Obr.1, 2 Ukázky dobývání rud kladívkem a mlátkem a sázení ohněm. univerzita Ostrava, fakulta stavební, L. Podestě 1875, Ostrava

Transkript

1 Libuše HOFRICHTEROVÁ 1, Zdeněk KALÁB 2, Jaromír KNEJZLÍK 3 GEOFYZIKÁLNÍ A SEIZMOLOGICKÁ MĚŘENÍ NA LOKALITĚ HISTORICKÉHO DOLU JERONÝM V ČISTÉ GEOPHYSICAL AND SEISMOLOGICAL MEASUREMENTS IN MEDIEVAL MINE JERONYM AT CISTA Abstract Results of surface geophysical measurement, especially geoelectrical and radiometric methods, and their interpretation, which were obtained during experimental measurement in surrounding of the medieval Mine Jeronym, are presented in this contribution. Basic information about seismological monitoring in the mine is also included. Main part of registration is seismic effect of blasts using at reconstruction of gallery. Úvod Do povědomí geologicky orientované veřejnosti se začíná dostávat hornická památka evropského významu - nemovitá kulturní památka Důl Jeroným v CHKO Slavkovský les, skládající se z části starých důlních děl SDD a komplexu opuštěných důlních děl ODD. Tato památka doplňuje fond evropských montánních památek zejména v oblasti těžby a zpracování cínu za období druhé poloviny 16. století v části SDD a za období téměř přes 4 let průzkumu a těžby v části ODD. Důl Jeroným byl v roce 199 prohlášen Ministerstvem kultury ČR kulturní památkou a předpokládá se využití této památky ke zřízení muzea. Historie a geologie tohoto ložiska byla publikována např. Beranem et al. (1995), Iványim (2) nebo Žůrkem a Kořínkem (23). Ukázky dobývání rud kladívkem a mlátkem a sázení ohněm jsou na obr. 1 a 2. Obr.1, 2 Ukázky dobývání rud kladívkem a mlátkem a sázení ohněm 1 Doc., RNDr., CSc., VŠB Technická univerzita, 17. listopadu 15/2172, Ostrava, hofrichterova@vsb.cz 2 Doc., RNDr., CSc., Ústav geoniky AV ČR, Studentská 1768, Ostrava, kalab@ugn.cas.cz, též VŠB Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební, L. Podestě 1875, Ostrava 3 Ing., CSc., Ústav geoniky AV ČR, Studentská 1768, Ostrava, knejzlik@ugn.cas.cz 31

2 První kroky směřující k zachování komplexu důlních děl Jeroným byly učiněny v 9 -tých létech. V roce 2 byly vypracovány detailní studie zpřístupnění tohoto historického objektu (Kořínek a Žůrek, 1999, Bernard a Suček, 2) a byly zahájeny sanační práce. V současné době probíhají pod garancí DIAMO - SUL, s.p., o.z. Příbram, hornické práce na rekonstrukci zavalené dědičné štoly Jeroným. Tato štola plní i nyní v omezené míře funkci základního odvodňovacího a větrného systému. Při přípravných pracích je věnována pozornost zabezpečení důlních děl i vlastních památek před poškozením. Účelem stávajícího geomechanického a seizmologického monitoringu je posouzení geomechanické stability části ODD, kontrola dopadu prováděných hornických prací na historické důlní prostory a silnici procházející nad důlním dílem, jehož některé prostory se nachází mělce pod povrchem terénu. Cílem tohoto příspěvku je presentovat povrchová geofyzikální měření (rezistivitní a radiometrické) a interpretované výsledky, kterých bylo dosaženo při výše uvedených experimentech v roce 21, a přehled dosavadního seizmologického monitoringu. Dosavadní geomechanický a seizmologický monitoring Základními aktivitami z pohledu posuzování stability důlního díla Jeroným jsou geologický monitoring (provedení detailních strukturně tektonických měření, sledování pohybu bloků na stávajících puklinách), konvergenční měření, sledování hydrogeologické situace a seizmologický monitoring. Od roku 21 se provádí čtvrtletní kontrolní odečety rozvoje trhlin v důlním díle (především pomocí sádrových a skleněných terčíků 1 měřících míst), vývoje změn konvergenčních profilů v liniových a prostorových dílech (21 měřících míst) a pohybu úrovně hladiny důlních vod (4 stanoviště). V roce 24 bylo při započetí rekonstrukce dědičné štoly zahájeno monitorování seizmického zatížení díla, a to stanicí instalovanou přímo v důlním díle. Výsledky těchto měření jsou průběžně presentovány (např. Kaláb, 23, 24, Žůrek et al., 24). Nastíněný souhrn sledování horninového masivu je doplněn i pravidelným měřením stability silnice č. II/21 (přesná nivelace bodů v tělese vozovky - požadavek orgánů státní správy). V souvislosti se zahájením technologických prací při zmáhání zavalené části dědičné štoly Jeroným bylo provedeno kontrolní odečtení geomechanických parametrů a také testovací seizmologické měření. Závěry z měření v roce 23 (Kořínek et al., 24) byly formulovány následovně: Lze konstatovat, že měření konvergencí nevykazovalo žádné změny. Geologická sledování přináší vždy některé změny (prasklé terčíky na puklinách), ale přesto můžeme konstatovat, že nedochází k pozorovatelným změnám na sledovaných místech. Nejvýznamnější pohyby byly dokladovány v oblasti tzv."kamenného můstku". Největší změny byly dokladovány ve změně výšky hladiny důlních vod, což může ovlivňovat eventuální změny stability. Experimentální seizmologické měření prokázalo nepatrný seizmický vliv vyvolaný průjezdem nákladních automobilů po komunikaci nad důlním dílem. Studie archivních materiálu poukázala na blízkost (cca 25 km) lokality s významnou přirozenou seizmickou aktivitou Kraslicko. Rezistivitní měření Geofyzikální povrchové měření provedené v roce 21 zahrnovalo metody geolektrické a radiometrické (Žůrek et al., 21). Rezistivitní měření bylo realizováno na povrchu nad známými prostorami důlního díla na čtyřech profilech. Jeho cílem bylo: 1. vymezit nízkorezistivitní zóny, které by mohly být oslabenými zónami, protože s největší pravděpodobností se jedná o rozrušené skalní horniny (žuly či ruly) s větším obsahem vody (toto oslabení může být vyvoláno tektonickým porušením či porušením v důsledku dobývání), 32

3 2. vymezit zóny vyšší rezistivity, které by mohly být jednak projevem důlních děl, jednak projevem závalu v těchto důlních dílech bez zvýšeného obsahu vody. K měření byla využita aparatura ResiStar a multielektrodový systém ME-1, což umožňuje využít konstantní polohy elektrod při současné změně hloubkového dosahu měření (metodu měření popisuje např. Pazdírek a Bláha, 1997). Celková délka všech čtyřech profilů byla přes 6 m. Vzhledem k použitému počtu elektrod byl teoretický hloubkový dosah měření maximálně 31 m, spíše však se pohyboval mezi 15,5 až 31 m. Teoretický hloubkový dosah měření se čtyřbodovým symetrickým uspořádáním elektrod se uvádí mezi AB/2 a AB/4 (AB jsou vzdálenosti proudových elektrod pro jednotlivá měření, v tomto případě se jednalo o měření symetrickým uspořádáním elektrod Schlumbergerovým nebo Wennerovým). Ze zkušenosti však většinou vyplývá, že reálnější dosah měření se spíše blíží uváděné nižší hodnotě. Uvedené měření bylo doplněno dvěmi klasickými sondami (vertikální elektrické sondování). Středy VES byly zvoleny podle výsledků multielektrodového měření. První místo bylo zvoleno v místě naměření vysokorezistivitní anomálie, druhé naopak mimo anomální oblast. Maximální teoretický dosah měření byl do AB/2=179 m. Poslední použitou geoelektrickou metodou v tomto měření bylo elektromagnetické profilování, jehož cílem bylo vzájemné provázání získaných profilových výsledků v oblastech nad a pod silnicí a bezprostředním okolí silnice. Při měření byl zvolen rozestup elektrod 2 m, polovina každého následného úseku byla překryta dalším úsekem, neboť pro rolování nebyl dostatek elektrod. Překrývání jednotlivých úseků umožnilo stanovit chybu měření, která pro celý naměřený datový soubor činila 3 % (relativní střední kvadratická chyba), tedy ± 15,7 Ωm. V úsecích bez významnějších změn výšky terénu chyba měření dosahovala do 1 %. Výsledky multielektrodového měřeni byly zpracovány do podoby map zdánlivých rezistivit pro jednotlivé hloubkové dosahy měření (obr. 3, kde jsou také vyznačena interpretovaná rozhraní a zóny) a profilových rezistivitních křivek pro jednotlivé hloubkové dosahy měření (horní část obr. 4). V prostřední části obrázku 4 je vertikální izoohmický řez, který poskytuje představu o průběhu zdánlivých rezistivit ve vertikální rovině proložené profilem. Také zde byla uvažován dosah měřeni AB/4. Ve spodní části je pak výsledek interpretace rezistivitní model prostředí - opět ve vertikální rovině procházející profilem (použit program Res2Dinv Geotomo Software). Při této interpretaci je spočítáno k první variantě rezistivitního modelu pole zdánlivých rezistivit s ohledem na použitá uspořádání elektrod, toto pole se srovná se skutečně naměřeným, v jednotlivých iteračních krocích je rezistivitní model upravován postupně tak, aby odchylka mezi oběma poli zdánlivých rezistivit byla minimální. Je vyjádřena chybou (RMS error) a také je možno vizuálně srovnat vertikální izoohmické řezy naměřené a vypočtené. Geologicko-hornická interpretace rezistivitní metody nemůže být, až na výjimky, jednoznačná. V tomto případě byla SDD ve výrazně větší hloubce, než byla hloubka průzkumu. Výsledkem interpretace pole zdánlivých rezistivit bylo, při znalosti lokálních fyzikálních podmínek, vymezení tektonických poruch a dvou oblastí s odlišnou rezistivitou. Z interpretace multielektrodových měření byly určeny 2 typy oblastí s vysokou rezistivitou, které by mohly být projevy důlních děl ať u povrchu či v hlubších partiích, a rovněž 2 typy nízkorezistivitních oblastí - v celém hloubkovém dosahu měření a ty, kde se nízkorezistivitní prostředí přibližuje k povrchu, což může představovat z hlediska stability problematické části horninového masívu. Vzhledem k omezenému dosahu měření se důlní díla neprojevila většinou jako vysokorezistivitní zóny, ale naopak byly zaregistrovány nízkorezistivitní zóny v jejich nadloží. 33

4 5 1 I nízkorezistivitní zóna v celém hloubkovém rozsahu nízkorezistivitní zóna na povrchu nízkorezistivitní zóna v hlubších partiích Čt 35 kontakt krystalinika s masívem Krudum na povrchu tektonické poruchy Čt 25 B 8 Čt 36 D A Obr.3 - Mapa izoohm zdánlivé rezistivity v hloubce cca 2,5 5 m ( Ωm) s vyznačením interpretovaných rozhraní - Čistá horní kvartil aritm. průměr ρ z nízkorezistivitní zóna v celém hloubkovém intervalu nízkorezistivitní zóna na povrchu h = 1 m nízkorezistivitní zóna v hlubších partiích řezu h = 2,5 m h = 3,5 m h = 4,5 m h = 5,5 m h = 6,5 m h = 7,5 m h = 9,5 m spodní kvartil m n.m zóna nízkých rezistivit podle VES vyšší rezistivity JV rozhraní mezi krystalinikem a masívem Krudum podle VES 1 KRYSTALINIKUM v horní části řezu zóna nízkých rezistivit podle VES vysoké rezistivity zřejmě projevy důlních děl (m) MASIV KRUDUM i v horní části řezu profil jde kolem kontaktu na povrchu SZ m n.m. m.n.m Obr. 4 - Výsledky multielektrodových rezistivitních měření - ČISTÁ - profil A Obr. - ČISTÁ - profil A 34

5 Radiometrické měření Radiometrické měření navazovalo na rezistivitní měření. Cílem bylo posoudit možnosti využití měření přirozené radioaktivity prostředí jako možného ukazatele existence tektonických linií, porušených pásem, oslabených zón či existence starých důlních děl. Radiometrické měření bylo provedeno metodou gama spektrometrie (přenosný gama spektrometr GS 256) a měření přípovrchových emanací (LUK 4a). Spektrometrem byly zjišťovány koncentrace prvků K, U, Th a ekvivalentní hodnota U (horní část obr. 5). S výjimkou posledně jmenované veličiny se neprojevila při měření pozorovatelná vazba na sledovanou fyzikálně-mechanickou charakteristiku masívu. Křivka ekvivalentní hodnoty U umožnila vymezit kontakt hornin krystalinika a masívu Krudum. V některých místech lze vysledovat slabou vazbu na rezistivitní anomálie. Profilová emanometrická měření jsou velmi citlivá na změnu především zrnitosti a vlhkosti horniny či zeminy a různou hloubku odběru vzorků. Dodržení standardních podmínek měření není v terénu dotčeném hornickou činností téměř možné (propady, hlušiny, ). Hodnoty OAR se pohybovaly od jednotek po stovky kbq.m-3. Přesto se zdá, že emanometrická měření svými vyššími hodnotami ukazují na rozvolněný masív (např. rozrušené zóny nad důlním dílem) U ekv (ppm) Th (ppm) U (ppm) K (%) m n.m ρ z ( Ωm) zóna nízkých rezistivit podle VES vyšší rezistivity JV rozhraní mezi krystalinikem a masívem Krudum podle VES 1 zóna nízkých rezistivit podle VES KRYSTALINIKUM v horní části řezu vysoké rezistivity zřejmě projevy důlních děl (m) Obr. 5 - Výsledky radiometrických a rezistivitních měření - ČISTÁ - profil A MASIV KRUDUM i v horní části řezu profil jde kolem kontaktu na povrchu SZ Seizmologický monitoring Technická seizmicita jsou vibrace vyvolané různými pracovními činnostmi a trhacími pracemi, které jsou nedílnou součástí stavební technologie pro úpravu důlních prostor a výstavbu nových objektů nutných pro zpřístupnění Dolu Jeroným pro širší veřejnost. Zahájení rekonstrukce dědičné štoly v roce 23 způsobilo zvýšení seizmického zatížení této lokality. Ústí dědičné štoly se nachází přibližně 4 m na jih od nejbližší velké komory. První měření se prováděla při opakovaných geotechnických měřeních, v roce 24 byl spuštěn trvalý seizmologický monitoring. Účelem tohoto 35

6 monitoringu je sledování seizmického efektu prováděných trhacích prací (dodržování technologie), monitorování případné seizmické odezvy masivu a sledování ostatní přirozené a technické seizmicity. V Ústavu geoniky AV ČR byla pro instalaci na lokalitě Jeroným vyvinuta registrační aparatura PCM3-EPC3 s vysokým krytím IP64. Tato aparatura koncepčně vychází z aparatur PCM3- EPC2, které jsou popsány v práci Knejzlík and Kaláb (22). S využitím komunikačního programu pcanywhere fy Symantec je vyřešen vzdálený přístup přes sériový port (a vhodný modem) do PC v registrační aparatuře. Na stanici v dole Jeroným je použit GSM modem Siemens TC35 Terminal. Vzdálený přístup do PC umožňuje především operativní kontrolu funkčnosti aparatury, což je na vzdáleném stanovišti složitý problém, a také telemetrický přenos zaregistrovaných dat. Základní filosofie aparaturního řešení a provedení v důlním díle byly publikovány v příspěvcích Kalába a Knejzlíka (24a, 24b). Zde se proto omezíme pouze na aktuální výsledky monitorování. Práce na rekonstrukci dědičné štoly Jeroným pokračují, ke konci května 25 bylo zrekonstruováno cca 28 m délky. Tím se přímá vzdálenost mezi seizmickým pilířem a místem provádění odstřelů trhavin zkrátila na cca 15 m. Na obr. 6 je v časové posloupnosti přehled maximálních složkových amplitud rychlosti kmitání seizmických projevů vyvolaných trhacími pracemi v období leden až květen 25. Z digitálních záznamů vlnových obrazů vyvolaných seizmických jevů jsou rutinně odečítány hodnoty složkových rychlostí kmitání a převládající frekvence v dominantních částech záznamu. S výjimkou jednoho měření nebyla překročena složková hodnota rychlosti kmitání,1 mm.s -1. Na základě rozboru přípustných hodnot seizmického zatížení (Kaláb a Knejzlík, 24b) lze předpokládat, že důlní dílo není poškozováno stávajícím zatížením. Hodnoty maximální složkové rychlosti kmitání 1,4E-4 1,2E-4 1,E-4 Rychlost kmitání (m/s) 8,E-5 6,E-5 Složka Z Složka N Složka E 4,E-5 2,E-5,E Datum Obr.6 Hodnoty složkových rychlostí kmitání, vyvolaných trhacími pracemi při rekonstrukci dědičné štoly, naměřených na stanici v důlním díle Jeroným v lednu až květnu 25 Závěr Pokud nejsou k dispozici archivní materiály (dokumentace k Dolu Jeroným shořela při požáru), přicházejí na řadu nepřímé metody měření k prokázání existence starých důlních prostor a též ke zjištění jejich stability. Do této kategorie nepřímých metod patří také geofyzikální povrchová měření. Na dokumentované lokalitě výsledky a interpretace geoelektrických a radiometrických měření umožnily vyčlenit v horninovém masívu různé rezistivitně odlišné zóny, které byly 36

7 interpretovány jako tektonické linie či zóny porušené v důsledku důlní činnosti. V době měření nebyl k dispozici větší počet elektrod a tedy dosah multielektrodového měření nebyl dostatečný k tomu, aby zasáhl do oblastí výrazně ovlivněných důlními díly ve větší hloubce (4 5 m pod povrchem). Bylo možno zachytit spíše projevy v nadloží těchto děl (rezistivitní minima). Poruchové zóny a tektonické linie byly charakterizovány i zvýšenými hodnotami koncentrace emanace v půdním vzduchu. Spektrometrická měření v podstatě jen naznačila styk hornin krystalinika a masívu Krudum. Druhou představenou geofyzikální aktivitou je sledování seizmického zatížení historického důlního díla po dobu jeho rekonstrukce, která je nezbytná pro přípravu otevření prostor pro veřejnost (zřízení muzea). Tento monitoring, v kombinaci s geologickým a geomechanickým, umožňuje posoudit stabilitu důlních prostor a sledovat případný negativní vliv prováděných prací na chráněné objekty. Autoři děkují pracovníkům firmy DIAMO, s.p. SUL, Příbram, o.z., především Ing. Josefu Bernardovi, za spolupráci při realizaci měření. Příspěvek byl zpracován za finanční podpory Výzkumného záměru AV OZ Literatura [21] Beran, P., Jangl, L., Majer, J., Suček, P., Otfried, W. (1995): 1 let hornictví cínu ve Slavkovském lese. Okresní muzeum Sokolov. [22] Bernard, J., Suček, P. (2): Studie zpřístupnění historického důlního díla Jeroným veřejnosti. Zpráva RD Příbram s.p. [23] Iványi, K. (2): Důl Jeroným historie a možnost současného využívání. Uhlí Rudy Geologický průzkum, 11/2, [24] Kaláb, Z. (23): Posouzení seismického zatížení středověkého Dolu Jeroným v České republice. Acta Montanistica Slovaca. Roč. 8(23), č.1, Košice, Slovensko, [25] Kaláb, Z. (24): Sledování vlivu vibrací na historické důlní dílo Jeroným Čistá. Geotechnika 24, sborník konference, ORGWARE a BERG TU Košice, [26] Kaláb, Z., Knejzlík, J. (24a): Experimentální měření seismických účinků trhacích prací v historickém dole Jeroným. Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava, řada stavební, 13. Regionální konference Rozvoj seismologie, inženýrské geofyziky a geotechniky, roč. IV, č.2/24, [27] Kaláb, Z., Knejzlík, J. (24b): Metodika posuzování seizmického zatížení historických důlních děl na příkladu Dolu Jeroným v Čisté. Sborník Hornická Příbram ve vědě a technice 24, CD, příspěvek T6. [28] Knejzlík, J., Kaláb, Z. (22): Seismic Recording Apparatus PCM3-EPC. Publs. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc., M-24(34), [29] Kořínek, R., Žůrek, P. (1999): Zpřístupnění technické kulturní památky bývalého Dolu Jeroným v Čisté, okres Sokolov. Odborný báňský posudek, VŠB-TU Ostrava. [3] Pazdírek, O., Bláha, V. (1997): Mnohaelektrodový kabelový system ME-1, principy, příklady použití. In: Kaláb, Z. (ed.): Výsledky nových studií v seismologii a inženýrské geofyzice. Sborník příspěvků, Ústav geoniky AV ČR, Ostrava, [31] Žůrek, P., Kořínek, R. (23): Zpřístupnění středověkého Dolu Jeroným v České republice. Acta Montanistica Slovaca, roč. 8, č.2-3, [32] Žůrek, P., Kořínek, R., Michalčík, P., Štěpánková, H. (24): Současný stav a perspektiva zpřístupnění lokality Důl Jeroným Čistá, okr. Sokolov. Sborník Hornická Příbram ve vědě a technice 24, CD, příspěvek T5. 37

8 38