wzost watości potencjału, niezależny od efektu topogaficznego. Można pzypuszczać że na obszaze tym występuje główne ujście wód guntowych wpływających do dolnych patii osuwisk. Na podstawie pzedstawionych w pkt wyników pomiaów ozkładu potencjałów własnych na osuwisku można wyznaczyć dogi pzepływu wód guntowych, nie sposób jednak okeślić intensywności zachodzących pocesów. Duga z metod pomocniczych wykozystująca układ anten koplananych poziomych do wyznaczenia ezystywności pozonej wastwowego ośodka półpzewodzącego (pkt 5.3) jest metodą dobze znaną i szeoko stosowaną w geofizyce i geologii, co było dyskutowane w ozdziale. Pomiay wykonano dla czteech watości głębokości penetacji, wynoszących,3,4 i 5 m, a uzyskane wyniki zamieszczono w pkt Mając na uwadze fakt jednoodnej budowy geologicznej pzypowiezchniowych wastw osuwiska można, podobnie jak w pzypadku metody elektoopoowej, wskazać miejsca o najniższych watościach ezystywności pozonej ρ, czyli obszay o zwiększonym poziomie nawodnienia [16,7,60-6]. Logiczna wydaje się więc póba poównania uzyskanych wyników z wynikami otzymanymi w takcie sondowania elektoopoowego, któe pzedstawiono w pkt Tudno w tym pzypadku spodziewać się zbieżności co do watości bezwzględnej zmiezonych watości ezystywności pozonej ρ, bioąc pod uwagę fakt że wyniki uzyskano stosując dwie óżne metody, a same pomiay wykonano w znacznym odstępie czasu. Istotne jest natomiast poównanie dla każdej z metod tendu zmian ezystywności pozonej ρ w funkcji głębokości pomiau. I tak dla części osuwiska związanego z odwietem B1 (tab. 6.1) tudno jednoznacznie wskazać pawidłowość zmian ezystywności. Zauważalny jest nieznaczny spadek watości ezystywności począwszy od 3 meta głębokości, podobnie jak było to obsewowane w metodzie elektoopoowej (ys. 6.58). Dla pomiau związanego z odwietem B (tab. 6.) tend zmian ezystywności pozonej jest badziej klaowny. Dla każdego z czteech pomiaów ezystywność pozona maleje z głębokością, a óżnice w miezonych watościach wykazują większe ozbieżności niż w pzypadku pomiau wykonanego w sąsiedztwie odwietu B1. Podobne pzedstawiają się wyniki dla metody elektoopoowej (ys. 6.59). Pozwala to utwiedzić się w poczynionym wcześniej spostzeżeniu że w okolicach 6 meta głębokości występują czynniki destabilizujące osuwisko, do któych z całą pewnością zaliczyć można lokalne zwiększone nawodnienie ciała osuwiskowego. Jak wspomniano na głębokościach tych ejestowano zwiększony poziom emisyjności pól magnetycznych oaz utatę dożności odwietu pomiaowego B. Pomiay elektomagnetyczne w miejscu związanym z odwietem B3 wykazały zbliżone watości ezystywności na głębokościach,3 i 5 m, w obębie danej seii pomiaów (tab. 6.3). Jedynie na głębokości 4 m widoczny jest dla każdej seii pomiaów wzost ezystywności, śednio o ponad 10 Ωm w stosunku do pozostałych watości ezystywności. Nie pozwala to na wysnucie ogólnego stwiedzenia na temat pocesów wewnętznych zachodzących w tej części osuwiska. Stefa spodziewanej aktywności w tej części osuwiska położona jest znacznie głębiej, poniżej 10 meta. W pzypadku pomiaów jednostkowych, jak to miało miejsce w dyskutowanej powyżej sytuacji, fluktuacje w watościach ezystywności pozonej na małych głębokościach zędu 1 m są znaczne i mogą być wynikiem np. kótkotwałych opadów deszczu nie odzwieciedlając w pełni waunków hydogeologicznych oaz anomalii w budowie geologicznej osuwiska. Wskazane jest więc w pzypadku badania osuwisk wykonanie kompleksowych pomiaów ezystywności pozonej na obszaze całego osuwiska dla kilku ustalonych głębokości sondowania. Pomocne jest tu zastosowanie mobilnego, zautomatyzowanego systemu pomiaowego, takiego, jaki został pzedstawiony w pacy [5]. 134

135 7. Zakończenie Celem pacy, któy został postawiony w tezie naukowej ozpawy (pkt ), było okeślenie związku pomiędzy aktywnością osuwisk w ujęciu geodynamiki, a emitowanym pzez nie pomieniowaniem elektomagnetycznym. Pace badawcze na teenach zeczywistych osuwisk wykonano stosując system pomiaowy ejestujący składową magnetyczną pola. Rozpatzone w tym celu zostały elementane sytuacje tj. osuwisko o wygasłej aktywności, osuwisko czasowo aktywne, lecz chwilowo nie wykazujące aktywności oaz osuwisko aktywne. Zmiezona została ównież emisja pól magnetycznych z podlegającego jednoczesnym pocesom defomacyjnym i osuwiskowym sklepienia skalnego jaskini powyobiskowej w kopalni magnezytu. Wykonane pomiay umożliwiły udowodnienie tezy naukowej, postawionej w ozpawie. Na podstawie wstępnych badań laboatoyjnych jak ównież pomiaów na teenach osuwisk stwiedzono emisję pól elektomagnetycznych związaną z aktywnością osuwisk. W celu weyfikacji słuszności poczynionych pzez autoa spostzeżeń, pzepowadzono szeeg pomiaów poównawczych (pomiay elekoopoowe, pomiay impedancji wzajemnej układu anten, pomiay potencjałów własnych), w któych auto ozpawy bał czynny udział. Jedynie wykonanie pomiaów pzemieszczenia wiezchnich wastw osuwiska w miejscowości Jaoszów w całości zlecono specjalistycznej fimie geodezyjnej (Usługi Geodezyjno-Katogaficzne Kłyż Józef Czany Bó). W pacy wykozystano też wyniki pomiaów geoinżynieyjnych udostępnionych autoowi pzez służby geologiczne odpowiedzialne za monitoowanie ozpatywanych osuwisk. Badania wykonane w teenie popzedzono seią badań laboatoyjnych, w takcie któych ejestowano emisję elektomagnetyczną z fakcji skalnych i guntowych podobnych do twozących badane w zeczywistości osuwiska. Na tej podstawie okeślono chaakte emisji elekomagnetycznej dla każdej z ozpatywanych fakcji, koncentując uwagę na widmowym ozkładzie częstotliwości ejestowanych pzebiegów. Wyniki pomiaów laboatoyjnych uznane zostały za zgodne z infomacjami zawatymi w dostępnej liteatuze z tego tematu. W konsekwencji ustalenia te wykozystano jako wytyczne do opacowania i wykonania apaatuy do ejestacji pomieniowania elektomagnetycznego występującego na obszaach osuwisk. Skonstuowaną pzez autoa apaatuę pomiaową wykozystano do badania aktywności magnetycznej osuwisk. W tym miejscu należy podkeślić że podstawowym oganiczeniem natuy oganizacyjno-technicznej w badaniach powadzonych pzez autoa był bak dostatecznej liczby aktywnych osuwisk, na któych możliwe było wykonanie pac pomiaowych. Oganiczenia wynikały bezpośednio ze specyfiki powadzonych badań, do wykonania któych wymagane było dysponowanie odwietami pomiaowymi wykonanymi w ciele aktywnego osuwiska. Dostępne dla pac badawczych odwiety znajdowały się głównie na obszaach osuwisk ustabilizowanych lub osuwisk okesowo aktywnych. Odwiety w osuwiskach o zanikłej aktywności wykonywane są z eguły w pzypadku, gdy w pobliżu monitoowanego osuwiska ulokowane są domy mieszkalne lub pzebiegają dogi. W tych pzypadkach odwiety służą okesowej kontoli pzemieszczenia osuwiska za pomocą pomiaów inklinometycznych, a szacowany czas użyteczności odwietów jest długi, czyniąc inwestycję opłacalną. Na osuwiskach aktywnych o widocznych powiezchniowych symptomach aktywności odwiety pomiaowe nie są wykonywane, ze względu na nieopłacalność inwestycji oaz znaczne tudności techniczne związane z wykonaniem odwietu pomiaowego, szczególnie, gdy wymagane jest, by pzecinał on spodziewaną płaszczyznę poślizgu. Rozwój osuwisk o ciągłej i silnej aktywności oceniany jest zazwyczaj na podstawie cyklicznej poównawczej oceny wzokowej lub pzez geodezyjne pomiay 135

136 pzemieszczenia wybanych punktów obsewacyjnych osadzonych na powiezchni osuwiska (tzw. epeów). Do głównych osiągnięć naukowych i ekspeymentalnych autoa pacy można zaliczyć: - Podjęcie nowatoskich w naszym kaju zagadnień badawczych, a ważnych ze względu na zniszczenia infastuktuy ludzkiej spowodowanej aktywnością osuwisk. Poblem zagożenia osuwiskami stał się szczególnie istotnym na południu Polski po fali powodzi, któe wystąpiły w 1997 oku. - Zestawienie stanowiska laboatoyjnego do badania emisyjności elektomagnetycznej z póbek skał, żwiu, piasku oaz gleby poddanych obciążeniu mechanicznemu zadawanemu ęczną pasą hydauliczną. Pzepowadzenie pomiaów emisyjności elektomagnetycznej wybanych skał i guntów podobnych do tych, któe wchodzą w skład badanych osuwisk. - Opacowanie i skonstuowanie unikalnej, objętej zgłoszeniem patentowym, apaatuy do badań emisyjności elektomagnetycznej z osuwisk o óżnoodnej budowie geologicznej i óżnym stopniu aktywności (Szymbak, Jaoszów). Apaatua znalazła ównież zastosowanie do oceny napężeń występujących w wastwach i blokach skalnych pod wpływem zachodzących wewnętznych pocesów geodynamicznych. Sytuacja taka ma miejsce min. w pzypadku osuwisk skalnych (Jelšava). - Wykonanie pomiaów emisyjności pól magnetycznych na zeczywistych osuwiskach o zóżnicowanej budowie geologicznej. W czasie pac pomiaowych badano zaówno osuwiska czasowo nieaktywne (Szymbak), osuwiska niegdyś aktywne, a obecnie nie wykazujące aktywności w wyniku wykonanych pac stabilizacyjnych (Falkowa), osuwiska aktywne (Jaoszów) oaz osuwisko skalne (Jelšava). Stosunkowo najwięcej czasu poświęcono badaniu powolnie pełznącego aktywnego osuwiska w miejscowości Jaoszów, gdzie powadzono cykliczne badania w latach Pócz właściwych pomiaów emisyjności pól magnetycznych wykonano szeeg pomiaów weyfikujących, łącznie z geodezyjnymi pomiaami pzemieszczenia epeów. Swobodny dostęp do teenu osuwiska możliwy był dzięki współpacy nawiązanej pomiędzy autoem dysetacji a Ekologicznym Centum Utylizacji w Jaoszowie właścicielem teenu, na któym znajduje się osuwisko. W celu otzymania użytecznych dla paktycznego badania osuwisk i usystematyzowanych wyników ozpoczęta pzez autoa paca badawcza wymaga dalszej kontynuacji. Badania emisji pól magnetycznych z aktywnych osuwisk należy uznać za obiecujące i wate dalszej kontynuacji. W pzyszłości konieczne jest wykonanie większej liczby pomiaów na teenach aktywnych osuwisk, szczególnie takich, na któych powadzone są ównoległe inklinometyczne pomiay pzemieszczenia. Ważnym poblemem, któy może zostać ozwiązany po zbadaniu większej liczby osuwisk o zóżnicowanej budowie geologicznej, jest ustalanie dla każdego z nich elacji pomiędzy natężeniem poziomu tła, a występującymi anomaliami wynikającymi z aktywności osuwiska w zależności od intensywności zachodzących pocesów osuwiskowych. W paktyce badania takie związane są z długoteminowymi pomiaami wytypowanych osuwisk i obejmować powinny obsewację aktywności elektomagnetycznej we wszystkich stadiach ozwoju osuwiska. 136

137 Więcej inteesujących infomacji na temat emisyjności elektomagnetycznej osuwisk można uzyskać powadząc pomiay w szeokim pasmie częstotliwości, lecz zabieg taki wymaga znacznej modyfikacji apaatuy. Według autoa, ównie istotne z punktu widzenia użyteczności poponowanej metody pomiaowej jest uzupełnienie systemu pomiaowego o człon ealizujący cyfową obóbkę sygnałów pochodzących z odbionika podziemnego, jak i umieszczonego na powiezchni. Zalecenie to wydaje się być szczególnie istotne w pzypadku podjęcia szeokopasmowej obsewacji pól elektomagnetycznych związanych z aktywnością osuwisk. Stosując zaawansowane adaptacyjne algoytmy filtacji sygnałów dysketnych możemy znacząco wyeliminować wpływ niepożądanych sygnałów zakłócających na wynik pomiau, szczególnie gdy możliwe jest wskazanie potencjalnych źódeł ich pochodzenia. W ozważanym pzypadku będą to z pewnością hamoniczne częstotliwości sieci enegetycznej oaz szeoka klasa zakłóceń o chaakteze impulsowym pochodzących od pojazdów mechanicznych, osiedli ludzkich jak też dalekich wyładowań atmosfeycznych itp. Zagadnienie to wymaga jednak podjęcia szeszych odębnych badań. Zdaniem autoa, docelowo możliwe jest opacowanie i paktyczne wykonanie systemu pomiaowego do ciągłego monitoowania aktywności osuwisk. W ozwiązaniu takim w odwiecie, na głębokości występowania płaszczyzny poślizgu osuwiska umieszczony mógłby zostać stale odbionik ejestujący natężenie pola magnetycznego. Infomację na temat głębokości usytuowania płaszczyzny poślizgu uzyskać można na podstawie standadowych pomiaów inklinometycznych lub innych. Odbionik może zostać zawieszony na pzewodzie światłowodowym, tansmitującym na powiezchnię zmiezony sygnał w celu dalszego pzetwozenia. Zależnie od wymagań możliwa jest ciągła ejestacja sygnału w pamięci półpzewodnikowej (np. kata MMC) lub opacowanie postego układu poównawczego, któy wysyła sygnał alamowy, gdy wypadkowe natężenie pola magnetycznego pzekoczy watość kytyczną. W pzypadku występowania większej liczby płaszczyzn poślizgu w badanym osuwisku, konieczne będzie wpowadzenie do odwietu odpowiednio większej liczby odbioników. Dla tego typu potzeb pomiaowych konieczne jest zapojektowanie odpowiedniego układu elektonicznego odbionika o małym poboze pądu oaz zaopatzenie sondy w badziej wydajne źódło zasilania, zapewniające długi okes niepzewanej pacy. 137

138 Wykaz liteatuy: [1] Adle P.M.; Macoscopic electoosmotic coupling coefficient in andom poous media ; Mathematical Geology vol. 33, no.1/001 [] Baon I., Cilek V., Kejci O., Melicha R., Hubatka F.; Stuctue and dynamics of deep seated slope failues in the Magua Flysch Nappe, oute Westen Capathians (Czech Republic) ; Natual Hazads and Eath System Science, no.4/004 [3] Basukow O. M.; Ocenka magnitnych wozmuszenij elektomagneticzeskoj piody ; Fizika Zemlji 1/1990 [4] J., Dostal D.,Benes V., Tesa M.; Application of geophysical methods in the study of landslide movements, taking into account geological conditions in the Sudety moutains ; Acta Geodynamica et Geomateialia, Czech Republic 005 [5] Beziuk G.; Impedancja wzajemna układu anten amowych pacujących pzy wielkiej częstotliwości, umieszczonych w pobliżu niejednoodnego ośodka półpzewodzącego ; Rozpawa doktoska Instytut Telekomunikacji i Akustyki Politechniki Wocławskiej Rapot ITA I8/04/P-010; Wocław 004 [6] Blaha P.; Zmiany natualnego pola elektomagnetycznego na osuwisku Kaolinka ; Laboatoy and Field Obsevations in Seismology and Engineeing Geophysics, Institute of Geonics of the AS CR, Ostava - Pouba, Czech Republic 00 [7] Blaha P., Duas R.; Czasowy ozkład emisji elektomagnetycznej ; Laboatoy and Field Obsevations in Seismology and Engineeing Geophysics, Institute of Geonics of the AS CR, Ostava - Pouba, Czech Republic 00 [8] Blaha P., Duas R.; Natual high-fequency field in the Kaolinka landslide ; Sbonik 1, Nove vysledky seismologickych, geofyzikalnich a geotechnickych puzkumu, Ostava - Pouba, Czech Republic 003 [9] Blaha P., Lukes J.; Well logging methods and slope defomations ; Poceedings of the Fist Euopean Confeence on Landslides, Pague, Czech Republic, 4-6 June 00. [10] Blaha P.; Natual high-fequency field by the human esidences ; Sbonik 1, Nove vysledky seismologickych, geofyzikalnich a geotechnickych puzkumu, Ostava - Pouba, Czech Republic 003 [11] Blaha P.; Kaolinka high electomagnetic field in 003 ; Sbonik 13, Rozvoj seizmologie, inzenyskie geofyziky a geotechniky puzkumu, Ostava - Pouba, Czech Republic 004 [1] Blaha P.; Distubing effects in PVEP method ; EGRSE Intenational Jounal of Exploation Geophysics, Remote Sensing and Envionment, Czech Republic, 1-. XI

139 [13] Blaha P., Duas R.; Natual high fequency electomagnetic field on the Kaolinka landslide ; EGRSE Intenational Jounal of Exploation Geophysics, Remote Sensing and Envionment, Czech Republic, 1-. XI. 004 [14] Blaha P., Lukes J., Mulle; What can we find in cased exploatoy boeholes ; Tansactions of the VSB Technical Univesity of Ostava Civil Engineeing Seies, Ostava - Pouba, Czech Republic 005 [15] Bodme R., Wad S.H.; Continuous sounding pofiling with a dipole dipole esistivity aay ; Geophysics, vol. 33, Octobe 1968 [16] Bogoslowsky V.A., Ogilvy A.A.; Geophysical methods fo the investigation of landslides ; Geophysics vol.4, no.3/1977. [17] Bzózka J., Doboczyński L.; Pogamowanie w Matlab ; Wydawnictwo Mikom, Waszawa 1998 [18] Casadei M., Dietich W.E., Mille N.L.; Testing a model fo pedicting the timing and location of shallow landslide initiation in soil mantled landscapes ; Eath Sufaces Pocesses and Landfom no.8/003 [19] Colombo A., Lantei L., Ramasco M., Toisi C.; Systematic GIS-based landslide inventoy as the fist step fo effective landslide hazad management ; Landslides /005, Spinge - Velag [0] Consentiono P., Matoana R., Peniciao M., Teanova L.M.; Geophysical study of an landslide in nothen Sicily ; Nea Suface Geophysics, Nethelands 003 [1] Eccles D., Sammonds P.R., Clint O.C.; Laboatoy studies of electical potential duing ock failue ; Intenational Jounal of Rock Mechanics & Mining Sciences, no.4/005 [] Fabo P., Gajdos V., Blaha P.; The souces of 14 khz EM fields obseved at geoelectical measuements ; EGRSE Intenational Jounal of Exploation Geophysics, Remote Sensing and Envionment, Czech Republic, 1-. XI. 004 [3] Fedoov E., Pilipenko V., Uyeda S.; Electic and magnetic fields geneated by electokinetic pocesses in a conductive cust ; Physics and Chemisty of the Eath vol.6, no.10-1/001 [4] Fowad T., Stewat M., Penna N., Tsakii M.; Steep wall monitoing using switched antenna aays and pemanent GPS netwoks ; The 10 th FIG Intenational Symposium on Defomation Measuements, 19- Mach 001, Oange, Califonia, USA [5] Geshenzon N., Bambakidis G.; Modeling of seismo-electomagnetic phenomena ; Russian Jounal of Eath Sciences, vol.3, no. 4, Octobe 001 [6] Gili J.A., Coominas J., Rius J.; Using Global Positioning System techniques in landslide monitoing ; Engineeing Geology no.55/

140 [7] Godio A., Botio G.; Electical and electomagnetic investigation fo landslide chaacteisation ; Eath Physics vol.6, no.9/001 [8] Genet G.; A coil of impoved sensitivity fo ock magnetism ; Geophysics vol.31, no.1, Febuay 1966 [9] Hanson D.R., Rowell G.A.; Electomagnetic adiation fom ock failue ; Repot of Investigation no. 8594, Coloado School of Mines, Coloado 1980 [30] Heiste K., Kleingeld P.J., Keijze T.J.S., Loch G.; A new laboatoy set-up fo measuement of electical, hydaulic and osmotic fluxes in clays ; Engineeing Geology no.77/005 [31] Jadoň D., Wagne P, Jelínek R.; Monitoing of the stabilized landslide in Dolna Micina ; konfeencja Geológia a životně postedie, Batislava 1998 [3] Jaosevic A., Kundacik F.; Measuement of the natual high-fequency magnetic field (PEE) in the boehole using the FJV99 selective picoteslamete ; EGRSE Intenational Jounal of Exploation Geophysics, Remote Sensing and Envionment, Czech Republic, 1-. XI. 004 [33] Jellonek A., Kakowski Z.; Mienictwo Radiotechniczne ; Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Waszawa 1961 [34] Katsumi Y.; Measuing method fo landslide displacement ; Zgłoszenie patentowe JP [35] Kaufman A.A.; The electical field in a boehole with a casing ; Geophysics vol.55, no.1, Januay 1990 [36] Kelle G.V., Fischknecht F.C.; Electical methods in geophysical pospecting ; Pegamon Pess, New Yok 1966 [37] Kelly W.E., Maes S.; Applied geophysics in hydogeological and engineeing pactice ; Elsevie, New Yok 1993 [38] Khakhalis N.R.; "Manifestation of natual electomagnetic pulse emission on landslide slopes"; Geophysical Jounal vol.14, no.4/1995 [39] Kim H. J., Lee K.H.; Electomagnetic fields in a non-unifom steel-cased boehole ; EAGE 66 th Confeence & Exhibition Pais, Fance 7 10 June 004 [40] Kłyż J., Kozioł W., Zając W.; Okeślenie pzemieszczeń Δx,Δy,Δz wybanych tzech punktów obsewacyjnych na zboczu nieczynnego powyobiska góniczego Halina w Jaoszowie na podsatwie pięciu cykli pomiaów geodezyjnych wykonanych w okesie czewiec paździenik 006 oku ; Czany Bó 006 [41] Knejzlik J., Blaha P.; Tasks of PEE measuement in uban aeas ; Sbonik 15, Rozvoj seizmologie, inzenyskie geofyziky a geotechniky puzkumu, Ostava - Pouba, Czech Republic

141 [4] Koktavy P., Sikula J.; Physical model of electomagnetic emission in solids ; Poceedings of EWGAE, Czech Republic 004 [43] Koliesnikow J. I., Babuszkin S. M., Duczkow A. D., Emanow A. F., Selezniew W. S., Sołowiew W. M., Tigibowicz G. M.; Izłuczenie geofiziczieskimi metodami stuktunych i geomagniticzieskich osobiennosti opolzniewogo skłona w dolinie R. Susami ; Geologia i Geofizika 10/001 [44] Komiltsev V.V., Ratushnyak A.N., Shapio V.A.; Thee dimensional modeling of electic and magnetic fields inducted by the fluid flow in poous media ; Physics of the Eath and Planetay Inteios no. 105/1998 [45] Kaute E.; New methods of investigation and contolling of landslides ; apot Geo- Cente Mainz, Mainz 001 [46] Kaute E., Katzenbach R., Lautebach M.; Möglichkeiten und genzen de beobachtungsmetode bei labilen gebigsvehältnissen ; apot Geo-Cente Mainz, Mainz 00 [47] Kulena M.V., Vostetsov A.G., Pynza M.M., Yakovitskaya G.E.; Electomagnetic signals duing static and dynamic loading of ock samples, Jounal of Mining Science, vol. 38, no. 1/00 [48] Kulena M.V., Vostetsov A.G., Kulakov G., Yakovitskaya G.; Pognozowanie tąpań na podstawie pomieniowania elektomagnetycznego defomowanych skał, Międzynaodowe Sympozjum Naukowo-Techniczne Tąpania 00, Ustoń 00 [49] Lichtenbege M.; Regional stess field as detemined fom electomagnetic adiation in a tunnel ; Jounal of Stuctual Geology no.7/005 [50] Lollino G., Aattano M., Cuccueddu M.; The use of the automatic inclinometic system fo landslide ealy waning: the case of Cabella Ligue (Noth-West Italy) ; Physics and Chemisty of the Eath no.7/00 [51] Maniak K., Mydlikowski R., Pałat A.; Pomia pomieniowania elektomagnetycznego osuwisk ; Tansactions of the VSB Technical Univesity of Ostava Civil Engineeing Seies, Ostava - Pouba, Czech Republic 007 (in pess) [5] Mastow R.Sz., Sałomatin W.N., Jawoowicz W.L.; Wyjawlienie stiepieni diefomacij ucziastkow opolznia metodom egistacji impulsow elektomagnitnogo polia ; Inzenenaja Geologia /1983 [53] Mastow R.Sz., Gold R.M, Sałomatin W.N., Jawoowicz W.L.; Izłuczenie iogessiujuszego azuszenija pi azwiti opołznewogo pocessa metodom egistacji elektomagnitnych signałow ; Inzenenaja Geologia 1/1984, [54] Mastow R.Sz., Rybakow B.S., Guzina E.E.; Statisticzeskij metod katkosocznogo pognoza wiemieni koowogo ziemlijatasienia po impulsnoj elektomagnitnoj aktiwnosti ; Fizika Zemlji 5/

142 [55] Mastow R.Sz., Jawoowicz W.L., Gold R.M.; Elektomagnitnaja aktiwnost pi eologiczeskich ispitaniach gonych pood ; Inzenenaja Geologia /1989 [56] Mastow R.Sz., Rudko G.I., Sałomatin W.N.; Elektomagnitnaja aktiwnost pi azwitii opolzniei glinistych otłożeniach ; Inzenenaja Geologia 6/1989 [57] Matwiejew A.N.; Teoia pola elektomagnetycznego ; Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Waszawa 1967 [58] Matwiejew W. D.; Ustojstwo dlja isliedowania połzicziesti guntow pi sdwigie ; Zgłoszenie Pantentowe Uzędu Patentowego ZSSR n /9-33, Moskwa 1979 [59] Mauitsch H.J., Seibel W., Andt R., Rome A., Schneidebaue K., Sendlhofe G.P.; Geophysical investigation of lage landslides in the Canic Region of southen Austia ; Engineeing Geology no.56/003 [60] McCann D.M., Foste A.; Reconnaissance geophysical methods in the landslide investigations ; Engineeing Geology no.9/1990. [61] Molik M.; Układ pomiaowy do powiezchniowych pomiaów oponości elektycznej ; Zgłoszenie Patentowe P-50958, Waszawa 1990 [6] Molik M., Żmuda M.; Sposób identyfikacji oaz ustalania położenia stef poślizgu ; Zgłoszenie Patentowe P-3190, Waszawa 1998 [63] Moawski T, Gwaek W.; Teoia pola elektomagnetycznego ; Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Waszawa 1978 [64] Moiwaki H., Inokuchi T., Hattanji T., Sassa K., Ochiai H., Wang G.; Failue pocesses in a full-scale landslide expeiment using a ainfall simulato ; Landslides, Spinge-Velag 004 [65] Mozek T.; Osuwiska Kapackie nie pzestzegają ganic państwowych ; Infomato Centum Doskonałości Badań Śodowiska Abiotycznego 3/003 [66] Nabighian M.N.; Electomagnetic methods in applied geophysics theoy ; Volume 1, Theoy, Society of Exploation Geophysicist (SEG), USA 1988 [67] Nabighian M.N.; Electomagnetic methods in applied geophysics theoy ; Volume, Application, Society of Exploation Geophysicist (SEG), USA 1991 [68] Nazaian S., Diehl J.; Use of geotehnical methods in constuction ; Geotechnical Special Publication n 108, Poceedings of sessions of Geo-Denve 000 [69] Ochiai H., Okada Y., Fuuya G., Okua Y., Matsui T., Sammoi T., Teajima T., Sassa K.; A fluidized landslide on a natual slope by atificial ainfall ; Landslides, Spinge-Velag

143 [70] Onsage L.; Recipocal elations in ievesible pocesses I ; Physical Review, vol. 37, 1931 [71] Oppenheim A.V., Schafe R.W.; Discete-time signal pocessing ; Pentice-Hall Intenational, 1999 [7] Oense R.P., Shimoma S., Maeda K., Towhata I., Instumented model slope failue due to wate seepage ; Jounal of Natual Disaste Science, vol. 6, no.1/004 [73] Paasnis D.S.; Methods in Geochemisty and Geophysics, Elsevie Scientific Publishing Company, New Yok 1973 [74] Pak S.G., Kim J.H.; Geological suvey by electical esistivity pospecting in landslide aea ; Geosystem Engineeing June 005 [75] Plewa M., Plewa S.; Petofizyka ; Wydawnictwa Geologiczne, Waszawa 199. [76] Pałat A.; Ustalenie paametów emisji elektomagnetycznej skał budujących góotwó w otoczeniu złoża miedzi LGOM ; Rapot Instytutu Telekomunikacji i Akustyki Politechniki Wocławskiej, Wocław 1988 [77] Pałat A., Maniak K.; Zjawiska elektomagnetyczne występujące na osuwiskach VIII Wasztat Gónicze Bełchatów; -4czewca 004 [78] Pałat A., Maniak K.; Electomagnetic phenomena in landslides ; On Recent Geodynamics of the Sudety Mts. And Adjacent Aeas, 6 th Czech-Polish Wokshop, Łężyce, Poland 004. [79] Pałat A., Maniak K., S. Wójtowicz, Electomagnetic emission fom ocks laboatoy and field measuements, EGRSE Intenational Jounal of Exploation Geophysics, Remote Sensing and Envionment, Czech Republic, 1-. XI. 004 [80] Pałat A., Maniak K., Wójtowicz S.; Uządzenie do pomiau osuwisk i sposób pomiau występowania osuwisk, Zgłoszenie Patentowe n P-36641, Waszawa 004 [81] Pałat A., Mydlikowski R., Zdunek R., Beziuk G., Wójtowicz S., Maniak K.; Badanie pól elektomagnetcznych w ziemi i jej pobliżu ; Rapot seii SPR I8/004/S-031, Wocław 004 [8] Pałat A., Maniak K.; Pomieniowanie elektomagnetyczne osuwisk, XI Kajowe Sympozjum Nauk Radiowych URSI, Poznań 7-8 kwietnia 005 [83] Pałat A., Maniak K., Pompua I.; Electomagnetic phenomena in landslides ; Acta Geodynamica et Geomateialia, Czech Republic 005 [84] Pide S.R., Mogan F.D.; Electokinetic dissipation induced by seismic waves ; Geophysics, vol. 56, July 1991 [85] Pucell E.M.; Elektyczność i magnetyzm ; Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Waszawa

144 [86] Rabinovitch A., Fid V., Bahat D., Goldbaum J.; Factue aea calculation fom electomagnetic adiation and its use in chalk failue analysis ; Intenational Jounal of Rock Mechanics and Mining Science no.37/000 [87] Rabinovitch A., Fid V., Bahat D., Goldbaum J.; Decay mechanism of factue induced electomagnetic pulses ; Jounal of Applied Physics, vol. 93, no. 9/000 [88] Rączkowski W.; Staty powodowane pzez osuwiska w Polskich Kapatach wynikiem baku wiedzy i odpowiedzialności ; Infomato Centum Doskonałości Badań Śodowiska Abiotycznego 3/003 [89] Reppet P.M., Mogan F.D., Lesmes D.P., Jouniax L.; Fequency dependent steaming potentials ; Jounal of Colloid and Inteface Sciences 34/001 [90] Rotkiewicz W., Rotkiewicz P., Zaleski B.; Technika odbiou adiowego podstawowe układy wielkiej częstotliwości ; Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Waszawa 1973 [91] Salomatin W.N., Wasiliew I.N., Mastow R.Sz.; Opyt egistacji estiestwiennogo impulsnogo elktomagnitnogo polia pi obsliedowanij Jaltinskogo Gidotunelia ; Inzenenaja Geologia 5/1983 [9] Singh B., Hayakawa M., Misha P.K., Singh R.P., Lakshmi D.R.; VLF electomagnetic noise busts obseved in a boehole and thei elation with lowlatitude hiss ; Jounal of Atmospheic and Sola-Teestial Physics no.65/003 [93] Sobotka J., Liaszczuk D., Czeban W., Kuzmenko E.; Zastosowanie metod geofizyki poszukiwawczej do pognozowania zagożenia osuwiskami na obszaze Kapat ; Acta Univesitatis Watislaviensis no. 811, Pace Geologiczno-Minealogiczne LXXV, Wocław 005 [94] Stefaniuk M.; Emisja elektomagnetyczna skał na podstawie badań laboatoyjnych ; Rozpawa doktoska Wydział Geologii, Geofizyki i Ochony Śodowiska Akademii Góniczo-Hutniczej w Kakowie, Kaków 1994 [95] Tabela pzeznaczeń częstotliwości i zakesów częstotliwości na obszaze Rzeczypospolitej Polskiej; Ministestwo Łączności, Waszawa 1997 [96] Takeuchi A., Nagahama H.; Electic dipoles pependicula to a stick-slip plane ; Physics of the Eath and Planetay Inteios no.15/006 [97] Telfod W.M., Geldat L.P., Sheiff R.E., Keys D.A.; Applied geophysics ; Cambidge Univesity Pess, London 1976 [98] Tietze U., Schenk Ch.; Układy półpzewodnikowe ; WNT, Waszawa 1996 [99] Tsutsui M.; Detection of eath-oigin electic pulses ; Geophysical Reseach Lettes vol.9, no. 8/

145 [100] Tsutsui M.; Eath Oigin EM pulses as a pecuso of eathquakes ; Depatment of Infomation and Communication Sciences, Kyoto Sangyo Univesity 005 [101] Wagne P., Pauditš P.; Complete evaluation of landslide activity apot Geological Suvey of Slovak Republic, Batislava 00 [10] Wagne P., Schee S., Jadoń D., Moka M., Vybial V.; Analisys of landslide monitoing esult ; Poceedings of the Fist Euopean Confeence on Landslides, Pague, Czech Republic, 4-6 June 00. [103] Wanfang Z., Beck B.F., Stephenson J.B.; Investigation of goundwate flow in kast aeas using component sepaation of natual potential measuements ; Envionmental Geology 37 (1-), Januay 1999, Spinge Velag [104] Westen C.J., Soetes A.R.; Landslide hazad and isk zonation why is it still so dificult ; Bulletin Engineeing Geology Envionment, no.65/006 [105] Wu X., Habashy T.M.; Influence of steel casings on electomagnetic signals ; Geophysics, vol. 59, Mach [106] Yamazaki T., Yamasaki T., Iwao Y.; Pactical use of boehole televiewe at esliding type landslides ; Poceedings of the Fist Euopean Confeence on Landslides, Pague, Czech Republic, 4-6 June 00. [107] Yavoovich L.V., Gold R.M., Yevseyev V.D., Khosov N.N., Investigation of distibutions of electomagnetic signal paametes duing uniaxial compesion of ocks ; Jounal of Mining Science, vol. 36, no. 6/000 [108] Zahn M.; Pole elektomagnetyczne PWN, Waszawa 1989 [109] Vybial V.; The PEE method helps assess slope stability ; Laboatoy and Field Obsevations in Seismology and Engineeing Geophysics, Institute of Geonics of the AS CR, Ostava - Pouba, Czech Republic

146 Dodatek Dokumentacja fotogaficzna aktywności osuwiska Halina w Jaoszowie 146

147 147

148 148

149 149

150 150

151 151

152 15

153 153

154 154