Model przestrzenny struktury solnej Inowrocław a wizualizacja przemieszczeń powierzchni terenu zarejestrowanych na podstawie badań interferometrycznych

Model przestrzenny struktury solnej Inowroc³aw

a wizualizacja przemieszczeñ powierzchni terenu

zarejestrowanych na podstawie badañ interferometrycznych

Anna Pi¹tkowska

, Krzysztof Czury³owicz

, Maria Przy³ucka

Application of the spatial model of the Inowroc³aw salt structure for clarification and visualization of surface movements registered by inter-ferometric investigation. Prz. Geol., 62: 97–102.

A b s t r a c t. The Inowroc³aw salt dome can be considered one of the model structures in the Polish Lowlands. Salt structures formed as the result of halotectonic and halokinetic action. The Permian salt was squeezed upwards from deep geological levels due to the overburden load, using fractured zones and faults. The salt dome is presented as a dynamic three--dimensional geological model developed using advanced technology to create and visualize 3D spatial data. Thanks to the relationship between the dynamics of the land surface and natural geological processes , the results and conclusions can be quickly drawn. For this pur-pose, average values of displacements in mm per year, obtained by Satellite Radar Interferometry – Persistent Scatterers (PS) for the time span 1992–2006, are presented in the form of interpolation, creating a surface of ground movement (subsidence and uplift) above the Inowroc³aw salt dome.

Keywords: salt dome, interferometry, spatial model

Z³o¿one stosunki naprê¿eñ górotworu, bêd¹ce wyni-kiem d³ugoletniej eksploatacji soli (na pierwsze historyczne wzmianki dotycz¹ce wczesnoœredniowiecznej warzelni soli natrafiono przy Koœciele Imienia Najœwiêtszej Maryi Panny w Inowroc³awiu), powoduj¹ niewielkie ruchy powierzchni terenu nad wysadem solnym Inowroc³aw. Zale¿noœci s¹ bardzo skomplikowane, zachodzi tu przenikanie siê czyn-ników naturalnych i indukowanych, mimo ¿e dzia³alnoœæ górnicz¹ ju¿ zakoñczono. Do identyfikacji dynamiki ruchów terenu ponad wysadem solnym Inowroc³aw wykorzystano dane radarowe, co zosta³o opracowane przez Pi¹tkowsk¹ i Sura³ê (2011) oraz Pi¹tkowsk¹ i in. (2012). Celem tej pracy by³a wizualizacja zidentyfikowanych ruchów powierzchni wraz z trójwymiarowym modelem geologicznym. Dziêki temu mo¿liwa by³a g³êbsza analiza powi¹zañ miêdzy dyna-mik¹ ruchów terenu a budow¹ geologiczn¹. Ponadto prze-strzenna wizualizacja budowy geologicznej wysadu solnego Inowroc³aw w nawi¹zaniu do przestrzennie pokazanej dyna-miki zmian powierzchni terenu mo¿e u³atwiæ wyjaœnienie przyczyn jej ruchliwoœci.

W technologii wizualizowania informacji uzyskanych metod¹ satelitarnej interferometrii radarowej (InSAR) zilu-strowano mobilnoœæ powierzchni terenu bezpoœrednio nad form¹ soln¹ w Inowroc³awiu z wykorzystaniem metodyki SAR (Synthetic Aperture Radar). W metodzie tej wykorzy-stuje siê seriê cyfrowych satelitarnych zobrazowañ rada-rowych, wykonanych np. w technologii ERS-1 i ERS-2, i polega ona na obliczeniu ró¿nic fazy odpowiadaj¹cych sobie pikseli wybranych scen. Na podstawie dwóch zobra-zowañ SAR otrzymuje siê tzw. interferogram, przedstawia-j¹cy ró¿nice fazy dla ca³ego obszaru objêtego zobrazowa-niem. Do badania niewielkich przemieszczeñ zachodz¹cych w okreœlonym czasie stosuje siê metody interferometryczne oparte na analizie tzw. rozpraszaczy stabilnych (Persistent

Scatterers, w skrócie PS). Wynikiem przetworzenia jest

zbiór kilku–kilkudziesiêciu tysiêcy punktów, z których ka¿-demu przypisana jest wartoœæ prêdkoœci ruchu w kierunku obrazowania satelity (prawie pionowym). Metoda okaza³a siê bardzo przydatna w Polsce na terenach górniczych, tam, gdzie wydobycie zosta³o zakoñczone, oraz tam, gdzie nadal jest prowadzona eksploatacja, na obszarze aglomeracji miej-skich, jak równie¿ na terenach osuwiskowych. W Polsce prekursorskie dzia³ania dotycz¹ce wykorzystania danych SAR i ukazuj¹ce siê publikacje na ten temat zawdziêczamy m.in. Granicznemu i in. (2006, 2011), Leœniakowi i in. (2007), Leœniakowi i Porzyckiej (2009), Perskiemu i Mro-zowi (2007), Perskiemu i in. (2008), Perskiemu (2010), Popio³kowi i in. (2002).

Rejon wysadu solnego Inowroc³aw jest obszarem po-górniczym i metoda PS okaza³a siê skuteczna do zilustrowa-nia mobilnoœci powierzchni terenu. Zinterpolowano ponad 2000 punktów PS zidentyfikowanych bezpoœrednio nad wysadem solnym Inowroc³aw i na tej podstawie wyzna-czono powierzchniê przedstawiaj¹c¹ pionowe ruchy terenu. Dziêki zastosowanej aplikacji multimedialnej wizualizacja przestrzenna uproszczonego schematu budowy geologicz-nej wysadu solnego pokazuje wprost zale¿noœci miêdzy powierzchni¹ zinterpolowanych wartoœci prêdkoœci ruchu PS a budow¹ geologiczn¹.

Multimedialne wymodelowanie powierzchni przemiesz-czeñ nad struktur¹ soln¹ przy u¿yciu automatycznie gene-rowanych przekrojów geologicznych i wartoœci przemiesz-czeñ terenu umo¿liwia ustalanie zale¿noœci dynamiki zmian powierzchni terenu od litologii, tektoniki, morfotektoniki, wód podziemnych itp.

Przetworzenia interferometryczne pozyskano w ramach badañ statutowych Pañstwowego Instytutu Geologicznego – Pañstwowego Instytutu Badawczego i w wiêkszej czêœci wykona³ je Zbigniew Perski (Pi¹tkowska & Sura³a, 2011; Pi¹tkowska i in., 2012).

1

Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa; annapiatkowska@ poczta.onet.eu, krzysztof.czurylowicz@pgi.gov.pl, maria.przytlucka@pgi.gov.pl.

Do konstrukcji modelu przestrzennego wysa-du solnego Inowroc³aw, na podstawie danych przetworzonych uprzednio do formatu GIS, wy-korzystano aplikacjê Paradigm GOCAD. Wizu-alizacjê efektu koñcowego prac badawczych wy-konano za pomoc¹ programu Geo3D. Program ten jest udostêpniony w serwisie internetowym Geowizualizacja 3D (www.geo3d.us.edu.pl), po-œwiêconym interaktywnej wielowymiarowej kar-tografii geologicznej.

Interaktywny model przestrzenny wysadu sol-nego Inowroc³aw jest dostêpny pod internetowym adresem: http://www.pgi.gov.pl/pl/geologia-3d/ projekty/4717-inowrocaw-3d.html, sk¹d mo¿na go pobraæ wraz z przegl¹dark¹ Geo3D w celu wizualizacji na w³asnym komputerze.

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA FORMY SOLNEJ

Formy solne to struktury tektoniczne rz¹dz¹ce siê prawami halotektoniki i halokinetyki. Gene-tycznie s¹ zwi¹zane ze strefami tektonicznymi, gdzie w wyniku procesów kinematycznych kom-pleksów solnych formuj¹ siê z nich najpierw poduszki solne (pillows), a nastêpnie diapiry (diapirs), s³upy solne lub grzebienie (post

dia-pirs; Seni & Jackson, 1983; Alsop i in., 1996).

Komplikacja poszczególnych form solnych jest zale¿na od budowy geologicznej otoczenia i lokal-nych uk³adów naprê¿eñ panuj¹cych w górotwo-rze od momentu uformowania poduszki solnej do stadium s³upa solnego.

Wybrany jako przyk³ad formy solnej wysad Inowroc³aw w rzucie poziomym przypomina kszta³tem elipsê o przebiegu d³u¿szej osi N-S, co jest wyraŸnie widoczne w morfologii terenu (ryc. 1A, B). Struktura solna Inowroc³awia jest wpasowana w system uskoków regionalnych

o przebiegu N-S, które nie s¹ zgodne z generalnym kierun-kiem osi antyklinorium œrodkowopolskiego (Dadlez, 1980, 2001; Dadlez & Marek, 1974; Pi¹tkowska, 1989, 2003, 2006; Dadlez i in., 2000). Dyslokacje tektoniczne i mikro-tektoniczne, ci¹g³e i nieci¹g³e, osie fa³dów i mikrofa³dów stwierdzone w strukturze wewnêtrznej wysadu solnego po-wtarzaj¹ kierunki obu stref tektonicznych – NW-SE (aty-klinorium) oraz N-S (systemu uskoków ograniczaj¹cych strukturê soln¹; Tatka & Ja³ocha, 1983; Tarka, 1992; Hus i in., 1996). Z przeprowadzonych badañ grawimetrycznych wynika, ¿e pó³nocno-zachodnia œciana wysadu ma formê progów. Od strony pó³nocnej œciany wysadu s¹ ³agodniej-sze i ich spadek wynosi ok. 45°, natomiast od wschodu i zachodu œciany s¹ prawie pionowe.

Kopu³a wysadu solnego Inowroc³aw znajduje siê bez-poœrednio pod zabudowaniami miasta, a jej geometryczny œrodek jest zlokalizowany pod rynkiem i jednoczeœnie sta-nowi najwy¿szy punkt miasta (ryc. 1A, B). Eksploatacja soli na tym obszarze ma d³ug¹ historiê – od 1875 r. z prze-rwami do 1991 r. Ponadstuletnia dzia³alnoœæ wydobywcza na wysadowym z³o¿u soli Inowroc³aw spowodowa³a zmianê naturalnych naprê¿eñ panuj¹cych w górotworze i zaburze-nie stosunków wodnych.

Strop wysadu solnego pokrywa czapa gipsowo-anhy-drytowo-i³owa, powy¿ej której wystêpuje stosunkowo cienka warstwa osadów czwartorzêdowych o mi¹¿szoœci malej¹cej

z po³udnia (od 45 m) ku pó³nocy (miejscami nawet do 5 m; Hus i in., 1996; Brzeziñski, 2009). W „kieszeni” tekoniczno--erozyjnej w stropie czapy gipsowej zachowa³y siê ilaste osady triasu (z fragmentami czerwonych piaskowców). Od pó³nocy i od wschodu wysad otacza kompleks margli, wapieni i dolomitów œrodkowej i górnej jury. Od zachodu przewa¿aj¹ piaski i s³abo zdiagenezowane piaskowce dol-nej jury, czêsto zawodnione. Kredowe osady margliste zalegaj¹ bezpoœrednio na osadach jury i w czêœci pó³nocnej znajduj¹ siê w pewnej odleg³oœci od wysadu.

Kompleks soli cechsztyñskich i eksploatowane do 1991 r. poziomy serii solnej s¹ silnie pofa³dowane, a osie fa³dów maj¹ g³ównie kierunek NW-SE. Wiercenia wykonano do g³êbokoœci 3026 m i nie stwierdzono innych osadów poza kompleksami solnymi. Kompleks cechsztyñski siêga praw-dopodobnie do ok. 6000 m i z tej g³êbokoœci zosta³y wynie-sione poziomy solne, które obserwowano w wyrobiskach kopalni w pozycji prawie pionowej (Hus i in., 1996; Marek & Pajchlowa, 1997).

METODYKA OPRACOWANIA MODELU

Opracowany model stanowi przestrzenn¹ wizualizacjê koncepcji budowy geologicznej wysadu solnego Inowro-c³aw i jego pobliskiego otoczenia ujêtej w postaci klasycz-nych wydzieleñ kartograficzklasycz-nych, wyznaczoklasycz-nych g³ównie Ryc. 1. Model powierzchni terenu nad wysadem solnym Inowroc³aw (przewy¿-szony 15-krotnie) przedstawiaj¹cy wp³yw wysadu na morfologiê. A – widok z góry, B – perspektywa z po³udnia (widok krótszej osi wysadu)

Fig. 1. Terrain model of the area above the Inowroc³aw salt dome (exaggerated 15 times), which illustrates influence of the salt dome on the morphology. A – top view, B – view from the south (short-axis view of dome)

na podstawie dokumentacji geologiczno-z³o¿owej (Tatka & Ja³ocha, 1983). Wyboru powierzchni stanowi¹cych osno-wê strukturaln¹ modelu dokonano, opieraj¹c siê na zgroma-dzonych materia³ach dotycz¹cych regionalnego rozwoju budowy geologicznej. Wyró¿niono powierzchnie stropowe czapy gipsowej, zwierciad³a solnego, utworów triasu i jury oraz powierzchnie niezgodnoœci sp¹gu paleogenu, neoge-nu i czwartorzêdu. Ka¿d¹ z powierzchni konstruowano niezale¿nie, jednak podczas opracowywania modelu

bry-³owego regu³y narzucone poprzez charakter wymienio-nych wczeœniej powierzchni i ich pozycjê stratygraficzn¹ pozwoli³y na stworzenie spójnego pod wzglêdem geolo-gicznym modelu 3D. Podstawê konstrukcji powierzchni stanowi³y uprzednio opracowane mapy izoliniowe, linie interpretacyjne z przekrojów geologicznych i hydrogeolo-gicznych oraz profile stratygraficzne otworów badawczych. Jednoczeœnie, aby zachowaæ pe³n¹ spójnoœæ z danymi zawar-tymi w dokumentacji, pos³u¿ono siê mapami mi¹¿szoœci

448000 449000 450000 451000 452000 453000 545000 546000 547000 548000 549000 550000 551000 545000 546000 547000 548000 549000 550000 551000 448000 449000 450000 451000 452000 453000 odwiercone w latach 1871–1900 drilled in 1871–1900 odwiercone w latach 1907–1914 drilled in 1907–1914 odwiercone w 1920 r. drilled in 1920 odwiercone w latach 1923–1932 drilled in 1923–1932 odwiercone w latach 1948–1950 drilled in 1948–1950 odwiercone w 1971 r. drilled in 1971

otwory badawcze i eksploatacyjne test and exploitation wells

punkty pomiarowe [mm/r]

PSI surveys [mm/yr] od –6,90 do –2,26 from –6.90 to –2.26 od –2,25 do –0,87 from –2.25 to –0.87 od –0,86 do 0,00 from –0.86 to 0.00 od 0,01 do 0,80 from 0.01 to 0.80 od 0,81 do 1,65 from 0.81 to 1.65 od 1,66 do 2,75 from 1.66 to 2.75 obszar zabudowany built-up area zasiêg wysadu solnego extent of salt dome

linia przekroju geologicznego (patrz ryc. 4) cross-section line (see Fig. 4)

PUWG 1992

Ryc. 2. Rozk³ad punktów PS na tle obrysu wysadu solnego Inowroc³aw. Punkty s¹ zaznaczone w skali barwnej w zale¿-noœci od wartoœci prêdkoœci ich ruchu w milimetrach na rok

Fig. 2. Distribution of the PS points against the salt dome outline. Points are shown on a scale of colour values depending on the velocity of movement in millimeteres per year

kompleksów stratygraficznych. Przestrzenny rozk³ad mi¹¿-szoœci wykorzystano jako ograniczenie narzucaj¹ce mini-maln¹ jej wartoœæ na obszarach o niedostatecznym pokryciu danymi, co uniemo¿liwi³o wzajemne przeciêcia powierzch-ni stratygraficznych.

Aby przedstawiæ powierzchniê zinterpolowanych war-toœci prêdkoœci ruchu PS (w milimetrach na rok), wykorzy-stano wyniki przetworzeñ wybranych radarowych scen satelitarnych ERS i Envisat (ryc. 2).

OPROGRAMOWANIE

Wstêpne przygotowanie, obejmuj¹ce georeferencjê pod-k³adów rastrowych, cyfrowanie niezbêdnych warstw infor-macyjnych oraz uzupe³nianie ich bazy danych, wykonano w aplikacjach ArcGIS i QGIS. Tak opracowane dane wyko-rzystano do konstrukcji statycznego modelu geologicznego w aplikacji Paradigm GOCAD. Zastosowane oprogramowa-nie jest wyj¹tkowo skuteczne przy opracowywaniu skom-plikowanych struktur tektonicznych, takich jak wysady sol-ne, dziêki wykorzystaniu algorytmu DSI, który pozwala na dowi¹zanie wielu wartoœci zmiennej wysokoœci/g³êbokoœci dla tej samej pary wspó³rzêdnych p³askich X, Y.

Do szybkiego przegl¹dania wykonanego modelu s³u¿y aplikacja Geo3D. Autorzy artyku³u uzyskali zgodê na wyko-rzystania jej do zaprezentowania wyników swoich prac.

MO¯LIWOŒCI PREZENTACJI DANYCH

Model wysadu solnego Inowroc³aw opracowano, aby wskazaæ wzajemne zale¿noœci miêdzy wg³êbn¹ budow¹ geologiczn¹, morfologi¹ terenu i przestrzenn¹ zmiennoœci¹ œrednich prêdkoœci przemieszczeñ PS. W tym celu zestawio-no wzd³u¿ arbitralnie wybranych linii przekrojów geolo-gicznych wyniki wspomnianych wczeœniej obserwacji. Aby u³atwiæ lokalizacjê przestrzenn¹, przygotowano warstwy sieci g³ównych dróg. Ze wzglêdu na magnitudê pomiarów PS, jak równie¿ deniwelacjê terenu uchwycenie ogólnych zale¿noœci miêdzy morfologi¹ terenu a osiadaniem w kon-tekœcie budowy geologicznej by³o mo¿liwe jedynie dziêki zastosowaniu pionowego przewy¿szenia.

Przygotowana i przetworzona odpowiednio na wartoœci dodatnie i ujemne powierzchnia PS u³atwia wychwycenie zwi¹zków przemieszczeñ pionowych terenu z budow¹ geolo-giczn¹. Przy u¿yciu aplikacji Geo3D mo¿na wizualizowaæ przestrzenne rozmieszczenie kompleksów geologicznych i ich litologii oraz wartoœci przemieszczeñ zarejestrowa-nych na powierzchni. Dodatkowo obszary o ujemzarejestrowa-nych wartoœciach PS i ich zwi¹zek z du¿¹ mi¹¿szoœci¹ czwarto-rzêdu w stosunku do pozosta³ego terenu (PS–; thick Q) mo¿na wyœwietliæ w dowolnym zestawieniu informacji geologicznej (ryc. 3). WyraŸne podwy¿szenie wartoœci PS mo¿na zauwa¿yæ w zasiêgu zdiagenezowanych wapieni triasu (PS+; zasiêg triasu).

W celu uwypuklenia zale¿noœci miêdzy morfologi¹ tere-nu a zarysem ca³ej formy wysadu solnego powierzchniê terenu przewy¿szono 15-krotnie.

Podczas opracowywania modelu napotkano liczne trud-noœci wynikaj¹ce z niedoci¹gniêæ przy przygotowywaniu podk³adów topograficznych do map dokumentacyjnych i nanoszeniu linii przekrojów geologicznych. Po rektyfika-cji podk³adów rastrowych, a nastêpnie przekrojów geolo-gicznych w aplikacji Paradigm GOCAD widoczne by³y niedoci¹gniêcia intersekcyjne i niezgodnoœci mi¹¿szoœci

jednostek stratygraficznych na przeciêciach powierzchni przekrojów.

Na etapie interpretacji g³ównym problemem, a jednoczeœ-nie ograniczejednoczeœ-niem, by³a zupe³jednoczeœ-nie odmienna skala obserwa-cji powierzchniowych (pomiary PS i morfologia terenu) i przestrzennego modelu wg³êbnej budowy geologicznej wysadu Inowroc³aw i jego otoczenia. Z uwagi na to, ¿e nie-pewnoœæ geologiczna jest wynikiem jedynie niekompletnej wiedzy badacza o zjawisku objêtym analiz¹, obserwacje autorów podano w formie ogólnych trendów.

DANE INTERFEROMETRYCZNE

Do analizy niewielkich przemieszczeñ gruntu wystêpu-j¹cych na terenie wysadu solnego Inowroc³aw wykorzysta-no wspomnian¹ wczeœniej technikê interferometrii radarowej stabilnych rozpraszaczy.

Satelitarna interferometria radarowa jest technik¹ prze-twarzania obrazów zarejestrowanych w technologii SAR pozwalaj¹c¹ na pomiar deformacji gruntu. Polega ona na tworzeniu interferogramów, bêd¹cych z³o¿eniem obrazów tego samego obszaru wykonanych w ró¿nym czasie. Poprzez obliczenie ró¿nicy fazy odbitej fali miêdzy odpowiada-j¹cymi sobie pikselami dwóch obrazów nastêpuje identyfi-kacja wielkoœci deformacji, jaka zasz³a na badanym terenie w czasie pomiêdzy rejestracj¹ tych obrazów. Pomiar defor-macji gruntu na interferogramach ró¿nicowych jest obar-czony b³êdami, a dok³adnoœæ jest ograniczona ze wzglêdu na wp³yw atmosfery, b³êdy wyznaczenia orbit i charakter zmian zaistnia³ych w œrodowisku (np. zmiana roœlinnoœci). Niemniej jednak jest to technika powszechnie wykorzysty-wana do pomiarów deformacji gruntu, szczególnie tam, gdzie prêdkoœæ zmian jest doœæ du¿a, np. na obszarach wydobycia wêgla lub miedzi (m.in. Popio³ek i in., 2002; Krawczyk i in., 2007; Perski, 2010; Yue i in., 2011) lub du¿ych deformacji tektonicznych zwi¹zanych z silnymi trzêsieniami ziemi (Perski & Hanssen, 2005).

Do identyfikacji niewielkich przemieszczeñ gruntu (kilkumilimetrowych w skali rocznej) bardziej adekwatna jest metoda stabilnych rozpraszaczy (Persistent Scatterers

Interferometry, PSI), bêd¹ca rozszerzeniem metody InSAR

(Perski & Mróz, 2007; Perski, 2010). Do pomiaru ma³ych, zachodz¹cych w d³ugim czasie przemieszczeñ gruntu wyko-rzystuje siê zbiór kilkunastu–kilkudziesiêciu obrazów rada-rowych tego samego obszaru wykonanych na przestrzeni wielu lat. Stabilne rozpraszacze s¹ obiektami charaktery-zuj¹cymi siê sta³oœci¹ fazy i amplitudy odbitej fali radaro-wej, takimi jak wychodnie ska³, mosty, s³upy, tory kolejowe, dachy budynków itp. W wyniku przetworzenia zbioru scen satelitarnych otrzymuje siê zbiór (kilkadziesi¹t–kilkaset tysiêcy) punktów PS, z których ka¿dy ma przypisan¹ war-toœæ prêdkoœci przemieszczenia w kierunku obrazowania satelity (line of sight, LOS) podan¹ w milimetrach na rok. Prêdkoœæ ta jest wartoœci¹ wzglêdn¹, obliczon¹ na podsta-wie kilku punktów referencyjnych, dla których zak³ada siê brak deformacji. Punkty s¹ rozmieszczone w zale¿noœci od pokrycia terenu – najwiêcej punktów identyfikuje siê na obszarach zurbanizowanych, najmniej na obszarach pokry-tych wy³¹cznie roœlinnoœci¹. Oprócz wartoœci prêdkoœci przemieszczenia ka¿demu punktowi przypisano informa-cjê o wzglêdnych przemieszczeniach zarejestrowanych dla poszczególnych scen w stosunku do sceny referencyjnej. Dziêki temu mo¿liwe jest stworzenie wykresu ilustru-j¹cego tendencjê zmiany ruchu danego punktu w czasie, tzw. szeregu czasowego (time series). Metoda ta pozwala

na pomiar przemieszczeñ nie wiêkszych ni¿ kil-kanaœcie centymetrów na rok, co jest zwi¹zane z d³ugoœci¹ propagowanej fali. Mimo to do-k³adnoœæ wyznaczonych prêdkoœci jest bardzo du¿a – 0,1 mm/r (Graniczny i in., 2006; Perski & Mróz, 2007; Graniczny i in., 2011; Kühn, 2011; Refice i in., 2011).

W opisywanych badaniach pos³u¿ono siê wy-nikami przetworzenia satelitarnych scen radaro-wych z europejskich satelitów ERS-1 i ERS-2 oraz dodatkowo Envisat. Wykorzystano nauko-we oprogramowanie StaMPS (Hooper, 2008). Przetworzenie obejmowa³o 30 obrazów z lat 1992–2006 z obszaru 40 × 40 km rozci¹ga-j¹cego siê pomiêdzy Gniewkowem a Mogilnem. Uzyskano 31 773 punktów PS, dla których wiel-koœci prêdwiel-koœci przemieszczenia wahaj¹ siê miêdzy –11,6 mm/r a 19,0 mm/r, przy czym prêdkoœci przemieszczenia 90% punktów miesz-cz¹ siê w przedziale od –5 mm/r do 5mm/r.

Do porównania z przestrzennym modelem wysadu solnego Inowroc³aw wykorzystano tylko czêœæ punktów PS zlokalizowanych na badanym obszarze. Podzbiór ten zawiera 2161 punktów z prêdkoœciami przemieszczenia od –6,9 mm/r do 2,75 mm/r (ryc. 2). W celu u³atwienia inter-pretacji deformacji gruntu zachodz¹cych na ob-szarze wysadu solnego wykonano interpolacjê punktów PS, tworz¹c w ten sposób powierzch-niê odzwierciedlaj¹c¹ prêdkoœci zachodz¹cych zmian, dla której ka¿demu pikselowi przypisa-no wartoœæ prêdkoœci przemieszczenia w mili-metrach na rok. Interpolacjê wykonano metod¹

Natural Neighbor z wykorzystaniem

oprogra-mowania ArcGIS.

WNIOSKI

Dziêki wizualizacji przestrzennej modelu for-my solnej mo¿na uzyskaæ szybk¹ odpowiedŸ na pytanie, czy istnieje zwi¹zek miêdzy budow¹ geologiczn¹, litologiczn¹ i tektoniczn¹ formy a mobilnoœci¹ powierzchni terenu. Powierzch-nia interpolacyjna przemieszczeñ powierzchni terenu nad wysadem solnym Inowroc³aw wyzna-czona na podstawie wyników badañ interferome-trycznych prowadzonych w latach 1992–2006 wskazuje na nastêpuj¹ce cechy przemieszczeñ:

1. Morfologia powierzchni terenu nad wysa-dem solnym przedstawiona w ciêciu poziomico-wym co 1 m (ryc. 1) sugeruje, ¿e w pó³nocnej czêœci nast¹pi³o podwy¿szenie powierzchni tere-nu, a w po³udniowej – obni¿enie. W pó³nocnej czêœci badanego obszaru znajduje siê wzniesienie z najwy¿szym punktem morfologicznym. Fakt zgodnoœci ukszta³towania powierzchni stropowej wysadu z morfologi¹ powierzchni terenu œwiad-czy o wspó³czesnej ruchliwoœci formy solnej.

2. Analiza wartoœci ruchu zarejestrowanego na powierzchni terenu (ryc. 2, 3) za pomoc¹ punktów PS pozwala stwierdziæ, ¿e pó³nocna czêœæ wysadu solnego wykazuje tendencjê do wynoszenia (por. przyk³adow¹ krzyw¹ na ryc. 4), natomiast w po³udniowej czêœci zarejestrowano wyraŸn¹ tendencjê do obni¿ania.

Ryc. 4. Przekrój geologiczny przez wysad solny Inowroc³aw wzd³u¿ d³u¿szej osi (N-S) i liniowy wykres trendów wynoszenia i osiadania (w milimetrach na rok) dla uœrednionych wartoœci w latach 1992–2006 (przekrój wykonany przy u¿yciu opcjonalnej funkcji w aplikacji Paradigm GOCAD)

Fig. 4. Geological cross-section through the Inowroc³aw salt dome along the long axis (N-S) and the plot of linear trends of uplift and subsidence (in millimeteres per year) for the average values in 1992–2006 (based on the optional feature in the Paradigm GOCAD application)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 mi¹¿szoœæ utworów kenozoicznych [m] thickness of Cenozoic deposits [m] –3,5 –3,0 –2,5 –2,0 –1,5 –1,0 –0,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 500 1000 m 5910000 5910500 5911000 5911500 5912000 5912500 5913000 5913500 3584500 3585000 3585500 3586000 3586500 g³ówne drogi main roads zasiêg wysadu solnego extent of salt dome izolinie prêdkoœci PSI [mm/r] PSI velocity isolines [mm/yr]

Ryc. 3. Wizualizacja zale¿noœci miêdzy prêdkoœci¹ ruchów pionowych powierzchni terenu nad wysadem solnym Inowroc³aw a mi¹¿szoœci¹ utworów kenozoicznych Fig. 3. Visualization of the relationship between the velocity of vertical movement of the ground level above the Inowroc³aw salt dome and the thickness of Cenozoic deposits

3. Na podstawie korelacji miêdzy wykszta³ceniem litolo-gicznym a wynikami modelowania odnotowano tendencjê do wynoszenia w strefach, w których wystêpuj¹ osady ilaste triasu (ryc. 4). Prawdopodobnie jest to zwi¹zane z dynamik¹ wód gruntowych i reakcj¹ na zawodnienie ska³ ilastych.

4. Obszary, na których eksploatacjê górnicz¹ prowadzo-no do koñca XIX w., wykazuj¹ tendencjê do wyprowadzo-noszenia, pozosta³e zaœ, gdzie sól eksploatowano do koñca XX w., przemienny ruch pulsacyjny z tendencj¹ do osiadania (ryc. 2). Opisany w artykule model wysadu solnego Inowroc³aw jest modelem uproszczonym, wykonanym w celu pogl¹do-wego przedstawienia zale¿noœci ruchu powierzchni terenu bezpoœrednio nad wysadem solnym od budowy geologicz-nej. Przestrzenne zobrazowanie wewnêtrznych struktur fa³-dowych poziomów solonoœnych oraz stworzenie modelu ca³ego wysadu, a¿ do jego podstawy, bêdzie celem przy-sz³ych prac nad uszczegó³owieniem powsta³ego modelu wysadu.

Nastêpnym etapem prac bêdzie ustalenie zale¿noœci miêdzy mobilnoœci¹ terenu w szerszym otoczeniu wysadu a regionalnymi strukturami tektonicznymi. Wstêpne anali-zy map tektonicznych i strukturalnych wykaza³y bowiem istotne zwi¹zki wyników badañ PS np. z wynoszeniem terenu w rejonie antykliny Barcina na skutek odprê¿enia mas skalnych.

Autorzy dziêkuj¹ recenzentom za cenne uwagi i komentarze. Autorzy dziêkuj¹ równie¿ twórcom programu Geo3D, Zbignie-wowi Ma³olepszemu i Krzysztofowi Wróblowi z Katedry Geologii Podstawowej Wydzia³u Nauk o Ziemi Uniwersytetu Œl¹skiego w Sosnowcu, za mo¿liwoœæ wykorzystania aplikacji do prezentacji wyników badañ, które u³atwiaj¹ zrozumienie problemu ruchów powierzchni terenu. Program zosta³ stworzony w ramach finan-sowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego tematu badawczego nr 4 T12B 046 27 pt. „Interaktywny system wielowymiarowej wizualizacji wg³êbnych danych i struktur geo-logicznych”, realizowanego w latach 2004–2007.

LITERATURA

ALSOP G.I., BLUNDELL D. & DAVISON I. (red.) 1996 – Salt tec-tonics. Geol. Soc. London Spec. Publ., 100: 120–128.

BRZEZIÑSKI M. 2009 – Objaœnienia do Szczegó³owej mapy geolo-gicznej Polski 1 : 50 000, ark. Inowroc³aw. Narod. Arch. Geol. PIG-PIB.

DADLEZ R. (red.) 1980 – Mapa tektoniczna cechsztyñsko-mezozoicz-nego kompleksu strukturalcechsztyñsko-mezozoicz-nego na Ni¿u Polskim 1 : 500 000. Wyd. Geol., Warszawa.

DADLEZ R. 2001 – Przekroje geologiczne przez bruzdê œródpolsk¹ w skali 1 : 200 000. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.

DADLEZ R. & MAREK S. 1974 – Ni¿ Polski. [W:] Po¿aryski W. (red.) Budowa geologiczna Polski. Tektonika. PIG Warszawa, s. 478. DADLEZ R., MAREK S. & POKORSKI J. 2000 – Mapa geologiczna Polski bez utworów kenozoiku 1 : 1 000 000. Pañstw. Inst. Geol., Warszawa.

GRANICZNY M., BOVENGA F., KOWALSKI Z., PERSKI Z., PI¥TKOWSKA A., SURA£A M., UŒCINOWICZ S., WASOWSKI J. & ZDANOWSKI A. 2011 – Problematyka wykorzystania interferometrii satelitarnej w badaniach geologicznych. Biul. Pañstw. Inst. Geol., 446 (1): 53–64.

GRANICZNY M., KOWALSKI Z., JURECZKA J. & CZARNOGÓR-SKA M. 2006 – TerraFirma Project – monitoring of subsidence of the northeastern part of the Upper Silesian Coal Basin. [W:] Proceedings of the conference „Mass movement hazard in various environments”, October 20–21, 2005, Kraków, Poland. Pol. Geol. Inst. Spec. Pap., 20: 59–63.

HOOPER A. 2008 – A multi-temporal InSAR method incorporating both persistent scatterer and small baseline approaches. Geophys. Res. Let., 35: L16302, s. 5 [doi:10.1029/2008GL034654].

HUS M., JAB£OÑSKI S., JASIÑSKI Z. & LEPIARZ J. 1996 – Dzia³alnoœæ górnicza na z³o¿u „Inowroc³aw” w latach 1871–1995. Ino-wroc³aw: 24–38 [materia³y archiwalne Kopalni Solino].

KRAWCZYK A., PERSKI Z. & HANSSEN R. 2007 – Application of ASAR interferometry for motorway deformation monitoring. [W:] Lacoste H. & Ouwehand L. (red.) Proceedings of Envisat Sym-posium 2007, Montreux, Switzerland, April 23–27, 2007. ESA Com-munication Production Office, ESTEC, Noordwijk, s. 4.

KÜHN F. 2011 – Ground motion detection using persistent scatter interferometry – Berlin case study. Terrafirma User Workshop, Essen, March 22, 2011.

LEŒNIAK A. & PORZYCKA S. 2009 – Impact of tectonics on ground deformations caused by mining activity in the north-eastern part of the Upper Silesian Coal Basin. Gosp. Sur. Min., 25: 227–238.

LEŒNIAK A., PORZYCKA S. & GRANICZNY M. 2007 – Detekcja d³ugookresowych pionowych przemieszczeñ gruntu na obszarze tere-nów górniczych kopalñ Zag³êbia D¹browskiego z zastosowaniem tech-nologii PSInSAR. [W:] Warsztaty Górnicze 2007 z cyklu ,,Zagro¿enia naturalne w górnictwie”, Œlesin k. Konina, 4–6 czerwca 2007. WUG, Katowice: 283–295.

MAREK S. & PAJCHLOWA M. (red.) 1997 – Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 153: 6–9, 410–415. PERSKI Z. 2010 – Kompleksowa analiza interferogramów. [W:] Zube-rek W.M. & Jochymczyk K. (red.) Geneza i charakterystyka zagro¿e-nia sejsmicznego w Górnoœl¹skim Zag³êbiu Wêglowym. Wyd. UŒ, Katowice: 41–45.

PERSKI Z. & HANSSEN R. 2005 – The interpretation of Bam Fault kinematics using Envisat SAR interferometric data. [W:] Proceedings of FRINGE05 Workshop, ESA ESRIN, Frascati, Italy, 28 November– 2 December 2005 [CD-ROM], s. 6.

PERSKI Z., KRAWCZYK A. & MARINKOVIC P. 2008 – Satelitarna interferometria radarowa (InSAR) wysokiej rozdzielczoœci z wykorzy-staniem danych TerraSAR-X. Arch. Fotogram. Kartogr. Teledet., 18a: 499–508.

PERSKI Z. & MRÓZ M. 2007 – Zastosowanie metod interferometrii radarowej InSAR do badania naturalnych ruchów powierzchni terenu w Polsce. Projekt Geo-In-SAR. Arch. Fotogram. Kartogr. Teledet., 17b: 613–624.

PI¥TKOWSKA A. 1989 – Analiza fotogeologiczna rejonu Kujaw. Narod. Arch. PIG-PIB, Warszawa, s. 30.

PI¥TKOWSKA A. 2003 – Cechsztyñsko-mezozoiczny kompleks strukturalny Kujaw w œwietle cyfrowej analizy danych teledetekcyj-nych. Instr. Met. Bad. Geol., 57: 1–59.

PI¥TKOWSKA A. 2006 – Remote Sensing methods for morphotec-tonic analysis of salt structures. [W]: Abstracts, 1stMELA Conference „Living morphotectonics of the European Lowland”, August 28–30, 2006, Cedynia, Poland. Pol. Geol. Inst., Szczecin, s. 50.

PI¥TKOWSKA A. & SURA£A M. 2011 – Application of SAR inter-ferometric methods to identify the mobility of the area above salt diapir in Inowroclaw City, Kujawy region (Poland). [W:] Fringe 2011 Workshop – Advances in the Science and Applications of SAR Interferometry and Sentinel-1 Preparatory Workshop, Abstract Book, 19–23 September 2011, ESA-ESRIN, Frascati (Rome), Italy: 217–218. PI¥TKOWSKA A., SURA£A M., PERSKI Z. & GRANICZNY M. 2012 – Application of the SAR interferometric methods to identify the mobility of the area above the salt diapir in Inowroc³aw and the regio-nal salt structures in central Poland. Geol. Geophys. Env., 38: 209–220. POPIO£EK E., HEJMANOWSKI R., KRAWCZYK A. & PERSKI Z. 2002 – Application of Satellite Radar Interferometry to the examina-tion of the areas of mining exploitaexamina-tion. Surf. Min. Braunkohle Other Miner., 54 (1): 74–82.

REFICE A., BOVENGA F., PASQUARIELLO G., DENORA D., FIDELIBUS D. & SPILOTRO G. 2011 – Bulging of the salt dome of Lesina Marina (Gargano, Southern Italy) revealed by DInSAR tech-niques. Geophys. Res. Abs., 13: EGU2011-7954.

SENI S.J. & JACKSON M.P.A. 1983 – Evolution of salt structures, East Texas Diapir Province, Part 1, Sedimentary record of halokinesis. AAPG Bull., 67 (8): 1219–1244.

TARKA R. 1992 – Tektonika wybranych z³ó¿ soli w Polsce na podstawie badañ mezostrukturalnych. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 137: 1–47. TATKA E. & JA£OCHA L. 1983 – Dokumenetacja geologiczna z³o¿a soli kamiennej „Inowroc³aw” w kategorii A+B+C1+C2, woj. bydgo-skie. Oœr. Bad.-Rozw. Sur. Chem., Kraków [dokumentacja archiwalna]. YUE H., LIU G., PERSKI Z. & GUO H. 2011 – Satellite radar reveals land subsidence over coal mines. SPIE Newsroom, s. 3 [doi.101117/ 2.1201110.003898].

www.model3d.pgi.gov.pl.

Praca wp³ynê³a do redakcji 8.10.2012 r. Akceptowano do druku 10.10.2013 r.