Veda a výskum

Podzemné dutiny, zákaz jadrových skúšok a seizmický šum

prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc.

Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave, Ústav vied o Zemi SAV

Neznáme podzemné dutiny vytvorené prírodnou alebo ľudskou činnosťou sú vážnym geotechnickým rizikom pre ľudí, najmä vo vysoko urbanizovaných centrách miest a v rozvoji osídlenia. Problémom sú najmä krasové oblasti a územia historickej zástavby. Nedeštruktívne zisťovanie podzemných dutín je teda kľúčové pre analýzu geohazardu, projektovanie a výstavbu. Veľmi zaujímavou je identifikácia dutín v archeologickom prieskume. Toto všetko je pomerne dobre známe.

Podstatne menej známou je však súvislosť so zákazom jadrových skúšok. Identifikácia dutiny vytvorenej podzemnou jadrovou explóziou, ktorú sa daný štát snaží utajiť, má kľúčový význam pri dôkaze explózie. Pravdepodobné epicentrum explózie pomerne spoľahlivo prezradí analýza záznamov svetovej siete seizmických staníc. Nie je však ľahké dokázať, že nešlo o obrovskú klasickú explóziu. To môže preukázať len analýza produktov explózie pomocou vrtu do dutiny. Medzinárodná inšpekcia môže vykonať len jeden vrt. Ide teda o to, kde má zmysel urobiť vrt. Inšpekcia na mieste má veľmi obmedzený čas a možnosti na dokazovanie. Preto sú potrebné rýchle, lacné a neinvazívne metódy na lokalizáciu miesta.

V rámci kontraktu s CTBTO (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization) Miriam Kristeková, Jozef Kristek, Peter Moczo a Peter Labák vyvinuli metódu, ktorá umožňuje identifikáciu a lokalizáciu dutín v hĺbke desiatok metrov na základe nenáročných meraní seizmického šumu. Stačia dva seizmometre – jeden na stálom referenčnom mieste, druhý postupne umiestňovaný v zvolenej (hoci aj nepravidelnej) sieti meracích bodov. V prípade pokojných podmienok stačí niekoľko desiatok minút merania na jednom mieste. Originálny nápad tímu ÚVZ SAV a FMFI UK spočíva vo výpočte novej veličiny – spektrálneho výkonu v konečnom frekvenčnom intervale (FISP). Výpočet FISP je založený na štatistickej analýze výkonových spektrálnych hustôt šumu a voľbe frekvenčného intervalu. Analýzou mapy hodnôt FISP je možné identifikovať horizontálnu polohu dutiny.

https://doi.org/10.1093/gji/ggaa494

http://www.nuquake.eu

Image1

Ilustrácia polohy Veľkej Kaverny, jaskyne pri Felsőpetény v Maďarsku, v okolí ktorej boli vykonané merania seizmického šumu.

 

Image2

Ilustrácia priestorových anomálií v poli FISP vypočítaného z podielu horizontálnej a vertikálnej zložky záznamov seizmického šumu získaných v bodoch nad Veľkou Kavernou (vľavo). Polohy meracích bodov a Kaverny.

Kristeková, Kristek, Moczo, Labák. 2020.
The Finite-interval spectral power method for detecting underground cavities using seismic ambient noise.
Geophys. J. Int. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa494