Passiv ytvågsseismik – Undersökning och praktisk tillämpning av en geofysisk mätmetod

Sammanfattning: Vid byggande, sanering av före detta avfallsdeponier eller liknande företag som påverkar marken krävs noggranna markundersökningar för att kunna utföra arbetet så tids- och kostnadseffektivt som möjligt samt för att minimera miljöpåverkan. Sådana markundersökningar sker inte sällan med hjälp av geofysiska mätmetoder, där seismik är en av dem. Det är vanligt att använda aktiva metoder med exempelvis en slägga för att skapa en ljudkälla vars, ofta högfrekventa, vågor registreras. Som alternativ till den aktiva seismiken finns passiv seismik, som istället använder signaler från vågor som uppkommer av andra, ofta okända källor. Dessa ljudvågor tillhör ofta vågtypen ytvågor och undergruppen Rayleighvågor, kan komma från trafik och anses ibland utgöra brus i aktiva mätningar. Ytvågor är energirika och kan spridas långt, särskilt då ljudkällorna ofta är lågfrekventa vilket svarar mot långa våglängder. De lågfrekventa vågorna når även ett större djup än högfrekventa, vilket gör passiv ytvågsseismik till en intressant metod att studera närmare. Rent praktiskt genomförs mätningarna med olika geometriska uppställningar av geofoner, där utformningen av uppställningen och avstånden mellan geofonerna påverkar vilka djup som blir detekterbara. I detta examensarbete har två uppställningar, dels i form av en cirkel, dels i form av en liksidig triangel testats och jämförts, både vad gäller kvaliteten på resultaten och hur de är att ställa upp i fält. Geofonerna har satts ut på två sätt; antingen med förberäknade koordinater i GNSS eller med hjälp av mätband. Att sätta ut geofoner med GNSS ger överlag en mer exakt utsättning av geofonerna, samt är smidigare och mer tidseffektiv i fält än att sätta ut med mätband. Den seismiska data som mätningarna ger upphov till har analyserats i programmet Geogiga Seismic Pro 9.3 Surface Plus för att skapa frekvens-fashastighetsspektrum, dispersionskurvor samt inversa modeller över skjuvvågshastigheten i förhållande till djupet. Den använda analysmetoden är ESPAC (vidareutveckling av SPAC) som ger ett frekvens-fashastighetsspektrum som kan översättas till en dispersionskurva. Dispersionskurvan används sedan, som i aktiv ytvågsseismik, för att med hjälp av inversion modellera en skjuvhastighetsprofil. Utöver det har kombinationer av mätningar analyserats, likaså inaktivering av geofoner i dataprogrammet, det vill säga en minskad mängd data har analyserats. Två tredjedelar av resultaten har varit av god kvalitet och diskuteras i texten. Båda fältundersökningslokalerna har haft tillgång till lågfrekventa ljudkällor, vilket har möjliggjort att passiv ytvågsseismik har kunnat användas. De slutsatser som kan dras är att även om triangeluppställningarna innehåller långt färre geofoner än cirkeluppställningarna, ger båda ofta resultat som stämmer överens med redan kända geologiska lagerföljder vad gäller lagersekvensen i de inversa modellerna. Däremot har det saknats möjlighet att jämföra den modellerade skjuvvågshastigheten med geoteknisk bakgrundsinformation. För cirkeluppställningarna skulle antalet geofoner kunna minskas till viss del utan att påverka resultatets kvalitet avsevärt, medan detta inte rekommenderas för triangeluppställningar. Det finns mycket kvar att studera vad gäller passiv ytvågsseismik och dess användningsområden. En intressant aspekt skulle vara att utföra upprepade mätningar längs en transekt för att på så sätt skapa en profil av sonderingar. Denna kan sedan jämföras med andra geofysiska mätmetoder, för att se vilka styrkor och svagheter som finns hos olika metoder när det gäller att karaktärisera lagerföljden på platsen.