Litosfääritutkimuksen aineistot

Suomi sijaitsee Fennoskandian kilven ytimessä, jossa kallioperä on vanha ja vakaa. Maankuoren paksuus on Suomessa jopa 65 kilometriä. Paksu kuori on yllättävä, sillä kuoren paksuus maailmassa on tyypillisesti 42 kilometrin luokkaa lukuunottamatta aktiivisen vuorenpoimutuksen alueita (Himalaja ja Andit), joilla kuoren paksuus lähentelee 80 kilometriä.

Litosfääriä eli maankuorta ja vaipan ylimpiä osia voidaan tutkia tehokkaasti seismisten aaltojen avulla. Taittumisluotauksissa käytetään hyväksi maankamaran sisäisiltä rajapinnoilta taittuvia ja laajassa kulmassa heijastuvia aaltoja. Heijastusluotauksissa taas käytetään rajapinnoilta lähes kohtisuoraan heijastuvia aaltoja. Seismisten aaltojen lähteenä käytetään räjäytyksiä, kuorma-autoihin liitettyjä täristimiä tai tutkimusalusten hinaamia ilmatykkejä. Maankuoren läpi kulkeneet seismiset aallot rekisteröidään maanpinnalla geofoneilla ja vesialueilla hydrofoniketjuilla.

Maankuoren rakennetutkimusta tehdään myös tomografiamenetelmillä, joissa kaivosräjäytysten ja maanjäristysten signaaleja käytetään maankuoren "läpivalaisuun". Niiden avulla voidaan saada tietoa myös maankuoren alla sijaitsevasta vaipasta. Kenttätyöt tehdään yleensä kansainvälisenä yhteistyönä, sillä ne vaativat henkilökuntaa, kalustoa, laitteistoa ja monipuolista tietotaitoa.

Maankuoren rakennetta Suomessa on kartoitettu laajasti seismisillä luotauksilla, viimeksi KOKKY (Kokkola–Kymenlaakso) ja SOFIC (Southern Finland Coastal) -taittumisluotaushankkeissa vuosina 2012–2013 ja 2015. Viimeisin suuri heijastusluotaushanke Suomen alueella oli vuosina 2001–2003 toteutettu FIRE (Finnish Reflection Experiment), jonka aineisto on nyttemmin julkaistu vapaaseen käyttöön.

Seismologian instituutti ja sen kumppanit ylläpitävät alla mainittuja aineistoja. Aineistotiedustelut: johtaja Timo Tiira (Yhteystiedot).

Syväseismisessä Etelä-Suomen taittumisluotaushankkeessa SOFIC (Southern Finland Coastal Profile) hyödynnettiin erilaisten louhosten ja tietyömaiden "sivutuotteena" syntyviä seismisiä signaaleja. Linja luodattiin vuonna 2015 Kemiönsaarelta Ylämaalle. Luotauslinja kulkee Etelä-Suomen myöhäissvekofennisen graniitti-migmatiittivyöhykkeen (Ehlers et al., 1993) yli ja jatkuu Viipurin batoliittiin.

Kokkola–Kymi-taittumisluotaushankkeessa selvitettiin tapoja tehdä seismisiä luotauksia kustannustehokkaasti. Hallitun lähteen kokeet ovat usein kalliita ja niihin sisältyy logistisia ongelmia sekä luvittamiseen liittyviä haasteita. Tämän vuoksi KOKKY-hankkeessa päätettiin hyödyntää erilaisten louhosten ja tietyömaiden "sivutuotteena" syntyviä seismisiä signaaleja. Linja luodattiin kahdessa osassa: vuoden 2012 asemat sijaitsivat Kokkola–Äänekoski-linjalla ja vuoden 2013 asemat Karstula–Nuijamaa-linjalla. Luotauslinja kulkee Evijärven vyöhykkeeltä Keski-Suomen granitoidikompleksin yli ja jatkuu Saimaan alueelle sekä Viipurin rapakivibatoliittiin.

Julkaisuja

Tiira, T., T. Skrzynik, T. Janik, K. Komminaho, S. Väkevä, A. Korja (2017): Lithospheric studies along seismic profile KOKKY, between Gulf of Bothnia and Gulf of Finland, Baltic Shield. Geophysical Research Abstracts, Vol. 19, EGU2017-7817.

Tiira, T., T. Janik, T. Skrzynik, K. Komminaho, A. Heinonen, T. Veikkolainen, S. Väkevä, A. Korja (2018): Structural interpretation of Kokkola-Kymi (KOKKY) seismic profile, Fennoscandian Shield. Julkaisematon.

Neljännen kansainvälisen polaarivuoden (2007–2009) aikana tehtiin mittauksia POLENET-monipisteasemalla, jonka osana oli LAPNET-verkko. Verkolla tutkittiin Pohjois-Suomen kuoren ja ylävaipan syvärakennetta sekä ylävaipan anisotropiaa. Yksi tavoitteista oli tutkia aiemmin SVEKALAPKO-kokeessa arkeeisessa litosfäärissä havaittua nopeusalenemaa n. 150 km syvyydessä. Asemaverkkoon kuului Norjan, NORSARin, Suomen ja Ruotsin asemia.

Verkon dataa voi ladata RESIF-SISMOB-datapankista, jossa se on tunnuksella XK.

Julkaisuja

Pedersen, H. A., E. Debayle, V. Mauipin and the POLENET/LAPNET Working Group (2013): Strong lateral variations of lithospheric mantle beneath cratons – Example from the Baltic Shield. Earth and Planetary Science Letters, vsk. 383, s. 164–172. doi:10.1016/j.epsl.2013.09.024

Plomerova, J., L. Vecsey, V. Babuska and the LAPNET Working Group (2011): Domains of Archean mantle lithosphere deciphered by seismic anisotropy - inferences from the LAPNET array in northern Fennoscandia. Solid Earth, vsk 2, no. 2, s. 303–313. doi: 10.5194/se-2-303-2011

Vinnik, L., E. Kozlovskaja, S. Oreshin, G. Kosarev, K. Piipponen, H. Silvennoinen (2016): The lithosphere, LAB, LVZ and Lehmann discontinuity under central Fennoscandia from receiver functions. Tectonophysics, vsk. 667, s. 189–198. doi: 10.1016/j.tecto.2015.11.024

Vinnik, L., S. Oreshin, L. Makeyeva et al. (2014): Anisotropic lithosphere under the Fennoscandian shield from P receiver functions and SKS waveforms of the POLENET/LAPNET array. Tectonophysics, vsk. 628, s. 45–54. doi: 10.1016/j.tecto.2014.04.024.

Silvennoinen, H., E. Kozlovskaya, E. Kissling (2016): POLENET/LAPNET teleseismic P wave travel time tomography model of the upper mantle beneath northern Fennoscandia. Solid Earth, vsk. 7, no. 2, s. 425–439. doi:10.5194/se-7-425-2016

Usoltseva, O. & E. Kozlovskaya (2016): Studying local earthquakes in the area Baltic-Bothnia Megashear using the data of the POLENET/LAPNET temporary array. Solid Earth, vsk. 7, no. 4, s. 1095–1108. doi: 10.5194/se-7-1095-2016

Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) sekä Helsingin yliopiston Seismologian laitoksen ja Oulun yliopiston Geofysiikan osaston ja Sodankylän geofysikaalisen observatorion välisenä yhteistyönä toteutettiin vuosina 2001–2004 seisminen luotaus FIRE (Finnish Reflection Experiment). FIRE-hankkeessa mitattiin yhteensä 2100 km heijastusluotauslinjoja, jotka ylittävät Suomen geologiset pääyksiköt.

Poikkeuksellisen laajan hankkeen toteuttamisen mahdollisti Venäjän Suomen velan lyhennysjärjestely, jossa velkaa kuitattiin Suomelle tieteellisten laitteiden ja palveluiden muodossa. Seismisistä kenttämittauksista vastasivat venäläiset valtionyhtiöt Specgeofizika ja Machinoexport. Aineistosta lisätietoa on saatavilla FIN-EPOS-konsortion FIRE-sivustolla englanniksi.

Julkaisuja

Kukkonen, I.T. ja Lahtinen, R. (toim., 2006): Finnish Reflection Experiment FIRE 2001–2005. Geologian tutkimuskeskus, Special Paper 43, 247 s.

Aalto, A. J., Heikkinen, P. J., Heinonen, A., Korja, A. ja Väkevä, S., 2016. OpenFIRE – enhancing the accessibility of the Finnish Reflection Experiment data products. Programme and extended abstracts, LITHOSPHERE 2016, 9.–11.11.2016, Institute of Seismology, 1–4.

Heinonen, A., Aalto, A. J., Väkevä, S., Heikkinen, P. J. ja Korja, A., 2017. OpenFIRE – Suomen syvyydet avataan verkkoon. Geologi 69(3), s. 92–97.

Väkevä, S., Aalto, A.J., Heikkinen, P.J., Heinonen, A. ja Korja, A., 2017. OpenFIRE – A Web GIS Service for Distributing the Finnish Reflection Experiment Datasets. Geophysical Research Abstracts vsk 19, EGU2017-7099, 2017, EGU General Assembly 2017.

 

Syksyllä 2000 tehtiin pohjoisella Itämerellä geofysikaalinen tutkimus, johon liittyi seisminen matalaluotaus (0–3km) sekä gravimetriset ja magneettiset havainnot 16 linjalta, joiden yhteispituus oli noin 1300 km. Tutkimus tehtiin Hampurin yliopiston geofysikaalisena tutkimusretkenä m/s Heincke -laivalla. Tutkimukseen osallistuivat myös Helsingin ja Tarton yliopistot. Sen tarkoituksena oli kerätä aineistoa Itämeren geologis-geofysikaalisesta rakenteesta ja erityisesti Itämeren pohjan sedimenttipatjoista, huonosti tunnetusta Pohjois-Itämeren rapakivigraniittialueesta (Laitakari et al., 1996) ja Åland–Paldinski–Pskov -hiertovyöhykkeestä, joka on edelleen seismisesti aktiivinen (Saari, 1998). Aineistosta valmistui vuonna 2003 Minna Kuusiston pro gradu -työ ja vuonna 2008 Kati Karkkulaisen pro gradu -työ. Tutkimusta rahoitti Väisälän rahasto.

Julkaisuja

Kuusisto, M., 2003. Pohjoisen Itämeren seisminen heijastusluotaus: Ahvenanmeren aineiston prosessointi ja tulokset. Julkaisematon pro-gradu-työ, Helsingin yliopisto, Fysikaalisten tieteiden laitos, 66 s. 5 liitettä.

Kuusisto, M., Heikkinen, P. and Korja, A., 2002. A Geophysical Study of the Northern Baltic Sea. Julkaisussa: Lahtinen, R., Korja, A., Arhe, K., Eklund, O., Hjelt, S.-E., and Pesonen, L.J. 2002 (Eds.). Lithosphere 2002 – Second Symposium on the Structure, Composition and Evolution of the Lithosphere in Finland. Programme and Extended Abstracts, Espoo, Finland, November 12–13, 2002. Institute of Seismology, University of Helsinki, Report S-42, s. 71–74.

EUROPROBE/SVEKALAPKO –hankkeen osana toteutettiin vuosina 1998–1999 laajamittainen tomografiakoe, jossa Etelä- ja Keski-Suomeen sekä Venäjän Karjalaan asennettiin 85 väliaikaista lyhyen periodin seismistä asemaa ja 39 laajakaista-asemaa. Projektiin kuului myös Suomen 14 pysyvää seismistä asemaa. Kyseessä oli siihen astisista tomografialevityksistä suurin. Asemat mittasivat yhtäjaksoisesti elokuusta 1998 toukokuuhun 1999. Tallenteiden perusteella koottiin korkealaatuinen 1500 seismisen tapauksen tietokanta. Alustavia tuloksia on kuvattu lähteessä Bock et al. (2001).

Julkaisuja

Bruneton, M., Pedersen, H.A., Farra, V., Arndt, N.T., Vacher, P., ja SVEKALAPKO-työryhmä (2004): Complex lithospheric structure under the central Baltic Shield from surface wave tomography, J. Geophys. Res., vsk 109.

Bruneton, M., Farra, V., Pedersen, H.A. ja SVEKALAPKO-työryhmä (2002): Non-linear surface wave phase velocity inversion based on ray theory. Geoph J. Int., vsk 151, s. 583-596.

FENNIA-linja luodattiin kansainvälisenä yhteistyönä toukokuussa 1994. Linja kulkee etelä–pohjois-suunnassa Uusimaan vyöhykkeeltä Hämeen ja Tampereen vyöhykkeiden poikki ja päättyy Keski-Suomen granitoidikompleksiin. Linjan kuusi räjäytyspistettä sijaitsivat 60–80 km päässä toisistaan. Räjäytykset (400–1200 kg) tehtiin matalissa järvissä.

Linjalta on tehty opinnäytetöitä. FIRE-2-heijastuslinja seuraa FENNIA-linjaa.

Julkaisuja

FENNIA Working Group (1998): P- and S-velocity structure of the Fennoscandian shield beneath the FENNIA profile in southern Finland. Seismologian instituutti, Helsingin yliopisto. Report S-38, 15 s.

BABEL-meriluotaus tehtiin kansainvälisenä yhteistyönä syys-lokakuussa 1989. Heijastusluotausaineiston lisäksi kerätiin taittumisluotausaineisto tilapäisiltä maa-asemilta. Hankkeella oli Suomen Akatemian rahoitus vuodelle 1998.

Kerätty aineisto oli erinomaista ja siksi siitä on tullut runsaasti kansainvälisiä julkaisuja. Aineistoa tutkitaan edelleen sekä Suomessa että ulkomailla. Luotauksen tulokset ja tulkitut poikkileikkaukset on julkaistu Virtual Seismic Atlas -palvelussa.

Julkaisuja

BABEL Working Group (1990): Evidence for early Proterozoic plate tectonics from seismic reflection profiles in the Baltic shield. Nature vol. 348, s. 34–38.

Korja, A. and Heikkinen, P. (2005): The accretionary Svecofennian orogen—insight from the BABEL profiles. Precambrian Research, vol. 136, no. 3–4, s. 241–268.

S. Buntin, A. Malehmir, M. Malinowski, K. Högdahl, C. Juhlin, H. Thybo and S. Buske (2016): Seismic reprocessing of the BABEL lines for improved interpretation of the whole crust – preliminary result. Lithosphere 2016 Symposium. Report S-65. Institute of Seismology, University of Helsinki.

POLAR-taittumisluotauslinja tehtiin kansainvälisenä yhteistyönä vuonna 1985. Linja on pohjoisin osa EGT-linjaa (European Geotransect) Välimereltä Jäämerelle. Linjan keskiosissa tehtiin myös kuorimittakaavan heijastusluotauksia, joiden tavoite oli tutkia Lapin granuliittikaaren metasedimentäärisiä gneissejä sekä niiden vaihtumista arkeeiseksi Inarin terraaniksi.

Linjan aineistosta on julkaistu useita kansainvälisiä artikkeleita ja opinnäytteitä. Linja on julkaistu myös erillisenä transektilakanana (GTK), ja sen geologisista ja geofysikaalisista tulkinnoista on julkaistu Tectonophysicsin erikoisvolyymi 162 vuonna 1989. Heijastusluotauslinja FIRE 4A seuraa POLAR-profiilia.

Julkaisuja

U. Luosto, E.R. Flüh, C.-E. Lund and Working Group (1989): THE CRUSTAL STRUCTURE ALONG THE POLAR PROFILE FROM SEISMIC REFLECTION INVESTIGATIONS. Tectonophysics, vsk 162, s. 51–85.

K. Behrens, S. Goldflam, P. Heikkinen, H. Hirschleber, G. Lindqvist and C.-E. Lund (1989): REFLECTION SEISMIC MEASUREMENTS ACROSS THE GRANULITE BELT OF THE POLAR PROFILE IN THE NORTHERN BALTIC SHIELD, NORTHERN FINLAND. Tectonophysics, vsk 162, s. 101–111.

C-E. Lund & P. Heikkinen: REFLECTION MEASUREMENTS ALONG THE EGT POLAR-PROFILE, NORTHERN BALTIC SHIELD. Geophys. J. R. Astr. Soc., 89(1987), s. 361–364.

Pilipenko, V.N., Pavlenkova, N.I., Luosto, U. (1999): Wide-angle reflection migration technique with an example from the Polar profile (northern Scandinavia). Tectonophysics, vsk 308, s. 445–457.

BALTIC-taittumisluotauslinja luodattiin vuonna 1982 kansainvälisenä yhteistyönä. Sekä P- että S-aaltoaineisto on erinomaista. Luotaustulokset vahvistivat käsityksen paksusta maankuoresta Suomessa. Linja on osa EU-3 -geotransektia Mustaltamereltä Jäämerelle.

Linjan aineistosta on julkaistu useita kansainvälisiä artikkeleita ja opinnäytteitä.

SVEKA-linja luodattiin kansainvälisenä yhteistyönä kahdessa osassa vuosina 1981 ja 1991. Ensimmäinen SVEKA81-linja tehtiin 1981, ja se oli Suomen ensimmäinen varsinainen syväluotauslinja. Se oli ensimmäisiä hyvälaatuista P- ja S-aaltoaineistoa tuottanut luotauslinja prekambrialueella. Sen tuloksena todettiin Suomen maankuoren paksuuden olevan yli 50 kilometriä. SVEKA-linjan jatke eli SVEKA91 luodattiin kymmenen vuotta myöhemmin, elokuussa 1991. SVEKA81- ja SVEKA91-linjoilta on tehty useita kansainvälisiä julkaisuja ja opinnäytteitä.

SVEKA-linjan jatke kulkee Kustavista Kannonkoskelle. Sen seitsemästä räjäytyspisteestä kuusi sijaitsi lammissa ja yksi merialueella. Puolustusvoimat antoi työvoima-apua suorittamalla linjan räjäytykset.

Seisminen SVEKA-linja oli runkona monitieteelliselle Global Geoscience Transectiin kuuluvalle GGT/SVEKA -tutkimushankkeelle (Korsman et al., 1999). Uusista heijastusluotauslinjoista FIRE 1 seuraa SVEKA81-linjaa.

Julkaisuja

Korsman, K., Korja, T., Pajunen, M., Virransalo, P. and the GGT/SVEKA Working Group (1999) The GGT/SVEKA Transect - Structure and evolution of the continental crust in the Palaeoproterozoic Svecofennian Orogen in Finland. International Geology Review 41, 287-333.

M. Grad & U. Luosto: SEISMIC MODELS OF THE CRUST OF THE BALTIC SHIELD ALONG THE SVEKA PROFILE IN FINLAND. Ann. Geophysicae, 5B:6(1987), 639-650.

Helsingin yliopiston Seismologian instituutti toteutti vuonna 1965 seismisen taittumisluotaushankkeen Pohjanlahdella. Pyhärannan kylän ja Sylenin matalikon välillä tehtiin merenpohjassa 150 vedenalaista räjäytystä, ja ne rekisteröitiin seitsemällä asemalla Pyhärannan ja Porvoon välisellä alueella. Porvoo/Sylen-hankkeen alkuperäinen aineisto on kadonnut.

Porvoo-Sylen line (1965) on a lithological map of Finland.

Julkaisuja

Luosto, U. (1967): Preliminary results of a seismic refraction study of the Earth's crust in S.W. Finland. Geophysica, 9:4, s. 301–309.

Luosto, U. (1968): Refraction seismic study of the Earth's crust along the line Sylen–Porvoo. Publ. Inst. Seismology, Univ. Helsinki, 102, 39 p.

Luosto, U. (1986): Reinterpretation of Sylen–Porvoo refraction data. Report S-13, Institute of Seismology, University of Helsinki.