Passiivisen seismisen interferometrian kehittäminen maankuoren pintaosan geofysikaalisiin tutkimuksiin

Tieto maankamaran pintaosien rakenteesta ja mekaanisista ominaisuuksista on oleellista ja hyödyllistä esimerkiksi malminetsinnässä, seismisen riskin arvioinnissa, geoteknisissä tutkimuksissa ja geo-energiaan liittyvissä arvioinneissa.

Maankamaraa vahingoittamattomilla menetelmillä, kuten sovelletun geofysiikan tutkimustekniikoilla voidaan tällaista tietoa hankkia paikan ja ajan suhteen hyvällä erotuskyvyllä. Käytetyistä geofysiikan menetelmistä seismiset menetelmät soveltuvat erityisen hyvin tällaisiin tutkimuksiin, koska seismisellä nopeudella on fysikaalinen yhteys kiviaineksen mekaanisiin ja hydrologisiin ominaisuuksiin.

Perinteisesti seismisillä menetelmillä rekisteröidään maankamaran värähtelyjä, jotka on aikaansaatu keinotekoisilla seismisillä lähteillä kuten esimerkiksi käyttäen lekaa, räjähteitä, vibraattoreita jne. Tällaisten lähteiden käyttöä seismisissä tutkimuksissa voi kuitenkin rajoittaa useat tekijät. Esimerkiksi tiheään asutuilla tai teollisuus -alueilla räjähteiden käyttö on rajoitettua, usein jopa kiellettyä ja tällainen ympäristö on usein myös seismisesti hyvin häiriöllinen, mikä heijastuu rekisteröitävän aineiston laatuun. Erämaa-alueet voivat olla hankalasti saavutettavia eikä edellä mainittujen seismisten lähteiden käyttö ole helposti järjesteltävissä. Myös luonnonsuojelualueilla tällaisten lähteiden käyttö on yleensä kiellettyä.

Passiiviseismisillä menetelmillä sen sijaan rekisteröidään maankamaran kaikkia seismisiä värähtelyjä ja keinotekoisia lähteitä ei siten tarvita. Näillä tekniikoilla pystytään välttämään edellä mainitut rajoitukset monelta osin. Yksi tällaisista tekniikoista perustuu interferometrian periaatteeseen, jossa rekisteröidään maankamaran seimistä ’taustamelua’, eli kohinaa, joka voi aiheutua esimerkiksi liikenteestä, kaivostoiminnasta tai luonnollisista syistä kuten maanjäristyksistä. Prosessointivaiheessa nämä rekisteröinnit muunnetaan matemaattisesti vastaamaan keinotekoisen lähteen avulla tehtyä rekisteröintejä.

Tämän väitöstyön aihe on passiiviseismiseen interferometriaan perustuvien tekniikoiden kehittäminen ja soveltaminen maankamaran pintaosien geologisen rakenteen tutkimiseen erityisesti Suomen olosuhteissa.

Väitöstyössä kehitetyt prosessointialgoritmit interferometritekniikkaan liittyen mahdollistavat mekaanisten ominaisuuksien sekä geologisten rakenteiden määrittämisen seismisen taustamelun avulla. Näitä tekniikoita on sovellettu erilaisissa geologisissa kohteissa kuten esimerkiksi Pyhäsalmen kaivosalueella, Sodankylän alueella sekä Kuusamossa tehtyihin passiiviseismisiin rekisteröinteihin.