Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

On a variational approach to the problem of singular geological structures

Tomecka-Suchoń S.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2017

|

nr 101

335--345

EN

Recognition of geological structures often requires understanding the causes of diverse kinetic phenomenon and its underlying foundations. This pertains, e.g., to the phenomenon of mass movement within a rock formation leading to fault formation. We discuss here the possibility that variational calculus may be an important tool for investigating this problem. Analysis of variations may yield important information concerning a physical phenomenon. Here we will neglect the best known problems of extremals in the analysis of variations and will focus our attention on electromagnetic and physico-mechanical problems. Adaptation of a Hamiltonian as an entropy operator may serve, not only for the problems of singular crystalline structures, but also geological singularities such as faults, oleate impermeabilities, deep-seated eruptions as well as in problems of seismology, vulcanology and earthquakes. This paper is an attempt to initiate a discussion about the possible development of the ideas presented. It might be that the formulae presented will be useful for the solution of other geophysical problems in future.

PL

Poznanie geologicznych struktur często wymaga zrozumienia przyczyn kinetyki zjawiska przy uwzględnieniu jego zasadniczych podstaw. Takie ujęcie umożliwia nam powiązanie skutków procesów z przyczynami je warunkującymi. Dotyczy to wielu zjawisk, na przykład transportu masy wewnątrz górotworu prowadzącego do powstania uskoku. Rozważamy możliwość zastosowania rachunku wariacyjnego w rozwiązywaniu wspomnianego zagadnienia, zachęcając jednocześnie do krytycznego oglądu i własnych przemyśleń. Przy pomocy analiz wariacyjnych uzyskać możemy wiele informacji o zjawisku fizycznym. Wyłączeniu ulegną najbardziej znane problemy ekstremali, które zostaną w znacznej części pominięte, natomiast całkowicie skupimy się na zagadnieniach elektromagnetycznych i mechanicznych. Adaptacja hamiltonianu jako operatora entropijnego służyć może nie tylko problematyce osobliwych struktur krystalicznych, ale również problematyce osobliwych struktur geologicznych, takich jak uskoki, pułapki naftowe, erupcje wgłębne czy w zagadnieniach sejsmologii, wulkanologii czy trzęsień ziemi. Niniejsza praca jest próbą zachęty do dyskusji nad rozwinięciem tego zagadnienia. Trzeba też zauważyć, że rachunek wariacyjny może okazać się przydatny w rozwiązywaniu innych problemów geofizycznych, co nastąpi w nieodległej przyszłości.

2

Application of electrical and electromagnetic methods to study sedimentary covers in high mountain areas

Tomecka-Suchoń S., Żogała B., Gołębiowski T., Dzik G., Dzik T., Jochymczyk K.

Acta Geophysica

|

2017

|

Vol. 65, no. 4

743--755

EN

The results of geophysical studies conducted with selected electrical and electromagnetic methods in the Kondratowa Valley in the Tatra Mountains (the Carpathian Mountains, Poland) are presented in the article. The surveys were performed with the following methods: electrical resistivity tomography (ERT), georadar (GPR) and conductivity meter (CM). The objective of the noninvasive geophysical measurements was to determine the thickness of the Quaternary postglacial sediments that fill the bottom of the valley and to designate the accumulation of boulders deposited on Quaternary sediments. The results of ERT surveys conducted along the axis of the valley allowed to determine the changeability of the thickness of the postglacial sediments and allowed to designate a few areas of occurrence of boulders. The ERT, GPR and CM surveys conducted across the valley allowed to designate with high accuracy the thickness of the accumulation of boulders sliding down the valley bottom from the couloirs surrounding the valley.

3

Zmiana fazy w falach elektromagnetycznych po przekroczeniu kąta Brewstera

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2016

|

nr 93

35--48

PL

W pracach rolniczych istotne jest określenie rozkładu wilgotności w glebie. W artykule przedstawiono metodę badania tego rozkładu na podstawie analizy pomiarów georadarowych. Przedstawiono opis właściwości pola elektromagnetycznego na granicy dwóch obszarów o różnych właściwościach elektrycznych w zależności od wielkości kąta padania promienia radarowego. Okazuje się, że zachowanie pola elektromagnetycznego istotnie zależy od stosunku prędkości fali w warstwie nadległej i leżącej pod granicą odbijającą. W szczególności dla stosunku tych prędkości mniejszego od jedynki, to dla kąta zwanego kątem Brewstera zanika energia fali odbitej. W artykule zwrócono uwagę na istotną zależność wielkości współczynnika odbicia i zmiany fazy sygnałów elektromagnetycznych od tego, czy kąt padania przekroczył kat Brewstera i kąt graniczny. Po przekroczeniu kąta Brewstera następuje zmiana fazy w sygnale odbitym o 90 stopni. Znajomość kąta Brewstera pozwala wyznaczyć stosunek prędkości fali elektromagnetycznej po obydwu stronach granicy, na której nastąpiło odbicie. W praktyce badań georadarowych kąt Brewstera powstaje w sytuacji, kiedy warstwa nadległa jest bardziej nasycona wodą. Na przykładzie badań prowadzonych na polach uprawnych pokazano jak na podstawie zaproponowanego sposobu identyfikacji kąta Brewstera można określić zmiany właściwości elektrycznych na profilu pomiarowym. Zmiana fazy pola georadarowego może być wykorzystana do ciągłej kontroli wilgotności gruntu i optymalnego sposobu jego nawadniania.

EN

Information on moisture distribution in the soil is of great importance for agricultural projects. This article presents the GPR geophysical method for the study of water distribution in subsurface parts of rock formation. The analysis of the GPR measurements is used for a description of the electromagnetic field properties at the boundary of two areas of different electric properties, depending on the angle of incidence of radiation. It appears that the behavior of electromagnetic fields substantially depends on the ratio of the velocity waves in layers overlying and underlying the reflective border. In particular, for the ratio smaller than the ones disappears energy of the reflected wave. The article highlights the significant dependence of the reflectance and phase change of the electromagnetic signals on whether the angle of incidence exceeds the Brewster angle and the critical angle. Attention was focused on the Brewster angle and the critical angle for the size of the reflectance and phase change of the electromagnetic signals. In particular, after exceeding the Brewster angle a 90 degree change phase of the reflected signal occurs. Knowledge of this angle allows the ratio of GPR wave velocity in the neighboring soil regions to be determined. We demonstrate, on the example of tests carried out on cultivated areas, how the changes of dielectric properties on the investigated profile can be determined using the identification of the Brewster angle with the procedure proposed above. The phase change georadar field can be used for the continuous monitoring of soil moisture and its optimum method of irrigation.

4

Neural networks as a tool for georadar data processing

Szymczyk P., Tomecka-Suchoń S., Szymczyk M.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2015

|

Vol. 25, no. 4

955--960

EN

In this article a new neural network based method for automatic classification of ground penetrating radar (GPR) traces is proposed. The presented approach is based on a new representation of GPR signals by polynomials approximation. The coefficients of the polynomial (the feature vector) are neural network inputs for automatic classification of a special kind of geologic structure—a sinkhole. The analysis and results show that the classifier can effectively distinguish sinkholes from other geologic structures.

5

Interpretation of ground penetrating radar attributes in identifying the risk of mining subsidence

Tomecka-Suchoń S., Marcak H.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

Vol. 60, no. 2

645--656

EN

Sinkholes which occur in regions of old mine workings increase the risk to building and transport safety. Geophysical surveys, particularly with the use of ground penetrating radar (GPR), can help to locate underground voids which migrate towards the surface before they transform into sinkholes. The mining region in Upper Silesia, Poland was selected to test the method. The test was carried out on the profile at which sinkhole appeared few months after measurements. It can be assumed that the development of deformations in the ground was preceded by hydraulic and geomechanical processes, which directly caused this event. To identify the cause of the sinkhole formation exactly in this place In which it is located we carried out interpretation of GPR measurements through the calculation of GPR signals attributes such as instantaneous phase, instantaneous amplitude envelope, envelope derivative, envelope second derivative. The difference between two similar recorded data can be interpreted as a result of existence of hydraulic channels. On reflection, it appears that GPR signals attributes can be an important tool not only in the location of a cavity voids, but also can help in understanding the mechanisms of formation of the sinkholes.

PL

Osiadające płytkie zroby po wyeksploatowanym węglu mogą być przyczyną rozwoju procesów zapadliskowych na powierzchni ziemi. Takie zapadliska pojawiają się nagle i stanowią duże zagrożenie dla ludzi, zwierząt i obiektów budowlanych. Do lokalizacji „wędrujących pustek” w kierunku powierzchni ziemi można wykorzystać metody geofizyczne, w szczególności metodę georadarową. Przeprowadzono badania testowe w rejonie Sierszy na Górnym Śląsku, gdzie również powstają zapadliska górnicze. Prowadzono badania na profilu pomiarowym w czasie bezpośrednio poprzedzającym pojawienie się zapadliska. Można przyjąć, że obserwacje georadarowe były prowadzone w czasie, kiedy rozwijał się geomechaniczny i hydrauliczny proces przygotowania deformacji zapadliskowej. W interpretacji materiału pomiarowego zastosowano metodę atrybutów sygnałów georadarowych takich jak faza chwilowa, pierwsza pochodna i druga pochodna sygnału analitycznego. Anomalne wartości atrybutów wskazują na rozwój kanałów hydraulicznych, które były bezpośrednią przyczyną powstania zapadliska. Z pracy wynika, że badanie rozkładu atrybutów analitycznego sygnału georadarowego może pomóc w zrozumieniu procesu tworzenia zapadliska i identyfikować istnienie takiego procesu.

6

Ocena zagrożenia zapadliskami metodą GPR 4D dla potrzeb uzdatnienia podłoża budowlanego na terenach pogórniczych

Tomecka-Suchoń S.

Przegląd Górniczy

|

2014

|

T. 70, nr 7

56--60

PL

W artykule przedstawiono wynik badań georadarowych prowadzonych w rejonie zapadlisk pochodzenia górniczego w Trzebini-Siersza. Czasoprzestrzenne badania georadarowe, tzw. 4D pozwoliły na śledzenie zmian zachodzących w górotworze i na przewidywanie wystąpienia zapadlisk. Na podstawie badań georadarowych stwierdzono, że w analizowanym rejonie obserwuje się ciągłe zmiany deformacji w górotworze, które mogą skutkować występowaniem deformacji nieciągłych w kolejnych latach. Wykazano potrzebę prowadzenia badań geofizycznych przed podjęciem prac naprawczych, jak również badań potwierdzających prawidłowość wykonanych prac uzdatniających podłoże. Badania prowadzone przez pracowników AGH miały charakter badań naukowych, ale okazało się, że mają one duże znaczenie utylitarne.

EN

This paper describes the subject of georadar (GPR) studies were carried out in the Trzebinia-Siersza area. Time-spatial GPR 4D studies allowed to control changes in the geological medium and to predict mining-origin deformations. Basing on GPR studies, it was concluded that permanent deformation changes may result in the occurrence of discontinuities in the future. This paper proves the usefulness of such studies for the prediction of mining-origin deformations. It also demonstrates the need for carrying out geophysical reconnaissance before undertaking preventive and reparative measures and studies confirming the correctness of the repairs that are to be carried out. Scientific studies performed by AGH scientists were found to be extremely useful especially in urban areas.

7

Zaawansowane metody przetwarzania danych georadarowych oraz automatyczne rozpoznawanie anomalii w strukturach geologicznych

Szymczyk P., Marcak H., Tomecka-Suchoń S., Szymczyk M., Gajer M., Gołębiowski T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2014

|

Vol. 55, nr 12

56-61

PL

W artykule przedstawiono zaawansowane metody przetwarzania danych georadarowych zwiększające ich czytelność oraz zaproponowano metodę rozpoznawania anomalii struktur geologicznych (pustki, rozluźnienia), a także opisano komputerowy system wspomagający wykonanie tych operacji.

EN

In the paper we present some advanced methods of geo-radar data processing. We increase readability of these data and we propose a method of recognition of geological anomalies (caves, dislocations). In the paper we also describe a computer system dedicated to these tasks.

8

Wpływ ukierunkowania anten GPR na jakość rozpoznania stref rozluźnień w ośrodku gruntowym

Tomecka-Suchoń S., Ziętek J., Giang N. V.

Przegląd Górniczy

|

2012

|

T. 68, nr 7

110--117

PL

Pojawiające się pod powierzchnią terenu strefy rozluźnień i pustek mogą nie wykazywać żadnych zewnętrznych, na powierzchni Ziemi, objawów swego istnienia. Z tego powodu możemy nie dostrzec istniejącego zagrożenia i w związku z tym nie podejmujemy żadnych działań. W celu ograniczenia tego zagrożenia można przeprowadzić wiele różnego rodzaju badań. Na szczególną uwagę zasługuje metoda GPR. Jest ona predestynowana do detekcji przypowierzchniowych stref rozluźnień i pustek. Metoda georadarowa (GPR – Ground Penetrating Radar) jest bezinwazyjną techniką poszukiwawczą wykorzystującą fale elektromagnetyczne (em) w zakresie częstotliwości od około 10 MHz do 2,5 GHz do badania budowy geologicznej i monitoringu procesów zachodzących w gruncie oraz do lokalizacji obiektów naturalnych i antropogenicznych. Autorzy przeprowadzili analizę możliwości wykorzystania metody georadarowej przy badaniu stref rozluźnień w gruncie, w szczególności zbadano wpływ ukierunkowania przebiegu profili pomiarowych na amplitudę sygnału w warunkach zagrożenia zapadliskowego. W pracy pokazano, że ukierunkowanie anten GPR ma wpływ na wielkość amplitudy sygnału georadarowego oraz identyfikację zjawisk geodynamicznych, a to pozostaje w ścisłym związku z poprawnością i dokładnością metody GPR.

EN

The Ground Penetration Radar (GPR) method is a noninvasive exploratory method employing electromagnetic waves (EM) of frequency range about 10 MHz to 2.5 GHz to investigate the geological structure and to monitor the processes taking place in the ground and to localize natural and anthropogenic objects. The authors have performed an analysis of possibilities to use the GPR method for investigations of looseness zones in the soil; particularly the effect of orientation of the measuring profile on the signal amplitude under conditions of sinkhole thread were investigated. In the work it has been shown that the orientation of GPR antennas has influence on the value of the georadar signal amplitude and identification of geodynamic phenomena, what remains in close connection with the correctness and accuracy of the GPR method.

9

Georadar studies on St. Benedict's Church on Lasota Hill, Kraków, Poland

Tomecka-Suchoń S.

Acta Geophysica

|

2012

|

Vol. 60, no. 2

387-398

EN

Georadar methodology has a considerable potential as a tool for verification of archeological hypotheses. I applied it in the present study to resolve a discussion on the importance of a Proto-Romanesque structure located on Lasota Hill. It is one of the oldest structures on the right bank of Vistula River in Kraków in Poland and some archeologists believe that it was the first seat of the rulers of Lesser Poland in the 9th century. After few decades, the prince's castle was built on Wawel Hill, where subsequently the royal castle was constructed. On the place of the abandoned Proto-Romanesque edifice, a small St. Benedict's Church was raised, but the importance of its predecessor was discussed. Archeological excavations suggested that it served as the prince's residence, but this view would be much strengthened if traces of a prince's building - palatium - could be found. With this in mind, I undertook a search for traces of palatium, employing georadar methodology. I carried out the measurements using Georadar PROEX produced by MALA Geoscience with a set of shielded antennas of frequencies 500 and 800 MHz. They permitted to construct echogram profiles, whose interpretation suggested the existence of palatium. Thus, the georadar data supported the archeological hypothesis about the important role of the Proto-Romanesque structures on Lasota Hill in the early medieval era in Poland, and at the same time demonstrated the usefulness of introducing geophysical methods to archaeology.

10

Feasibility analysis of using GPR method for the examination of post-glacial deposits in mountainous geological environment

Tomecka-Suchoń S., Gołębiowski T.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2011

|

T. 37, z. 3

375-382

EN

The Ground Penetrating Radar (GPR) measurements presented in this paper had two main objectives. The first was to analize the possibility of using GPR method in examination of sediments in a mountainous geological environment and the second objective was to assess the special distribution of post-glacial sediments and their thickness at a selected site. The experimental measurements were carried out on in the alp of Ornak in the western part of Tatra Mountains This article provides a brief theoretical analysis of possible use of the georadar method in post-glacial sediment examination. The results of GPR surveys done in the reflection profiling mode enable the distinction of zones with different amount of till, clay, sand, gravel and rock debris in the post-glacial sediments.

PL

Badania GPR prezentowane w artykule miały dwa cele: pierwszym było określenie możliwości zastosowania metody GPR do badania utworów osadowych w górskich warunkach geologicznych, a drugim - określenie przestrzennego rozkładu i miąższości utworów postglacjalnych w wybranym miejscu w górach. Badania eksperymentalne przeprowadzono na hali Ornak we wschodniej części Tatr. W artykule zamieszczono krótką dyskusję teoretyczną na temat możliwości zastosowania metody georadarowej do badania osadów postglacjalnych. Zaprezentowane w artykule wyniki badań GPR wykonanych w technice refleksyjnej pozwoliły na wyróżnienie w osadach postglacjalnych stref z różnym nagromadzeniem glin, piasków, żwirów oraz odłamków skalnych.

11

Wykorzystanie metod hydrogeochemicznych i geofizycznych do oceny wpływu składowisk odpadów górniczych na środowisko wodne

Zdechlik R., Gołębiowski T., Tomecka-Suchoń S., Żogała B.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2011

|

nr 445 Hydrogeologia z. 12/2

725--735

PL

Górnictwo węgla kamiennego generuje znaczne ilości odpadów, stanowiących poważny problem dla środowiska, zwłaszcza dla wód podziemnych. Długookresowe oddziaływanie składowisk odpadów górniczych na środowisko wodno-gruntowe wynika głównie ze składu chemicznego odpadów i produktów ich transformacji. Do oceny wpływu odcieków ze składowisk górniczych na wody podziemne wykorzystywane są metody hydrogeochemiczne. Wyniki badań hydrogeochemicznych porównano z wynikami wykonanych w tym samym czasie badań geofizycznych. Badania geofizyczne przeprowadzono z wykorzystaniem metod: georadarowej, profilowania elektromagnetycznego i obrazowania elektrooporowego. Profile pomiarowe wyznaczono na podstawie wyników pomiarów hydrogeologicznych, opierając się na mapach rozkładu przewodności elektrolitycznej właściwej. Poszczególne metody badawcze stanowią wzajemne uzupełnienie, pozwalając na kompleksową ocenę rozkładu zanieczyszczeń w wodach podziemnych, spowodowanych deponowaniem odpadów górnictwa węgla kamiennego na składowiskach.

EN

Coal-mining is a source of the bulk amount of mine waste, which bring about complex environmental problems, particularly related to groundwater contamination. Long-term potential pollution of mining waste to the aquatic environment results mainly from the chemical composition of coal mining waste and their transformation products. Hydrogeochemical methods were used to assess the impact of the leachate from coal mining waste dumps on contaminant distribution in groundwater. The results of hydrogeochemical observation were compared with geophysical investigation obtained at the same time. The geophysical research were carried out using georadar method, electromagnetic profiling and resistivity imaging technique. The measurement profiles were designed on the basis of hydrogeological information, especially using maps of distribution of electrolytic conductivity. Both hydrogeochemical and geophysical methods complement each other and allow for comprehensive assessment of groundwater contamination.

12

Teoretyczna analiza wpływu nasycenia gruntu roztworem NaCl na amplitudę fali elektromagnetycznej GPR

Tomecka-Suchoń S.

Przegląd Górniczy

|

2010

|

T. 66, nr 6

45-51

PL

W pracy rozpatruje się, w sposób teoretyczny, wpływ nasycenia gruntu roztworami soli NaCl na amplitudy mierzonych sygnałów elektromagnetycznych GPR. Rozpatruje się przypadek płaskiej fali elektromagnetycznej rozchodzącej się w jednorodnym, dwuwarstwowym ośrodku. Zmiany przewodności są wynikiem nasycenia gruntu roztworem soli NaCl o koncentracjach zmieniających się w zakresie od 1 g/kg do 240 g/kg. Założono 30 % nasycenie gruntu solanką. Obliczenia własności elektrycznych solanki i gruntów przeprowadzono przy wykorzystaniu znanych empirycznych zależności. Na tej podstawie oszacowano wpływ koncentracji soli NaCl na wartości współczynnika tłumienia, współczynników odbicia i transmisji elektrycznej składowej fali elekromagnetycznej o częstotliwości 800 MHz oraz współczynnika odbicia mocy. Analiza wyników obliczeń doprowadziła do konstatacji, że składowa rzeczywista względnej przenikalności elektrycznej gruntu nasyconego roztworem soli NaCl praktycznie nie zależy od jej koncentracji, natomiast składowa urojona względnej przenikalności elektrycznej gruntu oraz współczynnik tłumienia są prawie liniową funkcją koncentracji soli NaCl aż do koncentracji rzędu 150 g/kg. Przy wyższych koncentracjach obserwuje się zmniejszenie się tego wpływu. Zauważono, że największa czułość zmian współczynnika tłumienia na zmiany koncentracji NaCl w gruncie występuje aż do około 50 g/kg. Przy wyższych koncentracjach soli NaCl czułość wyraźnie obniża się. W konsekwencji stwierdza się, że analiza pomiaru georadarem przy częstotliwościach 800 MHz stwarza możliwość ilościowej oceny koncentracji soli NaCl w gruncie, w zakresie od około 1 g/kg do około 150 g/kg soli NaCl.

EN

The paper discusses in theoretical way the influence of saturation of soil with salt solution NaCl on amplitudes of recorded GPR electromagnetic signals. It considers the case of a plane electromagnetic wave propagating in a homogenous two-layer medium. The research regards an influence of the electric conductivity of second layer on the reflection coefficient for GPR waves. The conductivity changes result from saturation of the soil (the soil saturation with saline was assumed to be 30%) with NaCl solutions of concentrations ranging from 1 to 240 g/kg. The electrical properties of saline NaCl and soil were calculated on the base of known empirical relationships. Basing on it, we estimated the influence of NaCl concentration on the values of GPR attenuation, reflection and transmission coefficients for the 800 MHz frequency. The analysis of results indicated that the real part of the relative dielectric permittivity of the soil saturated with saline is practically independent of NaCl concentration, while its imaginary part and attenuation coefficient are almost linear function of saline concentration up to 150 g/kg. At higher concentration the ratio of increase is smaller. The highest sensitivity of the change attenuation coefficient on soil concentrations NaCl appears less then about 50 g/kg. At higher NaCl concentrations the sensitivity markedly falls. In consequence, it was found that the georadar recording analysis at 800 MHz consents to quantitative assessment of NaCl concentration in the soil in 1 - 150 g/kg range.

13

Properties of georadar signals used for an estimation of the mineralization of the soil waters

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Archives of Mining Sciences

|

2010

|

Vol. 55, no 3

469-486

EN

Mining operation produces a significant environmental risk. It relates mainly to two factors: - Subsidence of upper layers over the exploited seam. Such subsidence may disturb the hydro-geological system in the soil and result in formation of fens and change the natural ecosystem. - Storing of mineral wastes, including salty waters, on the surface. The mineral waste deposit is a source of contamination of ground waters by various salts and other chemicals damaging the normal ecosystem. In this paper the second problem is considered, particularly the use of the georadar method for assessment contamination distributions in vicinity of mining waste deposits. Georadar measurements carried out for assessment the changes in mineralization of waters polluted by mining wastes require introduction of new techniques of data interpretation. The paper demonstrates such a technique on an example of interpretation of results of investigation in the area of mining waste deposit Buków. The classical interpretation of measurement data did not yield good results owing to two reasons. The area was built of clays and silts that significantly attenuated radar waves. In addition, the structure of aqueous layers caused generation of interference waves that rendered impossible of using the amplitude to determine the parameters describing mineralization of aqueous layers. In such a situation we decided to employ the properties of georadar waves on the reflecting border. The reflected waves under the conditions present in the investigated area must have changed the phase, while no phase change takes place in the refraction waves. After finding the critical angle at which the refractory wave is generated, the wave velocity in the water-containing zone can be calculated, and comparing the differences in wave velocities along the profile the change in mineralization of ground waters could be assessed.

PL

Eksploatacja górnicza powoduje zwiększenie ryzyka destrukcji środowiska naturalnego. Zasadniczo jest to wynikiem rozwoju dwóch procesów wywołanych eksploatacją: - Osiadania nadkładu nad wyeksploatowanym pokładem. Takie osiadanie może zaburzyć system hydrogeologiczny w gruncie i spowodować tworzenie zalewisk, przez co spowodować niszczenie ekosystemu. - Składowanie odpadów mineralnych, również słonej wody, na powierzchni ziemi. Te składowiska są źródłem zanieczyszczenia wód powierzchniowych przez sole i inne składniki chemiczne niszczące środowisko naturalne W tej pracy zajmiemy się drugim z tych problemów a w szczególności możliwością wykorzystania geofizycznej metody georadarowej do oceny rozkładu zanieczyszczeń wywołanych składowiskiem odpadów górniczych. Pomiary georadarowe prowadzone dla oceny takiego zanieczyszczenia wymagają wprowadzenia nowej techniki interpretacyjnej. W artykule została ona zademonstrowania na przykładzie interpretacji wyników uzyskanych w wyniku badania otoczenia składowiska odpadków górniczych "Buków". Klasyczne metody interpretacyjne nie zdały tam egzaminu z dwóch powodów. Grunt jest w otoczeniu składowiska utworzony z glin i mułów, które intensywnie tłumią fale radarowe. Dodatkowo struktura warstwy wodonośnej spowodowała powstanie fal interferencyjnych, przez co okazało się niemożliwe użycie amplitudy fal georadarowych do oceny mineralizacji wody. W tej sytuacji zdecydowano wykorzystać pewne własności sygnałów georadarowych powstałych podczas odbicia od powierzchni strefy saturacji. Fale odbite od spągu tej strefy powinny mieć fazę przesuniętą o […] w stosunku do fali padającej, podczas gdy fala refrakcyjna takiego przesunięcia nie powinna wykazywać. Badając zmianę fazy w sygnałach georadarowych możemy znaleźć kąt krytyczny i obliczyć z niego prędkość fali georadarowej w warstwie zawodnionej. Ponieważ prędkość fali georadarowej w ośrodku porowatym zależy od przewodności elektrycznej wody złożowej, więc możemy na podstawie tak przeprowadzonego rozumowania ocenić rozkład mineralizacji wody gruntowej z pomiarów georadarowych. Pomiary hydrogeologiczne prowadzone na składowisku "Buków" potwierdziły trend zmian mineralizacji wyznaczonych z pomiarów georadarowych.

14

Badania georadarowe dla oceny mineralizacji wody gruntowej

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2009

|

T. 35, z. 2/1

445-454

EN

Analysis of the physical properties of rock formation and electromagnetic waves propagation in rocks leads to conclusion, that three parameters estimated from GPR data, the reflection coefficient, wave attenuation and velocity can be used for assessment of the soil water mineralization. The field test measurements were carried out in the area, where the mineralization has been recognized with hydrogeological methods. The correlation has been found between sums of registered GPR signals from chosen depth interval and the mineralization of ground water.

15

Analiza przestrzenno-czasowa danych georadarowych dla oceny ryzyka wystąpienia pustek poeksploatacyjnych

Marcak H., Tomecka-Suchoń S., Gołębiowski T.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2007

|

nr 6

52-53

PL

Artykuł jest wynikiem prac badawczych prowadzonych metodą georadarową w Zakładzie Geofizyki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Celem badań była lokalizacja stref rozluźnień w górotworze spowodowanych działalnością górniczą na obszarze dawnej KWK "Siersza". W artykule przedstawiono model geomechaniczny rozwoju stref spękań w górotworze, który uzasadnia zmiany parametrów dielektrycznych ośrodka geologicznego, co w konsekwencji pozwala na zastosowanie metody georadarowej do lokalizacji takich stref. W artykule zaprezentowano wyniki pomiarów georadarowych wykonanych w celu przeprowadzenia czterowymiarowej (4D) interpretacji rozkładu obszarów anomalnych w badanym ośrodku. Wyniki interpretacji danych georadarowych zostały potwierdzone wierceniem i powstaniem zapadliska.

EN

The paper is related to the results of research carried out in Department of Geophysics AGH. The aim of research was localization of sink-holes and a weak zones in region of former mine Siersza. Geotechnical models of fracture zones development, the places where sink-holes are formed in rock-mass in result of mining activity is presented in the paper. The zones are correlated with area of intensive changes of rock permittivity. It allows using a georadar method for location the fracture zones. Result of georadar measurements in region where sink-holes appears is shown in 4-D system (space and time). Interpretation of this data gave results allowing to choose the sing-hole risk region and indicates development of it ending appearance of sink-hole.

16

Zastosowanie metod georadarowych do lokalizacji pustek

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2006

|

nr 12

10-14

PL

Jednym ze skutków płytkiej eksploatacji górniczej jest powstawanie pustek, czyli zmian własności mechanicznych niektórych obszarów górotworu w wyniku niejednorodnego osiadania. Własności sprężyste zmieniają się w wyniku osiadania na tyle, że następuje zmiana właściwości budowlanych gruntu mogąca prowadzić do katastrofy. Badania geofizyczne służą do lokalizacji miejsca, w którym wędrujące pustki mogą spowodować pojawienie się nieciągłej deformacji. W szczególności obszary, w których następuje zmiana własności mechanicznych (np. strefy spękań) są intensywnie nawadniane, co powoduje, że metoda georadarowa jest szczególnie użyteczna dla takiej lokalizacji. W pracy przedstawiono przykład pomiarów georadarowych nad pustką w rejonie Sierszy. Trójwymiarowa interpretacja wyników pomiarów georadarowych pozwoliła zlokalizować liniową strefę nieciągłości wzdłuż której rozwijają się deformacje nieciągłe.

EN

One of effects of shallow mining operations is creation of caverns, i.e. transformation of mechanical properties of some rock-mass parts results in heterogeneous subsidence, followed by transformation of ground elasticity properties to such an extent that building properties of the ground can be altered, up to a building disaster in extreme. Geophysical examinations are used to locate places where ..travelling" caverns can generate discontinuous deformation. In particular, areas where transformation of mechanical properties occurs (e.g. a zone of fracture) are intensively watered, hence application of the georadar method is highly useful. The paper describes an example of georadar tests above a cavern, carried out in the Siersza Colliery region. Three-dimensional interpretation of georadar measurement results has enabled to locate a linear zone of discontinuity, where discontinuous deformation develops alongside.

17

Analiza możliwości wykorzystania georadarowych fal refrakcyjnych do lokalizacji zmian w budowie wałów przeciwpowodziowych

Marcak H., Gołębiowski T., Tomecka-Suchoń S.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2005

|

T. 31, z. 3/4

259-274

PL

Refrakcyjne fale georadarowe mogą być wykorzystywane do wyznaczenia parametrów charakteryzujących dwuwarstwowy ośrodek geologiczny, w którym warstwa górna ma większą wartość stałej dielektrycznej niż warstwa dolna. Taka sytuacja może mieć miejsce w wałach przeciwpowodziowych, w których nad strefą zagęszczoną, a więc o mniejszym nasyceniu wodą, zalega warstwa silnie rozluźniona, charakteryzująca się dużym nasyceniem wodami opadowymi. W pracy przedstawiono wyniki badań georadarowych przeprowadzonych na wałach przeciwpowodziowych w Krakowie i pokazano, że istnieją możliwości wyznaczenia stref skonsolidowanych i rozluźnionych w obwałowaniach na odcinkach pomiędzy geotechnicznymi otworami badawczymi. W artykule zaprezentowano nowatorską technikę profilowania georadarowego przy zmiennym rozstawie anten oraz opisano sposób identyfikacji różnego typu fal georadarowych, ze szczególnym uwzględnieniem fal refrakcyjnych

EN

The GPR refracted waves can be used for evaluation of parameters, which characterize two-layer ground, where upper layer has higher value of dielectric constant than lower one. Such situation can take a place in a river embankments, where over the zone of consolidation with low water content is placed a lose zone with large amount of rain-water. The results of GPR measurements carried out on the embankments in Kraków, give possibility for identification the consolidated and lose zones, between geotechnical bench-marks. The paper presents new technology of GPR profiling with various offset of antennas and it describes the technique of identification the different kinds of GPR waves, with special treatment of refracted waves

18

Modele zmian przepuszczalności hydraulicznej w skałach w oparciu o laboratoryjne metody geoelektryczne

Marcak H., Tomecka-Suchoń S.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2001

|

R. 40, nr 3

23-29

PL

Próbki węglowe poddawano testom. Przy pomocy specjalnego systemu hydraulicznego zmieniano ciśnienie w porach i szczelinach wewnątrz próbki. Badano zmiany względnej oporności elektrycznej próbek, która była rezultatem zmian ciśnienia porowego. Przyjmuje się, że zmiany względnej oporności próbek są rezultatem zamykania szczelin i kanałów hydraulicznych wewnątrz próbki lub ich otwierania i tworzenia połączeń w wyniku rozwoju odkształceń niesprężystych. Można więc uznać, że oporność elektryczna jest wskaźnikiem pozwalającym rozpoznać sposób deformacji próbki węglowej. Wyniki uzyskane w rezultacie przeprowadzenia testu pokazały, że zmiany oporności elektrycznej w funkcji ciśnienia porowego mogą mieć charakter okresowy lub trwały. Rozwój deformacji skały pod wpływem zmian ciśnienia porowego mogą być modelowane przez system elementów sprężystych. Energia takiego systemu składa się z elementów zewnętrznych i wewnętrznych. W zależności od struktury tych elementów sprężystych możemy się spodziewać zarówno periodycznych jak i trwałych zmian w rozwoju trendu energetycznego systemu, jak to wynika z rozważań energetycznych opartych o własności funkcji Hamiltona.

EN

Coal samples were tested. A special hydraulic system was constructed for getting changes in pores and cracks pressures inside samples. The relative chan ges of electrical resistivity were measured which are results of the changes of pore pressures. Assuming that the changes of relative electrical resistivity shows closing of cracks and hydraulic channels inside sample or their open ing and joining in result of inelastic deformation, it can be accepted that the electrical resistivity of rock sample indicate the way of sample deformations. The measurements results obtained in test allow to divide them on such in which changes of electrical resistivity are periodic and those which are permanent. The development of rock deformations due to changes of pore pressure can be modelled by the system of elastic elements. The system energy can be described with external and internal elements. In dependence of structure of the elastic elements both periodic and permanent changes in energy trends can be expected. It is conclusion from the property of Hamiltonian function.