Ruchy sejsmiczne

Autor: dr hab. Jolanta Burda

ENCYKLOPEDIA WOJEWÓDZTWA ŚLĄSKIEGO

TOM: 1 (2014)

Obszar Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) należy do jednych z najaktywniejszych sejsmicznie rejonów górniczych na świecie. Występują tu zjawiska sejsmiczne o różnym poziomie intensywności, od niewyczuwalnych przez ludzi do silnych o charakterze słabych trzęsień ziemi.

Zjawiska sejsmiczne są poważnym zagrożeniem dla bezpieczeństwa pracy górników pracujących pod powierzchnią ziemi (tąpania), jak również dla infrastruktury i zabudowy znajdującej się na powierzchni. W celu poznania przyczyn zjawisk sejsmicznych i przeciwdziałania ich skutkom niezbędne jest prowadzenie systematycznych obserwacji tych zjawisk. Wstrząsy górnicze na terenie GZW są rejestrowane przez kopalniane sieci sejsmologiczne (KSS) i Górnośląską Regionalną Sieć Sejsmologiczną (GRSS). Każda z sieci składa się średnio z kilkunastu stanowisk sejsmometrów zapewniając dość dobrą lokalizację ognisk wstrząsów z dokładnością do kilkudziesięciu metrów w płaszczyźnie poziomej. Centralna Baza Danych o wstrząsach rejestrowanych przez GRSS i silniejsze wstrząsy rejestrowane przez KSS jest prowadzona przez Główny Instytut Górnictwa w Katowicach (Stec 2001). Baza ta zawiera podstawowe dane dotyczące wstrząsów o energii większej od 1 x 10⁵ J. Na terenie GZW w ostatnich kilkudziesięciu latach zarejestrowano kilkadziesiąt silnych wstrząsów o energiach powyżej 10⁸ J.

Przyczyny aktywności sejsmicznej na obszarze GZW

Ze względu na brak udokumentowanych zapisów historycznych dotyczących zjawisk sejsmicznych na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, nie ulega wątpliwości, że występująca tu aktywność sejsmiczna jest związana z intensywną działalnością górniczą. Wstrząsy górotworu indukowane działalnością górniczą są zaliczane do górniczych zagrożeń naturalnych, których występowanie jest uwarunkowane sposobem prowadzonych robót górniczych. Stan naprężeń w górotworze w sposób istotny wpływa na zagrożenie tąpaniami. Jest on wywołany naprężeniami pierwotnymi – grawitacyjnymi oraz eksploatacyjnymi. Eksploatacja pokładów węgla powoduje zmiany rozkładu naprężeń i deformację górotworu oraz aktywność sejsmiczną.

Na obszarze GZW wyróżnia się dwa typy sejsmiczności: górniczą i górniczo – tektoniczną (Stec 2002). Sejsmiczność górnicza obejmuje wstrząsy niskoenergetycznie, związane bezpośrednio z prowadzoną działalnością górniczą, występujące w sąsiedztwie czynnych wyrobisk górniczych. Drugi typ sejsmiczności (górniczo-tektonicznej) obejmuje wstrząsy wysokoenergetyczne, wynikające z nakładania się naprężeń eksploatacyjnych i tektonicznych (Idziak i in., 1999). Uaktywnienie uskoków zachodzi w wyniku dynamicznej relaksacji naprężeń wygenerowanych deformacją warstw skalnych w konsekwencji prowadzonej eksploatacji w sąsiedztwie stref uskokowych. Aktywność uskoków jest potwierdzona występowaniem wstrząsów o różnej energii w bezpośrednim ich sąsiedztwie. Zjawiska sejsmiczne o energii powyżej 1,0 MJ w większości są generowane przez regionalne procesy dynamiczne. Najczęściej występują w znacznej odległości od wyrobisk górniczych. Skutki najsilniejszych zjawisk porównywalne są ze skutkami słabych trzęsień ziemi (Idziak i in. 1999).

Rozkład epicentrów wstrząsów górotworu

Aktywność sejsmiczna nie występuje równomiernie na całym obszarze prowadzonej eksploatacji górniczej. Zmienność budowy geologicznej GZW, w tym wykształcenia litologicznego skał w profilu pionowym, jak i w poziomie, skutkuje zróżnicowaną liczbą i intensywnością tąpnięć.

Epicentra wstrząsów górotworu występują na kilku obszarach należących do różnych jednostek strukturalnych, które odznaczają się stosunkowo głębokim zaleganiem pokładów węgla (poniżej 500 m), występowaniem w ich otoczeniu grubych kompleksów piaskowcowych i silnie rozwiniętą tektoniką (Stec 2007). Są to: niecka bytomska (kopalnie: Bobrek, Miechowice, Centrum, Szombierki, Powstańców Śląskich, Rozbark, Pstrowski, Andaluzja i Julian), południowe skrzydło siodła głównego (kopalnie: Katowice, Kleofas, Mysłowice, Wieczorek, Wesoła, Wujek, Staszic, Bielszowice, Halemba, Makoszowy, Pokój, Wawel, Polska, Wirek, Śląsk i Sośnica), północne skrzydło siodła głównego (kopalnie: Barbara Chorzów i Siemianowice), niecka kazimierzowska (kopalnie: Porąbka-Klimontów, Kazimierz-Juliusz i Niwka-Modrzejów), niecka główna (kopalnie: Czeczot, Piast, Ziemowit i Jaworzno) oraz niecka jejkowicka (kopalnie: Anna, Jas-Mos, Marcel, Rymer, 1. Maja, Rydułtowy i Zofiówka).

Wykazano, że aktywność sejsmiczna i lokalizacja silnych wstrząsów ulegają okresowym zmianom, w zależności od usytuowania rejonów eksploatacji, lokalnych warunków geologiczno-górniczych, jak również wielkości wydobycia (Dubiński i in., 2010). W okresie intensywnego rozwoju górnictwa węgla kamiennego w Polsce, w latach 70 i 80 ubiegłego wieku, osiągnięto maksymalną w historii wielkość wydobycia węgla z obszarów ponad 60 istniejących wówczas kopalń. Liczba wysokoenergetycznych wstrząsów (o umownie przyjętej energii sejsmicznej większej niż 1 x 10⁵J)była wtedy bardzo wysoka i wynosiła średnio 3500 zjawisk rocznie (Dubiński i in., 2010). W latach 90 ubiegłego wieku, gdy rozpoczęto proces restrukturyzacji przemysłu węglowego odnotowano wyraźny spadek aktywności sejsmicznej (Idziak 2010). Nastąpił okres względnej ciszy sejsmicznej i związany z nią znaczny spadek liczby wysokoenergetycznych wstrząsów, do 460 zjawisk w 1995 roku. Ponowny wzrost aktywności na obszarze skrzydła głównego i niecki głównej nastąpił w 1999 roku (Idziak 2010). W 2000 roku wystąpiło 1088 zjawisk o energii E ≥ 10⁵J.Pomimo znacznego spadku wydobycia, o około 26%, w latach 2002-2011 nie zaobserwowano zmniejszenia się liczby rejestrowanych wstrząsów wysokoenergetycznych. Najmniej wstrząsów (772) wystąpiło w 2009 roku, a najwięcej (1524) w 2003 roku (Bańka 2013).

Konieczność sięgania po resztkowe zasoby węgla, zalegające na coraz większych głębokościach, spowoduję, że w perspektywie najbliższych lat zagrożenie sejsmiczne nie będzie malało.

Bibliografia

1. Bańka P., Modelowanie zmian sejsmiczności indukowanej na podstawie szacowanych stanów energetycznych górotworu, wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2013.
2. Dubiński J., Lurka A., Mutke G., Stec K., Sejsmiczność obszaru Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, w: Geneza i charakterystyka zagrożenia sejsmicznego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, wyd. UŚ, Katowice 2010.
3. Idziak F.A., Teper L., Zuberek M. W., Sejsmiczność a tektonika Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, wyd. UŚ, Katowice 1999.
4. Idziak F.A., Badanie rozkładu epicentrów silnych wstrząsów w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, w: Geneza i charakterystyka zagrożenia sejsmicznego w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, wyd. UŚ, Katowice 2010.
5. Stec K., Rozwój i wykorzystanie Górnośląskiej Regionalnej Sieci Sejsmologicznej, w: Badania geofizyczne w kopalniach, wyd. Sigma PAN, Kraków 2001, s. 179-183.
6. Stec K., Aktywność sejsmiczna Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, "Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko" 2002, nr 3.
7. Stec K., Aktywność sejsmiczna Górnośląskiego Zagłębia Węglowego – 30 lat ciągłej obserwacji przez Górnośląską Regionalną Sieć Sejsmologiczną, "Przegląd Górniczy" 2007, z. 7/8, nr 14-22.

Źródła on-line

Górnośląska Regionalna Sieć Sejsmologiczna Głównego Instytutu Górnictwa