De ce monitorizam activitatea seismica?

Monitorizarea seismicitatii teritoriului Romaniei este unul din obiectivele importante ale INCDFP, avand ca scop principal detectarea si localizarea in cel mai scurt timp a tuturor evenimentelor seismice (cutremure, explozii) produse pe teritoriul Romaniei. Aceste informatii sunt transmise rapid pentru informarea autoritatilor, inspectoratelor pentru situatii de urgenta, mass media si publicului, iar in cazul cutremurelor puternice, pentru alertarea acestor institutii cu un rol deosebit de important in caz de dezastru la cutremur.

Retele de monitorizare seismica

Reteaua Seismica Nationala a Romaniei

Scopul principal al RSN este acela de a monitoriza teritoriul Romaniei din punct de vedere seismic si de a oferi date de o calitate cat mai buna pentru studiul sursei seismice, studiul structurii interne a Pamantului, pentru studii de microzonare si hazard seismic, dar si pentru schimbul de date cu centrele internationale de date seismice. RSN este alcatuita din statii seismice digitale care inregistreaza miscarea terenului in mod continuu (statii in timp real - 125) si statii care inregistreaza miscarea terenului doar cand aceasta depaseste o valoare prestabilita (statii cu declansare - 16). Datele inregistrate de catre RSN sunt transmise catre sediul INCDFP unde sunt prelucrate si analizate 24 de ore/ 7 zile pe saptamana de catre seismologii de serviciu.

Cutremurele inregistrate pe teritoriul Romaniei sunt catalogate si publicate pe pagina de internet a INCDFP. Informatia prezentata se refera la data si timpul de producere a cutremurului, localizarea (latitudine, longitudine, adancime) si magnitudinea acestuia (ML - magnitudine locala). De asemenea, datele inregistrate contribuie si la realizarea buletinelor seismice internationale.

In cazul cutremurelor de suprafata cu magnitudine mai mare de 3 si a cutremurelor intermediare cu magnitudine mai mare de 3.5, datele inregistrate de catre RSN sunt folosite pentru producerea de harti utile autoritatilor pentru interventia post seism (harti de tip ShakeMap).

RSN este compusa din:

Reteaua de scurta perioada in timp real

Intre anii 1980-1982 a fost instalata prima retea de statii echipate cu senzori de viteza de scurta perioada. Aceasta era alcatuita din 14 statii telemetrate si avea ca scop principal monitorizarea cutremurelor din regiunea Vrancea. La mijlocul anilor 90`, alte 4 statii telemetrate au fost instalate in partea de vest a Romaniei pentru monitorizarea cutremurelor din zona Banat. In prezent, reteaua de scurta perioada cuprinde 51 statii seismice in timp real echipate cu urmatoarele tipuri de senzori de viteza de scurta perioada: Marc Products L4C (21), S13 (16), GS21 (11), Ranger (2) si Marc Products L22 (1). Reteaua este destinata monitorizarii cutremurelor locale mici si moderate.

Reteaua de banda larga in timp real

Dezvoltarea retelei de banda larga in timp real a inceput in toamna anului 2001, cand un nou sistem de monitorizare a fost instalat la Muntele Rosu (Cheia) in cadrul cooperarii cu JICA (Japan Inernational Agency Cooperation). In prezent, reteaua cuprinde 62 statii seismice echipate cu urmatoarele tipuri de senzori de viteza de banda larga: CMG40T (24), KS2000(18), STS2(11), CMG3ESP (5), Metrozet PBB (2), CMG3T (1) si KS54000 (1). Este destinata monitorizarii atat cutremurelor locale mici si moderate cat si evenimentelor regionale si indepartate (teleseismelor).

Reteaua de accelerometre in timp real

Reteaua de accelerometre a Romaniei a luat nastere in urma cooperarii dintre INCDFP si Institutul de Geofizica al Universitatii din Karlsruhe. Intre anii 1995 si 1997, 36 de accelerometre digitale K2 cu declansare au fost instalate pe teritoriul tarii si in Bucuresti si imprejurimile capitalei. In momentul de fata, reteaua cuprinde 102 statii seismice echipate cu senzori de acceleratie (Episenzor) si este destinata monitorizarii cutremurelor locale puternice.

Reteaua de accelerometre din Bucuresti si imprejurimi

Cuprinde 8 statii seismice in timp real si 14 statii seismice cu declansare echipate cu senzori de acceleratie (Episenzor). Este destinata monitorizarii miscarilor puternice.

Retele seismice de tip "array"

Bucovina "array": Reteaua seismica BURAR este alcatuita din 10 statii, echipate cu senzori seismici instalati in foraje la adancimi cuprinse intre 30 si 50 m, distribuite pe o suprafata de 5 km². Noua statii (BUR01,..., BUR09) sunt echipate cu senzori verticali de scurta perioada de tip GS21 (Geotech Instruments, SUA), iar o statie (BUR31) este prevazuta cu un senzor de banda larga de tip KS54000 (Kinemetrics). Ulterior, in anul 2008 au fost instalate alte 3 componente, dotate cu senzori triaxiali de banda larga, echipate cu senzori Guralp (CMG-40T). Doua dintre ele sunt instalate in acelasi locatii cu statiile BUR01 si BUR05, la aproximativ 1m adancime iar cea de-a 3 a intr-o locatie diferita.

Reteaua de statii GPS permanente

Istoric

Dezvoltarea retelei GNSS/GPS (Global Navigation Satellite System/Global Positioning System) de rezolutie inalta din Romania destinata monitorizarii miscarilor crustale a luat nastere in anul 2001 cand prima statie permanenta a fost amplasata la Lacauti. Reteaua a fost instalata in urma unui parteneriat strategic intre: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pamantului (INCDFP), Facultatea de Geologie si Geofizica din cadrul Universitatii Bucuresti (FGG), Universitatea Tehnica din Delft, Universitatea din Utrecht, Netherlands Research Center for Integrated Earth Sciences (ISES) din Olanda si firma Topgeocart.

Structura

Statiile care alcatuiesc in prezent, reteaua permanenta a INCDFP sunt prezentate in tabelul de mai jos.

Harta statiilor permanete GPS:

Infrastructura

Statiile retelei INCDFP au echipamente mixte, majoritare fiind cele produse de firma Leica, receptoare de tip GRX 1200 GG Pro, GRX 1200 + GNSS si GR10 Professional, iar modelele de antene folosite sunt LEIAT 504, LEIAT 504 GG si LEIAR 10. Reteaua detine si o statie mobila de tipul Leica GX 1230 cu antena AX 1203 + GNSS. In acelasi timp, trei statii functioneaza cu echipamnete produse de firma Septentrio, receptoare de tip AsteRx2HDC si antene PolaNt-x MF. Transmisia datelor se realizeaza in timp real, aceasta fiind asigurata de STS (Serviciul de Telecomunicatii Speciale), modemuri GPRS, Radiocom si cativa furnizori locali.

Inregistrarile deplasarilor la frecvente mari, de circa 20 Hz, ale seismelor care pot surveni in zona Vrancea reprezinta date importante in investigarea contributiilor coseismice la frecvente mai mari de 1 Hz cu ajutorul tehnologiei GPS. Din acest motiv si pentru realizarea unei cercetari complexe, 11 dintre statiile GPS permanente sunt prevazute si cu accelerometre.

Achizitionarea, analiza si prelucrarea datelor

Achizitia datelor se face in timp real, in format RAW DATA si RINEX folosind programele Leica GNSS Spider si Septentrio Rx, iar analiza calitatii acestora se realizeaza cu programul Spider QC.

In ceea ce priveste postprocesarea datelor a fost incheiat un acord, numar 1984, intre INCDFP si Jet Propulsion Laboratory ("JPL") o divizie de operare a California Institute of Technology, privind o licenta de utilizare a softului GIPSY OASIS NPO - GPS Inferred Positioning System Orbit Analysis and Simulation Software, numarul 19636. Softul este disponibil cu licenta si va fi folosit in cadrul Laboratorului Retea Seismica Nationala, avand scopul de monitorizare a deformatiilor crustale utilizand date satelitare pe teritoriul Romaniei. Acesta fiind softul de baza folosit pentru realizarea disponibilitatii datelor, pe intrega perioada de activitate a statiilor, a seriilor de timp si a vectorilor de deplasare. Mai recent s-a folosit si softuri LGO (Leica Geo Office), GLab (dezvoltat de ESA - European Space Agency) si RTKLIB (Pachet Open Source).

Reteaua de monitorizare pentru studii magnetotelurice si bioseismice

Este bine cunoscut faptul ca exista interconectari intre activitatea tectonica si modificarile anomale ale parametrilor geofizici, geochimici si geohidrologici care caracterizeaza litosfera. Aceste modificari ar putea reflecta anumite schimbari care apar in starea de stres la nivel crustal si subcrustal si ar putea indica faptul ca s-a atins un nivel critic de stres. In consecinta, diferite metode geostiintifice incearca sa monitorizeze activitatea tectonica pentru a identifica regiuni si faze critice ale stresului, pe baza fenomenelor precursoare asociate cutremurelor.

Reteaua Geofizica a Colectivului de Studii Magnetotelurice si Bioseismice a cunoscut din 1996 si pana in prezent o dezvoltare exponentiala, sustinuta financiar in totalitate din Proiecte de Cercetare Nationale si Internationale

In perioada 2005-2006 s-a realizat si instalat la Plostina, primul sistem de monitorizare a infrasunetelor IOANE asociate unui domeniu vast de evenimente. Monitorizarea undelor acustice infrasonice propagate prin atmosfera a cunoscut o dezvoltare de amploare in timpul razboiului rece fiind utilizata pentru supravegherea tactica a terenului in vederea depistarii eventualelor surse de astfel de unde acustice, cum ar fi exploziile clasice si cele nucleare, lansarile de rachete de diverse tipuri, deplasarile masinilor grele de lupta, a elicopterelor ]i avioanelor. Desi in prezent gama de aplicabilitate a ramas asemanatoare, ea s-a orientat in special spre monitorizarea testelor nucleare, dar s-a extins asupra altor fenomene naturale, cum ar fi seismele, formarea aurorelor boreale, traversarea atmosferei de catre bolizi, urmarirea formarii tornadelor si altele.

O imagine de ansamblu a locatiei PLOR3, din cadrul Observatorului Plostina si cateva dintre echipamentele implicate in procesul de monitorizare: sistemul de achizitie, microbarometrul MBAZEL2007, magnetometrul fluxgate triaxial MAG-03MS. Monitorul de camp electric EFM-100 este instalat in locatia PLOR4, in apropierea statiei meteo WS-3600.

Incepand cu luna iulie 2006, s-a proiectat si pus la punct un sistem complex de monitorizare, care furnizeaza informatii despre campurile acustic, electric, magnetic, electromagnetic si meteo. Acest sistem este destinat cautarii corelatiilor ascunse care pot exista intre variatiile acestor campuri si procesul de pregatire al cutremurelor intermediare puternice din zona Vrancea. Din anul 2008 Colectivul de Studii Magnetotelurice si Bioseismice al INFP-ului utilizeaza in timp real o retea de monitorizare geomagnetica, electrica si infrasonica, numita MEMFIS - Multiple Electromagnetic Field and Infrasound Monitoring Network , imbunatatita prin instalarea in 2009 a receptorului VLF/LF si a antenelor acestuia la Observatorul Seismologic Dobrogea

Reteaua MEMFIS - The Multiple Electromagnetic Field and Infrasound Monitoring Network (Tabelul 1/Fig. 1) este echipata cu 4 magnetometre fluxgate (Bartington), cu senzori seismici, cu 3 statii de monitorizare infrasonica MBAZEL2007, un electrometru pentru masurarea componentei vertical a campului electric atmosferic (Boltek EFM100) si o statie meteorologica La Crosse WS-3600

Observatoarele geofizice ale retelei MEMFIS:

Magnetic Observatory Code	Equipment	Lat/Lng	Altitude (m)
MLR	Seismic/magnetic	45.49N/25.95E	1360
SULR	Seismic/magnetic	44.68N/26.25E	97
PLOR2	Seismic/magnetic +/-100uT /infras +/-50Pa	45.8502/N26.6438E	694
PLOR3	Seismic/magnetic +/-100uT /infras +/-50Pa	45.8539/N26.6455E	708
PLOR4	Seismic/vertical electric +/-20kV/m /infras MBAZEL2007+/-50Pa / infras Chaparal/meteo	45.8512/N26.6499E	656
AZEL	VLF-LF/ meteo/ infras +/-50Pa	44.3548/N26.0282E	76
Dobrogea Observatory	VLF-LF/meteo	44.0750/N26.6325E	23

Reteaua seismo-acustica Plostina

Este un array alcatuit din 6 elemente: IPH2, IPH3, IPH4, IPH5, IPH6 si IPH7.

Elementul central include senzori pentru masurarea campului electric si a conditiilor meteo.

Datele sunt inregistrate in timp real si stocate in centrul de date ROM NDC, in Magurele.

Elemente Array:

Element	Latitude (°N)	Longitude (°E)	Altitude (m)	Depth (m)	Sensor type
PLOR1	45.852	26.647	648	3	Seismometer 3C BB CGM-40T Strong motion EpiSensor ES-T FBA
PLOR2 IPH2	45.850	26.644	647	3	Seismometer 3C BB CGM-40T Strong motion EpiSensor ES-T FBA MicrobarometerChaparral Model 25
PLOR3 IPH3	45.854	26.646	665	3	Seismometer 3C BB CGM-40T Strong motion EpiSensor ES-T FBA Triaxial magnetometer MAG-03MS Microbarometer Chaparral Model 25
PLOR4 IPH4	45.851	26.650	616	3, 30, 50	Seismometers 1C SP GS21, 3C BB STS2 Strong motion EpiSensor ES-T FBA Triaxial magnetometer MAG-03MS Microbarometer Chaparral Model 25 Electric field mill Boltek EFM-100 Weather station La Crosse
PLOR5 IPH5	45.842	26.642	586	3	Seismometer 3C BB CGM-40T Strong motion EpisenSor ES-T FBA Microbarometer Chaparral Model 25
PLOR6 IPH6	45.846	26.664	687	3	Seismometer 3C BB CGM-40T Strong motion EpiSensor ES-T FBA Microbarometer Chaparral Model 25
PLOR7 IPH7	45.860	26.641	831	3	Seismometer 3C BB CGM-40T Strong motion EpiSensor ES-T FBA Microbarometer Chaparral Model 25

Observatoare seismice

Observatorul Seismologic "Dr. Radu Cornelius" Vrincioaia

Observatorul Seismologic Vrincioaia este situat in partea de NE a zonei epicentrale Vrancea, avand drept scop furnizarea de date pentru sistemul de alarmare seismica a obiectivelor industriale si civile, cat si pentru Reteaua Seismica Nationala. a fost infiintat in anul 1942 , in urma puternicului cutremur din 10 Noiembrie 1940 (magnitudinea M=7.4) .

Echipata cu seismograf de tip Mainka modificat de seismologul roman - Demetrescu , si-a intrerupt activitatea in anul 1944 din cauza razboiului. In perioada 1952-1956 a functionat sporadic.

S-a redeschis in anul 1964 Seismologul Cornelius Radu a redeschis-o in conditii foarte modeste de spatiu , cand pe langa seismograful de tip Mainka , a fost instalat seismograful de tip VEGIK (aparate fotografice rusesti).

Dupa cutremurul din 4 martie 1977 (magnitudinea M=7.2) aparatura statiei a fost completata cu urmatoarele sisteme :

- seismograf KIRNOS (SKM);seismograf DD-1; seismograf SM-3;seismograf S-13;Acelerograf SMA-1.

In octombrie 1980 prin echiparea sa cu seismograf S13 devine statia principala a retelei seismice cu telemetrarea datelor la Bucuresti.

Datorita activitatii de modernizare din perioada 1986 - 1989 , prin construirea unei noi cladiri si echiparea cu noi aparate de inregistrare, Observatorul Seismologic Vrincioaia devine una dintre statiile de referinta ale INCDFP.

Observatorul Seismologic Plostina

Observatorul Seismologic Plostina este situat la 8 km N de Observatorul Seismologic Dr. Radu Cornelius - Vrincioaia si formeaza impreuna cu acesta un complex de cercetare stiintifica destinat monitorizarii seismice a teritoriului Romaniei si masurarii factorilor precursori, in vederea corelarii lor cu activitatea seismica si furnizarii de date pentru sistemul de alarmare seismica a obiectivelor industriale si civile. Incepand cu anul 2007 a fost infiintata o retea seismo-acustica de tip array prin instalarea a 4 elemente seismice (PLOR1, PLOR2, PLOR3 si PLOR4). In anul 2009 au fost adaugate inca doua statii seismice (PLOR5 si PLOR 6) si s-a inceput contructia retelei de infrasunete de tip array cu 3 componente (IPH4, IPH5 si IPH6), avand aceleasi locatii ca si senzorii seismici.

Reteaua de infrasunete a fost completata in anul 2010 prin instalarea elementului seismo-acustic (PLOR7 si IPH7) si in anul 2012 prin instalarea seonzorilor IPH 2 si IPH3. Reteaua seismo-acustica este instalata pe o suprafata de 3.5 km2, iar distanta intre sensozri variaza de la 450m la 2450 m. In prezent INCDFP opereaza la Plostina un sistem integrat de tehnologii: retea seismica si de infrasunete, senzori de acceleratie, monitorizarea campului electro-magnetic, masurarea temperaturii solului si o statie meteo. Aplicatiile principale ale sistemului se refera la: monitorizarea activitatii microseismicitatii locale, masuratori acustice (monitorizarea prin infrasunete a exploziilor - inclusiv cele din mine si cariere de piatra, eruptii vulcanice, cutremure, avioane, etc) observarea variatiei campului magnetic corelata cu activitatea solara, observarea variatiei curentilor telurici.

Observatorul Seismologic Dobrogea

Observatorul Seismologic Dobrogea a fost inaugurat in 2008 avand rol de back-up pentru achizitia si procesarea datelor la Magurele si ca centru de monitorizare pentru tsunami in Marea Neagra. Personalul Observatorul asigura, de asemenea, si mentenanta altor 10 statii seismice instalate in regiune. Aceste statii sunt echipate cu seismometre si accelerometre iar datele inregistrate sunt transmise in timp real la CND. Tot aici este instalat si un echipament de masurare a campului electromagnetic si radiatii UV.

Observatorul Seismologic - Muntele Rosu

Observatorul Seismologic Cheia - Muntele Rosu face parte din Reteaua Seismica Nationala si contribuie cu date pentru monitorizarea seismica in sprijinul Tratatului de interzicere totala a experientelor nucleare (CTBTO). Statia seismica a fost inclusa in reteaua seismica auxiliara a Sistemului de Monitorizare a International (IMS) coordonat de CTBTO. In scopul asigurarii participarii Romaniei la activitatile CTBTO si pentru a mentine statia seismica la standardele operationale cerute de tratat, in anul 1999 a fost modernizata atat statia de seismica MLR cat si CND, implicand cooperarea tehnica cu Guvernul Japoniei si asistenta tehnica din partea Organizatiei CTBT. Datele sunt inregistrate continuu si transmise in timp real la CND - Magurele si CID - Viena.

Statia este echipata atat cu senzor de acceleratie cat si cu senzor de viteza de banda larga. Prin pozitia pe care o are fata de zona seismica Vrancea, acest observator este unul din cele mai importante puncte de masura din intreaga retea seismica. In afara de masurarea activitatii seismice, aici se fac masurarori de camp magnetic destinat cercetarilor de predictie a cutremurelor de pamant, cat si masuratori de GPS. Incepand cu anul 1994 statia sesimica face parte si din reteaua GEOFON (Germania).

Observatorul Seismologic - Bucovina

Observatorul Seismologic BUCOVINA (BURAR) consta dintr-o retea seismica complexa alcatuita din 10 senzori seismici (9 uniaxiali de scurta perioada (GS-21) si unul triaxial de banda larga (KS 54000)) instalati in gauri de sonda la adancimi de 30-50 m si distribuiti pe o suprafata de 5x5 km². Reteaua a fost instalata in 2002, in cadrul colaborarii romano - americane dintre INCDFP si Centrul de Aplicatii Tehnice al Fortelor Aeriene Americane. Datele inregistrate sunt transmise in timp real prin satelit la Centrul National de Date din Bucuresti. In anul 2007 s-au instalat doi senzori 3-C de banda larga pentru a imbunatati configuratia retelei array in vederea inregistrarii si identificarii fazelor seismice secundare, imbunatatirii raspunsului retelei, ducand la o crestere a sensivitatii si rezolutiei retelei BURAR in identificarea undelor seismice S.

Observatorul Seismologic Buzias

Observatorul Seismologic Buzias, situat in judetul Timis face parte din Reteaua Seismica Nationala, furnizand date despre seismicitatea zonei Banloc. Statia seismica este echipata cu un senzor de banda larga.

Observatorul Seismologic Deva

Oservatorul seismologic Deva a fost infiintat in luna mai 1971, data la care a fost luata in evidenta retelei seismice mondiale pentru studiul seismicitatii globului, fiind cuprinsa in reteaua seismica UNESCO pentru studiul seismicitatii. In prezent face parte din Reteaua Seismica Nationala a Romaniei, contribuind la monitorizarea seismicitatii teritoriului tarii (in special a regiunii Hateg si Banat). Este dotat cu o statie digitala echipata cu senzori de banda larga si de scurta perioada.

Observatorul Seismologic Timisoara

Observatorul seismologic Timisoara a fost fondat de catre Prof. Ioan Curea, considerat pionierul seismologiei moderne din Romania. Ioan Curea a revigorat monitorizarea seismica din Banat si Ardeal, prin infiintarea a doua statii seismice la Cluj si Timisoara. Astfel, in anul 1939 a fondat Statia Seismica Cluj, ca o ramura a Observatorul Astronomic al Universitatii din Cluj. Ca profesor la Universitatea din Timisoara, Ioan Curea a proiectat si construit doua seismografe orizontale de tip Mainka de tip (m = 540 kg). Acestea au fost instalate la Timisoara din noiembrie 1942, la Observatorul Astronomic, pana in anul 1944. Dupa razboi, in anul 1950, profesorul Ioan Curea a reactivat statia seismica intr-o camera cu titlu provizoriu de la Institutul Politehnic, unde a functionat pana in 1965.

Referinte

Mihaela Popa, Mircea Radulian, Daniela Ghica, Cristian Neagoe and Eduard Nastase - Romanian Seismic Network Since 1980 to the Present - Nonlinear Mathematical Physics and Natural Hazards, Chapter 9, , Springer International Publishing, Switzerland, 2014