Powstała Sudecka Sieć Sejsmologiczna

W rejonie sudeckim powstała nowa sieć sejsmologiczna, której zadaniem jest rejestracja naturalnych mikrowstrząsów sejsmicznych. Projekt został zrealizowany w ramach czwartego etapu projektu „Monitoring Geodynamiczny Polski”, finansowanego przez NFOŚiGW i prowadzonego przez Centrum Geozagrożeń Państwowego Instytutu Geologicznego – PIB. Za część sudecką odpowiadało Centrum Modelowania Procesów Geologicznych z Oddziału Dolnośląskiego PIG-PIB.

Pierwszy etap budowy sieci objął obszar Ziemi Kłodzkiej i jej otoczenia – regionu, który, jak wskazują dotychczasowe badania neotektoniczne, geodezyjne i paleosejsmologiczne wykazuje wyraźną, współczesną aktywność geodynamiczną. Po stronie czeskiej zjawiska sejsmiczne są regularnie monitorowane już od prawie 30 lat. Nowa sieć umożliwi dokładniejszą analizę zjawisk sejsmicznych po stronie polskiej i wzmocni transgraniczną współpracę naukową, poprzez integrację z czeskimi sieciami sejsmologicznymi CRSN oraz MONET.

Sudecka Sieć Sejsmologiczna (ang. Sudetic Seismological Network) została oficjalnie zarejestrowana w 2024 roku w serwisie FSDN pod akronimem S9 i otrzymała identyfikator DOI: https://dx.doi.org/10.7914/s0aq-xq29.Dane rejestrowane przez sieć S9 będą na bieżąco udostępniane światowym serwerom danych sejsmologicznych, zgodnie z międzynarodowymi standardami.

 

Cele badawcze

Jednym z kluczowych celów badawczych Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej jest określenie statystycznych parametrów sejsmiczności regionu. Po kilku latach systematycznych rejestracji zgromadzone dane pozwolą na stworzenie nowoczesnego modelu hazardu sejsmicznego dla Ziemi Kłodzkiej i jej okolic, a w przyszłości – dla całego obszaru sudeckiego.

Dzięki nowoczesnym metodom analizy mikrowstrząsów możliwe będzie precyzyjne rozpoznanie sejsmogenicznych uskoków oraz ich przebiegu w głębi skorupy ziemskiej. To ważny krok w zrozumieniu współczesnych procesów geodynamicznych zachodzących w regionie. Odpowiednie zagęszczenie sieci sejsmologicznej umożliwi także analizę mechanizmu ogniska trzęsień ziemi, dostarczając cennych informacji o stanie naprężeń w górotworze.

Dodatkowym efektem badań będzie opracowanie dokładniejszego modelu prędkości fal sejsmicznych w skorupie ziemskiej, co pozwoli na lepsze poznanie głębokiej budowy geologicznej południowo-zachodniej Polski. Wyniki sejsmologiczne, wzbogacone danymi geodezyjnymi, neotektonicznymi i paleosejsmologicznymi oraz modelowaniem numerycznym, posłużą do precyzyjnego określenia parametrów bezpieczeństwa dla dużych inwestycji geotechnicznych w regionie sudeckim.

Dobór lokalizacji stacji Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej – kluczowe kryteria i metodyka

Aby osiągnąć założone cele badawcze, w tym możliwość rejestracji mikrosejsmicznych wstrząsów o magnitudzie nawet poniżej zera, kluczowe było precyzyjne dobranie lokalizacji stacji sejsmicznych. Szczególną uwagę zwracano na zapewnienie wysokiej jakości rejestracji, co wiązało się przede wszystkim z wyborem stanowisk o twardym podłożu skalnym oraz niskim poziomie szumu sejsmicznego.

Podziemne lokalizacje, dzięki swojemu oddaleniu od powierzchni terenu, charakteryzują się zazwyczaj niskim poziomem zakłóceń antropogenicznych i stanowią idealne stanowiska do rejestracji słabych wstrząsów. Z tego względu przy selekcji lokalizacji dla Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej priorytetowo traktowano właśnie obiekty podziemne.

Proces wyboru miejsc dla stacji poprzedziły szczegółowe analizy i wizje terenowe, obejmujące ponad 100 potencjalnych obiektów. Kluczowe znaczenie miały bezpośrednie pomiary poziomu szumu sejsmicznego, przeprowadzone w ponad 40 wyselekcjonowanych lokalizacjach. W wielu przypadkach były to długoterminowe testy trwające nawet kilkanaście dni, a w niektórych obiektach podziemnych badano szum na kilku stanowiskach.

Istotnym aspektem planowania sieci było także odpowiednie rozmieszczenie stacji – zarówno pod względem odległości między nimi, jak i ich pokrycia azymutalnego w stosunku do potencjalnych ognisk wstrząsów. Strefy sejsmogeniczne typowano na podstawie danych historycznych oraz analizując wieloletnie rejestracje sejsmiczne z sąsiednich terenów po stronie czeskiej. Uwzględniano również rozmieszczenie istniejących stacji sejsmologicznych czeskich sieci CRSN i MONET, aby zapewnić optymalne warunki do współpracy i wymiany danych.

Aparatura i rozwiązania techniczne zastosowane w Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej

Do budowy Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej wykorzystano nowoczesne stacje sejsmiczne firmy Güralp, składające się z rejestratorów Minimus oraz trójskładowych sejsmometrów 40T w szerokopasmowej wersji (rejestracja okresów drgań do 30 sekund). Dzięki niskiemu poziomowi szumu własnego urządzeń możliwa jest rejestracja nawet bardzo słabych drgań sejsmicznych.

Transfer danych z rejestratorów do serwera w siedzibie PIG-PIB odbywa się za pomocą przemysłowych routerów Teltonika, które zapewniają łączność poprzez sieć GSM. W niektórych górskich lokalizacjach, gdzie sygnał telefonii komórkowej jest słaby, konieczne było zastosowanie anten wzmacniających sygnał GSM.

Kluczowym elementem systemu jest precyzyjna synchronizacja czasu na bazie systemu GNSS, niezbędna do prawidłowej rejestracji danych sejsmicznych. Standardowo odbywa się ona z wykorzystaniem odbiornika GNSS zintegrowanego z anteną podłączanego bezpośrednio do rejestratora. Jednak w przypadku instalacji w warunkach podziemnych, np. w sztolniach nieczynnych kopalni, długie kable łączące antenę z rejestratorem stanowią wyzwanie techniczne i finansowe.

W sieci S9 zastosowano alternatywne rozwiązanie – synchronizację czasu w sieci LAN za pomocą serwera czasu PTP, zlokalizowanego w obiekcie naziemnym. Takie rozwiązanie pozwala na łatwe wyprowadzenie anteny GNSS, a do przesyłania danych i synchronizacji czasu używany jest światłowód. Dzięki temu stacje sejsmiczne mogą być instalowane w głębokich stanowiskach podziemnych, znacznie oddalonych od wejścia do obiektu.

Prace instalacyjne

Prace instalacyjne w ramach Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej były realizowane przy wsparciu doświadczonego wykonawcy specjalizującego się w pracach podziemnych. Zakres działań obejmował m.in.:

• odsłonięcie podłoża skalnego w sztolniach,
• wykonanie postumentów pomiarowych,
• doprowadzenie i przystosowanie kabli zasilających do rejestratorów,
• instalację wodoodpornych skrzynek zabezpieczających urządzenia (m.in. rejestratory, routery, serwery czasu, konwertery, zasilacze awaryjne, transformatory),
• montaż kabli światłowodowych, które w niektórych przypadkach prowadzone były na odcinku kilkuset metrów,
• instalację anten GNSS i GSM.
  
  

Złożone warunki panujące w obiektach podziemnych często wymuszały niestandardowe podejście, np. doprowadzenie zasilania do rejestratorów przy użyciu prądu niskonapięciowego. Dodatkowo we wszystkich lokalizacjach zastosowano autorskie rozwiązanie, które nie tylko chroni sejsmometry przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi, ale także zapewnia ich stabilizację termiczną, co jest kluczowe dla prowadzenia precyzyjnych pomiarów.

Struktura i rozmieszczenie stacji Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej S9

Lokalizacje stacji sejsmicznych Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej S9 (czerwone) na tle położenia okolicznych stacji sejsmicznych sieci PSG_Sejs_NET (niebieskie), PLSN (zielone) oraz CRSN (białe) i MONET (czarne symbole)

  image Mapa w dużej rozdzielczości (8.60 MB)

Nowo utworzona Sudecka Sieć Sejsmologiczna (S9) składa się z 12 stacji sejsmicznych rozmieszczonych w rejonie Ziemi Kłodzkiej i jej otoczenia. Ich lokalizacje i kody zostały przedstawione na rysunku powyżej, wraz ze stacjami należącymi do PSG_Sejs_NET, Polskiej Sieci Sejsmologicznej (PLSN) oraz Czeskiej Regionalnej Sieci Sejsmologicznej (CRSN) i sieci MONET.

Pięć stacji zainstalowano w obiektach podziemnych, co zapewnia szczególnie niski poziom szumu sejsmicznego i bardzo stabilne warunki pomiarowe:

1. KLET – Stara Kopalnia Uranu w Kletnie,
2. ZLOT – Stara Kopalnia Złota w Złotym Stoku, 
3. OSOW – Podziemne Miasto Osówka,
4. SZKL – nieczynna kopalnia niklu w Szklarach Hucie,
5. WIRY – nieczynna kopalnia magnezytu „Wiry” w Wirkach.
   
   

Stacja KLOD została umiejscowiona w podziemnym korytarzu na terenie Twierdzy Kłodzko.

Sześć pozostałych stacji działa w obiektach naziemnych, najczęściej w pomieszczeniach piwnicznych lub nieczynnych magazynach, w bezpośrednim lub bliskim kontakcie z twardym podłożem skalnym:

Stacja sejsmiczna BUKO w Bukowinie k. Pstrążnej. A) Pomieszczenie z sejsmometrem i skrzynką z rejestratorem, routerem oraz zasilaczem buforowym. Foto M. Dąbrowski. B) Widok na antenę GNSS oraz antenę wzmacniającą sygnał GSM. Foto A. Haczek

• BUKO – Bukowina,
• MIKO – Mikołajów,
• RADO – Radochów,
• WYSZ – Wyszki,
• BOZN – Bożnowice,
• SLAW – Sławniowice.
  
  

Odległości między sąsiadującymi stacjami nie przekraczają 30 km, co zapewnia odpowiednie pokrycie regionu. Geometria sieci oraz rozmieszczenie stacji mogą być w przyszłości optymalizowane w celu poprawy efektywności rejestracji sejsmicznej.

Przykładowa rejestracja pochodząca ze stacji sejsmicznej sieci S9. Dobowy sejsmogram składowej pionowej HHZ ze stacji OSOW z dn. 28.01.2025. Filtr przepustowy w zakresie 1-10 Hz. Wykres wykonano w programie Matlab

Przykładowa analiza szumu sejsmicznego pochodząca ze stacji sejsmicznej sieci S9. Widmowa gęstość mocy szumu zarejestrowanego na stacji WIRY w okresie 3 h w dn. 07.02.2025 (składowa HHZ). Wykres wykonano w programie Discovery. 

Edukacja i popularyzacja nauki

Widok na infomat zainstalowany na Podziemnej Trasie Edukacyjnej po nieczynnej kopalni Niklu, Chyzoprazu i Opalu w Szklarach. Foto. Sz. Kostka

W udostępnionych turystycznie obiektach podziemnych w Kletnie, Złotym Stoku, Osówce i Szklarach zainstalowano infomaty, które na bieżąco wyświetlają rejestrowane sygnały sejsmiczne. Celem tej inicjatywy jest popularyzacja nauki i promocja projektu „Monitoring Geodynamiczny Polski” w społeczeństwie. Dzięki infomatom odwiedzający mogą:

• zobaczyć w czasie rzeczywistym dane z lokalnych stacji sejsmicznych,
• dowiedzieć się więcej o aktywności sejsmicznej w regionie sudeckim,
• zrozumieć znaczenie monitorowania procesów geodynamicznych.
  
  

To doskonała okazja do zwiększenia świadomości społecznej na temat zagrożeń sejsmicznych oraz znaczenia badań geofizycznych dla bezpieczeństwa i rozwoju regionu.

Współpraca i podziękowania

Utworzenie Sudeckiej Sieci Sejsmologicznej zaowocowało podpisaniem porozumień o współpracy między Państwowym Instytutem Geologicznym – PIB a znaczącymi w rejonie obiektami turystycznymi, w tym m.in. Starą Kopalnią Uranu w Kletnie, Kopalnią Złota w Złotym Stoku, Podziemnym Miastem Osówka oraz Podziemną Trasą Edukacyjną po nieczynnej kopalni Niklu, Chryzoprazu i Opalu w Szklarach.

Podziękowania kierujemy do Sanatoriów Dolnośląskich, Parafii pw. Św. Michała Archanioła w Bystrzycy Kłodzkiej, Kopalni Wiry, Twierdzy Kłodzko oraz osób prywatnych, które wyraziły zgodę na instalację stacji sejsmicznych. Jesteśmy również wdzięczni mieszkańcom Dolnego Śląska za wsparcie i przychylność w trakcie prowadzenia analiz szumu sejsmicznego.

Dziękujemy także za profesjonalną obsługę firmie Integrators (Dariusz Demarczyk) – dostawcy aparatury badawczej – oraz firmie FreeWood (Anna Haczek i Szymon Kostka) za doskonałą współpracę przy pracach instalacyjnych.

Sudecka Sieć Sejsmologiczna została sfinansowana ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

Tekst: Marcin Dąbrowski, Bartłomiej Grochmal, Marcin Olkowicz, Kamila Karkowska