37 ZA ETEK MERITEV PREMIKOV OB PRELOMIH V ZAHODNI SLOVENIJI S 3D EKSTENZIOMETRI TM 71 Stanka Šebela * , Andrej Gosar ** Povzetek V okviru projekta COST 625 smo v letu 2004 za%eli z meritvami 3D premikov ob izbranih domnevno aktivnih prelomih v zahodni Sloveniji (Raški prelom-Vremš%ica, širša cona Predjamskega preloma-Postojnska jama, Idrijski prelom-U%ja). Premike registrirajo mehansko- opti%ni ekstenziometri TM 71 %eške izdelave. Meritve bodo potekale ve% let. Uvod Projekt COST 625 ("3-D monitoring of active tectonic structures") zdru7uje raziskovalce aktivnih tektonskih procesov iz osemnajstih dr7av (http://fir.seismology.hu/cost625/-index.html). K petletnemu projektu (2000-2005) je Slovenija s podpisom memoranduma o sodelovanju pristopila 16. marca 2000. Projekt poteka v dveh delovnih skupinah (WGAT - Working Group for Active Tectonics; WGMI - Working Group for Monitoring and Instrumentation). Glavni cilj je raziskovanje mikro premikov na aktivnih tektonskih strukturah, ki so lahko seizmi%ni ali aseizmi%ni. Na seizmi%no aktivnih obmo%jih lahko kvantitativne rezultate o mikro premikih na tektonskih ploskvah koreliramo s seizmi%nimi dogodki in tako razširimo vedenje o aktivnih tektonskih procesih. V seizmi%no manj aktivnih obmo%jih pa nam meritve mikro premikov dajejo podatke o po%asnih tektonskih procesih. Pri raziskavah uporabljamo 3D merilec premikov oz. ekstenziometer TM 71, ki ga je razvila skupina na Inštitutu za strukture kamnin in mehaniko @eške akademije znanosti pod vodstvom dr. Blahoslava Koštaka in ga tudi patentirala (Koštak, 1969). Gre za mehansko-opti%ni inštrument, ki meri premike v treh oseh (x, y in z) z natan%nostjo okoli 0,03 mm. Meritev deluje na principu Moiréjevega opti%nega efekta, ki se spreminja, ko se dve prozorni ploš%ici z natan%no vgraviranim vzorcem med seboj premakneta. Vsaka ploš%ica je z 7elezno palico togo sidrana v eno stran prelomne cone ali razpoke. Premiki povzro%ijo spremembo interferen%nega vzorca, ki nastane, ko se obe gravuri prekrivata (Koštak, 1977). Dva lo%ena sistema ploš%ic postavljena v vodoravni in navpi%ni smeri, omogo%ata ugotavljanje premikov v treh smereh. Širina razpoke, na katero lahko namestimo napravo, je do 1,5 m. Ker je veliko prelomnih con precej širših, se pogosto izvede namestitev med eno od prelomnih ploskev in tektonizirano kamnino v coni, %e le-ta ni preve% porušena, ali pa na eno od stranskih razpok. Izbor lokacije je za uspešnost meritev klju%nega pomena. Prednost ekstenziometra TM 71 v primerjavi z drugimi podobnimi napravami je v preprostosti in robustnosti, saj ne vsebuje elektronskih vezij in ne potrebuje vira energije. * IZRK ZRC SAZU, Titov trg 2, 6230 Postojna ** ARSO, Urad za seizmologijo in geologijo, Dunajska 47, 1000 Ljubljana 38 To omogo%a dolgotrajne meritve tudi pod razli%nimi vplivi okolja (Avramova-Tacheva & Koštak, 1995). Da lahko izklju%imo ostale vplive, morajo meritve trajati vsaj 3 leta. Od%itavanje premikov je potrebno opraviti vsake dva ali v primeru te7je dostopnosti vsaj vsake tri mesece. Inštrument TM 71 je bil 7e uspešno uporabljen v številnih raziskavah v Evropi, Aziji in ju7ni Ameriki. Procesi, ki jih naprava TM 71 zaznava, odra7ajo napetosti v Zemljini skorji. Za njihovo razumevanje je potrebno poznati deformacijske modele reologije v povezavi s strukturnimi spremembami. Najbolj zanimivi so seveda premiki ob seizmi%no aktivnih prelomih. Pomembna je pravilna interpretacija dobljenih rezultatov, ki nam omogo%a razlo%evanje med tektonskimi deformacijami Zemljine skorje in drugimi površinskimi deformacijami, predvsem gravitacijskimi. Koristna je so%asna uporaba drugih metod, kot so GPS-meritve, ker to zmanjšuje mo7nost napa%ne interpretacije rezultatov. Registrirani premiki vzdol7 razpok razli%nega izvora navadno sestojijo iz dveh elementov: a) ob%asnih sprememb razli%nih amplitud, povezanih z deformacijami v kamnini zaradi sprememb temperature in vlage itd. b) trajnejših trendov premikanj ali nenadnih skokov (Koštak & Avramova-Tacheva, 1984; Kalvoda & Koštak, 1984; Avramova-Tacheva & Koštak, 1986). Analize premikov, izmerjenih s TM 71, so pokazale, da ekstremnih premikov, ki spremljajo mo%nejše potrese, praviloma ne spremljajo nenadni skoki, ampak gre za po%asno naraš%anje premikov pred potresom (Shanov, 1993) in po%asno upadanje premikov po potresu kot zakasnitveni efekt. V Peruju (Cordillera Blanca) so kmalu po namestitvi TM 71 zaznali nenaden skok z = 0,55 mm. Po enem letu opazovanj pa se je premikanje stabiliziralo in pustilo stalen premik z = +0,4 mm, medtem ko sta premika po x in y ostala majhna. Meritve v Nem%iji (Renski jarek) so pokazale povpre%ne premike 1,75 mm v štirih letih (Štemberk et al., 2003). Tektonska aktivnost Slovenije Alpski orogen je nastal kot posledica konvergence med Afriško in Evrazijsko ploš%o. Ve%ina Slovenije pripada najsevernejšemu delu Afriške ploš%e oz. vmesni Jadranski mikroploš%i (Anderson & Jackson, 1987). Geološke, seizmološke in tomografske raziskave ka7ejo na deformacije na V, Z in S robu Jadranske mikroploš%e, ki so posledica njene rotacije v nasprotni smeri urinega kazalca (Weber et al., 2004). Glavni aseizmi%ni izdanek Jadranske mikroploš%e je Istra. Na podlagi GPS-meritev opazujemo v Sloveniji jasne (nekaj mm/leto) desne (transpresivne) premike vzdol7 Savskega preloma in Periadriatske prelomne cone, kar nakazuje, da je bo%no izrivanje v SV Alpah še vedno aktivno (Weber et al., 2004). V SV Italiji ima glavna os kompresijske napetosti smer SZ-JV, medtem ko ta os v Sloveniji poteka vzhodneje, v smeri S-J. Današnja kompresija v smeri S-J je aktivna v »notranjem klinu«, ki je tudi najbolj seizmi%en. Obratno je obmo%je kompresije v smeri SZ-JV zna%ilno za »zunanji klin« (Bressan et al., 1998). V Sloveniji so obmo%ja Ju7nih Alp, Zunanjih in Notranjih Dinaridov mo%no deformirana in narinjena na nedeformiran del Jadranske ploš%e, imenovan tudi Adriatik. Prevladujo%a napetost v smeri S-J je povzro%ila nastanek konjugiranega sistema zmi%nih prelomov. V zahodni Sloveniji prevladujejo desnozmi%ni prelomi dinarske smeri, v vzhodni Sloveniji pa levozmi%ni prelomi pre%nodinarske smeri. Poleg teh so pogosti tudi prelomi v smeri Z-V in narivi z vergenco proti severu. JV Slovenija pripada tektonsko Zunanjim Dinaridom. Njihova glavna strukturna zna%ilnost so prelomi dinarske smeri in narivanje proti jugozahodu. Najmo%nejši prelomi od JZ proti SV so (Sl. 1): Palmanovski, Divaški, Raški, Predjamski, Idrijski in 39 Nu7emberški (Placer, 1981). Za Zunanje Dinaride je zna%ilna zmerna zgodovinska in recentna seizmi%nost (Sl. 2). Relociranje 7ariš% potresov, ki so nastali v zadnjih desetih letih, je pokazalo, da so njihova 7ariš%a razporejena predvsem vzdol7 Raškega in Idrijskega preloma (Michelini et al., 1998). Nariš%ni mehanizmi ve%ine potresov ka7ejo na desnozmi%ne prelome (Poljak et al., 2000). Slika 1 - Mo%nejši prelomi v JZ Sloveniji, lokacije za TM 71: 1 - Postojnska jama, 2 - Vremš%ica. Model reliefa po Perko & Oro7en Adami% (1995) 40 Slika 2 - Seizmi%nost jugozahodnega dela Slovenije (Katalog ARSO za obdobje 567-2002) Meritev tektonskih premikov s TM 71 v kraških jamah Merilec premikov TM 71 se uspešno uporablja po vsem svetu (Gr%ija, Poljska, Italija, Nem%ija, Bolgarija, Slovaška, @eška, Peru, Azija). Zaradi dokaj stalne temperature je ugodno, %e ga namestimo pod zemljo, v kraške jame ali predore. Do sedaj so v kraških jamah nameš%eni na @eškem, Poljskem in v Sloveniji, v predorih pa v Nem%iji (Štemberk et al., 2003). V Sloveniji smo TM 71 prvi% namestili februarja 2004 v Postojnski jami (Postojna 2, Lepe jame) in maja 2004 na Veliki gori (Postojna 1). Postojnska jama je z 20 km najdaljši jamski sistem v Sloveniji. Rovi so razviti v zgornjekrednih apnencih cenomanijske, turonijske in senonijske starosti. Za Postojnsko jamo so izdelane dobre strukturno-geološke karte (Gospodari%, 1965; Šebela, 1998). Jama le7i med dvema pomembnima dinarsko usmerjenima prelomoma, Idrijskim na severu in Predjamskim na jugu (Sl. 1). Ozemlje med obema desnozmi%nima prelomoma je razkosano z deformacijami narivanja in gubanja miocenske in pliocenske starosti ter mlajšega prelamljanja. Jamski rovi so razviti v obeh krilih Postojnske antiklinale in sledijo slemenitvi plasti in smeri vpada plasti ter dinarskim in pre%nodinarskim prelomnim conam. Severni rob podorne dvorane Velika gora je razvit znotraj dinarske prelomne cone z vertikalnim premikom za nekaj metrov (Postojna 1). Prav to prelomno cono lahko zasledimo tudi v Pisanem rovu in Lepih jamah, vendar tam ne ka7e enakih smeri premikov. V Pisanem rovu vpada prelomna ploskev s sledovi horizontalnega levega premika za 60 0 proti SV. V Lepih jamah pa v isti prelomni coni zasledimo dokaze za vertikalne in horizontalne premike (Postojna 2). V Lepih jamah je ta dinarska prelomna cona prekinjena z mlajšo pre%nodinarsko prelomno cono, ki je bila aktivna v obdobju mlajšem od 780.000 let (Sasowsky et al., 2003). Na Veliki gori je TM 71 (Postojna 1) postavljen med prelomno ploskvijo strmega reverznega preloma in zasiganim podornim blokom apnenca velikosti (0,5 x 1) m (Sl. 3). 41 Slika 3 - Namestitev ekstenziometra TM 71 v Postojnski jami - Velika gora (Postojna 1) Drugo opazovano mesto (Postojna 2) predstavlja krajši umetno izkopan rov velikosti (1 x 1 m), kjer je TM 71 postavljen med dve dinarski prelomni ploskvi (Sl 4). Opazovani dinarski prelom le7i pribli7no 1 km severno od Predjamskega preloma. Od%itke premikov opravljamo v Postojnski jami enkrat na mesec. Po zadnjem ve%jem potresu 12. 7. 2004 v Krnskem pogorju pa smo opravili še dodatne meritve. Slika 4 - Namestitev ekstenziometra TM 71 v Postojnski jami - Lepe jame (Postojna 2) 42 Namestitve TM 71 na površju v zahodni Sloveniji Raški prelom Raški prelom poteka v dinarski smeri od Anhova do nariva Sne7nika pri Ilirski Bistrici. Najbolj izrazito je viden v topografiji površja kot skoraj ravna dolina Raše med Kobdiljem in Štorjami ter na obmo%ju Vremš%ice (Sl. 5). Presek tega preloma je lepo viden v avtocestnem useku pri Seno7e%ah, sicer pa so izdanki prelomne cone redki. Seizmi%nost na obmo%ju Raškega preloma je zgoš%ena predvsem na obmo%ju Sne7nika. Nariš%a potresov na tem obmo%ju ustrezajo prelomni ploskvi, ki strmo vpada proti SV (Michelini et. al., 1998). Najmo%nejši potres na tem obmo%ju z magnitudo 5,8 se je zgodil leta 1916 JV od Reke (Poljak et al., 2000). Da bi našli ustrezno lokacijo za namestitev ekstenziometra TM 71, smo pregledali ve%ino trase Raškega preloma. Najboljšo lokacijo smo našli na JV vzno7ju Vremš%ice pri Košani, kjer sta ob prelomu v zgornjekrednih apnencih dva opuš%ena kamnoloma. Za zgornji kamnolom obstojajo na%rti, da bi ga ponovno aktivirali, spodnji pa je zaprt 7e ve% kot 15 let in bo tak tudi ostal. V njem je stik zgornjekrednega apnenca (SV krilo preloma) in paleocenskega kozinskega apnenca (JZ krilo), ki sta lo%ena s pribli7no 10 m široko glavno prelomno cono, v kateri je kamnina zelo zdrobljena. To onemogo%a postavitve naprave na glavno prelomno ploskev. Zato smo izbrali njej vzporedno razpoko v steni kamnoloma v zgornjekrednem apnencu (Sl. 6). Tu smo inštrument namestili novembra 2004. Slika 5 - Letalski posnetek (DOF5 GURS) Vremš%ice z Raškim prelomom. Ozna%en je kamnolom v katerem je nameš%en ekstenziometer TM 71 43 Slika 6 - Namestitev ekstenziometra TM 71 na Raškem prelomu, Vremš%ica Idrijski prelom Najmo%nejši prelom na obmo%ju zahodne Slovenije je Idrijski prelom, ki je jasno viden v topografiji tudi na satelitskih in letalskih posnetkih. Razteza se v dol7ini prek 120 km od meje z Italijo v Kaninskem pogorju do Gorskega Kotarja. Najmo%nejši zgodovinski potres na tem obmo%ju se je zgodil leta 1511 in je imel magnitudo ocenjeno na 6,8 ter intenziteto X. Najpogosteje ga povezujejo z Idrijskim prelomom, %eprav za to ni neposrednih dokazov. Drugi mo%nejši potres z magnitudo 5,6 je nastal leta 1926 na JV delu preloma, recentna seizmi%nost ob tem prelomu pa je majhna (Poljak et al., 2000). Kljub temu, da je prelom zelo izrazit v topografiji, pa so njegovi izdanki redki, saj ob njem ve%inoma potekajo re%ne doline So%e, Idrijce in Kanomljice. Najlepši prerez celotne prelomne cone Idrijskega preloma je v dolini U%je, ki poteka pre%no na smer preloma. Prelomna cona je tu široka okoli 1700 m. @ar in Pišljar (1993) sta v njej izdvojila notranjo in zunanjo prelomno cono ter glavno in mejno prelomno ploskev. Za namestitev ekstenziometra TM 71 smo izbrali izrazito razpoko na stiku glavne prelomne ploskve in notranje prelomne cone (Sl. 7) v sami soteski U%je med Melanom in Hleviš%ami. 44 Slika 7 - Namestitev ekstenziometra TM 71 na glavni prelomni ploskvi Idrijskega preloma v dolini U%je Zaklju,ek Še en merilec premikov nameravamo namestiti na Ravenski prelom v Krnskem pogorju ali na njemu vzporeden prelom (Kneški ali Krnski). Izdanki Ravenskega preloma so namre% zelo te7ko dostopni, kar ote7uje tako samo namestitev, kot tudi od%itavanje v zimskem %asu. Ob Ravenskem prelomu sta nastala potresa 12. 4. 1998 z magnitudo 5,6 in 12. 7. 2004 z magnitudo 4,9 (Zupan%i% et al., 2001). Oba potresa sta na Bovškem in Kobariškem povzro%ila veliko škodo. Analiza seizmoloških podatkov (7ariš%ni mehanizmi) je v obeh primerih pokazala, da je ob prelomu prišlo v globini do desnega zmika ob skoraj navpi%ni prelomni ploskvi. Geološke raziskave pa niso potrdile, da bi prišlo do pretrga na površini. Gre za eno redkih aktivnih struktur v Sloveniji, kjer je seizmi%nost dokazano povezana z znanim prelomom. Z ve%letnimi terenskimi (in situ) meritvami tektonskih premikov ob Raškem, Predjamskem, Idrijskem in Ravenskem prelomu s pomo%jo ekstenziometrov TM 71 pri%akujemo, da bo razumevanje seizmi%ne ali aseizmi%ne aktivnosti teh prelomov bolj jasno. Pri%akovana natan%nost teh meritev je do 0,03 mm. 45 Literatura Anderson, H. & Jackson, J. 1987: Active tectonics of the Adriatic region.- Geophys.J.R.Astron. Soc. 91, 937-983. Avramova-Tacheva, E. & Koštak, B. 1986: Direct measurement of recent movements along seismic faults and creep deformations.- Proc. 5th Int. Congr. IAEG, Buenos Aires, 337-346. Avramova-Tacheva, E. & Koštak, B. 1995: Local three-dimensional extensiometric measurements for the determination of displacements in the Krupnik fault zone, Bulgaria.- Acta montana IRSM AS CR, series A, no. 8 (97), 87-98. Bressan, G., Snidarcig, A. & Venturini, C. 1998: Present state of tectonic stress of the Friuli area (Eastern Southern Alps).-Tectonophysics 292, 211-227. @ar, J., Pišljar, M. 1993: Presek Idrijskega preloma in potek doline U%je glede na prelomne strukture. - Rudarsko-metalurški zbornik 40/1-2, 79-91. Gospodari%, R. 1965: Tektonika ozemlja med Pivško kotlino in Planinskim poljem ter njen pomen za sistem Postojnskih jam.- 179 str. In 38 prilog, Postojna (elaborat. IZRK ZRC SAZU, Postojna). Kalvoda, J. & Koštak, B., 1984: Geomorfologicka analyza mereni piskovcovych bloku v udolini Libechoky.- Sbor. @s. Geogr. Spole%. 89, 3, 199-21. Koštak, B., 1969: A new device for in-situ movement detection and measurement.- Exp. Mechanics 9, Easton (Pa, USA), 374-379. Koštak, B. 1977: Ter%ové mSTidlo TM-71 a jeho u7ití pro mSTení velmi pomalých pohybW na poruchách a trhlinách.- In7. Stavby 25, 5, 213-218. Koštak, B. & Avramova-Tacheva, E., 1984: Propagation of coastal slope deformations at Taukliman, Bulgaria.- Bull IAEG 23, 67-73. Michelini, A., Niv%iY, M., Suhadolc, P. 1998: Simultaneous inversion for velocity structure and hypocenters in Slovenia. - Journal of Seismology 2, 257-265. Placer, L. 1981: Geološka zgradba jugozahodne Slovenia. - Geologija 24/1, 27-60. Poljak, M., Niv%iY, M., Zupan%i%, P. 2000: The seismotectonic charateristics of Slovenia. - Pure and Applied Geophysics 157, 37-55. Perko, D. & Oro7en Adami%, M., 1995: Relief Slovenije 1:250.000.- ZRC SAZU, Ljubljana. Sasowsky, I.D., Šebela, S. & Harbert, W., 2003: Concurrent tectonism and aquifer evolution > 100,000 years recorded in cave sediments, Dinaric karst, Slovenia.- Environmental Geology 44:8-13. Shanov, St., 1993: Medium-time earthquake prediction based on tectonic fault zone displacement data.- Acta montana A4 (90), 53-62. Šebela, S., 1998: Tectonic structure of Postojnska jama cave system.- Zalo7ba ZRC 18, 112 pp., Ljubljana. Štemberk, J., Koštak, B. & Vilimek, V., 2003: 3D monitoring of active tectonic structures.- Journal of Geodynamics 36, 1-2, 103-112. Weber, J.C., Vrabec, M., Stopar, B. & Dixon, T. 2004: New GPS constrains on Adria microplate kinematics, dynamics, and rigidity from the Istria peninsula, Slovenia and Croatia.-GSA Abstracts with Programs, Vol. 36, No. 5. Zupan%i%, P., CeciY, I, Gosar, A., Placer, L., Poljak, M, Niv%iY, M. 2001: The earthquake of 12 April 1998 in the Krn Mountains (Upper So%a valley, Slovenia) and its seismotectonic characteristics. - Geologija 44/1, 169-192.