docAndrzej Prałat
download 
Reklamacja Transkrypt
Andrzej Prałat
WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie” ____________________________________________________________________________ Mat. Symp. str. 681 – 692 Andrzej PRAŁAT, Krzysztof MANIAK Politechnika Wrocławska, Wrocław Zjawiska elektromagnetyczne występujące na osuwiskach Streszczenie Przedstawiono zjawiska elektromagnetyczne występujące w czasie aktywności osuwisk, prezentując ich charakter i sposoby pomiaru. Szczególną uwagę poświęcono badaniom pól elektromagnetycznych o charakterze impulsowym. Ich istnienie dało początek nowej metodzie badania osuwisk określanej w literaturze jako PEE (Pulsed Electromagnetic Emission). Podano również szereg przykładów praktycznego zastosowania zjawisk elektromagnetycznych dla potrzeb oceny stabilności i poznania struktury wewnętrznej osuwisk. Autorzy zaprojektowali i zbudowali również własny system pomiarowy do badania stanu osuwisk, wykorzystujący istotę zjawiska emisji impulsów elektromagnetycznych. 1. Wprowadzenie Zjawisko występowania promieniowania elektromagnetycznego osuwisk związane jest z istnieniem naprężeń mechanicznych oraz tarcia w wyniku przemieszczania się wewnętrznych warstw osuwiska pod wpływem siły zsuwającej F. Wiadomo, że podczas odrywania materiału i jego niszczenia dochodzi do uwolnienia energii. Całkowitą uwolnioną energię można wyrazić następującym równaniem: EU EM ET E AE EEM (1.1) gdzie: EU – całkowita uwolniona energia, EM – uwolniona energia mechaniczna, ET – uwolnione ciepło, EAE – energia uwolniona w postaci energii sprężystości, EEM – energia promieniowania elektromagnetycznego. Z punktu widzenia przedstawionych w artykule rozważań, istotną formą wyzwolonej energii jest energia uwolniona w postaci fal elektromagnetycznych. Można wnioskować, że wypromieniowana w ten sposób ilość energii jest niewielka i stanowi maksymalnie od dziesiętnych części procenta do kilku procent całkowitej energii. Ilość ta zależy od sposobu niszczenia i właściwości materiału. Na obecnym poziomie poznania tego typu procesów nie można dokładnie powiedzieć jakie pola elektromagnetyczne są rejestrowane podczas pomiarów. Na podstawie badań laboratoryjnych jest prawdopodobne, że część uwolnionej energii przypada na emisję elektromagnetyczną. Znane są przypadki, gdy rejestrowane są ____________________________________________________________________________ 681 A. PRAŁAT, K. MANIAK – Zjawiska elektromagnetyczne występujące na osuwiskach ____________________________________________________________________________ anomalie elektromagnetyczne na obszarach nie objętych procesami osuwiskowymi. Wynika to z faktu występowania pól elektromagnetycznych innego pochodzenia. Po rozpatrzeniu wszystkich innych możliwych źródeł emisji elektromagnetycznej można napisać, jak podaje Duras (2002), następujące równanie, które charakteryzuje pochodzenie składowych pola elektromagnetycznego. EEM EPE EK EVT ET EV ETP EBP (1.2) gdzie: EPE – energia zjawisk piezoelektrycznych, EK – energia powstająca podczas niszczenia kryształów i sieci krystalicznych, EVT – energia powstająca podczas mikropęknięć, ET – energia powstająca podczas tarcia minerałów, EV – energia wynikająca z przepływu wód podziemnych, ETP – energia wysokoczęstotliwościowych prądów tellurycznych, EBP – energia wysokoczęstotliwościowych prądów błądzących. Jak widać istnieje możliwość oceny intensywności procesów osuwiskowych na podstawie pomiarów emitowanego pola elektromagnetycznego. W praktyce pomiary te wykonywane są w odwiertach umiejscowionych na zboczu osuwiska. Wynika to z faktu, że mamy tu do czynienia z bardzo małymi natężeniami pola elektromagnetycznego, które jest tłumione przez wewnętrzne warstwy osuwiska. Dodatkowo, jego rejestracja na powierzchni ziemi byłaby wręcz niemożliwa ze względu na znaczny poziom występujących tam zakłóceń elektromagnetycznych. Mierzone pole, zależnie od własności danego osuwiska może mieć charakter ciągły, lub, (co spotykane jest częściej), charakter impulsowy. W drugim z wymienionych przypadków istotę pomiaru stanowi rejestracja ilości impulsów pola elektromagnetycznego w czasie. Badania zjawisk elektromagnetycznych występujących na osuwiskach prowadzone są od niedawna, stanowią jednak istotne uzupełnienie zasobu metod pomiaru ich aktywności. Przeglądu dotychczas stosowanych metod geofizycznych i elektrycznych stosowanych w ocenie stabilności osuwisk dokonali McCann i Forster (1990), Bogoslovsky i Ogilvy (1977), Godio i Botio (2001). Pierwsze doniesienia na temat promieniowania elektromagnetycznego osuwisk pochodzą z lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Mastow i in. (1989) przedstawili wyniki badań aktywności osuwiska Stawlichar w okręgu Krymskim, pod względem emisji elektromagnetycznej związanej z zachodzącymi w jego strukturze procesami osuwiskowymi. Na podstawie pomiarów wstępnych stwierdzono impulsowy charakter emitowanego pola elektromagnetycznego. W budowie osuwiska dominowały duże pojedyncze bloki skalne. W dalszych badaniach skoncentrowano się na rejestracji natężenia oraz ilości emitowanych impulsów. Zastosowano w tym celu odpowiednie anteny współpracujące z rejestratorem impulsów o czułości toru pomiarowego wynoszącego 50 V. Interwał czasowy pomiędzy cyklami zliczania impulsów wynosił 180 s. Zależność amplitudy sygnału w funkcji częstotliwości przedstawiono na rysunku 1.1. Widać, że maksymalne natężenie emitowanego pola elektromagnetycznego przypada na zakres częstotliwości do 10 kHz. Stosowany system pomiarowy pracował w zakresie częstotliwości 1 3 kHz. Aktywność elektromagnetyczna osuwiska wyrażona ilością rejestrowanych impulsów Ń w funkcji szybkości pełznięcia powierzchniowych warstw osuwiska przedstawiona jest na rysunku 1.2. Według autorów bezpośrednim czynnikiem wywołującym pełznięcie osuwiska ____________________________________________________________________________ 682 WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie” ____________________________________________________________________________ jest wystąpienie pewnej krytycznej wartości siły zsuwającej działającej w warstwach przypowierzchniowych. Rys. 1.1. Amplituda rejestrowanego sygnału w funkcji częstotliwości (Mastow i in. 1989) Fig. 1.1. The amplitude of measured signal versus frequency (Mastow et al. 1989) Rys. 1.2. Zależność liczby rejestrowanych impulsów od szybkości pełznięcia osuwiska (Mastow i in. 1989) Fig. 1.2. The number of registered impulses as a function of landslide creep velocity (Mastow et al. 1989) Trwająca przez cztery doby obserwacja aktywności osuwiska, polegająca na rejestracji przyrostów ilości impulsów elektromagnetycznych w stosunku do poziomu tła Ń z równoczesnym pomiarem prędkości pełznięcia osuwiska zaowocowała wynikami przedstawionymi na rysunku 1.3. Widać, że maksimum ilości rejestrowanych impulsów (krzywa 2) występuje z dobowym wyprzedzeniem w stosunku do mającej nastąpić wzmożonej aktywności osuwiska (krzywa 1). Autorzy artykułu zapewniają o powtarzalności tego zjawiska. Wydaje się więc, że możliwe jest przewidywanie zagrożenia aktywnością osuwiskową na podstawie wzrostu ilości rejestrowanych impulsów. ____________________________________________________________________________ 683 A. PRAŁAT, K. MANIAK – Zjawiska elektromagnetyczne występujące na osuwiskach ____________________________________________________________________________ Rys. 1.3. Długoterminowy charakter zmian prędkości pełzania osuwiska (krzywa 1) oraz ilości rejestrowanych impulsów elektromagnetycznych (krzywa 2), (Mastow i in. 1989) Fig. 1.3. Long time characteristics of changes in landslide creep velocity (curve 1) and the number of registered impulses (curve 2), (Mastow et al. 1989) Również Rudko i in. (1989) zaprezentowali wyniki badań osuwiska Krasnaja Dubrawa. Aktywny stok osuwiska ma wymiary 150200 m i nachylenie 16 18. Osuwisko przejawia swą aktywność głównie w okresach wzmożonych opadów, czego powodem jest znaczna zawartość materiału gliniastego. Szybkość osuwania dochodzi wtedy do 40 mm/dobę. W badaniach posłużono się systemem anten współpracujących z urządzeniem rejestrującym o czułości kanału pomiarowego 10 V. Zakres analizowanych częstotliwości zawarty był w paśmie 1 50 kHz. Autorzy podkreślają, że emisja elektromagnetyczna osuwiska występuje najsilniej w sytuacjach, gdy w ośrodku znajdują się materiały skalne o budowie krystalicznej oraz osadowej. W mniejszym stopniu obserwowano emisję elektromagnetyczną osuwisk zbudowanych wyłącznie z materiałów wodno-koloidowych (np. gliny). We wszystkich przypadkach punktami, gdzie najsilniej obserwowana była aktywność elektromagnetyczna osuwiska były miejsca występowania uskoków oraz rozstępów ziemi. Również zwiększenie nachylenia stoku powodowało wzrost obserwowanej aktywności elektromagnetycznej. Badania aktywności elektromagnetycznej zespołu osuwisk na terenie doliny Uzh w Karpatach opisuje Kharkhalis (1995). Impulsy elektromagnetyczne obserwowane były w zakresie częstotliwości od 2 do 50 kHz. Intensywność rejestrowanych impulsów zależna była od stanu naprężenia występującego w danym punkcie osuwiska. Pomiary wykonano przyrządem zliczającym ilość impulsów w jednostce czasu, którego najmniej czuły zakres pomiaru pola magnetycznego wynosił 210-3 A/m, najczulszy zaś 1,510-5 A/m. Przedstawione zostały wyniki pomiarów przeprowadzone na stoku bez zjawisk osuwiskowych, na osuwisku czynnym oraz na osuwisku zawierającym w swej strukturze duże bloki skalne i rury wzmacniające stok. Sytuacje tę przedstawiono na rysunku 1.4. Najmniejszą intensywność impulsów zarejestrowano w przypadku stabilnego stoku, największą w przypadku czynnego osuwiska. Umieszczone w zboczu osuwiska konstrukcje wzmacniające stok np. rury były również dobrze wykrywane w pomiarach. ____________________________________________________________________________ 684 WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie” ____________________________________________________________________________ Rys. 1.4. Zmiana intensywności rejestrowanych impulsów w czasie (Kharkhalis 1995) I – stok stabilny, II – aktywne osuwisko, III – bloki skalne, IV – rury wzmacniające Fig. 1.4. Changes in intensity of registered impulses (Kharkhalis 1995) I – stable slope, II – active landslide, III – blocks of rock, IV – strengthening pipes Obecnie intensywne badania osuwisk, bazujące na obserwacji zjawiska naturalnego promieniowania elektromagnetycznego ziemi, prowadzone są w Czechach oraz Słowacji. Vybiral (2002) przedstawił teoretyczne podstawy jak i praktyczne wykorzystanie metody PEE (Pulsed Electromagnetic Emission). Istota metody polega na rejestracji w czasie, za pomocą specjalnej sondy pomiarowej prowadzonej w odwiercie, naturalnych impulsów elektromagnetycznych emitowanych przez osuwisko w wyniku zachodzących w nim procesów geodynamicznych. Konieczne jest również, by przewód rurowy stanowiący zabezpieczenie odwiertu pomiarowego wykonany był z materiału nie powodującego tłumienia pola elektromagnetycznego (np. plastiku). Autor artykułu skoncentrował się na obserwacji impulsowych pól elektromagnetycznych, przedstawiając wyniki badań osuwiska nad brzegiem rzeki Vah w Słowacji. Obszar osuwiskowy biegł przez 18 km wzdłuż nabrzeża rzeki, przy długości stoku osuwiska zawartej w granicach 200 800 m. Odwierty pomiarowe o głębokości 20 50 m rozmieszczone były w odległościach 150 200 m. Aktywność impulsowego pola elektromagnetycznego PEE wyrażona jest w umownych jednostkach imp/s (impulsy na sekundę). Charakter emisji impulsów zależny jest od budowy geologicznej osuwiska, intensywności naprężeń wewnętrznych, czynników atmosferycznych itp. Najczęściej obserwowane są cztery podstawowe typy rejestrowanych pól PEE wzdłuż odwiertów, co przedstawione zostało na rysunku 1.5. ____________________________________________________________________________ 685 A. PRAŁAT, K. MANIAK – Zjawiska elektromagnetyczne występujące na osuwiskach ____________________________________________________________________________ Rys. 1.5. Podstawowe typy pól PEE rejestrowanych w odwiertach pomiarowych (Vybiral 2002) Fig. 1.5. Basic types of PEE fields registered in boreholes (Vybiral 2002) typ A – wzdłuż całego odwiertu rejestrujemy w przybliżeniu stałą liczbę impulsów w czasie (praktycznie 150 300 imp/s). Przebieg tego typu jest charakterystyczny dla osuwisk (lub ich części) w stanie stabilnym. Nie występują tu siły oraz naprężenia mogące powodować osunięcia. Oczywiście nie można stwierdzić co dzieje się na głębokościach większych niż głębokość odwiertu. Często wartość stałej liczby rejestrowanych impulsów nazywana jest „promieniowaniem tła”. Wart zauważenia jest również fakt, że nawet osuwiska znajdujące się w stanie stabilnym mogą emitować pewną liczbę impulsów PEE; typ B – zauważamy tu dużą liczbę impulsów rejestrowanych przy powierzchni ziemi. Liczba ta ulega zmniejszeniu wraz z głębokością. Stan ten jest charakterystyczny dla osuwisk, w których aktywna jest wierzchnia ich warstwa. Osunięciu ulega tu rozdrobniony w wyniku procesów erozji materiał skalny warstw przypowierzchniowych; typ C – w przypadku tym występuje gwałtowny wzrost ilości rejestrowanych impulsów na pewnej głębokości h, by po zagłębieniu sondy pomiarowej o kolejne kilka metrów znów wrócić do wartości początkowej. Na podstawie takiego przebiegu pola PEE można wnioskować o występowaniu na głębokości h dużego bloku skalnego, który przemieszcza się w ciele osuwiska; typ D – można zaobserwować tu podział osuwiska na dwie warstwy. Warstwa przypowierzchniowa znajduje się w stanie stabilnym. Nie występują w niej naprężenia oraz siły zsuwające, o czym świadczy niewielka liczba rejestrowanych impulsów. Warstwa znajdująca się głębiej podlega procesom osuwiskowym. Uwidacznia się to dużą intensywnością emitowanych impulsów PEE. ____________________________________________________________________________ 686 WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie” ____________________________________________________________________________ Maksymalna zarejestrowana liczba impulsów wynosiła 16000 imp/s. Kolejną prawidłowością zauważoną na podstawie długoterminowej rejestracji pola PEE jest zbliżony jego charakter dla danego punktu pomiarowego w różnych momentach czasu. Widoczne są natomiast znaczne przesunięcia zakresu emitowanej ilości impulsów w czasie zarówno dla „promieniowania tła” jak i aktywnych procesów osuwiskowych. Przykładowe przebiegi rejestrowanych na przestrzeni czasu pól PEE dla odwiertów pomiarowych oznaczonych jako HSJ-31, HSJ-32, HSJ-33 przedstawiono na rysunku 1.6. Rys. 1.6. Czasowe zmiany pól PEE w odwiertach pomiarowych (Vybiral 2002) Fig. 1.6. Time variations of PEE fields in boreholes (Vybiral 2002) ____________________________________________________________________________ 687 A. PRAŁAT, K. MANIAK – Zjawiska elektromagnetyczne występujące na osuwiskach ____________________________________________________________________________ Z kolei Blaha (2002) prezentuje wyniki badań aktywnego osuwiska Karolinka–Szklarnie znajdującego się na lewym brzegu rzeki Vsetinske Becvy przeprowadzone w okresie od grudnia 1999 roku do marca roku 2002. Osuwisko zbudowane jest z gleby iłowej przemieszanej z warstwami piaskowca występującego w postaci płatów o grubości 5 – 25 cm. Niekiedy spotykane są płaty o grubościach dochodzących do 50 –100 cm, sporadycznie do 300 cm. Całkowita długość osuwiska wynosi około 300 m, szerokość natomiast około 500 m, średnie nachylenie stoku 20. Powierzchnia zbocza, na której występują deformacje, wynosi około 11 ha. Szacowana głębokość warstwy osuwającej się wynosi 55 m, co w przybliżeniu daje objętość tej warstwy 6 mln m3. Głębokość odwiertów zawierała się w granicach od 110 do 224 m. Przebiegi krzywych PEE umożliwiły zaobserwowanie dwóch charakterystycznych zjawisk powtarzających się we wszystkich odwiertach pomiarowych. Pierwsze z nich to obniżenie aktywności PEE w początkowych częściach odwiertu, spowodowane stalowymi zwieńczeniami odwiertu sięgającymi do kilkunastu metrów w głąb. Drugie to bardzo szybki wzrost wartości PEE i następnie powolne obniżanie się, co jest spowodowane obecnością wody w odwiercie. Nagły wzrost aktywności PEE na głębokościach występowania stalowego zwieńczenia świadczy o jego przerwaniu, co można wykorzystać do kontroli stanu technicznego odwiertów. Na podstawie porównania wyników otrzymanych z pomiarów aktywności PEE i innych metod monitorowania stosowanych na osuwisku Karolinka, stwierdzono największe podobieństwo przebiegów PEE do wyników pomiarów geoakustycznych. Przykład wykorzystania metody PEE jako pomocniczej do oceny stabilności osuwiska zaprezentował Wagner (2002). Przedstawiono tu osuwisko znajdujące się w okolicach miejscowości Wielka Causa w Słowacji, badane wiosną 1995 roku. Jako główną do oceny stabilności osuwiska zastosowano metodę inklinometryczną. Metodą PEE określano intensywność naprężeń występujących w osuwisku. Sondę pomiarową wprowadzano do odwiertów wykorzystywanych w pomiarach inklinometrycznych. Intensywność występujących naprężeń wyrażono w pięciostopniowej skali, gdzie wartości 1 odpowiada stan stabilny a 5 stan skrajnej niestabilności. 2. Budowa systemu pomiarowego i sposób prowadzenia pomiarów Prezentowany system pomiarowy stanowi temat zgłoszonego przez autorów wniosku patentowego. Dokładny opis techniczny urządzenia wraz z zastrzeżeniami patentowymi znaleźć można w pozycji literaturowej Prałat i in. (2004). Istotę pomiaru stanowi rejestracja ilości impulsów pola magnetycznego w czasie lub wartości natężenia pola magnetycznego wzdłuż odwiertu o głębokości H. Pomiary wykonywane są przy pomocy dwóch sond pomiarowych. Jedna z sond prowadzona jest w odwiercie z krokiem pomiarowym h przez przewidywaną granicę poślizgu. Druga sonda umieszczona jest na powierzchni ziemi, stale rejestrując pole magnetyczne na zewnątrz odwiertu. Poglądowo aplikacja systemu przedstawiona została na rysunku 2.1. Zwiększona liczba rejestrowanych impulsów występuje na granicy poślizgu wewnętrznych warstw osuwiska pod wpływem działania siły zsuwającej F. Impulsy te mają charakter paczek fal wypełnionych przebiegami pola magnetycznego o konkretnej częstotliwości fo. Stwierdzono, że każdy z obszarów osuwiskowych posiada własne częstotliwości generowanych impulsów. Wynika z tego, że sonda pomiarowa winna posiadać właściwości pasmowego rejestratora pola magnetycznego o częstotliwości środkowej fo odpowiadającej częstotliwości, dla której najwyraźniej obserwowana jest generacja impulsów. Prezentowana metoda pomiarowa jest odmianą metody PEE, w której mierzone są impulsy składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego. ____________________________________________________________________________ 688 WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie” ____________________________________________________________________________ Rys. 2.1. Istota pomiaru naturalnego promieniowania magnetycznego ziemi na osuwisku Fig. 2.1. The idea of earth magnetic radiation measurement in landslide Ogólny schemat blokowy omawianego systemu przedstawiono na rysunku 2.2. Podstawę systemu pomiarowego stanowią dwa identyczne pod względem elektrycznym selektywne odbiorniki promieniowania magnetycznego tzw. sondy pomiarowe. Schemat blokowy odbiornika pomiarowego przedstawia rysunek 2.3. Odbiornik dostrojony jest do częstotliwości środkowej fo określonej rezonansem obwodu L1,C1, odseparowanego od pozostałych członów układu wtórnikiem. W prezentowanym rozwiązaniu fo = 14,5 kHz. Z kolei zastosowanie filtru pasmowego polepsza selektywność odbiornika. Mierzony sygnał po wzmocnieniu doprowadzany jest do nadajnika światłowodowego i linią światłowodową transmitowany jest do dalszych bloków systemu pomiarowego. Całkowite wzmocnienie sygnału elektrycznego w torze odbiornika wynosi 85 V/V. Zakres pomiaru indukcji magnetycznej B zawiera się w przedziale od 50 pT do 3,5 nT. Jeden z odbiorników pola magnetycznego, zwany także sondą podziemną, wprowadzany jest do odwiertu pomiarowego. Sondę tę zamknięto w hermetycznej obudowie wykonanej z plastikowego przewodu rurowego o średnicy = 40 mm i całkowitej długości l = 400 mm. Sondy są zasilane z baterii o napięciu 9 V, co zapewnia minimum 5 godzin pracy. Odbiornik w odwiercie utrzymywany jest za pomocą przewodu światłowodowego, którym transmitowany jest mierzony sygnał. Precyzyjne prowadzenie sondy zapewnia obrotowy bęben karotażowy, na którym nawinięty jest światłowód. W modelowym urządzeniu możliwe jest wprowadzenie sondy do odwiertu na głębokość do 100 m. Zastosowanie światłowodowego przesyłania danych z obydwu sond zmniejsza wrażliwość systemu pomiarowego na zakłócenia elektromagnetyczne. Bęben obrotowy zaopatrzony jest w czujnik obrotów oraz współpracujący z czujnikiem miernik głębokości, umożliwiający określenie położenia sondy z dokładnością 10 cm. ____________________________________________________________________________ 689 A. PRAŁAT, K. MANIAK – Zjawiska elektromagnetyczne występujące na osuwiskach ____________________________________________________________________________ Rys. 2.2. Schemat blokowy systemu pomiarowego Fig. 2.2. Block diagram of measuring system Rys. 2.3. Schemat blokowy odbiornika pomiarowego Fig. 2.3. Block diagram of measuring receiver Czujnik obrotów posiada też wyjście kluczujące przystosowane do współpracy z komputerem, co wymagane jest przy cyfrowej rejestracji danych. Drugi odbiornik, umieszczony na powierzchni ziemi (sonda naziemna) w pobliżu otworu pomiarowego, rejestruje powierzchniowe pole magnetyczne, którego część wnika pod powierzchnię ziemi, zakłócając rejestrowane pole podziemne. Słuszne wydaje się odjęcie od sygnału rejestrowanego przez sondę podziemną sygnału z sondy naziemnej. Metoda ta zapewnia znaczą eliminację z rejestrowanego sygnału zakłóceń elektromagnetycznych pochodzących z otoczenia naziemnego. Jest to szczególnie ważne w przypadku sąsiedztwa linii elektroenergetycznych, zabudowań, dróg itp. Podobny system pomiarowy zawierający sondę podziemną oraz naziemną, stosowany do rejestracji naturalnego promieniowania elektromagnetycznego ziemi w zakresie niskich częstotliwości przedstawił Tsutsui (2002), Singh i in. (2003). Sygnały z obydwu sond doprowadzane są do bloku przetwarzającego (wejścia A i C), w którego skład ____________________________________________________________________________ 690 WARSZTATY 2004 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie” ____________________________________________________________________________ wchodzą dwa odbiorniki linii światłowodowej, dające na wyjściu analogowy sygnał elektryczny. Poziomy amplitud otrzymanych sygnałów mogą być ustalane dzięki niezależnej regulacji wzmocnienia każdego toru odbiorczego w zakresie 1 – 10 V/V. Dla sygnału z sondy podziemnej przewidziano również wejście elektryczne (gniazdo B). Wynika to z możliwości stosowania różnych rodzajów bębnów karotażowych. Jeden z przewidzianych do użycia w systemie bębnów posiada wbudowany odbiornik linii światłowodowej, dając na wyjściu sygnał elektryczny. Kolejnym modułem wchodzącym w skład bloku przetwarzania jest układ odejmujący o wzmocnieniu jednostkowym. Wypadkowy sygnał różnicowy doprowadzony jest do modułu detektora szczytowego. Istnieje również możliwość kontrolnej obserwacji sygnału różnicowego przy pomocy oscyloskopu (wyjście D). Do wyjścia D podłączony jest także licznik impulsów, którego wskazanie bezpośrednio określa aktywność osuwiska na głębokości h. Napięcie stałe odpowiadające chwilowej wartości szczytowej przebiegu przetwarzane jest w przetworniku analogowo-cyfrowym, dającym na wyjściu informację cyfrową w standardzie RS232. Uzyskana wartość napięcia stałego informuje o natężeniu pola magnetycznego w danym punkcie, co odpowiada bezpośrednio intensywności zachodzących procesów osuwiskowych. Sygnał pomiarowy (wyjście E) doprowadzony jest do komputera i rejestrowany na dysku. System pomiarowy w warunkach polowych zasilany jest napięciem 12V, pozyskiwanym z akumulatora samochodowego, z wyjątkiem odbiorników pomiarowych posiadających własne zasilanie bateryjne. 3. Podsumowanie Jak wynika z przytoczonej literatury, osuwiska w stanie aktywnym są źródłem emisji fal elektromagnetycznych, przeważnie o charakterze impulsowym PEE (Pulsed Electromagnetic Emission). Największa aktywność emisji obserwowana jest z zakresie niskich częstotliwości, do 50 kHz. Zjawisko to wykorzystano do opracowania nowej metody pomiarowej umożliwiającej wykrycie zaburzenia stabilności osuwiska, poprzez wydzielenie stref, w których dochodzi do poślizgu warstw wewnętrznych pod wpływem siły zsuwającej. Dobre wyniki pomiarowe uzyskiwane są również w przypadku identyfikacji bloków skalnych przemieszczających się w osuwisku oraz innych obiektów znajdujących się w jego wnętrzu. Niewątpliwą zaletą stosowania prezentowanych metod pomiarowych wykorzystujących zjawiska elektromagnetyczne jest szybkość wykonywanych pomiarów, możliwość bezpośredniej rejestracji wyników, przy równoczesnej bieżącej kontroli mierzonych wielkości np. przy pomocy oscyloskopu. Hermetyczna konstrukcja sondy pozwala na pomiary aktywności osuwisk w odwiertach wypełnionych wodą, co bardzo często spotykane jest w praktyce. Dzięki możliwości miniaturyzacji sond pomiarowych w badaniach mogą zostać użyte istniejące już odwierty wykonane dla potrzeb pomiaru innymi metodami. Obudowane być muszą one jednak rurami niemetalowymi. Słuszne jest więc twierdzenie, że metody pomiarowe bazujące na zjawisku emisji naturalnego promieniowania elektromagnetycznego posiadają znaczną użyteczność w określaniu obszaru niestabilności zbocza osuwiska oraz prognozowaniu rozwoju tego typu zjawisk ze znacznym wyprzedzeniem, co jest szczególnie istotne w przypadku planowanych inwestycji budowlanych oraz szeroko pojętej oceny zagrożeń wynikających z istnienia osuwisk na danym obszarze. ____________________________________________________________________________ 691 A. PRAŁAT, K. MANIAK – Zjawiska elektromagnetyczne występujące na osuwiskach ____________________________________________________________________________ Literatura. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Blaha P. 2002: Zmiany naturalnego pola elektromagnetycznego na osuwisku Karolinka. Laboratory and Field Observations in Seismology and Engineering Geophysics, Kalab 2002, Institute of Geonics of the AS CR, Ostrava – Poruba, Czech Republic, ISBN 80-86407-01-2, 247 – 255. Bogoslovsky V. A., Ogilvy A. A. 1977: Geophysical methods for the investigation of landslides. Geophysics vol.42, no.3/1977, 839 – 861. Duras R., Blaha P. 2002: Czasowy rozkład emisji elektromagnetycznej. Laboratory and Field Observations in Seismology and Engineering Geophysics, Kalab 2002, Institute of Geonics of the AS CR, Ostrava – Poruba, Czech Republic, ISBN 80-86407-01-2, 261 – 272. Godio A., Botio G. 2001: Electrical and electromagnetic investigation for landslide characterisation. Earth Physics vol.26, no.9/2001, 705 – 710. Kharkhalis N. R. 1995: Manifestation of natural electromagnetic pulse emission on landslide slopes. Geophysical Journal vol.14, no.4/1995, 437 – 443. Mastow R. Sz., Jaworowicz W. L., Gold R. M. 1989: Elektromagnitnaja aktiwnost pri geologiczeskich ispitaniach gornych porod. Inzenernaja Geologia 2/1989, 121 – 124. McCann D. M., Forster A. 1990: Reconnaissance geophysical methods in the landslide investigations. Engineering Geology no.29/1990, 59 – 78. Prałat A., Maniak K., Wójtowicz S. 2004: Urządzenie do pomiaru osuwisk i sposób pomiaru występowania osuwisk; Wniosek Patentowy. Rudko G. I., Mastow R. Sz., Sałomatin W. N. 1989: Elektromagnitnaja aktiwnost pri razwitii opolzniei glinistych otłożeniach. Inzenernaja Geologia 6/1989, 119 – 121. Singh B., Hayakawa M., Mishra P. K., Singh R. P., Lakshmi D. R. 2003: VLF electromagnetic noise bursts observed in a borehole and their relation with low-latitude hiss. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics no.65/2003, 269 – 276. Tsutsui M. 2002: Detection of earth-origin electric pulses. Geophysical Research Letters vol.29, no. 8/2002, 35-1, 35-4. Vybiral V. 2002: The PEE method helps assess slope stability. Laboratory and Field Observations in Seismology and Engineering Geophysics, Kalab 2002, Institute of Geonics of the AS CR, Ostrava – Poruba, Czech Republic, ISBN 80-86407-01-2, 221 – 229. Wagner P., Scherer S., Jardoń D., Mokra M., Vybiral V. 2002: Analisys of landslide monitoring result. Proceedings of the First European Conference on Landslides, Prague, Czech Republic, 24 – 26 June 2002, 471 – 476. Electromagnetic phenomena occuring in landslides In this paper electromagnetic phenomena occuring during landslides activity are presented, and their characteristics and measurement methods analysed in details. In this context pulsed electromagnetic fields appeared crucial. These fields started a new method of landslide study known as PEE (Pulsed Electromagnetic Emission). Many aplications of these electromagnetic phenomena in stability assesment and inner structure investigations of landslides were presented. The authors designed and constructed a new measuring system for landslides investigation that was based on electromagnetic impulses emission phenomena. Przekazano: 20 marca 2004 r. ____________________________________________________________________________ 692
