Studii seismicitate indusa la barajele Poiana Uzului (Bacau) si Izvorul Munteluii (Bicaz)
Autori: Felix Borleanu, Traian Moldoveanu, Mihaela Popa, Mihaile Diaconescu si Iren-Adelina Moldovan
Informatii trunchiate – contactati autorul Felix Borleanu ([email protected])
1. Introducere
Multiple studii efectuate in domeniul seismicitatii induse in regiuni distincte ale globului releva
faptul ca depozitele mari de apa (baraje) pot influenta generarea cutremurelor (Chander 1999, Chen and
Talwani, 1998). Cutremure pot fi provocate indeosebi de variatia stress-ului (tensiunii) cauzat de cantitatea
apei, de instabilitatea fracturilor respectiv a faliilor existente sub baraje cauzata de cresterea presiunii apei
in pori. Factorii enumerati, conduc la eliberarea prematura a unei energii de tip tectonic. Cutremurele pot
fi generate intr-o anumita regiune (unde exista baraje) daca zona respectiva se incadreaza intr-o anumita
etapa dintr-un ciclu bine definit (vezi, Gibson, 1997). Studiul seismicitatii induse releva in acest fel o mai
buna perspectiva in ceea ce priveste mecanimsele de generare a cutremurelor, evidentiind factorii care au
un rol deosebit in ceea ce priveste generarea cutremurelor din zonele adiacente. In aceasta etapa a studiului
ne propunem pe de o parte sa monitorizam activitatea seismica pentru o distanta epicentrala de 50 km in
jurul barajelor Poaiana Uzului si Izvorul Muntelui (Bicaz) pentru perioada 2010-2014, iar pe de alta parte,
sa investigam amanuntit cauzele care au dus la producerea seismicitatii locale calculand variatia numarului
de evenimente seismice in functie de adancime si magnitudine, corelarea dintre nivelul apei si seismicitatea
locala, spectrogamele pentru aceste evenimente, inregistrate de statiile seismice apropiate. De asemenea
pentru perioada analizata vor fi prezinta distributia deformatiilor elastice pentru cutremurele locale si curba
Benioff, care evidentiaza anii cu activitate seismica locala maxima.
2. Descrierea de ansamblu a factorilor geologici, geofizici si tectonici a regiunii
Geologia in jurul celor 2 baraje este prezentata pe o raza de 40 km in jurul barajului Izvorul
Muntelui (Bicaz) respectiv pe o raza de 18 km in jurul barajului Poiana Uzului, pentru a evidentia
principalele formatiuni structurale si tectonice in vederea unei corelari cu activitatea seismica. Hartile
geologice, ale celor 2 regiuni studiate sunt prezentate in Figurile 1 si 2. Acestea au fost modificate dupa
hartile geologice apartinand Institutul Geologic al Romaniei.
2.1 Localizarea si caracteristicile barajelor studiate
Lacul Bicaz este situat in partea de NE a Romaniei, in zona flisului Carpatilor Orientali. Este cel mai
mare (35km lungime pe o suprafata de 33 km2) lac artificial (antropic) amenajat pe raurile interioare din
Romania, fiind situat pe cursul superior al raului Bistrita. S-a format ca urmare a construirii barajului
hidroenergetic Izvorul Muntelui (Bicaz), un adevarat gigant cu o inaltime de 127 m. Acesta, asigura
alimentarea centralei hidroenergetice Bicaz-Stejaru. Izvorul Muntelui (Bicaz) este un baraj de greutate din
beton, principalele caracteristici (Cojocar, 2008) fiind redate in Figura 3.
Amplasamentul barajului Poiana Uzului este situat la o distanta medie de 80 km nord - vest de zona
epicentrala Vrancea, zona a carei seismicitate intermediara ca persistenta, concentrare si intensitati maxime
observate determina aspectul dominant al seismicitatii intreg teritoriului Romaniei. Este un baraj cu
contraforti, unul dintre putinele baraje de acest fel din Romania. Barajul are o inaltime de 84 m, lungimea
de 507 m. Lacul are o lungime de 3,75 km, o suprafata de 334 hectare si un volum de 98 milioane metrii
cubi. Adancimea maxima a lacului este de 64,7 m. Caracteristicile (Cojocar, 2008) principale ale barajului
sunt redate in Figura 4.
Figura 1 Harta geotectonica a zonei lacului de acumulare Bicaz. Scara 1:200.000 (dupa harta
geologica a Romaniei, scara 1: 200.000). Dreptunghiul rosu delimiteaza lacul Bicaz si zona adiacenta.
Literele (A,B si C –albastre) reprezinta faliile aflate in imediata apropiere
Figura 2 Harta geotectonica a zonei lacului de acumulare Poiana Uzului (dupa harta geologica a
Romaniei scara 1:50.000). Dreptunghiul albastru delimiteaza lacul Poiana Uzului si zona adiacenta.
Literele (A,…,N –albastre) reprezinta faliile aflate in imediata apropiere.
Figura 3 Principalele caracterisitci ale barajului Izvorul Muntelui (sectiune transversala)
Figura 4 Principalele caracterisitci ale barajului Poiana Uzului (sectiune in plan)
2.2. Proprietati geofizice si tectonice
Ansamblul structural al zonei cristalino-mezozoice este afectat de un sistem de falii orientate E-V,
respectiv transversal la structura principala. In general faliile sunt verticale, uneori insotite de decrosare. Cel
mai fragmentat sector este cel situat la N de Borsec-Tulghes. Pe unele portiuni ale contactului dintre zona
subcarpatica si platforma moldoveneasca se remarca trasee ale faliei pericarpatice. Este cazul traseului situat la
N de V. Trotus. (vezi Moldoveanu et al 2011).
Barajul Bicaz este strabatut numai de faliile de sariaj ale incalecarilor flisurilor cretacice, cea mai
importanta fiind linia (Falia A, Figura 1) prin care Panza de Ceahlau incaleca Panza flisului curbicortical.
Planul de sariere se intinde pe o directie N-S. Acest sariaj este de mare amploare avand o lungime de 400
km, incepe din fata bucegilor si depaseste granitele tarii la nord in Ucraina. Alt plan de sariere, situat mai
la vest, este cel al incalecarii flisului Barremina-Aptian peste flisul Albian –Vraconian (Falia B, Figura 1)
cu o dezvoltare tot N-S si o lungime de 140 de km. Alt element structural prezent in aria Barajului Bicaz
este o faliere inversa (Falia C, Figura 1) pe o directie NV-SE, situate la est de linia, 10 km. Alte elemente
structural prezente sunt anticlinale si sinclinale cu dezvoltare locala si fara importanta tectonica.
Barajul Poiana Uzului este strabatut de sariajul Seriei sisturilor negre peste stratele de Poiana
Uzului (linia D din Figura 2), lungime estimate 19 km si de falierea inversa (linia E din Figura 2) de la
limita de contact dintre stratele de Poiana Uzului si stratele Gresiei de Tarcau, lungime estimata 25 km.
Amandoua aceste elemente tectonice au o directie N-S, iar compartimentele vestice incaleca, respectiv se
ridica,peste compartimentele estice, caracteristica specifica Carpatilor Orientali. Falia K (Figura 2), este o
falie verticala cu compartimentul sud estic ridicat si care decroseaza stratele pe directie nord est cu o
lungime 400-500m. Lungime a faliei este de 10 km si subtraverseaza lacul de acumulare Poiana Uzului
Alte elemente tectonice din zona Nordica a Barajului Uzului sunt;
Falia A (Figura2), falie verticala, cu compartimentul sud-estic ridicat, se dezvolta pe o directie NE-
SW, lungimea faliei este estimata la 3,7 km
Falia B (Figura 2), tot o falie verticala, cu compartimentul estic ridicat, se dezvolta pe o directie
N-S, lungimea estimate a faliei este de 12 km.
Falia C (Figura 2), este tot o falie vertical cu compartimentul estic ridicat, se dezvolata pe o directie
N-S, lungimea estimate a faliei este de 10 km.
Falia F (Figura 2), este o falie vertical cu compartimentul vestic ridicat, se dezvolta pe o directie
N-S, lungimea estimate a faliei este de 4,7 km pune in cantact elementele gresiei de Tarcau cu depozitele
de molasa. La este de aceasta falie este situata o alta falie mult mai mica de numai 2 km cu compartimentul
estic ridicat si orientare N-S.
La sud de Barajul Uzului sunt urmatoarele elemnte tectonice:
Falia G (Figura 2), este o falie de decrosare (alunecare), in care comaprtimentul nordic se
deplaseaza spre nord-vest in raport cu cel sudic si care decroseaza si digitatia H (Figura 2) cu 600m.
Falia G (Figura 2) are o directie NW-SE si se dezvolta pe o lungime de 3,4 km iar digitatia H
(Figura 2)cu o orientare N-S se dezvolta pe o lungime 14 km
Digitatia I (Figura 2), se dezvolta pe o directie N-S pe o lungime de 7,5 km, pune in conatcat
elemnete ale Gresiei d etarcau cu elemnte ale digitatiei de Ciunget. Falia J (Figura 2), este o falie verticala avand compartimentul sud-estic ridicat cu o orientare NE-
SV, lungimea ei fiind de 2,4 km. Falia are in plus o componenta de strike slip, deoarece depalseaza stratele
spre nord - est pe o distanta de 100m.
Falia L (Figura 2), este o falie de strike slip care deplaseaza stratele spre sud vest pe o directie de
500 m. Falia are o orientare NE-SV si se dezvolta pe o lungime de 3,3 km
Falia M (Figura 2), este tot o falie de strike slip care deplaseaza stratele spre nord-est cu 650m.
Este orientata NE-SV si se dezvolata pe o lungime de 5,4 km
Falia N (Figura 2), este o panza de sariaj care pune in conatact stratele de Ciunget cu stratele de
Plopu. Falia are o directie NE-SV si o lungime de 8 km.
Suprapunand harta amplasamentelor constructiilor hidrotehnice (R.N.C.L.D., 2000) pe Harta
miscarilor crustale verticale recente (Zugravescu et al., 1998; 1999; 2000), constatam ca unele dintre
acestea, cum sunt: Izvorul Muntelui–Bicaz, Poiana Uzului, se plaseaza in aria de ridicare cu valori de +2
mm ÷ +3 mm/an (Polonic et al., 2005).
3. Analiza seismicitatii locale
3.1. Barajul Izvorul Muntelui (Bicaz)
Pentru analiza seismicitatii locale in jurul barajului Bicaz, s-a utilizat catalogul de cutremure Romplus,
imbunatatit (Oncescu et al. 1999), selectand o raza de 0,3 grade. In perioada 984- august 2015 , conform
catalogului mentionat s-au produs 32 evenimente seismice (Tabelul 1). Epicentrele evenimentelor produse
pana in anul 2010 au fost reprezentate cu negru pe harta din Figura 6, in timp ce epicentrele evenimentelor
seismice generate in perioada ianuarie 2010 – august 2015 sunt marcate cu rosu, in aceeasi figura.
Amplasamentele barajului si a statiei seismice cu ajutorul careia este monitorizata seismicitatea locala sunt
reprezentate pe harta cu verde, respectiv albastru. Deoaece epicentrele (in special cele de culare rosie) sunt
foarte grupate in spatiu, am luat in calcul prezenta in zona a unor cariere. Utilizand programul Google Earth
au fost identificate vizual cele 2 cariere marcate cu roz in Figura 6.
Figura 6 Distributia epicentrelor produse pe o raza de 0,3 grade in jurul barajului Bicaz. Cu
negru sunt reprezentate epicentrele evenimentele seismice produse in perioada 984 – 2009 iar cu
rosu cele produse in perioada 2010 – august 2015. Amplasamentele barajului si statiei seismice ce
monitorizeaza seismicitatea locala sunt reprezentate cu verde respective albastru. Carierele sunt
reprezentate cu roz.
3.1.1 Separarea seismicitatii artificiale de cea naturala
In vederea separarii celor 2 tipuri de evenimente s-a aplicat tehnica corelarii incrucisate. Considerand ca
sursa este unica, pentru evenimentele artificale vom determina coeficientii de corelare pentru evenimentele
care formeaza un grup in Figura 6. Astfel, ne asteptam la valori ridicate de corelare pentru evenimentele
produse in acelasi loc. Pentru a stabili intervalul de frecvente in care vor fi corelate evenimentele seismice,
am calculat in prealabil spectrogramele pentru 2 evenimente seismice distincte inregistrate pe componenta
verticala, ce are o esantionare de 20 samples/second (BHZ) a statiei Bicaz (Figura 14). Se observa din cele
2 reprezentari ca intervalul de frecvente caracterizat de energie maxima este cuprins intre 0,8 si 6 Hz. In
acest scop formele de unda (disponibile) ale evenimetelor produse dupa instalarea statiei BIZ (Tabelul 1),
inregistrate de componenta BHZ, au fost filtrate folosind un filtru trece banda intre 0,8 si 6 Hz. Ulterior au
fost marcati timpii de sosire ai undelor P, fiind selectate ferestre de 8 s (0,3 s inainte si 7,7 s dupa) in jurul
timpilor de sosire (ai undei P) pentru a se calcula coeficientii de corelare. In urma aplicarii acestei analize
s-a constatat ca un numar de 17 evenimente (marcate cu bold in Tabelul 1) sunt caracterizate de coeficienti
de corelare mai mari de 0,5. Formele de unda ale acestor evenimente inregistrate de componeta BHZ a
statiei seismice BIZ sunt redate in Figura 15 iar coeficientii de corelare determinati sunt reprezentati sub
forma unei matrici de corelare incrucisata in Figura 16.
Figura 14 Spectrogramele aferente evenimentelor seismice produse pe data de 14.09.2012, 14:20
(sus) respectiv 28.11.2012, 12:48 (jos). Pentru calcul au fost utilizate datele seismice inregistrate
de statia BIZ (componenta BHZ) pentru ferestre de timp de aproximativ 60 s.
3.1.2 Corelarea seismicitatii locale cu variatia nivelului apei
Compararea variatiei nivelului apei din baraj cu seismicitate locala (Figura 17), a fost realizata pentru
perioada ianuarie 2010 –mai 2014, fiind evidentiat faptul ca variatiile nivelului apei (care nu au fost
semnificative in aceasta perioada) nu favorizeaza in mod semnificativ aparitia cutremurelor in regiunea
selectata.
Informatii trunchiate – contactati autorul Felix Borleanu ([email protected]) 3.2 Barajul Poiana Uzului
Pentru analiza seismicitatii locale in jurul barajului Poiana Uzului, s-a utilizat catalogul de cutremure
Romplus, imbunatatit (Oncescu et al. 1999), selectand evenimentele seismice distribuite pe o raza de 0,3
grade. In perioada 984- august 2015 , conform catalogului mentionat s-au produs 38 evenimente seismice
(Tabelul 2). Epicentrele evenimentelor produse pana in anul 2010 au fost reprezentate cu negru pe harta din
Figura 18, in timp ce epicentrele evenimentelor seismice generate in perioada ianuarie 2010 – august 2015
sunt marcate cu rosu, in aceeasi figura. Amplasamentele barajului si a statiei seismice cu ajutorul careia
este monitorizata seismicitatea locala sunt reprezentate pe harta cu verde, respectiv albastru. La fel ca si in
cazul anterior carierele care au fost identificate in aceasta regiune au fost marcate cu roz in Figura 18.
Figura 18. Distributia epicentrelor produse pe o raza de 0,3 grade in jurul barajului Poiana
Uzului. Cu negru sunt reprezentate epicentrele evenimentele seismice produse in perioada 984 –
2009 iar cu rosu cele produse in perioada 2010 – august 2015. Amplasamentele barajului si statiei
seismice ce monitorizeaza seismicitatea locala sunt reprezentate cu verde respective albastru.
Carierele sunt reprezentate cu roz.
Informatii trunchiate – contactati autorul Felix Borleanu ([email protected])
Bibliografie selectiva
Cojocar (2008) Hidroconstructii, Vol I, Constructii hidroenergetice (Editia a II-a, revizuita),I Press Image,
Bucuresti, 2008
Constantinescu, L., Marza, V., (1980) A computer-compiled and computer-oriented catalogue of
Romania’s earthquakes during a millennium, Rev. Roum. Geophys. 24, 193–234, 1980
Farrell, J., Husen, S., Smith, R.B., (2009) Earthquake swarm and b-value characterization of the
Yellowstone volcano-tectonic system, / Journal of Volcanology and Geothermal Research 188 (2009) 260–
276
Gibson, G., 1997. Earthquakes and dams in Australia. In Proceedings of the
Australian Earthquake Engineering Society Conference. Brisbane Australia p (pp. 8-1).
Gutenberg, B., Richter, C. F., (1944) Frequency of earthquakes in California, Bull. Seism. Soc. Am., 34,
185–188, 1944
http://www.neamt.ro/Date_gen/Bicaz/Lac_Izv_Muntelui.html
http://www.orasuldarmanesti.ro/portal/bacau/orasuldarmanesti/portal.nsf/AllByUNID/Barajul-Valea-
Uzului-00000A12?OpenDocument
Ioane D., Ion D., (2005) A 3D crustal gravity modelling of the Romanian territory, Journal of the Balkan
Geophysical Society , Vol. 8, No. 4
Leland timothy Long (1974) Earthquake sequences and b values in the southeast United States Bulletin of
the Seismological Society of America February 1974 vol. 64 no. 1 267-273
Moldoveanu T., Stan E., Stoian V., Cosneanu I., (2011) Interpretare seismograme inregistrate la statia
seismica Baraj Izvorul Muntelui pe perioada 01.01.2009 – 31.12.2010 (ANII2009 – 2010)
Moldoveanu T., Stan E., Stoian V., Cosneanu I., (2014) Studiu de sinteza si interpretare a datelor
privind urmarirea seismicitatii locale si regionale - baraj Poiana Uzului in perioada 01.12.2013 -
01.12.2014
Nicolescu, A., Rosca, V., (1991), Romania. The Bouguer anomaly map, scale 1: 1,000,000. Geological
Institute of Romania
Oncescu, M. C., Mirza, V., Rizescu, M., and Popa, M., (1999) The Romanian earthquake catalogue between
994-1997, Vrancea Earthquakes: Tectonics, Hazard and Risk Mitigation, edited by: Wenzel, F. and Lungu,
D., Ser.: Advances in Natural and Technological Hazards Research, Kluwer Academic Publishers, 43–47,
1999.
Polonic, G., Zugrăvescu, D., Toma I., (2005) Dinamica recentă a blocurilor tectonice St. cerc. GEOFIZICĂ,
tomul 43, p. 79–93, Bucureşti,
Radu, C., Apopei I., and Utale, A., (1980) Contributions to the study of the seismicity of Romania (in
Romanian). In Progrese in Fizica Symposium (Cluj-Napoca 1980).
Raileanu V., (2009) Caracterizarea geologica si parametrii elastici ai amplasamentelor statiilor seismologice
si de accelerometere din reteaua Institutului National de C-D pentru Fizica Pamantului, (Cercetari privind
managementul dezastrelor generate de cutremurele romanesti, coordonator Gheorghe Marmureanu) Editura
Tehnopress, ISBN:973-702-701-9 (in Romanian)
Schorlemmer D. and Wiemer S. (2004) Earthquake statistics at Parkfield: 1. Stationarity of b values,
OURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 109, B12307, doi:10.1029/2004JB003234
Telesca L., Alcaz V., Sandu I., 2012 Analysis the 1978–2008 crustal and sub-crustal earthquake catalog
Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 12, 1321–1325, 2012
Veliciu, S.: An Overview on Identifying and Assessing Geothermal Reservoirs, lecture, European
Summer School on Geothermal Energy Applications, Oradea, Romania (2001)
Wiemer, S., Zuniga F. (1994). ZMAP-a software package to analyze seismicity. EOS,Transactions, Fall
Meeting, AGU, 75, 456.
Zugrăvescu, D., Polonic, G., Horomnea, M., Dragomir, V. (1998), Recent vertical
crustal movements on the Romanian territory, major tectonic compartments and their relative dynamics.
Rev. roum. de Géophysique, 42, 3–14.
Zugrăvescu, D., Polonic, G., Horomnea, M., Dragomir, V. (1999), Crustal vertical
recent movemets and the geodynamic compartments on the Romanian territory. 2nd Congr. BGS, July 5–
9, Istanbul, Turkey, Abstract volume 300.
Zugrăvescu, D., Polonic, G., Horomnea, M., Dragomir, V. (2000), A new drawing
mode of the recent vertical crustal movements map on the Romanian territory. XXV Gen.
Assembly of the EGS, Nice, France, April 25–29.
Top Related