Aktualności

Obserwacje GNSS w badaniu wstrząsów górniczych

13-09-2020

W czasopiśmie Measurement ukazał się jeden z pierwszych artykułów naukowych opisujących wykorzystanie techniki wysokoczęstotliwościowych obserwacji GNSS do analiz wstrząsów górniczych. Inne prace badawcze dotyczą głównie naturalnych trzęsień ziemi o magnitudach powyżej 4, a jeśli opisują trzęsienia indukowane, to głównie w zakresie długotrwałych deformacji nimi spowodowanych. Opublikowane wyniki badań dowodzą, że również niewielkie, płytkie wstrząsy mogą być rejestrowane techniką GNSS, która traktowana może być jako uzupełniająca w analizach sejsmologicznych.

Pośród trzęsień ziemi można wyróżnić naturalne i powodowane działalnością człowieka. Obszar Polski zlokalizowany jest w strefie asejsmicznej, co oznacza, że naturalne trzęsienia ziemi są tu bardzo rzadkie. Jednak z drugiej strony na obszarach górniczych regularnie występują wstrząsy powodowane tą działalnością. Ze względu na dużą częstotliwość ich występowania oraz niewielką głębokość ich źródła, powodują one uszkodzenia infrastruktury na powierzchni ziemi.

Wstrząsy górnicze zazwyczaj monitorowane są za pomocą urządzeń sejsmologicznych, jednak postęp w dziedzinie obserwacji technikami satelitarnymi pozwala zaobserwować je również techniką wysokoczęstotliwościowych obserwacji GNSS, które są coraz częściej wykorzystywane do obserwacji drgań podczas dużych trzęsień ziemi oraz w monitoringu strukturalnym, np. drgania mostów. W przeciwieństwie do klasycznych obserwacji wykonywanych techniką GNSS, do monitoringu drgań wykorzystywane są obserwacje o częstotliwościach dochodzących do 100 Hz, które następnie opracowywane są w podejściu kinematycznym, dzięki czemu uzyskiwane są pozycje stacji w poszczególnych epokach. Infrastruktura powstała m.in. w ramach naukowej infrastruktury geodezyjnej EPOS-PL pozwoliła zarejestrować jeden z dużych wstrząsów górniczych na terenie LGOM o magnitudzie 3.7, który wystąpił 29 stycznia 2019 r. Optymalna lokalizacja stacji GNSS w bliskich odległościach od stacji sejsmicznych pozwoliła na określenie zgodności obserwacji wykonywanych obiema technikami. Dzięki opracowanej technice filtracji szumów określono zbieżność pomiędzy obserwacjami GNSS opracowanymi w podejściu bezwzględnym PPP (Precise Point Positioning) oraz względnym i obserwacjami sejsmologicznymi wyrażoną współczynnikiem korelacji na poziomie 0.61-0.91. Maksymalne wielkości przemieszczeń podczas analizowanego wstrząsu wyniosły 16 mm, przy dokładności wyznaczenia ok. 2 mm dla płaszczyzny poziomej i 4 mm dla pionowej.


Rysunek 1: Zmienność w czasie współczynnika korelacji (linia niebieska) przemieszczeń wyznaczonych w podejściu względnym „DD” (linia pomarańczowa, lewy rysunek) i bezwzględnym PPP (linia pomarańczowa, prawy rysunek) w porównaniu z przemieszczeniami stacji sejsmicznej (linia czarna).

Szczegóły badań przedstawiono w pracy "High-rate GPS positioning for tracing anthropogenic seismic activity: The 29 January 2019 mining tremor in Legnica-Głogów Copper District, Poland", autorzy: Iwona Kudłacik (1), Jan Kapłon (1), Grzegorz Lizurek (2), Mattia Crespi (3), Grzegorz Kurpiński (4), który powstał we współpracy Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (1), Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk (2), Zakładu Geodezji i Geomatyki Uniwersytetu Sapienza w Rzymie (3) i KGHM CUPRUM Sp. z.o.o. (4). Artykuł został opublikowany w Measurement, DOI:10.1016/j.measurement.2020.108396.

Badania te zostały przeprowadzone w ramach projektu EPOS-PL, POIR.04.02.00-14-A003/16, finansowanego z Programu Inteligentnego Rozwoju 2014-2020, Priorytet IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.2: Rozwój nowoczesnej infrastruktury badawczej w sektorze nauki. Było ono współfinansowane przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego. Część obserwacji została udostępniona dzięki uprzejmości Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie i KGHM Cuprum Sp. z. o. o., finansowanych przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (POIR.04.01.04-00-0056/17).