Geomechanical and tectonophysical conditions of mining-induced seismicity in the Upper Silesian Coal Basin in Poland: a case study

In the Carboniferous rock mass of the Upper Silesian Coal Basin, large changes in the geomecha-nical conditions often occur over relatively short distances. These conditions relate to rock properties that are primarily responsible for the occurrence of geodynamic phenomena in the rock mass. The main factor influencing the manifestation of these phenomena is tectonic stress developed during Variscan and subsequent Alpine orogenesis. This stress contributed to creating tectonic structures in the Carboniferous formations and influenced the properties of the rocks themselves and the rock mass they form. As a result of the action of the stresses, compaction zones (main stresses were compressive) were formed, along with zones in which one of the main stresses was tensile. For the compaction zones in the Carboniferous rocks, the following geomechanical parameters have been calculated: uniaxial compressive strength, Young’s modulus and post-critical modulus. The local stress field was determined according to the focal mechanism in selected areas (Main and Bytom troughs) to characterize changes in geomechanical properties of the rocks that are responsible for high-energy tremors (E≥ 106 J, ML≥ 2.2).

W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym w górotworze karbońskim występuje często duża zmien-ność warunków geomechanicznych na względnie niewielkich odległościach. Warunki te odniesione do właściwości skał są w pierwszej kolejności odpowiedzialne za występowanie zjawisk geodynamicz-nych w górotworze. Głównym czynnikiem wpływającym na te właściwości są naprężenia tektoniczne rozwinięte podczas orogenezy warescyjskiej i alpejskiej. Naprężenia te uczestniczyły w tworzeniu struktur tektonicznych w górotworze karbońskim i oddziaływały na właściwości skał i całego górotworu. W wyniku takiego działania powstały strefy kompakcji (gdzie główne naprężenia były ściskające) oraz strefy, w których jedno z naprężeń głównych było rozciągającym. Dla stref kompakcji zostały określone takie parametry geomechaniczne jak: wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie, moduł Younga i modułpokrytyczny. Lokalne pole naprężeń wyrażone kierunkami naprężeń głównych wyznaczano na podstawie parametrów mechanizmu ognisk wstrząsów w rejonie niecki głównej i niecki bytomskiej i porównano z wyznaczonymi parametrami geomechanicznymi skał. Przeprowadzone analizy pozwalają na wnioskowanie, że mechanizm ognisk wysokoenergetycznych wstrząsów (E≥ 106 J, ML≥ 2.2) w przybliżeniu odzwierciedla występujący w górotworze układ naprężeń, który miał wpływ na zróżnicowanie wartości parametrów geomechanicznych skał.