Zastosowanie MASW i sejsmiki refrakcyjnej do badania anizotropii prędkości w masywie skalnym

• Autorzy: Stan-Kłeczek I. , Marciniak A.

Warianty tytułu

EN

The use of MASW and seismic refraction to study the anisotropy of S-wave velocity

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jedną z najbardziej charakterystycznych cech skał jest występowanie w nich spękań o różnym kształcie i wypełnieniu. Te nieciągłości powierzchni mają istotny wpływ na właściwości fizyczne skał. Efektem uprzywilejowania określonych kierunków jest anizotropia właściwości sprężystych masywu, w szczególności zaś anizotropia prędkości fal sejsmicznych, charakteryzująca się tym, że prędkość fal w kierunku prostopadłym do biegu spękań jest mniejsza niż w kierunku równoległym. Prezentowane badania prowadzone były w kopalni dolomitu Podleśna. W celu określenia związku pomiędzy szczelinowatością a prędkością fal sejsmicznych wykorzystano metodę sejsmiki refrakcyjnej (RFR) oraz wielokanałową analizę fal powierzchniowych (MASW). Otrzymane wartości prędkości fal sejsmicznych dla azymutów 0, 30, 60, 90, 120 i 150° porównano z kierunkami systemów spękań pomierzonych kompasem geologicznym. Do opisu kierunkowych rozkładów prędkości wykorzystano również rachunek tensorowy, który pozwala na odwzorowanie anizotropii sejsmicznej. Uzyskane maksima prędkości dla fali P pomierzonej za pomocą sejsmiki refrakcyjnej, jak i wartości prędkości fali S uzyskanej metodą MASW pokazują korelację z kierunkami głównych systemów spękań pomierzonych kompasem geologicznym, co pozwala na wykorzystanie wymienionych technik do badania szczelinowatości masywów skalnych.

EN

One of the most characteristic features of rocks is occurrence different kinds and sizes of cracks. These surface discontinuities have an important influence on the physical properties of rocks, especially on seismic wave velocity. The preferred orientation of crack systems involves the anisotropy of seismic wave velocity. It is characterized by a wave velocity that is smaller in the direction perpendicular to the crack plane than in the parallel direction. The presented study was carried out in the Triassic dolomite quarry “Podleśna” located in the South of Poland. The seismic anisotropy of rock mass was measured using the seismic refraction method (RFR) and Multichannel Analysis of Surface Wave (MASW). The research was conducted along oriented seismic profiles (0°, 30°, 60°,90°,120° i 150°) and compared with main crack systems measured on a geological compass. Tensor calculus was also applied to describe the directional distribution of seismic wave velocity. The obtained maximal value of seismic P-wave velocity (RFR) and S-wave velocity (MASW) show very good agreement with the directions of the main crack systems which allow these methods to be used to study of fracturing.

Słowa kluczowe

PL

sejsmika refrakcyjna; Wielokanałowa Analiza Fal Powierzchniowych; szczelinowatość; anizotropia

EN

seismic refraction; Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW); fracturing; anisotropy

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 93
• Strony: 123--131
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Stan-Kłeczek I.

• Uniwersytet Śląski, Sosnowiec

autor

Marciniak A.

• Uniwersytet Śląski, Sosnowiec

Bibliografia

• [1] Barton, N. 2007. Rock quality, seismic velocity, attenuation and anisotropy. Taylor &Francis Group, Londyn, UK.
• [2] Dal Moro i in. 2007 – Dal Moro, G., Pipan, M. i Gabrielli, P. 2007. Rayleigh wave dispersion curve inversion via genetic algorithms and Marginal Posterior Probability Density estimation, Journal of Applied Geophysics, v 61 (1), s. 39–55.
• [3] Dal Moro, G. 2014. Surface Wave Analysis for Near Surface Applications. 1st Edition, Elsevier.
• [4] Idziak, A. 1992. Anizotropia prędkości fal sejsmicznych i jej związek z orientacja systemów spękań masywów skalnych. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice.
• [5] Idziak, A. i Stan-Kleczek, I. 2006. Physical properties of fractured rock mass determined by geophysical methods. [W:] C.F. Leung & Y.X. Zhou (eds), Rock Mechanics in Underground Construction: 301. Singapore: World Scientific.
• [6] Islam i in. 2012 – Islam, T., Chik, Z. i Mustafa, M.M. 2012. Noise reduction technique applied to the Multichannel Analysis of Surface Waves. Acta Geologica Sinica v. 86, s. 1306–1311.
• [7] Lu, J.Q., Li, S.Y. i Li, W. 2013. Surface Wave Dispersion Imaging Using Improved τ-p Transform Approach. Applied Mechanics and Materials v. 353–356, s. 1196–1202.
• [8] Park i in. 1999 – Park, C.B, Milner, R.D., Xia J. i Ivanov, J.M. 1999. Multichannel analysis of surface waves to map bedrock. The Leading Edge v. 18, s. 1392–1296.
• [9] Piniecka, J. 2008. Dodatek nr 2 do dokumentacji geologicznej złoża dolomitów „Podleśna” w kategorii B+C1+ C2.
• [10] Richard, A. 2013.Wind farm site characterisaction using MASW survey. Near Surface Geosciences.
• [11] Shelley i in. 2014 – Shelley, E.O., Mussio, V., Rodríguez, M. i Chang, J.G.A. 2014. Evaluation of soil liquefaction from surface analysis. Geofisica Internacional v. 54, s. 95–109.
• [12] Stan-Kłeczek, I. 2010. Wpływ spękań na anizotropię prędkości fal sejsmicznych w wybranych masywach skalnych. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice.
• [13] Stan-Kłeczek i in. 2012 – Stan-Kłeczek, I., Sutkowska, K., Stan, D. i Zolich, M. 2012. The study of the relationship between cracks and seismic parameters of rocks. Acta Geodynamica et Geomaterialia v. 9 no. 2 (166), s. 137–142.
• [14] Vilhelm i in. 2011 – Vilhelm, J., Rudajev, V. i Živor, R. 2011. Assessment of Fracture Properties from P-Wave Velocity Distribution. [W:] A.F. Idziak and R. Dubiel (eds.) Geophysics in Mining and Enviromental Protection. Geoplanet: Earth and Planetary Sciences 2, s. 109–116.
• [15] Živor i in. 2011 – Živor, R, Vilhelm, J., Rudajev, V. i Lokajícek, T. 2011. Measurement of P- and S- Wave Velocities in a Rock Massif and its Use in Estimation Elastic Moduli. Acta Geodynamica and Geomaterialia 8, 2, s. 157–167.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.