Development of passive seismic interferometry to study shallow subsurface structure
| Autor: | Afonin, N. (Nikita) |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Kozlovskaya, E. (Elena), Lunkka, J. (Juha-Pekka) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: |
empiirinen Greenin funktio
seismic velocities mekaaniset kallion ominaisuudet empirical Green’s function mechanical rock properties shallow subsurface ympäristön seisminen melu passive seismic interferometry seismiset nopeudet passiivinen seisminen interferometria maankamaran pintaosa ambient seismic noise |
| Popis: | This thesis presents the results of the development passive seismic interferometry technique and its application for studying shallow subsurface structure in the stable intraplate area of the Precambrian Fennoscandian Shield. Knowledge about structure and mechanical properties of this part of the geological medium is important in the most applied tasks, such as mineral exploration, seismic hazard assessment, geotechnical site investigations, geoenergy projects. The thesis briefly describes the theoretical background of passive seismic interferometry, conditions for its application and describes the new algorithm for passive seismic data processing developed as a part of this work. This algorithm allows for improvement in the quality of empirical Green’s functions (EGFs) evaluated from ambient seismic noise wavefield, produced by non-uniformly distributed sources of high frequency (higher than 1 Hz). In comparison with the most conventional algorithms of passive seismic interferometry, the proposed algorithm requires a much shorter duration of passive seismic data acquisition time, because diffusivity of the wavefield in that case is mostly ensured by multiple scattering. The proposed methodology has been tested for several case studies located in different areas of Finland, that not only have different scales and targets, but also different spatial distribution and intensity of ambient seismic noise sources: Suasselkä postglacial fault — natural ambient seismic noise of relatively low- frequency; Kuusamo area — high-frequency noise of low energy; the area near the Pyhäsalmi underground mine — non uniform high-frequency seismic noise of high energy; Sodankylä area — anthropogenic and natural high-frequency seismic noise of low energy. Results of the case studies presented in the thesis have demonstrated that using conventional passive seismic interferometry in applied tasks is not always possible under conditions of the Fennoscandian Shield. The development of the data processing common workflow has enabled the use of high-frequency non-uniform ambient noise wavefields to obtain information about seismic velocities and attenuations in studied shallow subsurface by passive seismic interferometry. Tiivistelmä Tässä geofysiikan alaan kuuluvassa väitöskirjassa on kehitetty passiivista seismistä interferometritekniikkaa ja sen soveltamista maankamaran pintaosan rakenteiden ja mekaanisen koostumuksen tutkimukseen Fennoskandian kilven alueella. Geofysikaalisilla tutkimusmenetelmillä, kuten passiivisella seismisellä interferometritekniikalla, saatava tieto maankamaran pintaosien rakenteista ja koostumuksesta voidaan soveltaa muun muassa malminetsinnässä, seismisten riskien arvioinnissa, geoteknisissä tutkimuksissa ja geoenergiaprojekteissa. Väitöskirjassa kuvataan lyhyesti passiivisen seismisen interferometrian teoreettista taustaa ja sen soveltamisen ehtoja sekä kuvataan osana tätä työtä kehitetty uusi passiivisen seismisen tiedonkäsittelyn algoritmi. Tämän algoritmin avulla voidaan parantaa ympäristön seismisen kohinan aaltokentästä arvioitujen empiiristen Greenin funktioiden (EGF) laatua, jotka on tuotettu epätasaisesti jakautuneista korkeataajuisista lähteistä (korkeampi kuin 1 Hz). Verrattuna tavanomaisimpiin passiivisen seismisen interferometrian algoritmeihin, väitöskirjassa kehitetty algoritmi vaatii olennaisesti lyhyemmän passiivisen seismisen tiedonkeruuajan, koska aaltokentän diffuusio varmistetaan siinä tapauksessa useimmiten moninkertaisella sironnalla. Väitöskirjassa esitettyä menetelmää on testattu useilla eri kohdealueilla Suomessa. Kohteet, joilla menetelmää testattiin, erosivat ominaisuuksiltaan mittakaavansa, kohteiden maankamaran laadun, ympäristön seismisen melun tilajakauman ja intensiteetin suhteen. Suasselän postglasiaalisen siirroksen testialue edustaa matalataajuisen seismisen melun aluetta; Kuusamon alue matalan energian korkeataajuista seismistä melua; Pyhäsalmen kaivoksen lähellä oleva alue korkean energian epätasaista korkeataajuista seismistä melua ja Sodankylän alue ihmisen toiminnan ja luonnollisen ympäröivän lähteen tuottamaa korkeataajuista matalaenergistä seismistä melua. Väitöskirjassa esitetyt tutkimustulokset osoittavat, että ns. konventionaalisen passiivisen seismisen interferometrian käyttö sovellettavissa tehtävissä ei ole aina mahdollista Fennoskandian kilven olosuhteissa. Väitöskirjassa kehitetty yhtenäinen tietojenkäsittelyn työnkulku mahdollistaa maankamara pintaosan tutkimisen passiivisen seismisen interferometrian avulla, kun ympäristön korkeataajuista ja epäyhtenäistä seismisen melun aaltokenttää käytetään seismisten nopeuksien ja vaimennuksien määrittämiseen. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|