Wykorzystanie przypowierzchniowych badań geofizycznych w rozpoznaniu budowy geologicznej na przykładzie stref osuwiskowych w Karpatach

Wykorzystanie przypowierzchniowych badañ geofizycznych w rozpoznaniu

budowy geologicznej na przyk³adzie stref osuwiskowych w Karpatach

Szymon Ostrowski

, Barbara Rybak-Ostrowska

, Marcin Lasocki

Application of near-surface geophysical survey for recognition of the geology of landslide areas in the Carpathians – a case study. Prz. Geol,

61: 67–73.

A b s t r a c t. The paper presents three examples of application of geo-physical surveys carried out by the PBG Ltd. for the recognition of inter-nal structure, geological background and mechanical properties of near--surface rock medium at major landslides in the Polish Outer Carpathians. Geophysical data were used for developing an accurate geological model of the landslides. Geological features that cannot be detected by other means, e.g. faults in bedrock, and exact location and shape of the shear plane were delineated in two-dimensional mode on the sections.

Keywords: near-surface geophysics, electrical resistivity tomography, seismic refraction profiling, landslide, Outer Carpathians

Po œnie¿nej zimie, wilgotnej wioœnie i d³ugotrwa³ych opadach deszczu w czerwcu 2010 r., w wielu miejscach polskich Karpat wy-st¹pi³y katastrofalne procesy osu-wiskowe, niszcz¹c domy, infra-strukturê drogow¹ i du¿e obszary zagospodarowane rolniczo. Kilka osuwisk, które dotknê³y obszarów zabudo-wanych, by³o szeroko komentowanych w mediach.

W roku 2011 autorzy artyku³u zostali zaanga¿owani do wykonania badañ geofizycznych, które mia³y na celu roz-poznanie budowy geologicznej pod³o¿a osuwisk oraz wyznaczenie g³êbokoœci zasiêgu koluwiów na niektórych osuwiskach objêtych programem monitoringu. Wœród przebadanych lokalizacji, znajdowa³y siê: osuwisko £aœni-ca w gminie Lanckorona, które zniszczy³o czêœæ wioski, osuwisko Miêdzybrodzie £aski, które dotknê³o du¿ego osiedla domów letniskowych i ca³orocznych nad zalewem Miêdzybrodzkim i stwarza zagro¿enie dla samego zalewu (przelanie zapory) oraz Milówka, którego aktywnoœæ spo-wodowa³a zniszczenie i wysiedlenie czêœci wsi i czêœciowe zatamowanie doliny potoku Milówki.

W zastosowaniach in¿ynierskich, zw³aszcza zwi¹-zanych z odbudow¹ zniszczonych obiektów liniowych i zabezpieczaniem czynnych osuwisk zagra¿aj¹cych infra-strukturze powszechnie prowadzane jest numeryczne modelowanie stabilnoœci stoków osuwiskowych (Stopko-wicz & Ca³a, 2004; Ca³a, 2007). Do analiz stosowane s¹ zarówno modele 2D jak i 3D oraz ró¿ne metody oblicze-niowe. Sta³y wzrost mocy obliczeniowej komputerów pozwala stosowaæ coraz bardziej wyrafinowane algorytmy modelowañ, wiêksz¹ dyskretyzacjê modelu oraz pozwalaj¹ na uwzglêdnienie coraz bardziej z³o¿onego modelu budo-wy geologicznej. Warunkiem prawid³owego prognozowa-nia mo¿liwoœci wyst¹pieprognozowa-nia osuwiska za pomoc¹ modeli numerycznych jest jednak prawid³owe rozpoznanie

budo-wy geologicznej pod³o¿a i konstrukcja mo¿liwie wiernego modelu geologicznego.

Tak¿e w zagadnieniach zwi¹zanych z zagospodarowa-niem terenu stosuje siê coraz bardziej wysublimowane metody wyznaczania stref podatnych na procesy osuwi-skowe. Metody te oparte s¹ o analizy metadanych prze-strzennych (metody GIS) i uwzglêdniaj¹ g³ównie dane powierzchniowe. Pe³ne zrozumienie procesów wymaga uzupe³nienia danych powierzchniowych o model budowy geologicznej.

Wiercenia badawcze na obszarze osuwiska stosowane s¹ zwykle w ograniczonej iloœci, ze wzglêdów ekonomicz-nych i techniczekonomicz-nych. Dostêpnoœæ takich punktowych infor-macji o budowie geologicznej, jakimi s¹ wiercenia, pozwala na stworzenie jedynie bardzo przybli¿onego modelu geologicznego. W praktyce do modelowañ mate-matycznych stosuje siê ogólne dane literaturowe dotycz¹ce parametrów mechanicznych, w najlepszym wypadku dane pochodz¹ce z lokalnych prac kartograficznych.

Metody p³ytkiej prospekcji geofizycznej pozwalaj¹ na wierne, przestrzennie ci¹g³e rozpoznanie budowy geolo-gicznej pod³o¿a i mog¹ byæ z powodzeniem stosowane do tworzenia modelu geologicznego osuwiska i jego pod³o¿a. Szczególnie wskazane wydaje siê byæ po³¹czenie dwóch grup metod: elektrooporowej w wariancie tomograficznym (ERT – electrical resistivity tomography), daj¹cej prze-strzenny (przewa¿nie stosowany jako 2D) obraz rozk³adu opornoœci ska³ – wartoœci ³atwej do skorelowania z litolo-gi¹ oraz jednej z metod sejsmicznych – profilowañ refrak-cyjnych, tomografii refrakcyjnej lub metody analizy fal powierzchniowych (MASW), daj¹cych obraz rozk³adu prê-dkoœci fal sejsmicznych, które mo¿na korelowaæ z parame-trami mechanicznymi ska³. Zintegrowana interpretacja obu metod geofizycznych pozwala na precyzyjne okreœlenie g³êbokoœci powierzchni poœlizgu osuwisk i mi¹¿szoœci koluwiów, okreœlenie rozmieszczenia pakietów skalnych o S. Ostrowski

1

Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa; szymon.ostrowski@ pgi.gov.pl.

2

Przedsiêbiorstwo Badañ Geologicznych Sp. z o. o., ul. Jagielloñska 76, 03-301 Warszawa.

3

Wydzia³ Geologii, Uniwersytet Warszawski, ul. ¯wirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa. B.Rybak-Ostrowska M. Lasocki

zró¿nicowanej litologii, a czêsto tak¿e wyznaczenie po³o-¿enia warstw dla pakietów oraz wyznaczania ewentual-nych stref uskokowych.

Model budowy geologicznej, uzyskany na podstawie badañ geofizycznych i zawieraj¹cy informacje z badañ powierzchniowych, nie tylko pozwala prawid³owo kon-struowaæ za³o¿enia do numerycznych modelowañ stabil-noœci stoku, ale tak¿e umo¿liwia zrozumienie natury zjawiska powstawania osuwiska w danej lokalizacji.

METODYKA BADAÑ

Badania geofizyczne s¹ stosowane w rozpoznaniu osu-wisk od lat (Jongmans & Garambois, 2007 – i prace tam cytowane). Zw³aszcza metoda profilowañ refrakcyjnych jest chêtnie wykorzystywana, z uwagi na fakt, ¿e okreœla g³êbokoœæ powierzchni poœlizgu (Thiel, 1975; Narwold & Owen, 2002). Metody elektrooporowe, tak jak i tomogra-ficzne wersje metod sejsmicznych, zaczêto stosowaæ w rozpoznaniu osuwisk dopiero w ostatniej dekadzie (Drahor i in., 2006; Friedel i in., 2006; Sass i in., 2008; Ostrowski i in., 2011; Ostrowski & Pacanowski, 2011), wraz z upo-wszechnieniem siê aparatury pomiarowej i zwiêkszeniem mocy obliczeniowej komputerów osobistych. Wczeœniej metody elektrooporowe, oparte na zasadzie sondowañ, nie dawa³y zachêcaj¹cych rezultatów ze wzglêdu na du¿¹ horyzontaln¹ zmiennoœæ oœrodka skalnego. Pomimo zasto-sowania nowej metodyki tomografii elektrooporowej, wyznaczanie powierzchni poœlizgu i próby interpretacji wewnêtrznej struktury osuwiska wy³¹cznie na podstawie tomografii elektrooporowej nadal napotyka na liczne trud-noœci (Panek i in., 2008). Tak¿e mechaniczna interpretacja profili ERT oraz uto¿samianie koluwiów z oœrodkiem nisko- lub wysokooporowym jest podejœciem niew³aœci-wym i ka¿d¹ lokalizacjê nale¿y traktowaæ indywidualnie (Ostrowski i in., 2011).

Prezentowane wyniki s¹ tylko wybranymi przyk³adami wykorzystania metod geofizycznych do tworzenia modeli geologicznych osuwisk oraz okreœlenia ich genezy.

W badaniach zastosowano dwie uzupe³niaj¹ce siê metody z grupy metod geofizyki in¿ynierskiej: profilowa-nia refrakcyjne i tomografiê elektrooporow¹.

Profilowania refrakcyjne

Profilowania refrakcyjne (Milsom, 2003) wykorzy-stuj¹ fale sejsmiczne refrakcyjne, czyli za³amane pod k¹tem granicznym na kontakcie dwóch oœrodków skal-nych, z których oœrodek le¿¹cy ni¿ej charakteryzuje siê wiêkszymi prêdkoœciami fal sejsmicznych. Warunek ten jest zawsze spe³niony w przypadku osuwisk, poniewa¿ prêdkoœci fal sejsmicznych dla koluwiów s¹ zawsze nawet kilkukrotnie ni¿sze ni¿ prêdkoœci w pod³o¿u.

Opisywane badania wykonywane by³y metod¹ profilo-wania 24-kana³owym rozstawem pomiarowym, o d³ugoœci 115 m. Odleg³oœci miêdzy kolejnymi odbiornikami (geofo-nami) wynosi³y 5 m. Fale sejsmiczne wzbudzane by³y metod¹ udarow¹ na obydwóch koñcach i na œrodku rozsta-wu pomiarowego oraz w dwóch punktach oddalonych od jego koñców o po³owê d³ugoœci rozstawu. Ze wzglêdu na

charakterystykê sygna³u w badaniach zastosowano geofo-ny o czêstotliwoœci nominalnej 10 Hz.

Zastosowana metodyka pomiarów umo¿liwi³a szcze-gó³owe zró¿nicowanie prêdkoœci fal sejsmicznych w przy-powierzchniowej warstwie osadów oraz ci¹g³e œledzenie granic sejsmicznych zalegaj¹cych na g³êbokoœci do oko³o 20–40 m p.p.t. Wyznaczon¹ doln¹ granicê zinterpretowano jako g³ówn¹ powierzchniê poœlizgu osuwiska.

Tomografia elektrooporowa

W metodzie tomografii elektrooporowej (ERT) do roz-poznania geologii wykorzystuje siê pomiary opornoœci oœrodka skalnego (Loke, 2000; Loke 2012). Opornoœæ elektryczna oœrodka zale¿y w g³ównej mierze od jego sk³adu litologicznego oraz zawodnienia. Ska³y o drobnej frakcji maj¹ ogólnie ni¿sz¹ opornoœæ ni¿ ska³y gruboziarni-ste i ska³y lite. Zawodnienie oœrodka w oczywisty sposób obni¿a opornoœæ elektryczn¹, choæ, zdaniem autorów, wp³yw ten jest czêsto przeszacowany.

W metodzie ERT kilkadziesi¹t elektrod jest równo-miernie rozmieszczonych wzd³u¿ profilu i po³¹czonych z aparatur¹ pomiarow¹. Odleg³oœæ miêdzy elektrodami dobiera siê w zale¿noœci od planowanej rozdzielczoœci. Aparatura pomiarowa automatycznie dokonuje pomiaru opornoœci oœrodka skalnego, u¿ywaj¹c wszystkich kombi-nacji czteroelektrodowych, które spe³niaj¹ warunki geo-metryczne uk³adu pomiarowego (Loke, 2012). Inwersja opornoœciowa, czyli obliczeniowa iteracyjna procedura utworzenia optymalnego modelu opornoœciowego oœrodka skalnego o maksymalnym dopasowaniu do wyników pomiarów, prowadzona jest wspólnie dla ca³ej macierzy pomiarów, co pozwala na wyznaczenie opornoœci pozornej bloków pomiarowych i – po interpolacji – utworzenie ci¹g³ego przekroju zmian opornoœci oœrodka.

W opisywanych badaniach osuwisk zastosowano roz-stawy pomiarowe o d³ugoœci od oko³o 300 do ponad 400 m, z odleg³oœciami miêdzy kolejnymi elektrodami wyno-sz¹cymi 5 m. Pomiary by³y wykonane uk³adem Schlum-bergera-Wennera (Loke, 2012). Zastosowane parametry akwizycji pozwoli³y na rozpoznanie oœrodka do g³êbokoœci od 45 do blisko 80 m p.p.t.

MIÊDZYBRODZIE BIALSKIE – £ASKI T³o geologiczne

Osuwisko po³o¿one jest w Beskidzie Ma³ym, na wschodnim brzegu jeziora Miêdzybrodzkiego, na stokach masywu góry ¯ar. Teren objêty przez osuwisko jest inten-sywnie zabudowany przez budynki rekreacyjne i jednoro-dzinne. Dalszy rozwój osuwiska, zw³aszcza jeœli proces ten odby³by siê w sposób gwa³towny, stanowi³by powa¿ne zagro¿enie dla zbiornika Por¹bka (Nescieruk i in., 2012).

Osuwisko rozwiniête jest na ska³ach nale¿¹cych do p³aszczowiny œl¹skiej (ryc. 1), bloku Beskidu Ma³ego (Nescieruk, 1996). Ska³y w rejonie osuwiska buduj¹ szero-kopromienny fa³d. Osuwisko po³o¿one jest na stoku konse-kwentnym w obrêbie po³udniowego skrzyd³a antykliny Wielkiej Puszczy i pó³nocnego skrzyd³a synkliny góry ¯ar. Upady warstw, stwierdzone w s¹siedztwie osuwiska,

wynosz¹ oko³o 20°S. Na zachód od osuwiska wystêpuje strefa uskokowa o rozci¹g³oœci subpo³udnikowej wykorzy-stywana przez dolinê So³y.

Pod³o¿e osuwiska zbudowane jest z dolnokredowych warstw godulskich dolnych (Nescieruk, 1996). Dane karto-graficzne wskazuj¹, ¿e bezpoœrednio w pod³o¿u i na pó³noc od osuwiska wystêpuj¹ piaskowce grubo³awicowe z wk³adkami ³upków, natomiast na po³udnie od osuwiska wystêpuj¹ wy¿sze ogniwa warstw godulskich dolnych z przewag¹ ³upków, co nasuwa przypuszczenie, ¿e w strefie osuwiska wystêpuj¹ prze³awicenia ska³ ze zwiêkszonym udzia³em ³upków.

Wyniki badañ

Na terenie osuwiska wykonano 2 profile metod¹ refrakcyjnego profilowania sejsmicznego oraz jeden profil tomografii geoelektrycznej (ERT). Na rycinie 2 zaprezen-towano profil sejsmiczny (ryc. 2a) i profil ERT przebie-gaj¹cy po tej samej linii (ryc. 2b). Na podstawie profili sejsmicznych mo¿na wyznaczyæ zasiêg i g³êbokoœæ niszy osuwiskowej. Warstwa przypowierzchniowa, charaktery-zuj¹ca siê prêdkoœciami fali sejsmicznej oko³o 0,4 km/s, jest interpretowana jako silnie zwietrza³a. Dodatkowo mog¹ w niej wystêpowaæ otwarte szczeliny powsta³e w trakcie ostatniego etapu aktywnoœci osuwiska. Ni¿sza war-stwa o prêdkoœci od 1 do 1,4 km/s jest interpretowana jako koluwia. Mi¹¿szoœæ tak wyznaczonych koluwiów docho-dzi do 20 m w dolnej czêœci osuwiska. Zwraca uwagê wystêpowanie dwóch oddzielonych od siebie nisz osuwi-skowych o g³êboko po³o¿onej powierzchni œciêcia. Poni¿ej koluwiów wystêpuje skalne pod³o¿e, charakteryzuj¹ce siê prêdkoœciami fal oko³o 3 km/s. Prêdkoœci takie s¹ typowe dla nienaruszonych piaskowców grubo³awicowych, jakich mo¿na spodziewaæ siê w pod³o¿u osuwiska.

Na przekroju ERT (ryc. 2b) mo¿na wyznaczyæ trzy typy oœrodka skalnego. Ska³y charakteryzuj¹ce siê

oporno-œciami powy¿ej 200 Wm i stosunkowo jednorodnym

rozk³adem opornoœci, w g³êbszych partiach przekroju, interpretowane s¹ jako piaskowce grubo³awicowe z

drob-nymi przewarstwieniami ska³ drobnoklastycznych.

Oœro-dek o niejednorodnej opornoœci, pomiêdzy 10 a 300 Wm

interpretowany jest jako koluwia, w dolnej czêœci prawdo-podobnie nawodnione. Partie przypowierzchniowe, o

wy-sokiej opornoœci, powy¿ej 500Wm s¹ interpretowane jako

partie koluwiów, w których wystêpuj¹ otwarte szczeliny. Na przekroju ERT zwraca uwagê kszta³t granicy pomiêdzy piaskowcami a koluwiami w po³udniowo-zachodniej czê-œci profilu. Strome i cechuj¹ce siê znacznym gradientem granice sugeruj¹ wystêpowanie przestrzennie skoncentro-wanego rozerwania pakietu piaskowców oraz mog¹ wska-zywaæ na niestabilnoœæ elewacji zbudowanych z kom-pleksów piaskowcowych na pozosta³ej czêœci przekroju. Profil ERT równoczeœnie nie wskazuje na za³o¿one pier-wotnie wystêpowanie zwiêkszonego udzia³u prze³awiceñ drobnoklastycznych w pod³o¿u osuwiska. Zsuw nast¹pi³ prawdopodobnie po ³awicy ³upkowej o niewielkiej mi¹¿-szoœci, co zdaje siê byæ potwierdzone przez wiercenia wykonane na osuwisku w ramach programu SOPO.

£AŒNICA (LANCKORONA) T³o geologiczne

Osuwisko po³o¿one jest na pó³nocnym, ³agodnym sto-ku doliny potoków Ostrowiec i Cedron, we wsi £aœnica. Wiêkszoœæ obszaru osuwiska jest zabudowana domami jednorodzinnymi i budynkami gospodarczymi. Najwy¿sza czêœæ osuwiska obejmuje sady i pola. Przez obszar osuwi-ska przebiega lokalna droga asfaltowa.

Ska³y buduj¹ce pod³o¿e osuwiska (ryc. 1) nale¿¹ do p³aszczowiny œl¹skiej (Ksi¹¿kiewicz 1974a, 1974b), wy-stêpuj¹ w po³o¿eniu normalnym, a ich upady sporadycznie przekraczaj¹ 15° na po³udnie. Dolina Cedronu i przed³u-¿aj¹ca j¹ dolina potoku Ostrowiec za³o¿ona jest na uskoku Cedronu. Ska³y pod³o¿a zbudowane s¹ z eoceñskich i oli-goceñskich piaskowców p³ytowych i skorupowych z podrzêdn¹ iloœci¹ ³upków nale¿¹cych do warstw kroœnieñ-skich.

Ryc. 1. Uproszczona mapa jednostek geologicznych polskich Karpat z lokalizacj¹ badañ (za ¯ytko i in., 1989; uproszczone)

Fig. 1. Simplified map of the geological units of the Polish Carpathians with studied locations indicated (from ¯ytko et al., 1989;

Zastanawiaj¹ce jest, ¿e osuwisko wystêpuje na stoku o nieznacznym nachyleniu, a na dotychczasowym obrazie kartograficznym, oprócz konsekwentnego u³o¿enia warstw, trudno doszukaæ siê warunków szczególnie sprzyjaj¹cych procesom osuwiskowym. Osuwisko uaktywni³o siê poprzednio w 1960 r. (Ziêtara, 1969), a po ostatnim etapie aktywnoœci latem 2010 r. jest intensywnie badane z zastosowaniem nowoczesnych narzêdzi, w tym lotniczego skaningu lase-rowego (Graniczny i in., 2012).

Wyniki badañ

Na obszarze osuwiska wykonano 4 profilowania re-frakcyjne oraz 2 profile ERT. W artykule zaprezentowano jedynie wyniki z profili przebadanych obiema metodami.

Badania sejsmiczne (ryc. 3a) wykaza³y wystêpowanie oœrodka trójwarstwowego, miejscami dwuwarstwowego (efekt znacznych zmian spowodowanych aktywnoœci¹ osuwiska). Najp³ytsza warstwa, o prêdkoœciach fali oko³o 0,4 km/s, interpretowana jest jako warstwa glebowa, silnie zwietrza³a, czêsto z otwartymi szczelinami. Warstwa œrod-kowa, o prêdkoœciach w przedziale 1,3–1,8 km/s, zbudo-wana jest z koluwiów, natomiast najni¿sza warstwa, o prêd-koœciach od 2,2 do 2,5 km/s, stanowi skalne pod³o¿e. Cha-rakterystyczne jest, ¿e pod³o¿e w dolnej czêœci osuwiska cechuje siê znacznie ni¿szymi prêdkoœciami fali sejsmicz-nej. Na podstawie profilowañ sejsmicznych okreœlono kszta³t oraz zasiêg niszy osuwiskowej.

Wyniki badañ metod¹ ERT (ryc. 3b) wykaza³y wystê-powanie w pod³o¿u osuwiska istotnej granicy geologicz-nej, nie stwierdzonej dotychczas tradycyjnymi metodami. W dolnej czêœci stoku wystêpuje oœrodek skalny niskoopo-rowy, interpretowany jako nieprzepuszczalne ska³y ³upko-we lub ska³y zwi¹zane z uskokiem. W górnej czêœci

osuwiska wystêpuje oœrodek o opornoœci 100-200 Wm,

interpretowany jako warstwy kroœnieñskie z przewag¹ pia-skowców. W tej strefie mo¿na wyznaczyæ kompleks ska³ zapadaj¹cych konsekwentnie, o podwy¿szonej zawartoœci ³upków.

Osuwisko powsta³o zatem w miejscu, gdzie warstwa wodonoœna zbudowana z piaskowców warstw kroœnieñ-skich podparta jest od po³udnia ska³ami nieprzepuszczal-nymi, wzd³u¿ strefy uskokowej nierozpoznanej dotychczas w rejonie £aœnicy, le¿¹cej na przed³u¿eniu uskoku Cedro-nu, kartowanego na pó³noc od Lanckorony (Ry³ko, 2006). Opisana sytuacja geologiczna wskazuje na mo¿liwoœæ wystê-powania w przysz³oœci katastrofalnych zdarzeñ osuwiskowych wzd³u¿ doliny Cedronu, jednoczeœnie prezentowane metody geofizyczne mog¹ pozwoliæ na okreœlenie potencjalnych stref zagro¿onych.

MILÓWKA T³o geologiczne

Osuwisko po³o¿one jest na pó³nocnym zboczu potoku Milówki, w rejonie przysió³ka Siedloki. Na obszarze objê-tym procesami osuwiskowymi po³o¿onych by³o kilka gospodarstw, obecnie zniszczonych i wysiedlonych. Pozo-sta³e tereny, pierwotnie wykorzystywane rolniczo, obecnie

zosta³y porzucone z uwagi na skalê zniszczeñ. Dolna czêœæ jêzora osuwiskowego zniszczy³a lokaln¹ drogê i czêœciowo zatamowa³a potok Milówki.

Ska³y pod³o¿a osuwiska (ryc. 1), nale¿¹ce do p³aszczo-winy magurskiej (Burtan i in., 1956), zapadaj¹ pod k¹tem 20–30° na wschód i s¹ w po³o¿eniu normalnym. Górnej czêœci profilu, pod³o¿e osuwiska buduje paleogeñski kom-pleks piaskowcowo-³upkowy, okreœlany jako piaskowce magurskie facji glaukonitowej i muskowitowej. W dolnej czêœci stoku wystêpuje kompleks piaskowców cienko i œrednio³awicowych ze znacznym udzia³em ³upków, nale-¿¹cy do eoceñskich warstw hieroglifowych.

Po przeprowadzeniu analizy dostêpnych danych geolo-gicznych spodziewano siê, ¿e g³ównym czynnikiem powo-duj¹cym procesy osuwiskowe by³a litologia dolnej czêœci stoku, jednak przestrzenny zasiêg niszy nie pokrywa³ siê z zasiêgiem warstw hieroglifowych.

Wyniki badañ

Na terenie osuwiska wykonano dwa profile sejsmiczne metod¹ profilowania refrakcyjnego oraz dwa profile ERT o przebiegu pokrywaj¹cym siê z profilami sejsmicznymi. Poni¿ej prezentujemy profil prostopad³y do osi osuwiska, w przybli¿eniu przebiegaj¹cy równolegle do generalnego kierunku zapadania warstw. Profil sejsmiczny (ryc. 4a) pozwoli³ na wyznaczenie sp¹gu koluwiów oraz zasiêgu przestrzennego niszy osuwiskowej. Prêdkoœci wyznaczone w koluwiach, oko³o 2 km/s, mieszcz¹ siê w górnych prze-dzia³ach prêdkoœci typowych dla koluwiów i mog¹ byæ zwi¹zane z uœrednieniem prêdkoœci koluwiów i partii pod³o-¿a o anomalnie niskich prêdkoœciach fali. Prêdkoœæ 3 km/s, wystêpuj¹ca w pod³o¿u, jest typowa dla piaskowców wystêpuj¹cych w pod³o¿u.

Wyniki pomiarów metod¹ ERT (ryc. 4b) odbiegaj¹ nie-znacznie od wyników profilowañ sejsmicznych, zw³aszcza w centralnej czêœci niszy. Na przekroju ERT mo¿na jedno-znacznie wyznaczyæ sp¹g koluwiów, które stanowi¹ oœro-dek wysoce niejednorodny pod wzglêdem wartoœci opor-noœci. Poni¿ej, w obrêbie pod³o¿a, wyró¿niono wysoko-oporowe pakiety interpretowane jako grubo³awicowe pia-skowce oraz partie o ni¿szej opornoœci interpretowane jako kompleksy piaskowców ze znacznym udzia³em ³upków. Warstwy tego kompleksu zapadaj¹ pod k¹tem oko³o 30° na wschód. W centralnej czêœci profilu sejsmicznego wystê-puj¹ strefy nieci¹g³oœci odpowiadaj¹ce prawdopodobnie serii uskoków. Na przekrojach natomiast nie stwierdzono jednoznacznie niskooporowego oœrodka, który mo¿na by interpretowaæ jako ³upkowe partie warstw hieroglifowych. Na tej podstawie stwierdzono, ¿e osuwisko za³o¿one jest prawdopodobnie na obszarze silnie zaanga¿owanym tekto-nicznie (seria uskoków) i nie jest zwi¹zane wy³¹cznie z litologi¹ ska³ pod³o¿a.

PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Zrozumienie genezy osuwisk, przeprowadzenie pra-wid³owego modelowania numerycznego ich stabilnoœci i podjêcie prawid³owych œrodków zabezpieczaj¹cych na nieaktywnych i aktywnych osuwiskach wymaga zbudowa-nia mo¿liwie dok³adnego modelu budowy geologicznej

100 50 150 75 100 50 100 75 100 50 75 100 50 100 30 20 10 100 30 250 150 2525 75 40 15 75 40 25 25 75 15 25 40 75 15 15 40 25 40 25 15 25 310 330 350 370 krawêdŸ niszy landslide edge NW SE 50 100 150 200 250 [m] 340 360 380 PROFIL POPRZECZNY TRAVERSE SECTION koluwia colluvium ? ? otwarte szczeliny open fissures pod³o¿e piaskowcowe sandstone bedrock uskok fault uskok (?) fault (?) pod³o¿e ³upkowe shale bedrock u³awicenie bedding strefa zagro¿ona risk zone PROFIL OSIOWY AXIS SECTION NE SW B ? ? [m] 50 100 150 200 250 [m] 300 [m] A PROFIL POPRZECZNY TRAVERSE SECTION PROFIL OSIOWY AXIS SECTION koluwia colluvium pod³o¿e ³upkowe shale bedrock pod³o¿e piaskowcowe sandstone bedrock krawêdŸ niszy landslide edge 20 60 100 140 180 220 260 300 336 346 356 366 376 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 [m] 300,0 0,4 1,8 2,2 NW 339 349 359 369 379 389 399 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 [m] 1,3 2,5 0,4 NE SW SE PROFIL POPRZECZNY TRAVERSE SECTION PROFIL OSIOWY AXIS SECTION PROFIL POPRZECZNY TRAVERSE SECTION PROFIL OSIOWY AXIS SECTION [m]

prêdkoœæ fali P w warstwach [km/s]

P wave values for beds [km/s]

prêdkoœæ fali P w warstwach [km/s]

P wave values for beds [km/s]

[m]

Ryc. 3. Przekroje geofizyczne przez osuwisko w £aœnicy (Lanckorona). 3A – przekroje sejsmiczne uzyskane metod¹ profilowania

refrakcyjnego. 3B – przekroje opornoœci pozornej uzyskane za pomoc¹ metody ERT wraz z interpretacj¹ geologiczn¹

Fig. 3. Geophysical sections, £aœnica (Lanckorona) landslide. 3A – seismic sections obtained by means of the seismic refraction

profiling method. 3B – apparent resistivity sections, obtained by means of the ERT method, with geological interpretation

300600 1000 1000 800 300 2540 75 75 130 25 40 75 130 300 40 75 130 130 200 200500 200 130 75 200 25 75 130 200300 500 800 130 200 130 75 10 300 500 200 75 75 130 75 500 500 200 130 75 130 300 300 40 75 130 75 40 75 130 130 130 200 200 200 75 300 200 500 300 800 500 300 40 200 25 40 50 100 150 200 250 300 350 400 450 [m] 320 340 360 [m] piaskowce grubo³awicowe thick-bedded sandstones piaskowce grubo³awicowe thick-bedded sandstones

ostra krawêdŸ ska³ pod³o¿a sharp bedrock edge

przypowierzchniowa warstwa koluwiów z otwartymi szczelinami

colluvium with open fissures koluwia colluvium SW NE B 20 60 100 140 180 220 260 300 koluwia colluvium A SW NE 321 331 341 351 361 371 381 [m] 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 220,0 240,0 260,0 280,0 300,0 320,0 340,0 360,0 380,0 400,0 420,0 [m] 0,4 1,4 3,0

prêdkoœæ fali P w warstwach [km/s] P wave values for beds [km/s]

Ryc. 2. Przekroje geofizyczne prostopad³e do osi osuwiska w Miêdzybrodziu Bialskim – £aski. 2A – przekrój sejsmiczny uzyskany

metod¹ profilowania refrakcyjnego. 2B – przekrój opornoœci pozornej uzyskany za pomoc¹ metody ERT wraz z interpretacj¹ geologiczn¹

Fig. 2. Traverse geophysical sections (sub-perpendicular to the landslide axis), Miêdzybrodzie Bialskie – £aski landslide. 2A – seismic

section obtained by means of the seismic refraction profiling method. 2B – apparent resistivity section, obtained by means of the ERT method, with geological interpretation

osuwisk i ich pod³o¿a. Poza pracami kartograficznymi dane geologiczne z wierceñ czy dane z inklinometrów i piezometrów s¹ przewa¿nie s³abo dostêpne i rozmieszczo-ne punktowo na powierzchni osuwisk. Badania z wykorzy-staniem metod p³ytkiej geofizyki (geofizyki in¿ynierskiej), w szczególnoœci tomografii elektrooporowej i metod sejsmiki refrakcyjnej, mog¹ z powodzeniem uzupe³niæ dane o przestrzenny, ci¹g³y rozk³ad kompleksów skalnych, zw³aszcza przy mo¿liwoœci kalibracji metod geofizycz-nych z otworami wiertniczymi.

Informacje pochodz¹ce z badañ metodami p³ytkiej geofizyki mog¹ byæ stosowane do:

– wyznaczania granic ska³ o znacz¹co ró¿nych para-metrach mechanicznych, takich jak sp¹g koluwiów;

– okreœlania przybli¿onej litologii ska³;

– wyznaczania upadów (pozornych i rzeczywistych) pakietów skalnych;

– wyznaczania stref uskokowych;

– okreœlania resztkowych naprê¿eñ w masywie skal-nym.

Zastosowanie metod geofizycznych w rozpoznaniu budowy geologicznej osuwisk jest tylko przyk³adem wykorzystania tych metod do budowy modeli geologicz-nych. Badania takie mog¹ byæ szeroko stosowane w

zagad-nieniach wymagaj¹cych szczegó³owego poznania skom-plikowanej budowy geologicznej, takich jak rozpoznanie stref osuwiskowych, badania g³êbokiego pod³o¿a budow-lanego, rozpoznanie zbiorników wód podziemnych oraz w ochronie œrodowiska.

LITERATURA

BURTAN J., SOKO£OWSKI S., SIKORA W. & ¯YTKO K. 1956 – Szczegó³owa mapa geologiczna Polski w skali 1: 50 000, Arkusz Milówka (1029).

CA£A M. 2007 – Convex and concave slope stability analysis with numerical methods. Arch. Mining Sc., 52 (1): 75–89.

DRAHOR M.G., GÖKTÜRKLER G. & BERGE M.A. 2006 – Applica-tion of electrical resistivity tomography technique for investigaApplica-tion of landslides: a case from Turkey. Env. Geol., 50: 147–155.

FRIEDEL S., THIELEN A. & SPRINGMAN S.M. 2006 – Investiga-tion of the slope endangered by rainfall induced landslides using 3D resistivity tomography and geotechnical testing. J. Applied Geoph., 60: 100–114.

GRANICZNY M., KAMIÑSKI M., PI¥TKOWSKA A. & SURA£A M. 2012 – Wykorzystanie lotniczego skaningu laserowego do inwentary-zacji i monitoringu osuwiska w rejonie £aœnicy (gmina Lanckorona), Pogórze Wielickie, Karpaty Zewnêtrzne. Prz. Geol., 60: 89–94. JONGMANS D. & GARAMBOIS S. 2007 – Geophysical investigation of landslides: a review. Bull. de L'Soc. Geol. de Fr., 178: 101–112. KSI¥¯KIEWICZ M. 1974a – Szczegó³owa mapa geologiczna Polski w skali 1: 50 000, Arkusz Sucha Beskidzka (1014).

560 600 ? ? ? ? ? strefa uskokowa fault zone koluwia colluvium

przypowierzchniowa warstwa z otwartymi szczelinami near-surface zone of open fissures

pod³o¿e piaskowcowe sandstone bedrock

pod³o¿e z przewag¹ ³upków shale-dominated bedrock

W

E

shale-dominated bedrock pod³o¿e piaskowcowe sandstone bedrock 20 60 100 140 180 220 260 300 A [m] 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 [m] 0,3 2,0 3,0 579 589 599 609 619 629 639

W

E

prêdkoœæ fali P w warstwach [km/s] P wave values for beds [km/s]

Ryc. 4. Przekroje geofizyczne prostopad³e do osi osuwiska w Milówce. 4A – przekrój sejsmiczny uzyskany metod¹ profilowania

refrakcyjnego. 4B – przekrój opornoœci pozornej uzyskany za pomoc¹ metody ERT wraz z interpretacj¹ geologiczn¹

Fig. 4. Traverse geophysical sections (sub-perpendicular to the landslide axis), Milówka landslide. 4A – seismic section obtained by

means of the seismic refraction profiling method. 4B – apparent resistivity section, obtained by means of the ERT method, with geological interpretation

KSI¥¯KIEWICZ M. 1974b – Objaœnienia do szczegó³owej mapy geo-logicznej Polski w skali 1: 50 000, Arkusz Sucha Beskidzka (1014). LOKE M.H. 2000 – Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies: 1–59. Lecture notes. GeoTomo Ltd.

LOKE M.H. 2012 – Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys: 1–172. GeoTomo Software Ltd.

MILSOM J. 2003 – Field geophysics. Third edition. Wiley, London, 1–232.

NARWOLD C.F. & OWEN W.P. 2002 – Seismic refraction analysis of landslides. Proceedings of the Geophysics 2002 conference, Los Ange-les, California.

NESCIERUK P. 1996 – Szczegó³owa mapa geologiczna Polski w skali 1: 50 000, Arkusz Bielsko Bia³a (1012).

NESCIERUK P., PERSKI Z., WARMUZ B., WOJCIECHOWSKI T. & WÓJCIK A. 2012 – Zagro¿enie sztucznych zbiorników wodnych w Karpatach na przyk³adzie zbiornika w Por¹bce w œwietle monitoringu osuwiska £aski. Sympozjum ogólnokrajowe Hydrotechnika XIV 2012: 25–37.

OSTROWSKI S. & PACANOWSKI G. 2011 – P³ytkie badania geofi-zyczne z wykorzystaniem sejsmiki in¿ynierskiej oraz tomografii elek-trooporowej. Biul. Pañstw. Inst. Geol., 446: 215–224.

OSTROWSKI S., RYBAK-OSTROWSKA B. & LASOCKI M. 2011 – Application of electric resistivity tomography in Carpathian landslide monitoring. Conference and Technical Exhibition – European Association of Geoscientists and Engineers ( 2011), 73: I021. PANEK T., HRADECKY J. & SILHAN K. 2008 – Application of electrical resistivity tomography (ERT) in the study of various types

of slope deformations in anisotropic bedrock: case studies from the flysh Carpathians. Stud. Geomorph. Carpatho-Balcan., 42: 57–73. RY£KO W. 2006 – Szczegó³owa mapa geologiczna Polski w skali 1: 50 000, Arkusz Kalwaria Zebrzydowska (995).

SASS O., BELL R., & GLADE T. 2008 – Comparison of GPR, 2D – resistivity and traditional techniques for the subsurface exploration of the Öschingen landslide, Swabian Alb (Germany). Geomorphology, 93: 89–103.

STOPKOWICZ A. & CA£A M. 2004 – Analiza statecznoœci zboczy zlokalizowanych we fliszu karpackim z zastosowaniem metod nume-rycznych. XXVII Zimowa Szko³a Mechaniki Górotworu. Geotechnika i Budownictwo Specjalne: 519–529

THIEL K. 1975 – Zarys metodyki badañ i prognozowania osuwisk na zboczach zbiorników wodnych we fliszu karpackim. Mater. Bad. Seria specjalna, 4: 202–219.

ZIÊTARA T. 1969 – W sprawie klasyfikacji osuwisk w Beskidach zachodnich. Stud. Geomorph. Carpatho-Balcan., 3: 111–131. ¯YTKO K., ZAJ¥C R., GUCIK S., RY£KO W., OSZCZYPKO N., GARLICKA I., NEMÈOK J., ELIAŠ M., MENÈIK E. & STRÁNIK Z. 1989 – Map of the tectonic elements of the Western Outer Carpathians and their foreland. [W:] Poprawa D., Nemèok J. (red.) Geological atlas of the Western Outer Carpathians and their foreland. Pañstwowy Insty-tut Geologiczny, Wydawnictwa Geologiczne Warszawa.

Praca wp³ynê³a do redakcji 3.09.2012 r. Po recenzji akceptowano do druku 31.10.2012 r.

GEOLOGICZNY

GEOLOGICZNY

PRZEGLĄD

PRZEGLĄD

A

C

D

E

Hydrogeologia

Stratygrafia

Geologia inżynierska

Osuwiska

Geoturystyka

Historia geologii

Geologia inżynierska

Hydrogeologia

Stratygrafia

Osuwiska

Geoturystyka

Historia geologii

w Zawadzie ko³o Tarnowa. Fot. S. Ostrowski. C – Wzmacnianie pod³o¿a gruntowego w technologii Drena¿u Pionowego – Po³udniowa Obwodnica Gdañka. Fot. w³asnoœæ firmy Menard Polska. D – Droga zniszczona w wyniku przebicia hydraulicznego w trakcie powodzi rzeki Bia³ej w 2010 r. Okolice Grybowa. Fot. S. Ostrowski. E – Wzmacnianie pod³o¿a gruntowego w technologii kolumn CMC – Po³udniowa Obwodnica Gdañka. Fot. w³asnoœæ firmy Menard Polska. F – Mikrostruktura pasty gruntowej przygotowanej z neogeñskich i³ów pobranych z rejonu Warszawa-Stegny. G – Strenuella polonica Czarnocki, 1926, kranidium i toraks, MWG ZI/29/1534 (Muzeum Wydzia³u Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, kolekcja Stanis³awa Or³owskiego), poziom Holmia–Schmidtiellus, drugi oddzia³ kambru Ociesêki, Góry Œwiêtokrzyskie, d³ugoœæ okazu: 24,4 mm, okaz napylony chlorkiem amonu przed sfotografowaniem. Fot. A. ¯yliñska

Cover photo: A – Geophone spacing for the MASW method recording. Photo by S. Ostrowski. B – Main escarpment of landslide at

Zawada near Tarnów. Photo by S. Ostrowski. C – Soil improvement by prefabricated Vertical Drains – South Ring Road of Gdañsk. Photo by Menard Polska Company. D – Road destroyed by hydraulic breakdown during the Bia³a River flood in 2010, near Grybów. Photo by S. Ostrowski. E – Improvement of soft soil using the CMC columns – South Ring Road of Gdañsk. Photo by Menard Polska Company. F – Microstructure of remoulded specimen of Neogene clays collected from the Warsaw-Stegny area. G – Stenuella polonica Czarnocki, 1926, cranidium with thorax, MWG ZI/29/1534 (Museum of the Faculty of Geology, University of Warsaw, collection of Stanis³aw Or³owski), Holmia–Schmidtiellus Zone, Cambrian Series 2 Ociesêki, Holy Cross Mountains length of specimen: 24.4 mm, specimen coated with ammonium chloride before photographing. Photo by A. ¯yliñska