LOFRES

Projekt opierał się na nowatorskiej metodzie wykorzystującej globalny i lokalny szum sejsmiczny. Częstotliwość analizowanych sygnałów wynosi od 0,1 do 3 Hz, a przy szumie kulturowym nawet do 30 Hz. Rozpoznanie może obejmować głębokości od kilkudziesięciu do kilku tysięcy metrów.

Przed realizacją projektu w Polsce brakowało systemu umożliwiającego takie badania oraz ugruntowanych podstaw metodycznych. Zespół projektowy wniósł zasadniczy wkład w opracowanie systemu pomiarowego i metodyki.

System LOFRES umożliwia w sposób automatyczny prowadzenie ciągłych pomiarów drgań w zakresie niskich częstotliwości za pomocą odpowiednio skonfigurowanych modułów pomiarowych i współpracującego z nimi centrum gromadzenia danych.

• opracowanie koncepcji maksymalnie zautomatyzowanego systemu pomiarów prędkości drgań w warunkach terenowych z odpowiednią dynamiką w zakresie niskich częstotliwości oraz rejestracji, przetwarzania i interpretacji dużych zbiorów danych,
• opracowanie teorii, modelowania procesów pomiarowych, metodologii pomiarów, algorytmów przetwarzania, interpretacji i kalibracji,
• praktyczna weryfikacja modelu, teorii i metodologii w przewidzianych pracach badawczych,
• opracowanie oprogramowania systemowego,
• stworzenie i przebadanie demonstratora technologii zdolnego do monitorowania przypowierzchniowych warstw metodą interferometrii sejsmicznej lub sondowania mikrosejsmicznego,
• przystosowanie systemu do wykonywania pomiarów w różnych konfiguracjach uzależnionych od potrzeb i stosowanej metody,
• wdrożenie optymalnej wersji z mobilnymi autonomicznymi stacjami wyposażonymi w jedno- lub trójskładowe czujniki oraz stacjonarnymi stacjami referencyjnymi,
• stacje pomiarowe i referencyjne wyposażono w zasilanie akumulatorowe, odbiornik GPS do precyzyjnej synchronizacji podstawy czasu i określania położenia czujników podczas dokonywania pomiarów,
• system wyposażono w nośniki pamięci i nadajniki radiowej transmisji do przesyłania danych za pośrednictwem mobilnego serwera i modemów GSM LTE,
• minimalizacja kosztów sesji pomiarowej poprzez cykliczne przestawianie mobilnych stacji w różne węzły siatki, umożliwiające wielokrotne użycie sprzętu,
• możliwość zabudowy systemu na stałe w terenie do ciągłego śledzenia zmian w czasie rzeczywistym (np. w górnictwie do kontroli zmian naprężenia i deformacji).

Przeprowadzone badania na różnych poligonach doprowadziły do sformułowania następujących wniosków:

• interferometria sejsmiczna pozwala identyfikować stopień naruszenia górotworu prowadzoną eksploatacją na podstawie pola prędkości fali poprzecznej,
• przy projektowaniu układu pomiarowego należy zbadać charakterystykę częstotliwościową oraz kierunkowość szumu sejsmicznego w rejonie pomiarowym,
• analiza względnych zmian prędkości fali koda uzyskanych metodą interferometrii sejsmicznej dostarcza cennych informacji o stopniu naruszenia górotworu,
• wykorzystanie wszystkich składowych (Z, N, E) zmniejsza błędy estymacji względnych zmian prędkości fal koda związane z niejednorodnością pola falowego szumu sejsmicznego,
• w warunkach silnego szumu sejsmicznego wyniki metody MASW są mniej użyteczne w porównaniu do interferometrii sejsmicznej lub refrakcji, mimo stosowania różnego rodzaju filtracji,
• metodyka interferometrii sejsmicznej umożliwia wyznaczenie pola prędkości fali S w ośrodku geologicznym, co ma istotne znaczenie dla zastosowań inżynierskich,
• proponowana metodyka przetwarzania i interpretacji okazała się skuteczna w warunkach pomiarowych przeprowadzonych badań,
• wyniki wskazują, że interferometria sejsmiczna może znaleźć zastosowanie do rozpoznania budowy i właściwości sprężystych przypowierzchniowego ośrodka geologicznego oraz analizy czasoprzestrzennych zmian związanych z ruchem osuwiskowym.

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 system wspomaga ocenę zagrożenia powierzchni skutkami deformacji ciągłych i nieciągłych, umożliwia wybór optymalnej metody rewitalizacji.

System może być wykorzystywany do:

• rozpoznania stopnia naruszenia górotworu w rejonach zagrożonych sejsmicznością indukowaną i wstrząsami tektonicznymi,
• monitorowania stopnia wyeksploatowania różnych złóż (ropy naftowej, gazu, łupkowego, soli kamiennej, siarki metodą podziemnego wytapiania itp.).

Zaletą opracowanego systemu pasywnej tomografii niskoczęstotliwościowej w stosunku do stosowanej tomografii aktywnej jest brak konieczności stosowania do wytworzenia prześwietlającej fali ładunków wybuchowych lub kosztownych wzbudników samochodowych. Brak jest związanego z nimi uszkodzenia powierzchni terenu. Pomiar jest prawie bezinwazyjny (wyłącznie montaż czujników). System umożliwia pomiar ciągły na terenach eksploatacji górniczej.

Zainteresowane są nim przede wszystkim:

• firmy budowlane realizujące budowę obiektów wielkopowierzchniowych,
• firmy zajmujące się geofizyką poszukiwawczą,
• górnictwo – do oceny zagrożenia wstrząsami oraz tomografii rejonu ściany wydobywczej.

System LOFRES składa się z części aparaturowej i programowej służącej do przetwarzania i interpretacji danych sejsmicznych.

Metodyka MS (Microseismic Sounding)

Wymaga wykorzystania co najmniej 2 stanowisk pomiarowych. Jedno stanowisko referencyjne (baza) pozostaje stałe i nie zmienia położenia. Pozostałe są ruchome i mogą być przemieszczane do różnych punktów pomiarowych. Rejestracja w każdym punkcie prowadzona jest przez okres co najmniej jednej godziny w celu osiągnięcia stacjonarności zapisu.

Metodyka IS (Seismic Interferometry)

Nie wymaga spełnienia stacjonarności sejsmicznego pola falowego, dlatego nie jest konieczna baza referencyjna jak w metodzie MS. Jednak wymagana jest zabudowa wszystkich punktów pomiarowych, co wymusza posiadanie większej liczby czujników.