Analiza interferometryczna zmian powierzchni terenu, wywołanych silnym wstrząsem górotworu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w dniu 13.01.2020 o magnitudzie ML=4.0

• Autorzy: Kura Karol

Warianty tytułu

EN

Interferometric analysis of surface displacement caused by mining tremor of 13.01.2020 with magnitude M = 4.0 in Upper Silesia Coal Bassin

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono zastosowanie techniki satelitarnej interferometrii różnicowej (DInSAR) do monitorowania zmian powierzchni terenu, jakie wystąpiły w wyniku wstrząsu górniczego o energii sejsmicznej E= 3∙109J (magnituda ML=4.0), który miał miejsce 13.01.2020 r. w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, w południowej części kopalni Budryk. Dla określenia wielkości zmian powierzchni terenu, które miały miejsce przed i po wystąpieniu wstrząsu, zastosowano zobrazowania SAR wykonane przez satelity Sentinel-1. Został przeprowadzony cały proces analizy interferometrycznej, to jest sprawdzono koherencję poszczególnych zobrazowań, wygenerowano 7 interferogramów oraz wyznaczono przemieszczenia powierzchni terenu. Na interferogramie obejmującym czas bezpośrednio po wystąpieniu wstrząsu uwidacznia się bardzo wyraźna niecka obniżeniowa. Maksymalne obniżenie powierzchni wyniosło w tym czasie 35 mm. Kilkanaście dni przed powyższym wstrząsem górotworu obserwowane były również wyniesienia powierzchni terenu na obszarze większym niż sama niecka obniżeniowa. Opracowane wyniki pozwoliły na potwierdzenie możliwości wykorzystania metody satelitarnej interferometrii radarowej, jako narzędzia do szybkiego i precyzyjnego wyznaczania wielkości i zasięgu zmian na powierzchni terenu, powstałych wskutek wystąpienia silnego wstrząsu górniczego.

EN

The application of the satellite differential interferometry (DInSAR) technique to monitor changes in the terrain surface as a result of mining tremor, with seismic energy E = 3∙109J (local magnitude ML=4.0) has been presented. Above mentioned tremor took place on January 13, 2020 in the Upper Silesian Coal Basin in southern part of Budryk mine. To estimate the magnitude of the terrain surface changes that occurred before and after this tremor, SAR images from Sentinel-1 satellites were used. The whole process of interferometric analysis was carried out - the coherence of individual images was checked, 7 interferograms were generated and the surface displacements were determined. A very clear subsidence trough is visible on the interferogram imediately after the occurrence of analyzed mining tremor. The maximum subsidence of the surface, at that time reached 35 mm. A dozen or so days before the mining tremors, elevations of the land surface were also observed in an area larger than the subsidence basin itself. The developed results allowed to confirm the method of satellite radar interferometry as a tool for quick and precise determination of the size and extent of changes on the surface of the terrain where strong mining tremor occurred.

Słowa kluczowe

PL

wstrząs górniczy; deformacje powierzchni terenu; satelitarna interferometria radarowa; misja Sentinel-1; Górnośląskie Zagłębie Węglowe; GZW

EN

mining tremors; terrain surface deformations; satellite radar interferometry; Sentinel-1 mission; Upper Silesian Coal Basin; USCB

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 76, nr 5
• Strony: 19--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kura Karol

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• [1] ALBANO M., POLCARI M., BIGNAMI C., MORO M., SAROLI M., STRAMONDO S. 2017 - Did anthropogenic activities trigger the 3 April 2017 Mw 6.5 Botswana earthquake?. Remote Sensing, Tom 9(10), p. 1028.
• [2] http://www.grss.gig.eu/pl/. [Online].
• [3] BURGMANN R., FERRETTI A., HILLEY G., NOVALI, F., PRATI C. L. A. 2004 - InSAR permanent scatterer analysis reveals ups and downs in San FRANCISCO BAY AREA. TOM 85(34), PP. 317-324.
• [4] CHEN C. W., ZEBKER H. A. 2000 - Network approaches to two-dimensional phase unwrapping: intractability and two new algorithms. Journal of the Optical Society of America A, Tom 17, pp. 401-414.
• [5] CHEN C.W., ZEBKER H.A. 2002 - Phase unwrapping for large SAR interferograms: Statistical segmentation and generalized network models. EEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Tom 40, pp. 1709-1719.
• [6] CHEN J.L., WILSON C.R., TAPLEY B.D., GRAND S. 2007 - RACE detects coseismic and postseismic deformation from the Sumatra‐Andaman earthquake. Geophysical Research Letters, Tom 34(13).
• [7] CURLANDER J.C., MCDONOUGH R.N. 1991 - Synthetic aperture radar. New York: John Wiley and Sons.
• [8] DAVIDSON G., MANTLE V., RABUS B., WILLIAMS D., GEUDTNER D. 2013 - Imple-mentation of TOPS mode on RADARSAT-2 in support of the Sentinel-1mission. Edinburgh.
• [9] DE ZAN F., GUARNIERI A.M. 2006 - TOPSAR: Terrain observation by progressive scans.. brak miejsca, brak nazwiska, pp. 2352-2360.
• [10] DUBIŃSKI J., MUTKE G. 2011 - Selected relations between earthquakes and mining seismic events recorded in Polish coal mines. Proceedings of 22nd World Mining Congress Istambul-2011. Editor Dr Sinasi Eskikaya. Volume-I. pp. 350-357.
• [11] FERRETTI A., FUMAGALLI A., NOVALI F., PRATI C., ROCCA F., RUCCI A. 2011 - A new algorithm for processing. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., Tom 49, p. 3460–3470.
• [12] FERRETTI A., PRATI C., ROCCA F. 2000 - Nonlinear subsidence rate estimation using permanent scatterers in differential. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., Tom 38, p. 2202–2212.
• [13] FERRETTI A., PRATI C., ROCCA F. 2001 - Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., Tom 39, pp. 8-20.
• [14] GABRIEL A.K., GOLDSTEIN R.M., ZEBKER, H.A. 1989 - Mapping small elevation changes over large areas: Differential radar interferometry. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, Tom 94(B7), pp. 9183-9191.
• [15] GEUDTNER D. 2014 - Implementation of the TOPS mode on RADARSAT-2 insupport of the Copernicus Sentinel-1 mission: RADARSAT-2 TOPS SARInterferometry (InSAR) scene pair data acquisitions, Paris: European SpaceAgency.
• [16] GOLDSTEIN R. 1995 - Atmospheric limitations to repeat‐track radar interferometry.. Geophysical research letters, Tom 22(18), pp. 2517-2520.
• [17] ILIEVA M., POLANIN P., BORKOWSKI A., GRUCHLIK P., SMOLAK K., KOWALSKI A., ROHM W. 2019 - Mining Deformation Life Cycle in the Light of InSAR and Deformation Models. Remote Sensing, 11(7) (745).
• [18] JARVIS A., REUTER H. I., NELSON A., GUEVARA E. 2008 - http://srtm. csi.cgiar.org. [Online] Available at: http://srtm.csi.cgiar.org
• [19] KRAWCZYK A., GRZYBEK R. 2018 - An evaluation of processing InSAR Sentinel-1A/B data for correlation of mining subsidence with mining induced tremors in the Upper Silesian Coal Basin (Poland). In E3S Web of Conferences, Tom 26, p. 00003.
• [20] KURA K. 2016 - Analysis of the usage satelite interferometry technique (InSAR) in terms of mining-iduced changes in land surfece.. Sofia, SEGM, pp. 815-822 .
• [21] LANARI R., MORA O., MANUNTA M., MALLORQUÍ J. J., BERARDINO P., SANSOSTI E. 2004 - A small-baseline approach for investigating deformations on full-resolution differential SAR interferograms.. EEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Tom 42(7), pp. 1377-1386.
• [22] LINDSEY E.O., NATSUAKI R., XU X., SHIMADA M., HASHIMOTO M., MELGAR D., SANDWELL D.T. 2016 - Line‐of‐sight displacement from ALOS‐2 interferometry: Mw 7.8 Gorkha Earthquake and Mw 7.3 aftershock.. Geophysical Research Letters, Tom 42(16), pp. 6655-6661.
• [23] MALINOWSKA A., WITKOWSKI W., GUZY A., HEJMANOWSKI R. 2017 - Badania dynamicznych zjawisk przemieszczeniowych z wykorzystaniem radarowych zobrazowań satelitarnych–Sentinel.. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Issue 101, pp. 229-246.
• [24] MARCAK H., ZUBEREK W.M. 1994 - Geofizyka górnicza. brak miejsca- :Śląskie Wydaw. Techniczne.
• [25] MASSONNET D., ADRAGNA F. 1993 - A full-scale validation of Radar Interferometry with ERS-1: the Landers earthquake.. Earth Observation Quarterly, Tom 41, pp. 1-5.
• [26] META A., MITTERMAYER J., PRATS P., SCHEIBER R., STEINBRECHER U. 2010 - TOPS imaging with TerraSAR-X: Mode design and performance analy-sis. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 48(2), pp. 759-769.
• [27] MILCZAREK W. 2019 - Investigation of post inducted seismic deformation of the 2016 MW 4.2 Tarnovek Poland mining tremor based on DInSAR and SBAS method. Acta Geodyn. Geomater, Tom 2, pp. 183-193.
• [28] MITTERMAYER J. i inni 2010 - TOPS Sentinel-1 and TerraSAR-X processorcomparison based on simulated data. Proc. 8th EUSAR, pp. 1-4.
• [29] MUTKE G. 2019 - Oddziaływania górniczych wstrząsów sejsmicznych na powierzchnię”. Wydawnictwo GIG. Monografia, str. 189.
• [30] MUTKE G., KOTYRBA A., LURKA A., OLSZEWSKA D., DYKOWSKI P., BORKOWSKI A., BARAŃSKI A. 2019 - Upper Silesian Geophysical Observation System A unit of the EPOS project.. Journal of Sustainable Mining, Tom 18(4), pp. 198-207.
• [31] MUTKE G., DUBIŃSKI J. 2016 - Seismic intensity induced by mining in relations to weak earthquakes.Proc. of the 24th World Mining Congress. Part. Underground Mining. Rio de Janeiro, pp.399 - 407.
• [32] PERSKI Z. 1999 - Osiadania terenu GZW pod wpływem eksploatacji pod ziemnej określane za pomocą satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR),.. „Przegląd Górniczy”, Tom 47, pp. 171-174.
• [33] RODRIGUEZ E., MORRIS C.S., BELZ J.E., CHAPIN E.C., MARTIN J.M., DAFFER W., HENSLEY S. 2005 - An Assessment of the SRTM Topographic Products, Pasadena: Jet Propulsion Laboratory.
• [34] RUDZIŃSKI Ł., MIREK K., MIREK J. 2019 - Rapid ground deformation corresponding to a mining-induced seismic event followed by a massive collapse. Natural Hazards, Tom 96(1), pp. 461-471.
• [35] SCHEIBER R., WOLLSTADT S., SAUER S., MALZ E., MITTERMAYER J., PRATS P., ATTEMA E 2010 - Sentinel-1 imaging performance verification withTerraSAR-X. Proc. 8th EUSAR, pp. 1-4.
• [36] SHANKER P. I ZEBKER H. 2007 - Persistent scatterer selection using maximum likelihood estimation. Geophysical Research Letters, Tom 34(22).
• [37] STEC K. 2007 - Characteristics of seismic activity of the Upper Silesian Coal Basin in Poland. Geophysical Journal International, Tom 168(2), pp. 757-768.
• [38] TATARA T. 2012 - Odporność dynamiczna obiektów budowlanych w warunkach wstrząsów górniczych. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków.
• [39] YAGÜE-MARTÍNEZ N., PRATS-IRAOLA P., GONZALEZ F.R., BRCIC R., SHAU R., GEUDTNER D., BAMLER R. 2016 - Interferometric processing of Sentinel-1 TOPS data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Tom 54(4), pp. 2220-2234.
• [40] ZEBKER H.A. 1986 - Topographic mapping from interferometric synthetic aperture radar observations. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, Tom 91(B5), pp. 4993-4999.
• [41] ZEMBATY Z. 2004 - Rockburst induced ground motion - a comparative study. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Tom 24(1), pp. 11-23.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).