Modelowanie numeryczne odkształceń litosfery z wykorzystaniem obserwacji GNSS

Abstract

Celem realizacji badań opisanych w ramach niniejszej monografii było opracowanie modelu współczesnych deformacji powierzchni litosfery na obszarze Europy Środkowej i Polski na podstawie sieci permanentnych stacji geodezyjnych ASG-EUPOS i EPN (EUREF Permanent Network), analiza pod kątem ich przydatności do badań dynamiki powierzchni Ziemi, jak również konstrukcja modelu analitycznego na bazie informacji geologicznych. Na podstawie prędkości poziomych w układzie ITRF2008 ponad 300 stacji leżących na terenie Europy stworzono ciągły model odkształceń poziomych przy pomocy zmodyfikowanej metody najmniejszych kwadratów i zaprezentowano w postaci głównych ich składowych (rozciągania i ściskania) w siatce regularnej. Przeprowadzono jednocześnie analizę wiarygodności wyznaczeń za pomocą dwóch kryteriów: kątowego i radialnego rozmieszczenia stacji (punktów pomiarowych) wokół węzła, w którym deformacje są wyznaczane. Porównanie odkształceń wyliczonych dla terenu całej Europy dokonano z wyznaczeniami przeprowadzonymi niezależnymi metodami i zebranymi w bazie World Stress Map (WSM) otrzymując dużą zbieżność. Część analityczna projektu rozpoczęła się od przeglądu obszarów i struktur aktywnych neotektonicznie w celu wyznaczenia przebiegu stref nieciągłości mechanicznej litosfery na terenie Europy Środkowej, będących podstawą konstrukcji analitycznego modelu deformacji i naprężeń na terenie Europy Środkowej. Wykonano go za pomocą metody elementów skończonych (MES). Bezpośrednie porównanie obydwu skonstruowanych modeli nie jest do końca możliwe z uwagi na inny rodzaj wielkości podlegających modelowaniu. Model analityczny stworzony na bazie metody elementów skończonych pozwolił na wyznaczenie głównych kierunków i wartości naprężeń, podczas gdy model wykorzystujący dane geodezyjne – odkształceń. Porównanie kierunków wyznaczonych z obydwu modeli pokazało zbieżności w rejonach o największych współcześnie zarejestrowanych ruchach neotektonicznych. Przyczyną różnic w rejonach o niskiej aktywności tektonicznej, jak np. rejon Europy Środkowej, może być fakt, iż wyliczane wielkości są na poziomie wiarygodności ich wyznaczenia. Podkreślić należy, że sporządzony model geomechaniczny stanowi najbardziej ogólne przybliżenie rozkładu naprężeń i odkształceń litosfery, niemniej przy obecnym stanie badań w Polsce nie można skonstruować modelu bardziej realistycznego mechanicznie.