Zastosowanie metod geofizycznych w monitoringu zagrożeń środowiskowych

Transkrypt

1 Mat. Symp. str Marcin HONCZARUK, Grzegorz PACANOWSKI Przedsiębiorstwo Badań Geofizycznych, Warszawa Zastosowanie metod geofizycznych w monitoringu zagrożeń środowiskowych Streszczenie Przedstawiono metody geofizyczne wykorzystywane do rozpoznania i badania zagrożeń środowiska naturalnego. Przedstawiono przykłady pięciu prac geofizycznych, których zadaniem było rozwiązanie problemów związanych z zagrożeniami środowiska. Położono szczególny nacisk na kompleksowe zastosowanie metod geofizycznych w rozwiązywaniu przedstawionych zagadnień. 1. Określanie budowy wałów przeciwpowodziowych Kompleksowe badania geofizyczne przeprowadzono na 450-cio metrowym odcinku wału przeciwpowodziowego położonego w miejscowości Dębe koło Nowego Dworu Mazowieckiego. W tym miejscu dolina Narwi ma szerokość ok. 700 m, a wał chroni zabudowania wiosek Poddębie, Topolina, Skrzeszew i Kałuszyn, oraz okoliczne lasy, łąki i pola uprawne. W trakcie prac terenowych zastosowano trzy metody geofizyczne. Wstępnie przeprowadzono badania elektromagnetyczne i georadarowe. Wyniki uzyskane tymi metodami uzupełniono badaniami geoelektrycznymi w wersji tomografii elektrooporowej. Wynikiem tych prac było określenie wytrzymałości wału w przypadku wysokiego stanu wód w Narwi. Badania elektromagnetyczne wykonano konduktometrem CM-31. Prace wykonano na koronie wału oraz po jego obu stronach. Krok pomiarowy wynosił 5 m a pomiar wykonano dla głębokości 3 i 6 m. Celem tych prac było wstępne określenie budowy geologicznej rejonu posadowienia wału oraz jego budowę wewnętrzną. Profilowanie elektromagnetyczne (EM) konduktometrem CM-031 zaleca się jako podstawowa metodę rozpoznania struktury nasypów i podłoża wałów przeciwpowodziowych. Umożliwia ona określenie zmienności struktury obwałowań i litologii podłoża wyrażone zmiennością mierzonych parametrów wartości oporności elektrycznej i przesunięcia fazowego składowych pola elektromagnetycznego. Wyniki badań prezentowane są w formie wykresów pomierzonych parametrów odniesionych do głębokości penetracji aparatury CM-031 (3 i 6 m), oraz przekrojów geoelektrycznych obrazujących dwuwymiarowo strukturę nasypów i podłoża. Pomiary CM-031 wykonuje się w sposób szybki, co czyni metodę optymalnym narzędziem badania wałów przeciwpowodziowych. Za pomocą konduktometru CM-31 wyznaczono lokalizację podziemnej infrastruktury naruszającej strukturę wału oraz wstępnie określono 139

2 M. HONCZARUK, G. PACANOWSKI - Zastosowanie metod geofizycznych w monitoringu... miejsca występowania pustek i rozluźnień w strukturze wału przeciwpowodziowego, które należało w późniejszym etapie prac szczegółowo zbadać. Jako metodę do szybkiego rozpoznania jednorodności badanego wału wykorzystano metodę profilowania georadarowego. W związku z koniecznością dokładnego rozpoznania struktury wału i budowy geologicznej zastosowano antenę o częstotliwości 250 MHz. Pomiar poprowadzono po koronie wału i uzyskano planowaną głębokość penetracji równą 8 m. Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono miejsca pustek i rozluźnień w strukturze wału, wyznaczono granicę podstawy obiektu oraz zidentyfikowano szereg miejsc niestabilności wału przeciwpowodziowego. Rys Przekrój georadarowy z miejscami zaburzeń w wale przeciwpowodziowym Fig Georadar cross-section with perturbations in flood bank W celu szczegółowego zidentyfikowania wyznaczonych wstępnie pustek i rozluźnień w strukturze wewnętrznej wału przeciwpowodziowego wykorzystano metodę elektrooporową w wersji obrazowania elektrooporowego (ang. Resistivity Imaging), zwanego również tomografią elektrooporową (ang. Electrical Resitivity Tomography). W naszych pracach również korzystaliśmy z szerokich doświadczeń innych krajowych badaczy tego typu zagadnień (Mościcki i Antoniuk 1998). Pomiary wykonano przy użyciu aparatury ARS-200 produkcji GF Instruments. Podstawą w wykonaniu prac jest wieloelektrodowy automatyczny systemem rejestracji. W celu uzyskania dokładnych wyników zastosowano dwumetrowy rozstaw elektrod na liniach profili. Zastosowano symetryczny układ Schlumbergera o rozstawach linii prądowych AB od 6 m do 62 m (w Śliwnicy AB od 15 m do 155 m), z zastosowaniem schematu rejestracji, umożliwiającej ciągłe rozpoznanie charakterystyki oporności pozornej gruntu w zakresie od 1 do 15 m głębokości, wzdłuż profili pomiarowych. Do interpretacji zastosowano pakiet programowy Res2/3Dinv Geotomo Software oraz korzystaliśmy ze wskazówek zaczerpniętych z literatury światowej (Loke i Barker 1996; Loke 1999a, 1999b). Najlepsze wyniki uzyskano przy 6 iteracji. 140

3 Kompleksowe zastosowanie wielu metod geofizycznych pozwoliło na dogłębne rozpoznanie charakteru i stanu obwałowań na danym odcinku. Ważne jest również korelowanie wyników z danymi otworowymi, które powinny znajdować się na badanym obszarze. 2. Badania na obszarach powierzchniowych ruchów masowych Geofizyczne badania osuwisk wykonano wspomnianą wyżej metodą tomografii elektrooporowej. Badania miały szeroki zakres. Wykonano je w różnych rejonach Polski a w każdym z przypadków powstanie osuwiska uwarunkowane było innymi warunkami geologicznymi. Przebadano typowe co do charakterystyki karpackie osuwisko w Dubiecku (Honczaruk i Stępniak 2003), klifowe w Chłapowie i erozyjne w Malborku. Na podstawie zaobserwowanych zmian oporności gruntu i geometrii osuwisk wyznaczono przebieg płaszczyzny poślizgu na badanych osuwiskach. Wyniki wykonanych badań potwierdzają wysoką efektywność obrazowania elektrooporowego dla rozpoznania skomplikowanych struktur geologicznych. Tworzą one doskonałą podstawę do przeprowadzenia wszechstronnej interpretacji umożliwiającej rekonstrukcję budowy geologicznej i tektoniki podłoża, oraz wyjaśnienia przyczyn ruchów masowych (Honczaruk i Stępniak 2003),. Dzięki przeprowadzonym badaniom rozpoznano szczegółowo strukturę geologiczną osuwisk. Zastosowanie takich badań umożliwi lepsze rozpoznawanie charakteru osuwisk, co ułatwi podejmowanie odpowiednich działań zapobiegawczych. Rys. 2.1 Przekrój geoelektryczny przez rejon osuwiska w Śliwicy k/ Dubiecka po szóstym kroku modelowania inwersyjnego (z elementami budowy geologicznej) Fig Geoelectrical cross-section through the Śliwica landslide near Dubiecko after sixth step of modeling (with elements of geological structure) 141

4 M. HONCZARUK, G. PACANOWSKI - Zastosowanie metod geofizycznych w monitoringu Zagrożenia wynikające z zanieczyszczeń substancjami ropopochodnymi W ramach prac rozpoznawczych, na terenie byłego lotniska JAR w Legnicy, wykonano 93 pomiary atmogeochemiczne przy użyciu fotodetektora jonizującego PID MiniRae Próby gruntu do badań atmogeochemicznych pobierano z głębokości 1,5 1,7 m. Zasięg obszaru skażenia wyznaczony metodą atmogeochemiczną jest nieco większy niż bezpośrednią metodą badania zawartości produktów ropopochodnych w gruntach. Rys Mapa skażenia gruntu na terenie bazy paliwowej koło Legnicy Fig Map of ground pollution in oil base near Legnica Wynika to z metodyki pomiarów najbardziej lotne związki ropopochodne, występujące w powietrzu glebowym mogą być przemieszczane łatwiej i dalej niż cięższe frakcje, zaadsorbowane w gruncie. Dodatkowo lekkie frakcje mogą przemieszczać się bezpośrednio w powietrzu glebowym, tworząc pewnego rodzaju aureolę wokół obszaru, w którym skażony jest grunt i woda. Na podstawie badań geofizycznych, atmogeochemicznych i geochemicznych (zawartości w gruncie produktów ropopochodnych) określono zasięg skażonego obszaru. W określeniu zakresu badań geofizycznych, a później przy wyznaczaniu stref skażenia, skorzystano z opisywanych w literaturze doświadczeń w tego typu badaniach (Marcak 2001). Wykonane badania pozwoliły określić strefy o największym skażeniu a także, w połączeniu z mapą hydroizohips, określić przypuszczalne kierunki migracji zanieczyszczeń. Wyraźnie widoczne 142

5 są obszary o bardzo wysokim zanieczyszczeniu dochodzącym maksymalnie do mg/kg sumy związków ropopochodnych. Literatura [1] Honczaruk M., Stępniak T., 2003: Badania deformacji i procesów geodynamicznych metodą obrazowania elektrooporowego. Materiały Sympozjum Warsztaty 2003, Kraków 2003, [2] Loke M.H., Barker R.D., 1996: Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-newton method. Geophysical Prospecting nr44, [3] Loke M.H., 1999a: Interpretation software RES2DINV & RES3DINV ver Rapid 2-D & 3-D Resistivity & IP Inversion using the least squares method. Geotomo Software. [4] Loke M.H., 1999b: Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies, ABEM Ltd. web site ( [5] Marcak H., 2001: Lokalizacja zanieczyszczeń gruntu materiałami ropopochodnymi przy użyciu metod geofizycznych. Materiały Konferencji "Geofizyka w inżynierii i ochronie środowiska dla potrzeb samorządności lokalnej"., Dębe, [6] Mościcki W.J., Antoniuk J., 1998: Metoda obrazowania elektrooporowego (resistivity imaging). Przykład badań dla celów geologiczno-inżynierskich. Materiały V Konferencji Naukowo- Technicznej "Geofizyka w geologii, górnictwie i ochronie środowiska", Kraków, Geophysical methods applied to environmental hazard monitoring Geophysical methods applied to environmental hazard detection are presented in the article. Five geophysical projects are presented aimed at identification and remediation of environmental hazards. Emphasis was put on integrated application of geophysical methods applied in this field. Przekazano: 22 marca 2005 r. 143