Przykład wykorzystania lineamentów do analizy wysokoenergetycznej sejsmiczności na obszarze kopalń LGOM

Transkrypt

1 WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Materiały Warsztatów str Elżbieta PILECKA Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków Przykład wykorzystania lineamentów do analizy wysokoenergetycznej sejsmiczności na obszarze kopalń LGOM Streszczenie W artykule pokazano przykład analizy położenia lineamentów wyinterpretowanych na obrazach satelitarnych w okresach występowania wysokoenergetycznej sejsmiczności generowanej przez eksploatację podziemną na terenie LGOM. Dokonano analizy dwóch obrazów radarowych satelity ERS2, który co 35 dni znajduje się nad tym samym punktem na Ziemi. W pracy pokazano, że po wystąpieniu wysokoenergetycznego wstrząsu o energii większej niż 10 8 J kierunki lineamentów zmieniają się. Prawdopodobnie ma to związek z lokalnym procesem deformacji w górotworze naruszonym eksploatacją górniczą. 1. Wstęp Obrazy satelitarne w zakresie różnych pasm promieniowania wykorzystuje się obecnie, także do obserwacji zagrożeń naturalnych. Na obszarze LGOM sejsmiczność indukowana jest jednym z głównych zagrożeń naturalnych towarzyszących eksploatacji. W artykule pokazano możliwości wykorzystania lineamentów widocznych na radarowych obrazach satelitarnych do analizy wysokoenergetycznej sejsmiczności na obszarze LGOM. 2. Mechanizm powstawania lineamentów Lineamenty są identyfikowane na obrazach satelitarnych różnego typu (w zakresie pasm widzialnych, podczerwieni czy pasm radarowych) (Ciołkosz, Kęsik 1987). Lineament odzwierciedla wyróżnioną i zdefiniowaną cechę, w przybliżeniu o przebiegu prostoliniowym. Od charakteru obrazu (rozdzielczości, wilgotności, roślinności, intensywności zmian antropogenicznych terenu, położenia względem słońca itp.) będzie zależała wyrazistość cech linearnych, a więc ich bezpośredni związek z zarysami morfologicznymi świadczącymi o budowie wgłębnej (i jej naturze tektonicznej) (Bażyński 1982). Szkice teledetekcyjne lineamentów, wykonywane są metodami manualnymi z wykorzystaniem sprzętu optycznego lub przy zastosowaniu specjalistycznych oprogramowań komputerowych. Lineamenty mogą odzwierciedlać regionalne ciągłe i nieciągłe struktury tektoniczne, strefy uskokowe regionalne, lokalne czy towarzyszące im systemy spękań, strefy ciosu (w różnych skalach lokalnych, regionalnych, kontynentalnych czy w skali zasięgu planetarnego) (Zwiagielski 1978; Jaroszewski, Piątkowska 1988; Dadlez, Jaroszewski 1994), zjawiska 373

2 E. PILECKA Przykład wykorzystania lineamentów do analizy sejsmiczności neotektoniczne i pośrednio przejawy współczesnych ruchów tektonicznych (Ostaficzuk 1995, 1978, 1981). Mechanizmy wysokoenergetycznych wstrząsów niewątpliwie są związane z procesem niszczenia grubych i wytrzymałych warstw skalnych. W warunkach LGOM występują nad eksploatowanymi pokładami grube warstwy skał węglanowych i anhydryty o dużej wytrzymałości i sztywności zdolne do akumulacji energii sprężystej. A. Goszcz (2004) za typowy mechanizm wstrząsu wysokoenergetycznego indukowanego eksploatacją górniczą uznał tzw. mechanizm poślizgowy. W kopalniach LGOM badania mechanizmów silnych wstrząsów powodujących tąpania (Rudna w 1999 r., Lubin w 2000 r., Rudna w 2000 r.) dowiodły, że był to mechanizm ścinający (uskok normalny ze składową przesuwczą) (Gibowicz i in. 2000; Gibowicz, Domański 2001; Król 2001). Model ogniska wstrząsu z mechanizmem poślizgowym potwierdza geomechaniczną interpretację zjawiska. Natomiast liczne badania tektoniki uskokowej dowiodły, że przy odmładzaniu się uskoków bardzo często występuje składowa przesuwcza ruchu uskokowego (Dadlez, Jaroszewski 1994). Można więc przyjąć, że wstrząsy wysokoenergetyczne wywołane rozwojem procesu deformacji w górotworze generalnie mają charakter poślizgu w strefie osłabienia miedzy blokami skalnymi. Lineamenty na obrazach satelitarnych mogą być odzwierciedleniem różnych zjawisk. Jedną z tych przyczyn może być uaktywniony uskok. Na rysunku 2.1 przedstawiono model powstawania lineamentu na powierzchni terenu spowodowany eksploatacją górniczą. Deformacja w górotworze naruszonym przemieszcza się ku powierzchni terenu, zaznaczając się w postaci lineamentu. Rys Prawdopodobny mechanizm powstawania lineamentu spowodowanego eksploatacją górniczą (Pilecka i in.2006) Fig Hypothetical mechanism of lineaments development of mining origin (Pilecka et al. 2006) 374

3 WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Lineamenty prawdopodobnie odzwierciedlają rozwój procesu deformacji o charakterze przemieszczenia bloków skalnych w strefach nieciągłości. 3. Czasoprzestrzenna analiza położenia lineamentów w rejonie wystąpienia wysokoenergetycznego wstrząsu w ZG Rudna z dnia 5 sierpnia 2005 roku Celem analizy jest zbadanie wzajemnego położenia lineamentów wyinterpretowanych z dwóch obrazów satelitarnych radarowych z 27 lipca i 31 sierpnia 2005 r. oraz położenia epicentrum wysokoenergetycznego wstrząsu, który wystąpił w ZG Rudna o energii 6,4 107 J w dniu 5 sierpnia 2005 r. Na rysunku 2.1 pokazano sytuację górniczą z lokalizacją ognisk wstrząsów większych od E = 106 J w okresie od 15 czerwca do 28 września 2005 r. Rys Mapa pokładowa z lokalizacją ogniska wstrząsu o energii E = 6,4 107 J z 5 sierpnia 2005 r. w ZG Rudna Fig Map with location of tremors focus of energy E = 6,4 107 J on 5 August 2005 in the Rudna Copper Mine 375

4 E. PILECKA Przykład wykorzystania lineamentów do analizy sejsmiczności Na rysunku 3.2 przedstawiono układ lineamentów z 27 lipca 2005 r. wraz z lokalizacją epicentrów wstrząsów o energii rzędu 10 6 J i większej, które wystąpiły w analizowanym okresie tj. od 15 czerwca 2005 do 28 września 2005 roku. Sytuację przed wystąpieniem wysokoenergetycznego wstrząsu w dniu 5 sierpnia 2005 r. przeanalizowano w większym obszarze ze względu na wystąpienie w sąsiedztwie wysokoenergetycznego wstrząsu 19 lipca 2005 r. o energii 1, J. Wstrząsy, które wystąpiły do momentu wykonania radarowego obrazu satelitarnego zostały zaznaczone przez wypełnienie. Natomiast na rys. 3.3 przedstawiono lineamenty z satelitarnego obrazu radarowego po analizowanym wstrząsie z dnia 5 sierpnia 2005 r. (E = 6, J). Na rysunku 3.2 zostały przedstawione lineamenty wyinterpretowane z radarowego obrazu satelitarnego z dnia 27 lipca 2005 r., czyli po wystąpieniu wysokoenergetycznego wstrząsu o energii E = 1, J. Widać, że ten wysokoenergetyczny wstrząs znajduje się na lineamencie o kierunku NW-SE. Rys Mapa lineamentów z satelitarnego obrazu radarowego z 27 lipca 2005 r. z lokalizacją wysokoenergetycznych wstrząsów (E 10 6 J) epicentrum wstrząsu o energii E 10 7 J zaznaczono większym okręgiem Fig Map of lineaments interpreted on the basis of satellite image from 27 July 2005 and location of high energy tremors (E 10 6 J) epicenters of the tremors of energy E 10 7 J is denoted by greater circle 376

5 WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys Mapa lineamentów z satelitarnego obrazu radarowego z 31 sierpnia 2005 r. z lokalizacją wysokoenergetycznych wstrząsów (E 10 6 J) epicentrum wstrząsu o energii E 10 7 J zaznaczono większym okręgiem Fig Map of lineaments interpreted on the basis of satellite image from 31 August 2005 and location of high energy tremors (E 10 6 J) epicenters of the tremors of energy E 10 7 J is denoted by greater circle Jak wynika z przeprowadzonej analizy dominującymi kierunkami lineamentów dla obszaru kopalń LGOM są NNW-SSE i SW-NE (rys. 3.4). Na skutek wystąpienia dogodnej sytuacji deformacyjno-naprężeniowej wystąpił wysokoenergetyczny wstrząs o energii E = 1, J, który prawdopodobnie spowodował zmianę głównych kierunków lineamentów. Po wystąpieniu tego wysokoenergetycznego wstrząsu na diagramie kierunkowym lineamentów dla obszaru kopalń LGOM wystąpił jeden najistotniejszy kierunek, właśnie NW-SE (rys. 3.5). Konsekwencją tego jest lokalny układ lineamentów na satelitarnym obrazie radarowym z dnia 27 lipca 2005 r. Jeden z tych lineamentów o kierunku NNW-SEE przechodzi przez analizowany wstrząs z 5 sierpnia 2005 r. Kierunek tego lineamentu jest taki sam jak kierunek wektora łączącego wstrząs z dnia 13 lipca 2005 r. o energii E = 10 6 J ze wstrząsem, który miał nastąpić 5 sierpnia 2005 r. Jeżeli uznać interpretację lineamentu jako strefy potencjalnych nieciągłości w górotworze, to można przyjąć, że właśnie ten lineament obrazuje powstanie 377

6 E. PILECKA Przykład wykorzystania lineamentów do analizy sejsmiczności takiej strefy. W związku z tym ten rejon trzeba uznać za potencjalnie zagrożony sejsmicznością indukowaną. Analiza lineamentów z obrazu radarowego z dnia 31 sierpnia 2005 r. (rys. 3.3) pokazuje, że zmienił się kierunek i położenie lineamentów. Natomiast diagram kierunkowy dla lineamentów z obszaru kopalń LGOM wykazuje brak jednego najbardziej wyróżniającego się kierunku, natomiast zaznaczają się najbardziej dwa kierunki: NW-SE i SW-NE (rys. 3.6). & Rys Diagram kierunkowy dla obszaru LGOM (lineamenty archiwalne) Fig Rose diagram for LGOM region (archive lineaments) & Rys Diagram kierunkowy lineamentów dla obszaru LGOM z obrazu radarowego 27 lipca 2005 Fig Rose diagram for LGOM region from radar image 27 July

7 WARSZTATY 2007 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie & Rys Diagram kierunkowy lineamentów dla obszaru LGOM z obrazu radarowego 31 sierpnia 2005 Fig Rose diagram for LGOM region from radar image 31 August Podsumowanie Przeprowadzona analiza pokazuje, że wystąpienie wysokoenergetycznego wstrząsu (powyżej 10 8 J) może być przyczyną zmiany głównych kierunków lineamentów. Może to determinować kierunek następnych wysokoenergetycznych wstrząsów. Szczegółowa czasoprzestrzenna analiza lineamentów z obrazów radarowych w rejonie wystąpienia wysokoenergetycznego wstrząsu o energii 6, J z 5 sierpnia 2005 r. w KWK Rudna który spowodował tąpnięcie wskazuje na możliwość odzwierciedlenia tworzenia się strefy nieciągłości w naruszonym eksploatacją górotworze. Przed wystąpieniem analizowanego wstrząsu zaobserwowano w tym rejonie lineament (obraz radarowy z 27 lipca 2006 r.), który odzwierciedlał kierunek, na którym znalazło się epicentrum wstrząsu z dnia 5 sierpnia 2005 r. Literatura [1] Bażyński J. 1982: Metody interpretacji geologicznej zdjęć satelitarnych wybranych obszarów Polski. Instrukcje i Metody Badań Geologicznych, z. 44. [2] Ciołkosz A., Kęsik A. 1987: Teledetekcja satelitarna, PWN, Warszawa. [3] Dadlez R., Jaroszewski W. 1994: Tektonika, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. [4] Gibowicz S. J., Domański B., Wiejacz P. 2000: Analiza wybranych wstrząsów górniczych z ZG Rudna w II półroczu Praca naukowa Inst. Geof. PAN, Warszawa. [5] Gibowicz S. J., Domański B. 2001: Spektra sejsmiczne i parametry ognisk wstrząsów górniczych. [W:] Dubiński J., Pilecki Z., Zuberek W. M. (red.), Badania sejsmiczne w kopalniach, Wyd. IGSMiE PAN, 35 48, Kraków. [6] Goszcz A. 2004: Wybrane problemy zagrożenia sejsmicznego i zagrożenia tąpaniami w kopalniach podziemnych. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Seria z Lampką Górniczą, nr 21. [7] Jaroszewski W., Piątkowska A. 1988: O naturze niektórych lineamentów (na przykładzie Roztocza). Annales Societatis Geologorum Poloniae, vol

8 E. PILECKA Przykład wykorzystania lineamentów do analizy sejsmiczności [8] Ostaficzuk S. 1978: Fotogeologia, fotointerpretacja i fotogrametria geologiczna. Wyd. Geol., Warszawa. [9] Ostaficzuk S. 1981: Lineamenty jako odwzorowanie zjawisk tektonicznych na tle wybranych przykładów z Polski, Biul. Geol. Uniw. Warsz., 29, [10] Ostaficzuk S. 1995: Impact of Poland s geological structure on neogeodynamics. Technika Poszukiwań Geologicznych, Geosynoptyka i Geotermia, t. XXXIV, z. 3 (174), [11] Król M. 2001: Obserwacje sejsmologiczne w kopalniach Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego (LGOM). [W:] Dubiński J., Pilecki Z., Zuberek W. M. (red), Badania geofizyczne w kopalniach, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków. [12] Pilecka E., Piątkowska A., Stec K., Buła Z., Pilecki Z., Król M. 2006: Związek lineamentów z sejsmicznością indukowaną na terenach górniczych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków. [13] Zwiagielski A. A. 1978: Metodyka fotointerpretacji geologicznej, Wyd. Geol., Warszawa. An example of use of lineaments for analysis of high energy tremors in Polish Copper Mining region LGOM In the paper an example of lineament location analysis interpreted on radar satellite images in the periods of high-energy seismicity occurrence of mining origin in the LGOM region has been presented. There was an analysis done of two radar images made by a ERS2 satellite which passes periodically over the same earth area every 35 days. It was shown, that lineaments directions change after high-energy seismicity event higher of 10 8 J. Probably, it has a relation with local development of destruction process in the rock mass disturbed by mining. Przekazano: 31 marca 2007 r. 380