Przejawy chaosu deterministycznego w sejsmiczności indukowanej

Zbiory zjawisk sejsmicznych związanych z eksploatacją miedzi w LGOM, węgla kamiennego w dwóch kopalniach GZW i złota w Republice Południowej Afryki przebadano pod kątem obecności dynamiki nieliniowej i chaosu deterministycznego. Poszczególne zbiory różniły się zakresem rejestrowanych energii od 102 – 106 J po 105 – 1011 J co świadczy o odmienności skali obserwowanych procesów pękania i niszczenia skał. Analizowano cztery charakterystyczne deskryptory: uogólniony wymiar fraktalny, najmniejszy wymiar przestrzeni fazowej, wymiar zrekonstruowanego atraktora procesu oraz największy wykładnik Lyapunova. Obliczenia wykonano dla: rozkładów czasowo-przestrzennego i energetycznego wstrząsów. Okazało się że dla wszystkich zestawów danych rozkłady analizowanych parametrów zjawisk sejsmicznych miały strukturę fraktalną lub multifraktalną a badane parametry dynamiki chaotycznej mogą być stosowane do opisu procesów sejsmicznych bez względu na genezę i skalę tych zjawisk. Potwierdzono możliwość zastosowania wykorzystanych metod badania danych do opisu procesów sejsmiczności indukowanej eksploatacją górniczą. Na podstawie analizy parametrów dynamiki nieliniowej, uzyskano pewne, jakościowe rozdzielenie badanych procesów sejsmicznych. W niektórych przypadkach została potwierdzona obecność zachowań chaotycznych w układach. The data sets related to exploitation of copper in LGOM, hard coal in two mines in GZW and gold in Rep. of South Africa were studied in the regard of the presence of non-linear dynamics and deterministic chaos. Particular sets differ in the energy range: from 102-106 J to 105-1011 J what indicates a different scale of the observed processes of rock fracturing and destruction. Four characteristic descriptors were analysed: generalized fractal dimension, the smallest embedded phase space dimension, the dimension of the recostructed attractor of the process and the biggest Lyapunov exponent. The calculations were conducted for the timespace and energy distributions of the tremors. It turned out that for all data sets the distributions of the analysed parameters had the fractal or multifractal structure. Moreover, there was found that studied parameters of chaotic dynamics may be applied to the seismic processes description regardless the genetic type and scale of that processes. The aplication of the data analysis methodology to describe mining induced seismicity was confirmed. On the basis of non-linear dynamics parameters the certain, qualitative seperation of the processes was obtained. In some cases the chaotic behaviour in the systems was confirmed.

Łukasz Kortas