Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk
Zakład Sejsmologii i Fizyki Wnętrza Ziemi
SEJSMICZNE BADANIA STRUKTURY ZIEMI
Podstawowym x
ródłem informacji o wnętrzu Ziemi są fale sejsmiczne wywołane trzęsieniami ziemi. Fale te rozchodzą się ze x
ródła wstrząsu we wszystkich
kierunkach przenikając przez wnętrze ziemi a kiedy dotrą do powierzchni wywołują drgania gruntu. Drgania te rejestrowane są przez sejsmometry a ich zapis
nazywamy sejsmogramem. Na podstawie sejsmogramów możemy próbować odtwarzać rozkład prędkoS
ci fali sejsmicznej w oS
rodkach przez które fala przechodzi.
To z kolei pozwala wydedukować jakie rodzaje skał tworzą wnętrze Ziemi. W oparciu o te dane tworzy się modele Ziemi. W celu dokładnego zbadania budowy Ziemi
przeprowadza się eksperymenty sejsmiczne. Mamy dwa typy eksperymentów sejsmicznych: aktywne i pasywne.
RÓDŁO FALI SEJSMOMETRY
EKSPERYMENTY AKTYWNE
SEJSMICZNEJ
Fala bezpoS
rednia Pg
Eksperymenty aktywne to takie, w których x
ródło fali sejsmicznej jest generowane sztucznie przez
człowieka np. przez odpalenie materiałów wybuchowych,  strzelanie sprężonym powietrzem. Ze
względu na ograniczoną siłę sztucznych x
ródeł fale te docierają do wnętrza Ziemi do głębokoS
ci
około 150 km i dlatego eksperymenty aktywne przeprowadza się w badaniach, których celem jest
Fala refleksyjna (odbita) PmP
możliwie najdokładniejsze odtworzenie budowy litosfery i górnego płaszcza. Zaletą takich
eksperymentów jest możliwoS
ć wyboru lokalizacji x
ródła oraz znajomoS
ć dokładnego czasu
wystąpienia wstrząsu. Głębokie badania geofizyczne prowadzone w różnych częS
ciach naszego
Fala refrakcyjna (załamana) Pn
globu wykazały, że ewolucja skorupy ziemskiej pozostaje w S
cisłym związku z budową i ewolucją
V1
jego starszego podłoża. W celu rozpoznania geologicznego i geofizycznego obszaru Polski
V2
zaprojektowano i zrealizowano dotąd dwa wielkie programy badań głębokich struktur litosfery
znane jako projekty POLONAISE  97 i CELEBRATION 2000. Badania sejsmiczne w projekcie
POLONAISE  97 zrealizowano na obszarze północnej, centralnej i zachodniej Polski.
Eksperyment sejsmiczny CELEBRATION 2000 został przeprowadzony na obszarze południowej i
Przy powierzchni Ziemi umieszcza się x
ródło fal sejsmicznych, a na powierzchni
wschodniej Polski, Słowacji, Czech Węgier, Austrii, Niemiec, Białorusi i Rosji. Pracami
wzdłuż pewnej linii - profilu - rozstawia się sejsmometry. Gdy odpalimy x
ródło, które
generuje fale sejsmiczne, fale te po pewnym czasie docierają do powierzchni i
pomiarowymi objęte zostały wszystkie najważniejsze jednostki tektoniczne i struktury geologiczne
wywołują drgania gruntu, które są rejestrowane przez sejsmometry.
Europy Centralnej. Rekordowa iloS
ć zgromadzonej aparatury oraz duża iloS
ć punktów wzbudzania
fali sejsmicznej spowodowały, że obydwa projekty zaliczono do największych eksperymentów
12
sejsmicznych jakie dotąd zostały przeprowadzone na S
wiecie. Prace polowe to pierwszy etap takich
eksperymentów, po którym przychodzi czas na bardzo żmudną pracę jaką jest stworzenie baz 10
danych a następnie interpretacja zebranego materiału. Analiza zapisów zarejestrowanych fal
8
PmP
sejsmicznych pozwoliła na okreS
lenie struktury i własnoS
ci fizycznych badanego obszaru do
6
Pn P
P
głębokoS
ci ponad 100 km a następnie stworzenie trójwymiarowego modelu struktury litosfery i
4
górnego płaszcza który może posłużyć do dalszych badań geofizycznych i geologicznych np. w
2
poszukiwaniach surowców naturalnych.
Pg
0
0 200 300 400 500
100
odległoS
ć od x
ródła (km)
Rosja
Litwa
Gdańsk Rysunek przedstawia czasy pierwszych wstąpień fal sejsmicznych rejestrowanych
wzdłuż profilu P4 zestawione w zależnoS
ci od odległoS
ci danego punktu
Koszalin
Olsztyn rejestracyjnego od x
ródła fali. Na podstawie czasów pierwszych wychyleń
opracowany został przedstawiony poniżej dwuwymiarowy model skorupy.
Kaliningrad
Szczecin
Białystok
Wilno
Bydgoszcz
Vp (km/s)
Toruń
PLATFORMA STREFA
2.2 2.7 5.4 6.2 7.7 8.2 8.7 9.0
Płock
Berlin ZACHODNIO- TORNQUISTA -
Poznań Warszawa
EUROPEJSKA TEISSEYRE A
PLATFORMA WSCHODNIOEUROPEJSKA
0
Warszawa
Zielona Góra
10
Łódx

Praga
Lublin
20
Wrocław
Kielce
Wiedeń
30
Opole
Katowice
Kraków
Berno
PrzemyS
l
40
Czechy K A R P A T Y
50
Słowacja
wg Guterch i in., 1995
60
Profile projektu Profile projektu 800
0 100 300 600 700
200 400 500
W strukturze geologicznej Europy obszar Polski ma kluczowe
POLONAISE  97 CELEBRATION 2000
odległoS
ć (km)
znaczenie dla zrozumienia budowy i ewolucji tektonicznej
całego kontynentu. Na terenie Polski znajdują się trzy główne
Sejsmiczny eksperyment Model struktury skorupy wzdłuż profilu P4 pokazuje, że prędkoS
ci fal podłużnych (P)
Całkowita długoS
ć profili ok.
jednostki tektoniczne budujące kontynent europejski:
wykonano wzdłuż 5 profili o zmieniają się drastycznie co wskazuje na zróżnicowaną budowę geologiczną.
8900 km. Do zarejestrowania
platforma wschodnioeuropejska (prekambryjska), platforma
łącznej długoS
ci około 2000 GruboS
ć skorupy zmienia się od 30 km na platformie zachodnioeuropejskiej do 45
147 strzałów użyto 1230
zachodnioeuropejska (paleozoiczna) oraz pas młodych gór -
km. Najdłuższy profil ( P4) km na platformie wschodnioeuropejskiej. W strefie Tornquista-Teisseyre a
automatycznych stacji
Karpaty. Platformę wschodnioeuropejską od platformy
miał 800 km. Ogółem na obserwujemy bardzo niskie prędkoS
ci fal P (mniejsze niż 6 km/s) aż do głębokoS
ci 20
sejsmicznych. W pracach
zachodnioeuropejskiej oddziela strefa Tornquista -
wszystkich profilach km, co sugeruje, że zalegają tam skały osadowe, metamorficzne lub pochodzenia
wzięło udział 11 krajów
Teisseyre a, która jest częS
cią szwu transeuropejskiego
zlokalizowane 63 punkty wulkanicznego a nie skały krystaliczne, w których prędkoS
ci fal P są większe niż 6.0
europejskich oraz USA i
(TESZ) biegnącego od Morza Północnego po Morze Czarne.
strzałowe km/s i zwykle są spodziewane na tych głębokoS
ciach.
Kanada
Przykładem eksperymentu
EKSPERYMENTY PASYWNE
pasywnego jest zainicjowany
Sieć stacjonarna
pod koniec XX wieku w Stanach
Sieć stacji przenoS
nych
Zjednoczonych 10-letni program
W eksperymentach pasywnych x
ródłem fal
Sieć do zadań specjalnych
badań litosfery Ziemi, znany jako
sejsmicznych są naturalne trzęsienia ziemi. Zaletą tego
 US Array . Program ten zmierza
rodzaju eksperymentów jest ich niski koszt, gdyż x
ródła do opracowania 3-wymiarowego
obrazu budowy litosfery Ziemi
fal mamy za darmo, a ponadto w przypadku silnych
dla kontynentu amerykańskiego,
wstrząsów powstają fale, ktore przenikają całą Ziemię.
opartego na ścisłych podstawach
fizycznych. Jest to w Stanach
Natomiast wadą ich jest to, że nie mamy wpływu na
Zjednoczonych jeden z
rozmieszczenie x
ródeł fali, nie zawsze są tam gdzie
priorytetowych projektów,
chcemy oraz to, że nie jesteS
my w stanie precyzyjnie
którego zadaniem jest
zbudowanie podstaw dla
wyznaczyć ich lokalizacji i czasu wystąpienia.
dalszego rozwoju
Eksperymenty pasywne stosowane są zarówno w
cywilizacyjnego w wielu
badaniach litosfery i górnego płaszcza jak i głębokich aspektach, od dokumentacji
zasobów mineralnych i ich
struktur w obszarze płaszcz - jądro. Dane z
genezy do określenia hazardu
sejsmometrów postawionych dla potrzeb eksperymentu
sejsmicznego i ewolucji Ziemi.
Znaczenie i koszty programu
uzupełniane są danymi ze stacjonarnych stacji
 US Array są porównywalne do
sejsmicznych funkcjonujących w ramach lokalnych czy
przedsićwzićcia, jakim w
regionalnych sieci sejsmologicznych. Na podstawie
badaniach kosmicznych jest
teleskop Hubble'a. Podobne
uzyskanych danych sejsmologicznych tworzone są 2-
programy, na mniejszą skalć, są
lub 3- wymiarowe obrazy okreS
lonego wycinka wnętrza
przygotowywane również w
Ziemi. innych krajach.
Ukraina
czas zredukowany (s)
Niemcy
głębokoS
ć (km)
P
L
A
T
F
O
R
R
M
E
A
J
W
O
N
S
C
S
B
H
T
i
a
P
O
R
ł
L
o
D
E
r
A
N
u
F
T
S

IO
Y
F
4
O
E
T
P
U
R
O
R
M
R
O
A
N
P
Q
Z
E
A
U
J
S
C
I
S
K
H
T
A
O
A
D
-
N
T
I
E
O
I
E
S
S
U
S
U
R
E
Y
O
D
R
P
E
E
E
T

J
A
S
Y
K
A