Cel projektu

Celem projektu jest opracowanie nowatorskiego systemu niskoczęstotliwościowej pasywnej tomografii sejsmicznej do rozpoznania struktury przypowierzchniowych warstw ośrodka geologicznego. Założenia projektu wynikają z podstaw naukowych stosunkowo nowej metody wykorzystującej globalny i lokalny szum sejsmiczny tzw. sejsmikę niskich częstotliwości (LFS – Low Frequency Seismic). Częstotliwość analizowanych sygnałów sejsmicznych wynosi na ogół od 0,1 do 3 Hz, a w przypadku szumu kulturowego nawet do 30 Hz. Przedział głębokościowy rozpoznania zależy od częstotliwości analizowanej fali sejsmicznej i może wynosić od kilkudziesięciu metrów do kilku tysięcy metrów.

Aktualnie w kraju brak jest systemu umożliwiającego prowadzenie takich badań. Brak jest również skonkretyzowanych podstaw metodycznych, których opracowanie umożliwiłoby optymalne zaprojektowanie systemu. W świecie zagadnienie to jest stosunkowo nowe i rozwiązywane jest wycinkowo przez różne zespoły badawcze. Autorzy projektu przed zgłoszeniem wniosku wykorzystując dotychczasowe doświadczenia konsorcjantów w konstrukcji systemów sejsmicznych oraz przetwarzaniu danych sejsmicznych wykonali doświadczalny system pomiarowy składający się jedynie z dwóch stanowisk z transmisją przewodową (bazy i jednego stanowiska mobilnego). Wykonano wstępne badania testowe w 2011 roku na terenie kopalni JAS-MOS do oceny stopnia naruszenia filara dla uskoku z obustronną wielopokładową eksploatacją. Uzyskano wstępne zachęcające rezultaty przedstawione na rysunku 1a, potwierdzające możliwość i celowość rozwiązania problemu w ramach zgłaszanego projektu poprzedzone modelowaniem numerycznym pola falowego (rys 1b).

Rys. 1. Obraz niskoczęstotliwościowej tomografii sejsmicznej dla filara wytworzonego na uskoku na obszarze górniczym KWK Jas-Mos (a) oraz model numeryczny zmian pola falowego dla uproszczonej sytuacji geologiczno – górniczej z rejonu badań testowych (b)

Znajomość struktury ośrodka geologicznego, a zwłaszcza stopnia jego naruszenia jest niezbędna dla posadowienia różnego rodzaju obiektów budowlanych wielkopowierzchniowych, a także tuneli, lotnisk, szlaków komunikacyjnych, obwałowań, obiektów i zbiorników hydrotechnicznych czy osiedli mieszkaniowych. Na terenach czynnej i dokonanej eksploatacji górniczej opracowywany system może wspomagać ocenę zagrożenia powierzchni skutkami deformacji ciągłych i nieciągłych oraz umożliwi wybór optymalnej i skutecznej metody ich rewitalizacji. System wykorzystany może być również do rozpoznania stopnia naruszenia górotworu w rejonach zagrożonych sejsmicznością indukowaną, a zwłaszcza wystąpieniem bardzo silnych wstrząsów tektonicznych o charakterze regionalnym, oddziaływujących destrukcyjnie na powierzchnię terenu. System może być również przydatny do monitorowania stopnia wyeksploatowania różnego rodzaju złóż np. ropy naftowej, gazu, soli kamiennej, siarki metodą podziemnego wytapiania itp.

Opracowany system umożliwi w sposób maksymalnie zautomatyzowany dokonywanie ciągłych pomiarów prędkości drgań w warunkach terenowych z odpowiednią dynamiką w zakresie niskich częstotliwości oraz zapis i przetwarzanie dużych rejestracji a następnie ich interpretację. Teoria, modelowanie procesu pomiarowego, niezbędna metodologia dokonywania pomiarów, algorytmy przetwarzania i interpretacji oraz kalibracji systemu zostaną opracowane, a następnie zweryfikowane praktycznie w ramach przewidzianych w projekcie prac badawczych. Wiedza ta zostanie zaimplementowana w oprogramowaniu systemu. W wyniku realizacji projektu zostanie wytworzony i praktycznie przebadany w warunkach terenowych system pomiarowy w postaci demonstratora technologii, zdolny do monitorowania przypowierzchniowych warstw ośrodka geologicznego.

System przystosowany będzie do wykonywania pomiarów w różnych konfiguracjach pomiarowych uzależnionych od potrzeb użytkowników. Przewiduje się wykonanie optymalnej wersji systemu pomiarowego do prowadzenia badań pod nadzorem: z mobilnymi autonomicznymi stacjami pomiarowymi wyposażonymi w jedno lub trójskładowe niskoczęstotliwościowe czujniki i stacjonarne stacje trójskładowe (referencyjne) wyposażone w trójskładowe niskoczęstotliwościowe czujniki.

Stacje pomiarowe i referencyjne wyposażone będą w zasilanie akumulatorowe lub bateryjne, odbiornik GPS do precyzyjnej synchronizacji podstawy czasu i określania położenia czujników podczas dokonywania pomiarów. Ponadto system będzie wyposażony w nośniki pamięci o dużej pojemności gromadzące rejestrowane dane lub nadajniki radiowej transmisji do przesyłania danych do centrum przetwarzania i interpretacji.

Podczas sesji pomiarowej mobilne stacje pomiarowe cyklicznie przestawiane będą w różne węzły siatki pomiarowej, co umożliwi wielokrotne użycie sprzętu i badanie założonego obszaru przy minimalizacji kosztów. W przypadku zastosowań, w których konieczne będzie ciągłe śledzenie w czasie rzeczywistym zmian (np. w górnictwie – kontrola zmian stanu naprężenia i deformacji w górotworze) system pomiarowy zabudowany może być w terenie na stałe (większa liczba użytych stacji pomiarowych).

Projekt realizowany będzie w ramach konsorcjum naukowego:

Instytut Technik Innowacyjnych EMAG – lider, udział 50%, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk – współwykonawca, udział 35%, Centrum Transferu Technologii EMAG – współwykonawca, udział 15% (łącznie z własnym dofinansowaniem).

Akronim: LOFRES

Nr umowy: NCBiR_PBS1_A2_13_2013

Czas Realizacji Projektu: 01.01.2013 – 31.12.2015