Zadania

Projekt zakłada realizację następujących zadań, które mają służyć budowaniu wspólnej cyfrowej przestrzeni badawczej sejsmiczności indukowanej dla celów EPOS:

  1. Budowa Pilotażowego Tematycznego Węzła Sejsmiczności Indukowanej EPOS.

  2. Budowa Centrum Infrastruktury Badawczej Sejsmiczności Indukowanej.

  3. Implementacja usług tematycznych dla use case: pt „Grupowanie się zjawisk sejsmiczności indukowanej- identyfikacja i przyczyny.”

  4. Przygotowanie rozproszonej infrastruktury badawczej sejsmiczności indukowanej w ośrodkach naukowych i przemysłowych w Polsce i przekazanie do Centrum Infrastruktury Badawczej Sejsmiczności Indukowanej.

  5. Zarządzanie i promocja

ZADANIE1. Budowa Pilotażowego Tematycznego Węzła Sejsmiczności Indukowanej EPOS

Jedną z charakterystycznych cech dużych przedsięwzięć badawczych takich jak EPOS jest złożoność badań naukowych, w szczególności ich multidyscyplinarny charakter, wykorzystanie heterogenicznych zasobów, modeli i ogromna ilość danych produkowanych przez różnorakie źródła. Aby umożliwić prowadzenie badań naukowych w takiej skali niezbędne są zaawansowane technologie informatyczne, które łączą badaczy z rozproszone źródłami danych i zasobami obliczeniowymi niezbędnymi do ich analizy.

Tematyczny Węzeł Sejsmiczności Indukowanej (TWSI) odpowiada na potrzeby badaczy sejsmiczności antropogenicznej (indukowanej działalnością człowieka). Prace i funkcje TWSI zaplanowano w taki sposób, aby było to centralne miejsce, z którego badacze będą mogli prowadzić działalność naukową związaną z  sejsmicznością antropogeniczną. Węzeł będzie umożliwiał m.in.:

  • jednolity dostęp do repozytoriów danych sejsmiczności indukowanej zgromadzonych w centrach CIBIS (Zadanie 2),
  • dostęp do oprogramowania naukowego,
  • bezpośrednie zlecanie analiz zgromadzonych danych dzięki wykorzystaniu nowoczesnych platform obliczeniowych,
  • uruchamianie złożonych eksperymentów (ang. use cases) umożliwiających badania naukowe konkretnych, szerszych zagadnień naukowych.

Węzeł będzie nie tylko narzędziem wspierającym bezpośrednio same badania naukowe. W ogólności będzie to również platforma umożliwiająca międzynarodową współpracę badaczy zajmujących się sejsmicznością antropogeniczną , ułatwiająca wymianę doświadczeń, wiedzy, danych sejsmiczności antropogenicznej i oprogramowania naukowego. Węzeł będzie jednocześnie bezpośrednio połączony z zintegrowanymi serwisami EPOS (ICS) jak i innymi węzłami tematycznymi infrastruktury EPOS.

Wizualizacja sejsmogramu na Platformie IS-EPOS

 

Prototyp Platformy IS-EPOS

 

ZADANIE2. Budowa Centrum Infrastruktury Badawczej Sejsmiczności Indukowanej.

Centrum Infrastruktury Badawczej Indukowanej Sejsmiczności działać ma w ramach EPOS (IS-EPOS). CIBIS ma współpracować z pilotażowym Tematycznym Węzłem Sejsmiczności Indukowanej (TWSI) EPOS.  Zadania CIBIS w ramach cyfrowej przestrzeni badawczej sejsmiczności indukowanej można podzielić na:

•             akwizycję danych przychodzących,

•             konwersję danych,

•             gromadzenie danych,

•             przygotowanie dla danych opisu w postaci metadanych i przesyłanie opisu do TWSI ,

•             udostępnianie przez Internet zgromadzonych w CIBIS danych.

Dane udostępniane przez CIBIS będą obejmowały materiały z różnych dziedzin; od podstawowych danych sejsmicznych, poprzez dane geologiczne, geodezyjne, hydrologiczne, technologiczne, produkcyjne, itp. Udostępnianie danych z dłuższego okresu czasu wymaga przetworzenia na postać cyfrową wszelkich informacji opisów i sejsmogramów z kilkudziesięciu lat.

 

ZADANIE3. Implementacja usług tematycznych dla use case: pt. „Grupowanie się zjawisk sejsmiczności indukowanej – identyfikacja i przyczyny”.

Mierzalnym wynikiem projektu, pokazującym funkcjonalność przyjętej koncepcji platformy cyfrowej, będzie wprowadzenie na budowaną platformę usług umożliwiających użytkownikowi-naukowcowi badanie use case - zagadnienia grupowania się zjawisk sejsmiczności indukowanej.  Grupowanie w tym wybranym use case należy rozumieć szeroko. Od grupowania się wstrząsów w jednym parametrze, np. w czasie, w magnitudzie określającej wielkość wstrząsów, w dwóch parametrach, np. w grupowanie się epicentrów czyli rzutów ogniska na powierzchnię ziemi, ale i np. grupowanie w układzie czas-magnituda, do grupowania w wieloparametrowej przestrzeni fazowej.  Grupowanie się zjawisk sejsmicznych może być spowodowane przyczynami zewnętrznymi, np. wymuszone przez indukujący wpływ działalności technologicznej.

Typowym przykładem może być grupowanie się wstrząsów bezpośrednio związanych z eksploatacją w „chmurę” wokół frontu eksploatacyjnego w kopalni, która przesuwa się wraz z przemieszczaniem się frontu. Inny przykład tego rodzaju grupowania – grupowanie się wokół charakterystycznej magnitudy uskoku, którego aktywność wzbudza napełnianie powierzchniowego zbiornika płynu. Drugą grupą są przyczyny wewnętrzne procesu sejsmicznego, wynikające z oddziaływania między wstrząsami. Wstrząs, uwolniona energia odkształcenia sprężystego propagując w strefie sejsmogenicznej zaburza dynamicznie jej równowagę, a więc zmienia przejściowo warunki procesu sejsmicznego. Równocześnie wstrząs, czyli pękanie i trwałe względne przemieszczenia skał powoduje trwałe zmiany pola naprężeń w strefie sejsmogenicznej, a więc zmienia też trwale warunki procesu sejsmicznego. Celem Zadania 3 jest przygotowanie i wprowadzenie na platformę usług ułatwiających badanie tego zagadnienia.

 

ZADANIE4. Przygotowanie rozproszonej infrastruktury badawczej sejsmiczności indukowanej w ośrodkach naukowych i przemysłowych w Polsce i przekazanie do Centrum Infrastruktury Badawczej Sejsmiczności Indukowanej

Głównym celem zadania 4 jest przygotowanie rozproszonej infrastruktury badawczej sejsmiczności indukowanej z kategorii „dane” i „repozytoria” w ośrodkach naukowych i przemysłowych  (tzw. Lokalnych Centrach Danych Sejsmiczności Indukowanej LCDSI), do integracji w Centrum Infrastruktury Badawczej  Sejsmiczności Indukowanej (CIBIS). W zadaniu 4 dane sejsmiczności indukowanej obejmują różne kategorie: od podstawowych danych sejsmicznych (rejestracje, katalogi, współrzędne stacji sejsmicznych, modele prędkościowe ośrodka), poprzez dane geologiczne, geodezyjne, geomechaniczne aż do specyficznej grupy danych, jaką jest informacja produkcyjna. Dotyczy to zarówno przygotowania danych już zebranych lub przekazywanych na platformę z opóźnieniem względem czasu rejestracji (dane off-line) jak i przystosowania sposobu pobierania danych na bieżąco do bezpośredniej transmisji danych na platformę (dane on-line). Repozytoria oznaczają miejsce uporządkowanego przechowywania dokumentów i materiałów pisemnych oraz cyfrowych dotyczących sejsmiczności indukowanej SI w poszczególnych LCDSI. LCDSI zlokalizowane są w Głównym Instytucie Górnictwa (GIG), Instytucie Geofizyki Polskiej Akademii Nauk (IGF PAN) oraz w Kompanii Węglowej (KWSA).

Na platformie SI integrowane będą Epizody Sejsmiczności Indukowanej (ESI) niezbędne do badania wybranego use case „Grupowanie się zjawisk sejsmiczności indukowanej”. Opracowywane jest siedem epizodów sejsmicznych dla CIBIS związanych z sejsmicznością indukowaną przez górnictwo podziemne, geotermię i zbiorniki wodne:

ESI-1  LMMIS Wirtualne Laboratorium do Monitorowania Sejsmiczności Indukowanej Eksploatacją,

LMMIS będzie dostarczać szczegółowe i multidisciplnarne dane w trybie off-line dotyczące procesu sejsmicznego indukowanego podziemną eksploatacją węgla, lokalnie, w rejonie jednej ściany eksploatacyjnej. Dane sejsmiczne rejestrowane są przez podziemną lokalną kopalnianą sieć sejsmologiczną KWK BOBREK (KWSA) oraz Górnośląską Regionalną Sieć Sejsmologiczną (GIG)

ESI-2  FIS-GRSK Dane z eksperymentu geotermalnego przeprowadzonego w 2007r. „Gross Schoenebeck Geothermal Laboratory”

FIS-GRSK będzie dostarczać dane off-line związane z technologią eksploatacji energii geotermalnej z obszaru położonego na północny wschód od Berlina.

ESI-3  MIS-LGOM. Sejsmiczność indukowana podziemną eksploatacją rud miedzi na obszarze Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego, monitorowana powierzchniową siecią sejsmologiczną Legnica-Głogów LUMINEOS (IGF PAN).

ESI-4  RTS-Czorsztyn Sejsmiczność w rejonie zapory wodnej Niedzica i Zbiornika Czorsztyn. Sejsmiczność wzbudzana napełnieniem i wahaniami poziomu wody w zbiorniku  wodnym Czorsztyn, monitorowana przez sieć sejsmologiczną SENTINELS prowadzoną przez IGF PAN

 

Rozmieszczenie wstrząsów sejsmicznych i stacji pomiarowych sieci SENTINELS

ESI-5  RTS-STR2 Sejsmiczność wzbudzona napełnianiem zbiornika wodnego na rzece Song Tranh (tama Song Tranh2) w środkowym Wietnamie. Dane sejsmiczne dostarczane są przez sieć sejsmologiczną IGF PAN.

ESI-6  MIS-USCB Monitoring regionalny sejsmiczności wzbudzanej podziemną eksploatacją węgla na terenie Górnego Śląska. Dane sejsmiczne epizodu zbierane są przez Górnośląską Regionalną Sieć Sejsmologiczną (GRSS) prowadzoną przez GIG i przekazywane są do CIBIS w trybie on-line.

Górnośląska Regionalna Sieć Sejsmologiczna umożliwia rejestrację zjawisk
o energii sejsmicznej E >105 J z obszaru około 2000 km2 (Mutke i Stec 1997). Są to również wstrząsy których nie zarejestrowała żadna kopalniana sieć sejsmologiczna. Na podstawie analizy zarejestrowanych sejsmogramów opracowywany jest bank danych zawierający podstawowe parametry sejsmologiczne wstrząsów górotworu o energii sejsmicznej E > 105 J. Obszar Górnośląskiego Zagłębia Węglowego należy do jednych z najbardziej aktywnych sejsmicznie rejonów górniczych na świecie. Poziom intensywności zjawisk sejsmicznych jest bardzo zróżnicowany, od niewyczuwalnych przez ludzi, do silnych o charakterze słabych trzęsień Ziemi. Aktywność sejsmiczna poprzez oddziaływanie na wyrobiska górnicze powoduje występowanie zagrożenia tąpaniami (Mutke 2007a). Najsilniejsze wstrząsy, o energii sejsmicznej E>107 J mogą powodować występowanie zagrożenia dla obiektów budowlanych i innych form środowiska naturalnego (Mutke i Stec 1997).

W rejonach prowadzonej eksploatacji górniczej w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym, aktywność sejsmiczna nie występuje równomiernie na całym obszarze. Epicentra wstrząsów górotworu lokalizują się w kilku rejonach należących do różnych jednostek strukturalnych charakteryzujących się stosunkowo głębokim zaleganiem pokładów węgla (poniżej 500m), występowaniem w ich otoczeniu mocnych i grubych kompleksów piaskowcowych oraz silnie rozwiniętą tektoniką. Aktywność sejsmiczna oraz lokalizacja silnych wstrząsów ulegają okresowym zmianom, w zależności od usytuowania rejonów eksploatacji, lokalnych warunków geologiczno‑górniczych,
a także stopnia koncentracji wydobycia.

Najwyższa aktywność sejsmiczna występowała w obszarze niecki bytomskiej oraz południowego skrzydła siodła głównego. Likwidacja większości kopalń w rejonie niecki bytomskiej i zmniejszenie wydobycia spowodowało w ostatnich latach znaczne zmniejszenie aktywności sejsmicznej w tym obszarze.

Należy również podkreślić, że ogniska najsilniejszych wstrząsów górniczych lokalizują się najczęściej w rejonie dużych stref uskokowych, w sytuacji gdy w pobliżu prowadzona jest eksploatacja górnicza. Świadczy to o istnieniu residualnych naprężeń tektonicznych w rejonie tych uskoków. Najwyższą aktywność sejsmiczną indukowaną eksploatacją górniczą na strukturach tektonicznych obserwowano na młodym, trzeciorzędowym uskoku Kłodnickim (http://www.grss.gig.eu/).


Rysunek 1 Mapa uskoków na stropie karbonu GZW (GIG)

 

ESI- 7 CESIS  Monitoring regionalny powierzchniowych efektów sejsmiczności wzbudzanej podziemną eksploatacją węgla na terenie Górnego Śląska. Dane sejsmiczne epizodu zbierane są przez mobilne stacje pomiarowe dla inżynierii sejsmicznej – CESIS, prowadzonej przez GIG

Podstawowy zakres prac realizowanych dla poszczególnych ESI jest następujący:

  • rozbudowa systemu poboru danych i utrzymanie sprawności technicznej sieci sejsmologicznych
  • opracowanie danych dla epizodu
  • bieżąca akwizycja, przetwarzanie i interpretacja cyfrowych sejsmogramów wstrząsów,
  • homogenizacja i standaryzacja formatów danych,
  • przygotowanie katalogu danych o wstrząsach,
  • klasyfikacja dostępnych danych i opracowanie ich struktury,
  • opracowanie rozszerzonej bazy danych dla CIBIS na podstawie przygotowanej   wcześniej klasyfikacji danych, pozyskanie nowej infrastruktury badawczej,
  • opracowanie protokołów komunikacji - przesyłanie danych z Lokalnego Centrum  Danych Sejsmiczności Indukowanej  GIG lub IGF PAN do CIBIS
  • założenie repozytoriów i opracowanie materiałów do repozytorium dla poszczególnych ESI

 

ZADANIE5. Zarządzanie i promocja

W sprawach strategicznych decyzje podejmuje Rada Konsorcjum IS-EPOS złożona z Kierownika i Zastępcy Kierownika Projektu (IGF PAN) oraz po jednym reprezentancie pozostałych członków Konsorcjum