Badanie zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną a mechanizmem ognisk wstrząsów górotworu na podstawie rejestracji sejsmologicznych i sejsmometrycznych

Transkrypt

1 Mat. Symp. str Józef DUBIŃSKI, Adam LURKA, Krystyna STEC Główny Instytut Górnictwa, Katowice Badanie zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną a mechanizmem ognisk wstrząsów górotworu na podstawie rejestracji sejsmologicznych i sejsmometrycznych Streszczenie Określenie oddziaływań sejsmicznych wstrząsów górniczych na powierzchnię jest zagadnieniem niezwykle złożonym. Trudno jest opisać zmienność rozkładu mierzonych parametrów (prędkość lub przyspieszenie drgań) w funkcji standardowo określanych przez kopalniane stacje sejsmologiczne parametrów takich jak wartość energii sejsmicznej, odległość epicentralna do obiektu, współczynnik amplifikacji. W artykule wykazano, że przyczyną różnic rejestrowanych amplitud drgań na stanowiskach o zbliżonej odległości epicentralnej może być kierunkowość radiacji fal sejsmicznych, która z kolei zależy od mechanizmu ognisk wstrząsów. W celu określenia rozkładu współczynnika radiacji na powierzchni terenu wprowadzono nowy parametr RP/(r/h) określany dla fali poprzecznej S, który posiada tę zaletę, że jego wartości w różnych punktach powierzchni terenu mogą być ze sobą porównywane. Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, że tam gdzie wartości współczynnika RP/(r/h) są proporcjonalnie większe, większa jest również amplituda zarejestrowanych amplitud przyspieszenia. 1. Wprowadzenie Obszary górnicze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) i Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego (LGOM) charakteryzują się wysoką aktywnością sejsmiczną, która stwarza zagrożenie dla podziemnych wyrobisk jak również jest powodem dyskomfortu i uciążliwości dla mieszkańców tych rejonów. Oddziaływanie wstrząsów związane jest zarówno z odczuwaniem drgań przez ludzi jak i występowaniem uszkodzeń w obiektach budowlanych różnych typów. Stąd ważnym problemem jest opracowanie procedur w zakresie obiektywnej oceny wielkości oddziaływań sejsmicznych na powierzchnię. Zrealizowane przez Główny Instytut Górnictwa liczne prace badawcze w obszarze sejsmometrii górniczej poświęcone temu problemowi wskazały, że amplifikacja drgań przez przypowierzchniową warstwę podłoża gruntowego może być jedną z ważniejszych przyczyn obserwowanej zmienności oddziaływań sejsmicznych wstrząsów górniczych na powierzchni. Problem ten został rozwiązany i aktualnie wyznaczane są mapy rozkładu współczynnika amplifikacji W f, które stanowią podstawą do określania zredukowanych wartości parametrów przyspieszenia czy też prędkości drgań. Jednak amplifikacja drgań nie rozwiązuje całkowicie 65

2 J. DUBIŃSKI, A. LURKA, K. STEC Przykłady zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną obserwowanych niejednorodności w rozkładzie parametrów opisujących intensywność wstrząsu górniczego. W celu określenia wpływu, jaki posiada charakterystyka ogniska wstrząsu górniczego na rozkład parametrów opisujących oddziaływanie sejsmiczne wstrząsu na powierzchni zrealizowano badania, które polegały na połączeniu trzech specjalistycznych obszarów badawczych geofizyki górniczej, a mianowicie: sejsmometrii (analiza przyspieszeń drgań gruntu), sejsmiki (badanie prędkości w nadkładzie czwartorzędowym) i sejsmologii górniczej (badanie mechanizmu ognisk wstrząsów górotworu oraz określenie radiacji sejsmicznej). Badania zostały przeprowadzono w oparciu o analizę zbioru silnych wstrząsów górniczych z okresu związanych z eksploatacją węgla w GZW w kopalniach Bielszowice, Halemba, Śląsk, Polska-Wirek oraz rud miedzi w LGOM kopalnia Rudna. Utworzono dwie bazy danych obejmujące wyniki powierzchniowych pomiarów sejsmometrycznych oraz rejestracji sejsmologicznych. Dane sejsmometryczne zostały zredukowane przez uwzględnienie zjawiska amplifikacji drgań. Dla określenia rozkładu współczynnika amplifikacji wykorzystane zostały wyniki sejsmicznych pomiarów in situ wykonanych metodą wielokanałowej analizy fal powierzchniowych MASW. Ważnym etapem przeprowadzonych badań była korelacja parametrów mechanizmu ogniska z rozkładem amplitud przyspieszeń drgań gruntu na powierzchni, która wskazywała, że przyczyną różnic rejestrowanych amplitud drgań gruntu zredukowanych o współczynnik amplifikacji na stanowiskach o zbliżonej odległości epicentralnej może być kierunkowość radiacji fal sejsmicznych. Uzyskane wyniki wskazują na istniejące nowe możliwości dokonywania bardziej wiarygodnych prognoz zagrożenia sejsmicznego w rejonie Górnego Śląska i Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego. Fakt ten posiada nie tylko znaczenie poznawcze, ale także praktyczne, gdyż ze względu na intensywną sejsmiczność indukowaną działalnością górniczą niezwykle istotnym problemem jest bardziej dokładna charakterystyka tych oddziaływań. Stanowi ona bowiem ważny element zarówno ochrony środowiska jak i kształtowania partnerskiego układu pomiędzy górnictwem a lokalnymi społecznościami, szczególnie w aspekcie akceptacji działalności górniczej. 2. Pomiary sejsmometryczne W najbardziej aktywnym obszarze sejsmicznym w GZW, którym jest strefa uskoku kłodnickiego, zainstalowano 9 powierzchniowych stanowisk sejsmometrycznych wyposażonych w aparaturę AMAX-99. W okresie prowadzenia obserwacji od czerwca 2003 do grudnia 2004 przeanalizowano te wstrząsy, dla których na największej liczbie stanowisk sejsmometrycznych uzyskano rejestracje przyspieszeń drgań gruntu 63 wstrząsy. Charakteryzowały się one energią sejsmiczną rzędu od 10 6 do 10 7 J i należały do najsilniejszych wstrząsów, które wystąpiły w tym okresie w GZW. Odległość epicentralna do poszczególnych stanowisk powierzchniowych wynosiła od 0,350 do 10 km. Z obszaru LGOM przeanalizowano łącznie 40 najsilniejszych wstrząsów o energii E 10 7 J z odległości epicentralnej od 0,4 do 8 km. Każdy z zarejestrowanych wstrząsów poddano analizie mającej na celu określenie rozkładu przyspieszeń drgań bezpośrednio pomierzonych oraz zredukowanych o współczynnik amplifikacji drgań. Współczynnik amplifikacji obliczono na podstawie pomiarów sejsmicznych metodą płytkiej refrakcji z wykorzystaniem programu MASW (Park i in. 1999), w miejscach położenia stanowisk sejsmometrycznych. Wartości 66

3 prędkości fali poprzecznej na profilach zlokalizowanych na terenie GZW zmieniły się w zakresie od 120 do 1250 m/s, a w LGOM w zakresie od 130 do 990 m/s. W utworach czwartorzędowych zarówno w GZW jak i LGOM, tworzących nadkład, prędkości fali poprzecznej wynosiły od 150 do 300 m/s. Utwory leżące najpłycej charakteryzowały się prędkościami fali poniżej 200 m/s. W oparciu o wyniki pomiarów sejsmicznych oraz rozpoznanie budowy geologicznej obliczono współczynnik amplifikacji W f w rejonie każdego z powierzchniowych stanowisk sejsmometrycznych. Wartości W f były zróżnicowane i zmieniały się od 0,9 do 1.9. W tabeli 2.1 przedstawiono przykładowe wyniki rejestracji sejsmometrycznych dla dwóch wstrząsów. Tabela 2.1. Zestawienie przyspieszeń drgań gruntu dla wstrząsów z GZW i LGOM Table 2.1. Date of amplitudes of vibration accelerations for tremors from GZW and LGOM Data Czas Energia, J Kopalnia Rejon X, m Y, m Stanowisko (ulice) Odległość epicentralna d, km Przyspieszenia pomierzone mm/s 2 Przyspieszenia bez W f mm/s 2 a px a py a pz a pwyp a zx a zy a zz a zwyp Rejon GZW Halembska 2, :16 E= J GZW Halemba Kingi 4, Dębowa 0, Kochłowicka 1, Suchogórnicza 2, Cynkowa 3, Emerytalna 7, Oczyszczalnia 4, Rejon LGOM Kolejowa 3, :52 E= J LGOM ZG Rudna Maja 4, Sosnowa 3, Guzice 2, Komorniki 1, Tarnówek 2, Żuków 3, Trzebcz 1, Rozkład izolinii przyspieszeń drgań gruntu dla analizowanych wstrząsów względem ogniska nie był regularny. Nawet po uwzględnieniu współczynnika amplifikacji drgań nie wykazywały one przebiegu kołowego. Świadczyło to o istnieniu dodatkowego czynnika, 67

4 J. DUBIŃSKI, A. LURKA, K. STEC Przykłady zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną oprócz niejednorodnej budowy warstw nadkładu, który wpływa na efekt sejsmiczny obserwowany na powierzchni. 3. Mechanizm ognisk wstrząsów Obliczenia mechanizmu ognisk wstrząsów przeprowadzono dla zbioru wstrząsów, dla których uzyskano dane z poligonu sejsmometrycznego. Były to wstrząsy wysokoenergetyczne (E 10 6 J) z kopalń Halemba, Bielszowice, Śląsk i Polska-Wirek. Obliczenia oparto na 16 kanałowych cyfrowych rejestracjach uzyskanych z kopalnianych sieci sejsmologicznych. Obliczono podstawowe parametry mechanizmu ognisk (położenie płaszczyzny pękania w ognisku i osi naprężeń głównych) oraz procentowy udział poszczególnych elementów składowych mechanizmu, to jest składowej izotropowej (Eksp), liniowego dipola skompensowanego (CLVD) i podwójnej pary sił (DBCP) programem SMT (Wiejacz 1994). Rysunki 3.1 i 3.2 przedstawiają rozwiązanie mechanizmu ogniska dla wstrząsów, które wyszczególniono w poprzednim rozdziale. Pełne rozwiązanie: -.449E E E E E E E E E+17 T0=.0628 M0=.140E+17 MT=.187E+17 ERR=.776E+15 Expl=-15.8% CLVD=-17.8% DBCP=66.4% M=4.8 A= A=70.97 B= B=70.97 Oś P: azymut= zanurzenie=63.58 Oś T: azymut=17.16 zanurzenie=2.75 Oś B: azymut= zanurzenie=5.53 Współczynnik jakości = 53.1 % uskok normalny Liniowy dipol skompensowany: -.316E E E E E E E E E+15 T0=.0628 M0=.128E+17 MT=.129E+17 ERR=.752E+15 CLVD=-1.4% DBCP=98.6% M=4.7 A= A=89.53 B= B=4.81 Oś P: azymut= zanurzenie=45.27 Oś T: azymut=16.82 zanurzenie=44.33 Oś B: azymut= zanurzenie=4.79 Współczynnik jakości = 58.8% uskok normalny Podwójna para sił: -.215E E E E E E E E E+15 T0=.0629 M0=.128E+17 MT=.128E+17 ERR=.762E+15 DBCP=100% M=4.7 A= A=89.52 B= B=4.84 Oś P: azymut= zanurzenie=45.28 Oś T: azymut=16.27 zanurzenie=44.32 Oś B: azymut= zanurzenie=4.81 Współczynnik jakości = 64.7% uskok normalny Rys Rozwiązanie mechanizmu ogniska wstrząs z KWK Halemba z dnia , godz. 4:16, E = J, x = 17282, y = 261, z = 700 Fig Focal mechanism parameters tremor of Halemba mine of 10 January 2004 with energy E = J 68

5 Pełne rozwiązanie: -.117E E E E E E E E E+14 T0=.0994 M0=.189E+15 MT=.213E+15 ERR=.637E+14 Expl=-9.6% CLVD=-17.7% DBCP=72.7% M=3.5 A=62.12 A=61.66 B= B=31.49 Oś P: azymut= zanurzenie=15.50 Oś T: azymut=2.63 zanurzenie=69.82 Oś B: azymut= zanurzenie=12.59 Współczynnik jakości = 53.3 % uskok odwrócony Liniowy dipol skompensowany: -.985E E E E E E E E E+15 T0=.0994 M0=.173E+15 MT=.188E+15 ERR=.637E+14 CLVD=-10.7% DBCP=89.3% M=3.5 A=62.72 A=58.74 B= B=33.72 Oś P: azymut= zanurzenie=12.78 Oś T: azymut=6.11 zanurzenie=72.76 Oś B: azymut= zanurzenie=11.37 Współczynnik jakości = 51.0% uskok odwrócony Podwójna para sił: -.887E E E E E E E E E+15 T0=.0629 M0=.128E+17 MT=.128E+17 ERR=.762E+15 DBCP=100% M=4.7 A=62.23 A=58.64 B= B=33.87 Oś P: azymut= zanurzenie=12.66 Oś T: azymut=6.11 zanurzenie=72.76 Oś B: azymut= zanurzenie=11.51 Współczynnik jakości = 53.3% uskok odwrócony Rys Rozwiązanie mechanizmu ogniska wstrząs z ZG Rudna z dnia , godz. 5:52, E = J, x = 31900, y = 9500, z = 700 Fig Focal mechanism parameters tremor of ZG Rudna mine of 5 October 2003 with energy E = J Ogólnie dla przeanalizowanych danych (103 wstrząsy) stwierdzono dużą zmienność mechanizmów ognisk w zależności od cech tektonicznych rejonu, położenia ogniska wstrząsu względem frontu ścianowego i istniejących zaszłości eksploatacyjnych. Dla większości badanych wstrząsów zarówno z GZW jak i LGOM w ich ogniskach dominowały procesy ścinania (udział składowej ścinającej od około 60% do 87%). Dla zjawisk występujących w strefach uskokowych można było zaobserwować korelację jednej z płaszczyzn nodalnych z rozciągłością struktur tektonicznych, natomiast w przypadku zjawisk występujących w pobliżu frontu eksploatacyjnego również występowała zgodność przebiegu frontu z płaszczyzną nodalną. Świadczyć to może o oddziaływaniu zarówno uskoków jak i frontu na charakter ognisk wstrząsów. W kilku przypadkach uzyskano dominację składowej izotropowej z dużym udziałem składowej eksplozyjnej lub implozyjnej dochodzących do 50%. Ten eksplozyjny typ ognisk oraz głębokość ich występowania mogą wskazywać, że w ognisku zachodziły procesy związane z destrukcją pokładu lub warstw położonych w stropie bezpośrednim. Głównym celem analizy mechanizmu ognisk wstrząsów było powiązanie uzyskanych parametrów mechanizmu ognisk z rozkładem przyspieszeń drgań na powierzchni. 69

6 J. DUBIŃSKI, A. LURKA, K. STEC Przykłady zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną 4. Przykład radiacji fal sejsmicznych Od dawna znane jest w sejsmologii górniczej zjawisko, że w pewnych sytuacjach dane sejsmologiczne charakteryzują się występowaniem wyraźnych dysproporcji pomiędzy maksymalnymi amplitudami na sejsmogramach rejestrowanymi na stanowiskach pomiarowych znajdujących się w tej samej odległości epicentralnej, ale na różnych kierunkach (azymutach) w stosunku do źródła sejsmicznego. Podobny efekt może być obserwowany także na powierzchni terenu, przy czym jego natura może być znacznie bardziej złożona niż dla stanowisk podziemnych. Jednym z głównych czynników, który dodatkowo wpływa na poziom amplitud drgań rejestrowanych na powierzchni terenu jest efekt amplifikacji. Jednak oprócz amplifikacji na poziom amplitud drgań rejestrowanych na powierzchni terenu mogą mieć wpływ następujące zjawiska związane z propagacją fal sejsmicznych, a mianowicie: zakrzywianie promienia sejsmicznego na skutek niejednorodności ośrodka, konwersja fal poprzecznych SV na podłużne, efekt odbicia i załamania fal na granicach ośrodków. W większości przypadków można jednak przyjąć, że promienie sejsmiczne można w przybliżeniu uznać za prostoliniowe oraz pominąć efekt odbicia fal sejsmicznych, jeśli założymy, że odległość horyzontalna między źródłem, a odbiornikiem drgań jest niewielka dla wstrząsów górniczych nieprzekraczająca kilku kilometrów. Należy jednak być świadomym przyjętych uproszczeń oraz tego, że w rzeczywistości mogą występować sytuacje, w których przyjęte założenia nie są spełnione. Fizyczna istota obliczania tensora momentu sejsmicznego opiera się na różnicach, jakie występują w zapisach amplitud, szczególnie znaków pierwszych wstąpień fali sejsmicznej, na sejsmogramach rejestrowanych przez podziemne stacje sejsmiczne. W uproszczeniu można powiedzieć, iż tensor momentu sejsmicznego obliczany jest w oparciu o efekt wynikający z kierunkowości radiacji energii ze źródła sejsmicznego i odwrotnie tensor momentu sejsmicznego określa charakterystykę radiacji energii ze źródła. Tak więc, ten sam efekt kierunkowości radiacji energii sejsmicznej może posłużyć do badania jego wpływu na wielkości amplitud przyspieszeń drgań rejestrowanych na powierzchni terenu przez powierzchniowe stanowiska sejsmometryczne. Amplitudy przemieszczenia w dalekim polu falowym są wprost proporcjonalne do współczynników radiacji RP oraz odwrotnie proporcjonalne do odległości źródło odbiornik (Aki, Richards 1980). Przy założeniu tego samego mechanizmu ogniska wstrząsu i identycznych wartości gęstości ośrodka oraz takich samych wartości prędkości fal podłużnych i poprzecznych, wpływ na wielkość amplitudy drgań ma czynnik RP/r, gdzie RP to współczynnik radiacji a r jest odległością ognisko-stanowisko pomiarowe. Współczynnik ten ma wymiar [m -1 ], a więc jest jednostką wymiarową. W celu określenia rozkładu tego współczynnika na powierzchni terenu, ale tak, aby był on bezwymiarowy, przyjęto następującą konwencję. Współczynnik RP/r zostaje dodatkowo pomnożony przez stałą wartość równą głębokości ogniska h, czyli tworzymy nową wielkość, która jest bezwymiarowa. Nowy współczynnik ma tę zaletę, że jego wartości w różnych punktach powierzchni terenu mogą być ze sobą porównywane. Tam gdzie wartości współczynnika RP/(r/h) są większe proporcjonalnie większa powinna być amplituda zarejestrowanych amplitud przyspieszenia. Tak więc rozkład izolinii współczynnika RP/(r/h) pozwala interpretować obserwowaną zmienność rozkładu amplitud przyspieszenia drgań na powierzchni, a tym samym pozwala na ocenę efektu kierunkowości radiacji sejsmicznej uwarunkowanej różnicami w mechanizmie ognisk wstrząsów. 70

7 Analizę zjawiska kierunkowości radiacji sejsmicznej ognisk wstrząsów górniczych z obszaru GZW i LGOM z wykorzystaniem współczynnika RP/(r/h) przeprowadzono przy założeniu dalekiego pola falowego oraz jako dominującego typu mechanizmu podwójnej pary sił. Przykładowe wyniki obliczeń dla danych z obszaru GZW i z obszaru LGOM przedstawiono poniżej Wstrząs z obszaru GZW z dnia r. o energii J Wyniki obliczeń składowych tensora momentu sejsmicznego przedstawione są rys. 3.1, a w tabeli 2.1 maksymalne amplitudy przyspieszeń drgań zarejestrowanych na powierzchni terenu oraz maksymalne amplitudy przyspieszeń zarejestrowanych drgań po odjęciu wzmocnienia wynikającego z amplifikacji przez nadkład czwartorzędowy. Analiza objęła najbliższe stanowiska powierzchniowe usytuowane na ulicach: Halembska, Kingi, Dębowa, Kochłowicka, Suchogórnicza. Z zamieszczonej tabeli widać dysproporcje w wartościach maksymalnych amplitud drgań. W celu porównania pomierzonych wartości amplitud z teoretycznymi wartościami amplitud wynikającymi z kierunkowości źródła sejsmicznego i rozpraszaniem geometrycznym obliczony został rozkład współczynnika RP/r/h dla fali poprzecznej S na powierzchni terenu (rys. 4.1) a na rys 4.2 pokazany jest rozkład samego współczynnika radiacji na powierzchni terenu. Wynika z nich, że największe amplitudy drgań powinny zostać zarejestrowane na stanowisku pomiarowym przy ul. Dębowej, następnie na stanowisku przy ul. Kochłowickiej, ul. Halembskiej, ul. Suchogórniczej i ul. Kingi. Powyższe rezultaty stoją w zgodzie z pomierzonymi maksymalnymi amplitudami drgań zamieszczonymi w tabeli 2.1. Obserwowane dysproporcje w pomierzonych wartościach maksymalnych amplitud można więc wyjaśnić jako efekt kierunkowej radiacji energii ze źródła sejsmicznego i rozpraszania geometrycznego. Dodatkowo przedstawiono na rys. 4.3.a d trójwymiarowe współczynniki radiacji RP dla fali poprzecznej S. 71

8 J. DUBIŃSKI, A. LURKA, K. STEC Przykłady zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną Kingi Suchogórnicza Halembska Dębowaognisko Kochłowicka Rys Rozkład współczynnika RP/r/h dla fali poprzecznej S na powierzchni terenu obliczony dla wstrząsu z ZG z dnia o energii sejsmicznej E= J Fig Distribution of the RP/r/h coefficient for S transverse wave on the ground surface calculated for the tremor of Halemba mine of 10 January 2004 with energy E= J Kingi Suchogórnicza Halembska Dębowaognisko Kochłowicka Rys Rozkład współczynnika radiacji RP dla fali poprzecznej S na powierzchni terenu obliczony dla wstrząsu z dnia o energii sejsmicznej E= J Fig Distribution of the radiation coefficient RP for S transverse wave on the ground surface calculated for the tremor of Halemba mine of 10 January 2004 with energy E= J 72

9 a) b) c) d) Rys. 4.3.a d. Trójwymiarowe obrazy współczynnika radiacji amplitud RP dla fali poprzecznej S dla wstrząsu z dnia o energii sejsmicznej J o mechaniźmie ogniska typu podwójnej pary sił: czarne punkty stanowiska sejsmometryczne, płaszczyzna zielona powierzchnia, płaszczyzna czerwona płaszczyzna poślizgu dla mechanizmu podwójnej pary sił Fig. 4.3.a d. 3D images of the total S radiation due to a double couple for the tremor of Halemba mine of 10 January 2004 with energy E= J: black points show positions of seismic stations; green plane shows surface of earth; red plane shows dislocation plane 4.2. Wstrząs z obszaru LGOM z dnia r. o energii J Wyniki obliczeń składowych tensora momentu sejsmicznego przedstawia rys W tabeli 2.1 przedstawiono maksymalne amplitudy przyspieszeń drgań zarejestrowanych na powierzchni terenu oraz maksymalne amplitudy przyspieszeń zarejestrowanych drgań po odjęciu 73

10 J. DUBIŃSKI, A. LURKA, K. STEC Przykłady zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną wzmocnienia wynikającego z amplifikacji przez nadkład czwartorzędowy. Rejestracja objęła następujące stanowiska powierzchniowe: Kolejowa, 3 Maja, Sosnowa, Guzice, Komorniki, Tarnówek, Żuków, Trzebcz. W tabeli 2.1 widać różnice w wartościach maksymalnych amplitud drgań wynikające zarówno z spadku amplitud z odległością, jak i kierunkowością radiacji energii sejsmicznej. W celu porównania pomierzonych wartości amplitud z teoretycznymi wartościami amplitud wynikającymi z kierunkowości źródła sejsmicznego i rozpraszaniem geometrycznym obliczony został rozkład współczynnika RP/r/h dla fali poprzecznej S na powierzchni terenu i przedstawiony na rys Wynika z niego, że największe amplitudy drgań powinny zostać zarejestrowane na stanowisku pomiarowym Komorniki, następnie na stanowisku Guzice i Tarnówek. Powyższe rezultaty zgadzają się z pomierzonymi maksymalnymi amplitudami drgań zamieszczonymi w tabeli 2.1. Obserwowane dysproporcje w pomierzonych wartościach maksymalnych amplitud można więc wyjaśnić jako efekt kierunkowej radiacji energii ze źródła sejsmicznego i rozpraszania geometrycznego. Dodatkowo na rys. 4.5 przedstawiono rozkład samego współczynnika radiacji na powierzchni terenu, a na rys. 4.6.a d trójwymiarowe współczynniki radiacji RP dla fali poprzecznej Guzice Komorniki Tarnówek Rys Rozkład współczynnika RP/r/h dla fali poprzecznej S na powierzchni terenu obliczony dla wstrząsu z ZG Rudna z dnia , energia E= J Fig Distribution of the RP/r/h coefficient for S transverse wave on the ground surface calculated for tremor of ZG Rudna mine of 5 October 2003 with energy E= J 74

11 Guzice Komorniki Tarnówek Rys Rozkład współczynnika radiacji RP dla fali poprzecznej S na powierzchni terenu obliczony dla wstrząsu z ZG Rudna z dnia , energia E= J Fig Distribution of the radiation coefficient RP for S transverse wave on the ground surface calculated for tremor of ZG Rudna mine of 5 October 2003 with energy E= J 5. Podsumowanie Stwierdzono występowanie wyraźnej zależności pomiędzy kierunkowością radiacji sejsmicznej ogniska wstrząsu zależnej od mechanizmu ogniska a rozkładem przyspieszenia drgań na powierzchni, która w sposób czytelny pozwala wyjaśnić występowanie wielu anomalii efektu sejsmicznego na powierzchni (występowanie wyraźnie różnych wartości przyspieszenia drgań w punktach położonych w takiej samej odległości epicentralnej, ale o różnych azymutach). Współczynnik charakteryzujący kierunkowość radiacji RP/(r/h) bardzo dobrze wyraża zmiany ilościowe rozkładu przyspieszenia drgań, co umożliwia interpretację anomalnych rozkładów przyspieszenia drgań występującą w przypadku wielu wstrząsów górniczych. Uzyskane wyniki wskazują na nowe możliwości bardziej precyzyjnego prognozowania i oceny rozkładu przyspieszenia drgań na powierzchni w przypadku wstrząsów górniczych. 75

12 J. DUBIŃSKI, A. LURKA, K. STEC Przykłady zależności pomiędzy radiacją sejsmiczną a) b) c) d) Rys. 4.6a d. Trójwymiarowe obrazy współczynnika radiacji amplitud RP dla fali poprzecznej S dla wstrząsu z dnia o energii sejsmicznej J o mechaniźmie ogniska typu podwójnej pary sił: czarne punkty stanowiska sejsmometryczne, płaszczyzna zielona powierzchnia, płaszczyzna czerwona płaszczyzna poślizgu dla mechanizmu podwójnej pary sił Fig. 4.6.a d. 3D images of the total S radiation due to a double couple for the tremor of Halemba mine of 05 October 2003 with energy E= J: black points show positions of seismic stations; green plane shows surface of earth; red plane shows dislocation plane 76

13 Literatura [1] Aki K., Richards P.G. 1980: Quantitative Seismology Theory and Methods, vol. 1, 2, W. H. Freeman and Co., San Francisco. [2] Park C. B., Xia J., Miller R. D. 1999: Using MASW to Investigate Subsidence in Tampa Florida Area, Open-file Raport No [3] Wiejacz P. 1994: The SMT software, PAN, (niepublikowane). Investigation of the relationship between seismic radiation pattern and focal mechanism of the seismic events When assessing dynamic loads at distances near to the tremor focus it is essential to recognise the character of seismic waves propagation for different models of tremor foci. It has been observed that tremors from the area of Polish coal and copper mines are characterised sometimes by differentiated acceleration amplitudes of vibrations at seismometric stations localised close to each other. A part of these differences we can connect with the local amplification of vibrations, including also the topographic amplification. However, it is difficult to explain many records only with reference to the existence of the phenomenon of vibration amplification through the overburden. An analysis of these records carried out, with simultaneous correlation with the mechanisms of tremor foci, tectonics of the epicentral area and other factors proves that the reason of differences of recorded vibration amplitudes can be a strong radiation directivity of seismic waves. Such a conclusion can be drawn on the basis of analysis of radiation directions of the seismic source, represented in three dimensions. At the same time it turns out that such a visualisation allows to demonstrate in a clear manner the differences of recorded vibration accelerations on the surface and thus to confirm the given mechanism of tremor focus. An algorithm was worked out, allowing to present amplitude radiation in the space with the use of a graphic library for spatial representation named Open GL (Open Graphic Library). In the literature radiation frequently presented in planar (twodimensional) images does not allow a graphic visualisation. Thus when assuming the same mechanism of the tremor focus, identical density values of the medium and the same values of velocities of longitudinal and transverse waves, impact on vibration amplitudes has only the RP/r factor, where RP is the radiation coefficient and r constitutes the distance focus measuring station. However, this coefficient has the dimension 1/m, and thus it is a dimensional unit. In order to determine the distribution of this coefficient on the ground surface, but in such a manner that it would be dimensionless, the following convention has been adopted. The RP/r coefficient is being additionally divided by the constant value equal to the depth of the focus h, i.e. we create a new quantity, which is dimensionless, and arises in consequence of the division of the RP/r factor additionally by the focus depth h. The new coefficient has this advantage that its values in different points of the ground surface can be mutually compared. Where the values of the RP/r/h coefficient are higher, proportionally higher should be the amplitude of recorded acceleration amplitudes and vibration velocities or displacements. Przekazano: 27 marca 2006 r. 77