Podziemna eksploatacja węgla kamiennego sprzyja wystąpieniu zjawisk sejsmicznych w postaci wstrząsów górniczych i tąpań, które są dynamiczną odpowiedzią górotworu na zmiany w rozkładzie naprężeń we wnętrzu Ziemi. Silne zjawiska potrafią wywołać fale sejsmiczne, które propagują na odległości kilkunastu lub kilkudziesięciu kilometrów. Są odczuwane przez wielu mieszkańców Górnego Śląska i mogą powodować lokalne uszkodzenia budynków, a także ich wnętrz oraz przerwania infrastruktury miejskiej. Jednym z elementów analizy hazardu sejsmicznego, który próbuje radzić sobie z tym niekorzystnym zjawiskiem, są prognozy wystąpienia szczytowych amplitud przyśpieszenia lub prędkości na powierzchni terenu. Relacja statystyczna, która wiąże rozmiar zjawiska sejsmicznego, odległość epicentralną (lub hipocentralną) z rozmiarem amplitud drgań nazywana jest równaniem prognozującym drgania gruntu (ang. ground-motion prediction equation, GMPE). Do tej pory rozważania na temat prognozowania amplitud na powierzchni w obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego wykonywano dla wybranych obszarów górniczych i stosowano różne modele statystyczne.
Na łamach prestiżowego czasopisma „Geophysical Journal International”, wydawanego przez Oxford University Press, ukazał się artykuł pracowników Instytutu Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego dr Macieja Mendeckiego i prof. Adama Idziaka, przy współpracy z Polską Grupą Górnicza S.A., który opisuje nowe modele statystyczne dla trzech obszarów Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: nasunięcia michałkowicko-rybnickiego, sidła głównego i niecki głównej. Estymacje parametrów modeli GMPE wskazała istotność uwzględnia zjawiska lokalnej amplifikacji drgań w modelach, poprawiając tym samym ich rozwiązanie. Zjawisko amplifikacji polega na wzmocnieniu drgań w płaszczyźnie poziomej względem drgań pionowych w wyniku przejścia fali przez luźne osady czwartorzędowe. Wzmocnienie poziome może osiągać wartości kilku a nawet kilkunastu razy w zależności od miąższości i rodzaju osadu. Ponadto, artykuł jest również przeglądałem dotychczasowego stanu wiedzy na temat opracowanych modeli statystycznych przez innych badaczy i systematyzującym wiedzę na ich temat. W artykule porównano lokalne modele prognozujące drgania do regionalnych i wykazano statystyczną zależność pomiędzy parametrem energii a parametrem odległości, co może posłużyć uproszczeniu procedury szacowania modeli GMPE dla Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Załączona rycina prezentują przykładowe wyniki obliczeń: mapę rozkładu współczynnika amplifikacji dla nasunięcia michałkowicko-rybnickiego (a) oraz wyniki oceny statystycznej użytego modelu – histogram reszt (b), wykres normalności reszt (c), wykres rozrzutu (d), wariacje rezyduów wraz z odległością epicentralną (f) oraz porównanie obserwowanych amplitud drgań (czarne punktu) z estymowaną medianą (czerwona linia).
Mendecki, M. J., Odrobińska, J., Patyńśka, R., & Idziak, A. F. (2021). Ground-motion prediction models evoked by seismicity in the Upper Silesia Coal Basin, Poland, the review with case studies. Geophysical Journal International, 224(2), 1381-1403. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa525
