 |
|
|
|
GISáček |
|
|
|
GIS otřesů v oblasti ostravsko - karvinské pánveE – mail: Petr Svoboda ÚvodDůlní otřes je jev náhlého porušení horského masivu, při němž jsou jeho stavební jednotky vyvrženy či vysunuty do důlního díla natolik, že důlní dílo přestává plnit svou funkci po stránce provozně bezpečnostní. Otřesové jevy jsou v principu shodné s důlními otřesy, mají stejné příčiny, ale liší se od nich kvantitativně natolik, že po jejich vzniku důlní dílo nepřestává plnit funkci po stránce provozně bezpečnostní. Za otřesové jevy se považují mikrootřesy, rázy a odprýskávání. Důlní otřesy a otřesové jevy znamenají pro každé důlní dílo značné nebezpečí. Vlivy na důlní otřesyV zemské kůře jsou horniny v napěťovém stavu, o němž můžeme předpokládat, že je charakterizován geostatickým rozložením napětí. Zásahem do horninového prostředí, tj. vyražením důlních děl, se v jejich určitém okolí změní napěťový stav. Okolní horniny se deformují směrem do vyraženého důlního díla a vyvolávají tlak na jeho výztuž. Na velikost tlakových a deformačních projevů v důlních dílech má vliv mnoho činitelů, které je možno rozdělit do tři hlavní skupiny:
Obecná definice důlního otřesuDůlní otřes je možno definovat jako náhlé uvolnění energie nahromaděné v horninovém prostředí, které obklopuje důlní dílo, přičemž se tato uvolněná potenciální energie v místech nejmenšího odporu mění v energii kinetickou. Účinky při uvolňování závisí jak na množství uvolněné energie, tak i na čase, v němž se energie z horninového prostředí uvolní. Z toho plyne, že:
Průběh otřesů doprovází náhlé rozdrcení uhelného pilíře, popraskání hornin, vyhození celých horninových bloků do prostoru důlního díla (porubu), náhlý zával nadloží a popřípadě i prudké zvednutí hornin přímého podloží. Průvodním jevem důlního otřesu je akustický efekt a záchvěvy pohoří, které můžeme mnohdy pozorovat až na zemském povrchu. Předpokladem pro vznik důlních otřesů jsou určité specifické přírodní a provozně technické podmínky, příčinou vzniku důlních otřesů je nahromadění potenciální energie a podnětem k rozpoutání jsou hornické práce. Druhy otřesůPodle místa původu impulsu a místa vzniku je možno důlní otřesy na uhelných ložiskách rozdělit na dvě hlavní skupiny:
Tektonické poměrySedlové vrstvy v ostravsko-karvinském revíru jsou vyvinuty pouze ve strmém ramenu orlovské poruchy a na východ od ní, kde se noří v plochém uložení do větších hloubek. Základním rysem této oblasti položené na tuhý, těžko vrásnitelný paleokarpatský blok je vrásnění i zlomová tektonika germanotypního stylu. Germanotypní tektonikukarvinské části ostravsko-karvinského revíru lze obecně charakterizovat:
Germanotypní tektonika východně od orlovské poruchy je výsledkem „ochrany podloží“, která se považuje za význačný rys paleokarpatského bloku nejen u nás, ale i v Polsku. Rozhraní mediotypní stavby (je charakteristická pro ostravskou a částečně i petřvaldskou oblast) a germanotypní stavby leží v orlovské poruše, která se tak projevuje vedle rozhraní rozdílné subsidence i jako významná hranice tektonické stavby.Geneticky i stavebně jde u orlovské poruchy o složitý útvar směru jihojihozápad-severoseverovýchod, probíhající jako významná strukturní linie celým naším územím. Vznikla roztržením vyklenujícího se prahu (antiklinály) za poklesnutí a podsmyknutí východního křídla pod nepohyblivé křídlo západní, což lze srovnat s procesem vzniku hronovsko-poříčské poruchy vnitrosudetské pánve. Vzhledem k relativitě pohybu ker lze obecně chápat tzv. podsmyk jako přesmyk. Hlavním stavebním prvkem orlovské poruchy je silně dislokované centrální poruchové pásmo široké 100 až 300 m a skloněné pod úhlem 30 až 450 k západoseverozápadu. Tímto pásmem jsou odděleny mírně ukloněné vrstvy západního křídla – porušené vcelku menšími poklesy a přesmyky – od stejně starých, příkře ukloněných až překocených vrstev křídla východního. Zjíštění této poruchové zóny má velký praktický význam nejen pro ražení děl mezi západním a východním křídlem orlovské poruchy, ale obzvlášť pro úložné poměry petřvaldské dílčí pánve, která je zmíněnou poruchovou zónou zasažena ve svých hlubších částech, což nutně povede k zmenšení aktivní plochy dobývacích prostorů dolů petřvaldské oblasti ostravsko-karvinského revíru. Osa původní antiklinály se na našem území ponořuje rovnoměrně k severovýchodu, takže směrem k jihozápadu vystupují při orlovské poruše stále starší vrstvy. Například v úrovni –400m je v orlovské poruše mezi Bruzovicemi a Staříčem spodní karbon, kdežto u Orlové je to 1. ležatá sloj jakloveckých vrstev. Tento rozdíl odpovídá ponoření o 2000 m na vzdálenost asi 16 km. Lze tedy považovat orlovskou poruchu za obrovský pokles provázený podsmyknutím východního křídla – tedy morfologický přesmyk, čemuž nasvědčuje pozorování i z polské části hornoslezké pánve, kde je patrno, že osa struktury se dále ponořuje a podsmyknutí postupně vzrůstá. Orlovská porucha je strukturní linií zasahující až do krystalického podloží hornoslezké pánve, kde odděluje západní blok slezký od východního paleokarpatského. Tuto starou linii sleduje i karbonský vulkanismus. Charakteristickým rysem germanotypní stavby karvinské části OKR je však zlomová tektonika. Jde většinou o poklesy charakterizované virgací v podobě Y a ojediněle provázené flexurovitým ohybem vrstev. Zlomy severojižního směru se považují za starší. K vyznačeným severojižním poklesům, probíhajícím téměř celým územím, patří (od západu na východ) poruchy Gabriela, Barbora, stonavská, albrechtická a tzv. východní neboli hraniční zlom. Samostatné postavení zaujímá svým severozápadním směrem obrovská porucha řeky Olše, jejíž východní křídlo shazuje vrstvy o 120 až 250m. Šířka poruchového pásma při této poruše provázené na západě flexurovitým ohybem vrstev je 250 až 300 m, což představuje vážný problém z hlediska ražení dlouhých důlních děl, jak již bylo ověřeno v praxi ražením průzkumných překopů. Druhý systém zlomů představují poklesy směru západoseverozápad – východojihovýchod až západ – východ, které vytvářejí z celé karvinské oblasti xenomorfní stupňovitou hráz. Proto jsou u severnějších shozena vždy severní křídla, u jižněji položených poklesů pak jižní křídla. K těmto zlomům (od severu k jihu) patří porucha doubravská eleonorská, žofínská, Anna, jindřišská, Ceres, lazecká, Dora a jiné Kromě těchto poruch se na základě vrtů z povrchu předpokládá řada zlomů, jejichž existenci potvrdí až rozvinuté hornické práce. Cil práceCílem tohoto projektu je na části území ostravsko - karvinské pánve analyzovat důlní otřesy a otřesové jevy s energií větší než 1,0 v období od 8. ledna 1990 do 13. července 2000 s ohledem na tektonické poruchy dané oblasti. Pro co nejpřesnější zobrazení bude výsledek zpracován do trojrozměrné mapy. Následné analýzy nám ukážou vliv tektonických poruch a důlní činnosti na důlní otřesy v ostravsko – karvinské pánvi. Záznamy otřesůZáznamy otřesů, které byly lokalizovány a zaznamenány na středisku důlního průzkumu v Paskově z karvinské části ostravsko – karvinské pánve obsahují:
Č.p. – popisné číslo daného záznamu (i 456). Čas –přesný čas kdy k otřesu došlo ve formátu hh:mm:ss.sss. X,Y,Z – souřadnice daného otřesu. Magn. – magnitura otřesu. Energ. – energie otřesu. Čtverec – místo na mapě, kde k otřesu došlo. Pozn. – Poznámka o vlastnostech otřesu. (např. „TP“ – trhací práce, DO – důlní otřes). Mapové podkladyPro vytvoření trojrozměrného modelu zlomu byly použity tři zaregistrované mapy:
Použité programové prostředky a důvody výběruPro realizaci tohoto projektu byly požadovány tyto programové prostředky
Příprava datJako první krok při této práci bylo zajištění potřebných dat, zjištění množství použitelných dat jejich stáří přesnost využitelnost. Zajištění potřebných informací k následným analýzám.Úprava dat o otřesechData získané v textovém formátu od DP Paskov bylo třeba pro použití v programu ARC VIEW upravit do formátu dbf. Tuto úpravu jsem provedl pomocí programu MS EXCEL 2000. Ale nejdřív jsem textové pole upravil pro použití v programu MS Excel, načetl jsem jej do sloupců pomocí funkce „ Text do sloupců“ v nabídce „Data“. Dalším krokem bylo zajištění správného formátu popisných souřadnic důlních otřesů. Před jakoukoliv matematickou úpravou souřadnic bylo nutné odstranit prázdná místa, vznikající za číselnými údaji, pomocí vzorce: kde ZLEVA znamená odečítání od konce čísla. DÉLKA (B1)-2 znamená dvě pozice Po této úprávě bylo možné, převést souřadný systém důlního průzkumu Paskov na souřadný systém odpovídající v ArcView konkrétně do systému Křovák. Nakonec jsem takto upravený soubor uložil ve formátu DBF 4 ( ukázka). Zobrazení dat v programu Arc ViewZ takto upravených dat jsem v programu ARC VIEW vytvořil 2D obraz a následně, přidáním třetí souřadnice jsem jej převedl do 3D scény. Nejprve otevřeme námi upravenou databázi v okně Tables (tabulky) pomocí tlačítka add (přidat). Otevře se nám okno, ve kterém si vybereme požadovanou databázi s příponou dbf. Dále v okně View (zobrazení)otevřeme nové okno do kterého pomocí příkazu add event theme (přidat téma). Vytvoříme nové téma, které bude obsahovat údaje z námi otevřené tabulky, konkrétně se bude jednat o X a Y souřadnice. Tímto způsobem vytvoříme 2D obraz důlních otřesů. Pro práci z formátem 3D je nutné programu připojit nadstavbu 3D Analyst. Tento krok provedeme pomocí příkazu Extensions (nadstavba) v nabídce File (soubor) Tímto způsobem vytvoříme 3D obraz důlních otřesů. Digitalizace mapových podkladůDigitalizaci, kterou budeme provádět opět v programu ArcView, lze také nazvat digitalizace na obrazovce. Z nabídky View (zobrazení) vybereme příkaz New Theme (nové téma). Otevře se dialogové okno „Nové téma“ z jehož rozbalovacího seznamu Feature Type (Typ prvku) vybereme „Line“ (čáry). Zobrazí se další dialogové okno ve kterém specifikujeme název nového tématu, jeho velikost a umístění. Do zobrazovacího okna je přidáno nové téma s názvem, který jsme zadali v předchozím okně. Přerušovaná čára kolem jeho zaškrtávacího políčka znamená, že je lze editovat. Z rozbalovacího seznamu nástroje Nakreslit vybereme nástroj Linie (čáry). Začneme zakreslovat tvar a průběh jednotlivých zlomů, tento postup provedeme na všech třech mapách. Po dokončení digitalizace vybereme z nabídky Theme (téma) funkci Stop Editing - ukončit editování a uložíme změny do námi vytvořeného souboru. Tvorba 3D mapy zlomůDoposud jsme používali program Arc View nyní začneme pracovat s programem Microstation od firmy Bentley. Pro vytvoření 3D mapy tektonických zlomů budeme potřebovat digitalizované řezy každého zlomu na mapě odkrytého karbonu, na mapě v hloubce 250m pod hladinou moře a na mapě povrchu ostravsko – karvinské pánve. Takto digitalizované linie (čáry) načteme do souboru, který má formát „seed3D“ a pomocí příkazu konstrukce plochy rovinnými řezy vytvoříme přibližný trojrozměrný obraz daného zlomu. ZávěrZávěrem bych rád poukázal na nepřesnosti, které mohou v tomto projektu vzniknout. Je nutné například počítat s nepřesností lokalizace každého otřesu. Čím je otřes slabší, tím hůř se dá určit jeho poloha epicentra, avšak daleko hůř se určuje poloha hypocentra. Stává se, že hypocentrum nelze vůbec lokalizovat a proto se určuje odhadem pomocí mapování práce v daném území. Při vizualizaci všech 3260 záznamů a všech tektonických poruch může dojít k nevyužitelnosti práce z důvodu nepřehlednosti výstupu. Tento problém by se však dal odstranit větším měřítkem mapy zájmové oblasti nebo výběrem pouze větších zlomových linií a větších otřesů, což by však mělo za následek neobjektivnost celé práce. Další krokem by mohlo být sloučení otřesů s přibližně stejnou polohou a stejnou dobou vzniku. Některé chyby a nepřesnosti mohou vzniknout při samotné digitalizaci na obrazovce. Daleko přesnější by byla digitalizace pomocí digitizéru. V dalším kroku mne bude zajímat jak zjednodušit převody mezi programovým prostředím Arc View a Microstation, a zda by nebylo lepší k celému projektu využívat pouze jeden z uvedených programových prostředků. Zkratky a termíny
DO : - Důlní otřes Flexurovitý ohyb : - Pokles části horninové kry aniž by došlo k GIS : - Geografický informační systém. Germanotypní tektonika : - Má stavbu normálních vrás a přesmyků. TP : - Trhací práce. Literatura[1]Straube,R.: Důlní otřesy v karbonském pohoří, SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha 1972, 438 stran. [2]Tuček,J.: Geografické informační systémy. ComputerPress,Praha 1998, 424 stran ISBN80-7226-091-X. [3]Pracujeme s geografickým informačním systémem ArcView GIS, ComputerPress,Praha 1999, 360 stran, ISBN 80-7226-214-9. [4] Sborník vědeckých prací VŠB v Ostravě. Řada hornicko-geologická, Vysoká škola báňská 1967, 235 stran [5] Sborník vědeckých prací VŠB v Ostravě. Řada hornicko-geologická, Vysoká škola báňská 1983, 174 stran. |
|
Copyright (C) VŠB - TU Ostrava,
Institut geoinformatiky, 2001-3. Všechna práva vyhrazena. |