Tutkimus

Instituutin tutkimustoiminnassa painopistealueita ovat olleet seismiset rakennetutkimukset, valvontaseismologiaan liittyvä menetelmäkehitys ja maanjäristystutkimus Fennoskandian alueella. Rakennetutkimukset ja alueellinen maanjäristystutkimus palvelevat niin geofysikaalista kuin geologistakin perustutkimusta Fennoskandian kilven alueella. Seismologian instituutille kuuluvat seismiseen valvontaan liittyvät viranomaistehtävät pelastuspalvelun ja kansainvälisiin sopimuksiin perustuvan ydinkoevalvonnan osalta.

Yksi CTBT:n (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty) eli täydellisen ydinkoekieltosopimuksen valvonnan menetelmistä on seisminen valvonta. Seismisellä valvonnalla pyritään havaitsemaan sekä paikantamaan maanalaisia ydinkokeita ja erottamaan ne muista, päivittäin tapahtuvista seismisistä tapauksista kuten maanjäristyksistä.

PCA projektissa Seismologian instituutti pitää yllä kansainväliseen valvontajärjestelmään (International monitoring system) IMS:ään kuuluvaa seismistä asemaa FINES (PS17). Projektin tarkoituksena on taata, että asema tuottaa dataa IMS:ään luotettavasti ja tekniset laatuvaatimukset täyttäen.

CTBTO: PCA for IMS Primary Seismic Station PS17/FINES

CTBTO:n nettisivusto (englannin kielinen)

Projektin johtaja: Jari Kortström

In the earthquake seismology group we focus on earthquakes, fault zone structure, modes of deformation along fault zones, and earthquake and fault zone interaction and triggering mechanisms on a local and regional scale. We analyze seismic waves emanated from earthquakes, but extract also information from the ambient seismic wave field or noise. The research depends on the application and development of analysis techniques for estimating earthquake source parameters, for structural imaging and for the monitoring of time dependent changes in crustal and fault zone materials on time scales ranging from seconds to years. Our work is based on processing large seismic data sets (big data at its very best) and has thus multiple connections to physics and atmospheric sciences (wave propagation), mathematics and medical imaging (inverse problems), and computer science (code development).

Seismic imaging constitutes a fundamental building block of Earth Science research that is practiced by a large community and applied across many scales. The analogy between ultrasonic medical sensors and spatially dense seismic arrays opens up an alternative way for seismic imaging that differs from tomographic methods. We research to what extend the near-field phenomenon referred to as “focal spot” in acoustics can provide simultaneous estimates of the local seismic velocity structure, azimuthal anisotropy, and proxies for intrinsic attenuation without solving an inverse problem.

Modern societies critically depend on sustainable natural resource production and renewable energy sources. Geothermal energy is in many ways an advantageous energy source for local heat and electricity production in densely populated areas. The low environmental impact compared to non-renewables, and the independence on atmospheric, climatic or weather patterns that severely constrain wind and solar technologies have led to a growing interest and use of geothermal energy production. The development of deep geothermal energy projects is, however, not without risks. Our group is dedicated to contribute to a sustainable and safe use of deep geothermal energy. We have been collecting an outstanding data set during the stimulation of the St1 Enhanced Geothermal System between 5 and 6 km depth below Otaniemi, Espoo, in summer 2018. The analysis of the induced earthquakes, and of the altered rock properties will help to mature the application of geothermal energy use in Finland. We target a comprehensive understanding of the rock types and their seismic response, their permeability and geochemical properties, and the location of faults; of the local temperature profile, the stress regime and stress orientations; and of the hydrological situation.

Leader: Gregor Hillers, Associate Professor

EPOS (Euroopan mannerlaattojen havainnointijärjestelmä - European Plate Observing System) on hajautettu eurooppalainen geotieteellinen tutkimusinfrastruktuuri, joka muodostuu kansallisista mittausasemista, dataverkoista, kansainvälisistä tietokeskuksista ja tietovarastoja sekä toimintaa koordinoivasta italialaisesta päämajasta. Havaintoasemien hajautetun verkoston tavoitteena on kerätä tietoa ja ymmärrystä Euroopan mannerlaatan liikkeistä ja käynnissä olevista geologis-geofysikaalisista prosesseista sekä niihin liittyvistä luonnonkatastrofeista ja muista sosioekonomisista vaikutuksista. Suomen kansallinen FIN-EPOS-konsortio on suomalaisten yliopistojen (Helsinki, Oulu, Aalto) ja tutkimuslaitosten (GTK, Maanmittauslaitos, Ilmatieteen laitos, VTT, CSC) yhteisö, joka ylläpitää kiinteän maan observatorioita ja laboratorioita. Havaintoaineisto toimitetaan kansainvälisiin tietokeskuksiin ja edelleen EPOS-tietokeskukseen.

Projektin johtaja: Annakaisa Korja, tutkimusjohtaja

FIN-EPOS nettisivut

FIN-EPOS Helsingin yliopiston tutkimustietokannassa

Tutkimushenkilöt

Niina Junno, FM

FLEX-EPOS infrastruktuurihankkeessa luodaan laaja kansallinen geofysikaalisten instrumenttien verkosto ja laitepooli seismologiseen, geomagneettiseen ja geodeettiseen tutkimukseen. FLEX-EPOS laiteverkostolla on mahdollisuus käyttää suuria havantolaitemääriä niin lyhyt- kuin pitkäaikaiseen monitorointiin. Laitepooli luodaan neljän yliopiston (Helsinki, Oulu, Turku, Aalto) ja kolmen tutkimuslaitoksen (GTK, VTT, Maanmittauslaitos) yhteistyönä. Huomattavasti parannetun havaintokapasiteetin ansioista tullaan saamaan suuria datamääriä, havaintoja ja tutkimustuloksia, joiden avulla vahvistetaan Suomen roolia (FIN-EPOS) eurooppalaisessa EPOS infrastruktuurissa.

FLEX-EPOS Helsingin yliopiston tutkimustietokannassa

Projektin johtaja: Ilmo Kukkonen, kiinteän maan geofysiikan professori

Tutkimushenkilöt

Timo Tiira, tutkimusjohtaja

Emilia Koivisto, FT

Niina Junno, FM

Tommi Vuorinen, FM

Tahvo Oksanen, tutkimusavustaja

Helsingin yliopiston geodynamiikkaryhmän (Helsinki University Geodynamics Group, HUGG) jäsenet tutkivat maapallon litosfäärin muodonmuutokseen liittyviä prosesseja.  Tutkimuksemme keskittyy maapallon ulkoista jäykkää kerrosta muokkaavien tektonisten, geomorfisten ja geodynaamisten prosessien kinematiikan ja dynamiikan kvantifiointiin ensisijaisesti numeerisen mallinnuksen avulla. Yhdistämme edistyksellisiä ennustavia ja tulkinnallisia numeerisia työkalujamme kenttähavaintoihin sekä geokronologisiin, geofysikaalisiin ja kaukokartoitusaineistoihin. Olemme myös aktiivisesti mukana opetuksessa geotieteiden kandidaattiohjelmassa, geologian ja geofysiikan maisteriohjelmassa sekä uudessa englanninkielisessä lunnontieteiden kandidaattiohjelmassa, joka käynnistyy vuonna 2019.

Projektin johtaja: David Whipp, apulaisprofessori

Lisää tietoa löydät nettisivuiltamme (englanniksi) tai wiki sivuiltamme (englanniksi).

Kehitämme ja arvioimme uusia valvontaseismologisia menetelmiä. Tutkimuksemme keskittyy automaattisen havaitsemisen, sijainnin ja tapahtumaluokituksen kehittämiseen. Koneoppimismenetelmien hyödyntäminen on tutkimuksen keskiössä.

Projektit

Automaattinen seismisten tapahtumien luokittelu (Auto­matic seis­mic event clas­si­fic­a­tion)

Automaattinen seismisten faasien tunnistus (Auto­matic iden­ti­fic­a­tion of seis­mic phases)

Monitoring the monitoring

Tutkimushenkilöt

Timo Tiira, Tutkimusjohtaja

Jari Kortström, FM

Marja Uski, FL

Kati Oinonen, FM

Katriina Arhe, FM

Toni Veikkolainen, FT

David Whipp, apulaisprofessori

Tuija Luhta, FM

Tommi Vuorinen, FM

Nordic EPOS - FAIR Nordic EPOS Data Hub - on pohjoismaisten geofysikaalisten observatorioiden konsortio, joka toimittaa online dataa EPOS ERIC:iin (European Plate Observing System - European Research Infrastructure Consortium). Pohjoismainen EPOS konsortio koostuu Helsingin, Bergenin, Uppsalan ja Oulun yliopistoista sekä Tanskan ja Grönlannin geologisesta tutkimuskeskuksesta (GEUS) ja Islannin ilmatieteen laitoksesta (IMO). Konsortion päätavoitteet ovat: a) lisätä monitieteisen pohjoismaisen EPOS datan, datatuotteiden, ohjelmistojen ja palvelujen tunnettavuutta ja käyttöä tieteellisten ja yhteiskunnallisten ongelmien ratkaisemiseksi, b) lisätä pohjoismaisen FAIR datan määrää ja saatavuutta, ja c) tueta uusien tietotyyppien tiedonhallintaa ja tieteellistä asiantuntemusta, jota tarvitaan Pohjoismaiden ja etenkin arktisen alueen turvallisen ja ympäristöllisesti kestävän yhteiskuntan ylläpitoon. Pohjoismaista EPOS konsortiota rahoitetaan NordForskin pohjoismaisen tutkimusinfrastruktuurihaun Nordic Research Infrastructure Hub kautta (2020-2022).

Projektin johtaja: Annakaisa Korja, tutkimusjohtaja

Nordic EPOS nettisivut

Nordic EPOS Helsingin yliopiston tutkimustietokannassa

Tutkimushenkilöt

Gregor Hillers, apulaisprofessori

Niina Junno, FM

Tommi Vuorinen, FM

Tutkimuksemme keskittyy viimeaikaisten maanjäristysten lähdemekanismien määrittämiseen, maanjäristyksiin liittyvien aktiivisten siirrosten tunnistamiseen ja tiedon hankkimiseen maanjäristyksiä aiheuttavista paikallisista jännityksistä. Kehitämme myös automaattisia menetelmiä paikallisten seismisten havaintoverkkojen rekisteröimien seismisten tapausten analysointiin.

Viimeaikaiset seismiset hasarditutkimukset ovat liittyneet ydinvoimaloihin sekä geotermisiin voimaloihin.

Projektit

Maanjäristykset ennen instrumenttiaikaa (Pre-instrumental earthquakes)

Viipurin rapakivi alueen seismisyys (Vyborg Rapakivi batholith seismicity)

Tutkimushenkilöt

Päivi Mäntyniemi, FT

Marja Uski, FL

Gregor Hillers, apulaisprofessori

Tommi Vuorinen, FM

Timo Tiira, tutkimusjohtaja

Tuija Luhta, FM

Seismic risk - Kaupunkialueiden indusoidun seismisen riskin hallinta - projektissa Helsingin yliopiston, VTT:n ja Geologisen tutkimuskeskuksen muodostama konsortio tutkii, miten syviin geotermisiin kaukolämpövoimaloihin liittyvää indusoidun seismisyyden riskiä voitaisiin valvoa ja hallita. Pienet indusoidut maanjäristykset voivat aiheuttavat potentiaalisen riskin kaupungin rakennetulle infrastruktuurille: tärinäherkille laitteille, maanalaiselle rakentamiselle sekä kaukolämmön omalle energialähteelle. Riskiä voidaan hallita ja minimoida läpinäkyvällä lupaprosessilla, seismisellä valvonnalla sekä maankäytönsuunnittelulla. Projektissa laaditaan Suomen seismisen hasardin kartasto sekä arvioidaan seismisten aaltojen potentiaalista vaikutusta pääkaupunkiseudun eri osiin 3D mallien avulla. Lisäksi tutkitaan eri hallinnon alojen ja tasojen sekä eri organisaatioiden rooleja nykyisessä vielä selkeytymättömässä lupaprosessissa sekä selvitetään, millaista tietoa päättäjät tarvitsevat indusoituneesta seismisyydestä ja sen riskeistä ja hallinnasta.

Projektin nettisivut

Projektti Helsingin yliopiston tutkimustietokannassa

Projektin johtaja: Annakaisa Korja, tutkimusjohtaja

Tutkimushenkilöt

Timo Tiira, tutkimusjohtaja

Gregor Hillers, apulaisprofessori

Päivi Mäntyniemi, FT

Toni Veikkolainen, FT

Niina Junno, FM

Tommi Vuorinen, FM

Kati Oinonen, FM

Annukka Rintamäki, FM

Ahti Voutilainen, tutkimusavustaja

 

Tutkimme litosfäärin rakennetta kaikissa mittakaavoissa.

Projektit

KOKKY Deep Seismic Sounding Tuhat tietokannassa

SOFI Deep Seismic Sounding Tuhat tietokannassa

Seismicity and 3D seismic velocity structure in Kuusamo area

Seismicity, faults and 3D seismic velocity structure in Pyhäjoki area

Monitoring Network in Pyhäjoki

Tomographic imaging of seismic velocity structure beneath southern and central Finland

A tomographic crustal velocity model of the central Fennoscandian shield

Hyvönen, T., Tiira, T., Korja, A., Heikkinen, P., Rautioaho, E., SVEKALAPKO Seismic Tomography Working Group & Komminaho, K. 2007 julkaisussa : Geophysical Journal International. 168, 3, s. 1210-1226

WARR seismic profiling in Ukraine

COGITO-MIN projekti Tuhat tietokannassa

COGITO-MIN projektin nettisivut

Tutkimushenkilöt

Timo Tiira, tutkimusjohtaja

Annakaisa Korja, tutkimusjohtaja

Kari Komminaho, FM

Toni Veikkolainen, FT

Alla on listattu esimerkkejä seismologiaan liittyvistä tai Seismologian instituutin henkilökunnan ohjaamista mahdollisista opinnäytetyöaiheista (englannin kielisiä).

  1. Hydrothermally altered mineralized systems: Seismic reflection properties of rocks (Kukkonen, Koivisto)
  2. Processing and analysis of seismic reflection data in exploration and mining camps (Koivisto, Kukkonen)
  3. Induced seismicity in enhanced geothermal systems (Kukkonen, Korja)
  4. Data processing and interpretation of seismic data from Siilinjärvi phosphate mine for mine planning (Koivisto)
  5. Applicability of Open quake software to Finnish conditions (Mäntyniemi, Seismology)
  6. Automatic assessment of seismic intensity for felt earthquakes in Finland (Mäntyniemi, Seismology)
  7. Harmonization of internet macroseismology in Fennoscandia (Mäntyniemi, Nordic colleagues)
  8. Several projects associated with the analysis of seismic data collected by 100+ stations around the 2018 geothermal reservoir stimulation in Otaniemi/Espoo (Hillers, Seismology)
  9. Several projects associated with crustal and fault zone monitoring and imaging using ambient noise correlations (Hillers, Seismology)
  10. Refocusing and time reversal (Hillers, Seismology)
  11. Automatic identification of seismic signals from frost events using deep learning (Tiira, Seismology)
  12. Detection and identification of glacier based seismic signals in Antarctica using unsupervised machine learning (Tiira, Seismology)
  13. Automatic detection of seismic events in urban areas, comparison of methods (Tiira, Seismology)
  14. Seismic signal onset estimation by combining different methods and machine learning (Tiira, Seismology)
  15. Study of dissimilarities of microearthquakes in concise earthquake populations with self-organizing maps (Tiira, Seismology)
  16. Influence of seismic station locations on data acquired and threshold event size, Kouvola, Finland (Vuorinen, Oinonen, Seismology)
  17. Ablative subduction in the Andes: An alternative mechanism for removal of mantle lithosphere? (Whipp)
  18. Quantifying rates of bedrock landsliding in mountainous regions and their implications for landscape erosion (Whipp)
  19. Effects of orographic precipitation on mountain evolution in 3D (Whipp)
  20. Where does landslide-derived sediment go and how long does it take? (Whipp)
  21. Mapping erosion in steep mountain landscapes using detrital thermochronology (Whipp, international colleagues)
  22. Paleoproterozoic plateaus: Implications for lithospheric evolution and crustal metamorphism (Whipp)
  23. Ground-motion characteristics of induced seismicity compared to natural earthquakes (Vuorinen)
  24. Radiogenic heat production model of the lithosphere based on geochemistry and seismic data (Kukkonen, Veikkolainen)
  25. Geoneutrinos and radiogenic heat production of the Earth (Kukkonen, Veikkolainen)
  26. Tectonothermal environment of the Wiborg rapakivi batholith (Veikkolainen)
  27. Geophysical properties of the Pyhäsalmi area (Veikkolainen)
  28. Low temperature thermochronology Fission track & He-U-Th-methods (Whipp, Kukkonen)
  29. Modeling of thermochronological data (Whipp, Kukkonen)

Alla on esimerkkejä viimeaikaisista Seismologian instituuttiin liittyvistä opinnäytetöistä.

  1. Metiäinen, Nelli, 2019: South American subduction zone processes : Visualizing the spatial relation of earthquakes and volcanism at the subduction zone. Master's thesis.
  2. Luhta, Tuija, 2019: Petrophysical properties of the Kylylahti Cu-Au-Zn sulphide mineralization and its host rocks. Master's thesis.
  3. Laakso, Viveka, 2019: Testing of Reflection Seismic, GPR and Magnetic Methods for Mineral Exploration and Mine Planning at the Siilinjärvi Phosphate Mine Site in Finland. Master's thesis.
  4. Väkevä, Sakari, 2019: Using Three-Component Data for Seismic Interferometry Studies at the Kylylahti Mine, Eastern Finland. Master's thesis.
  5. Pinola, Hannu, 2019: Maatutkaprofiilien syvyyskalibrointi CMP-luotauksella esimerkkikohteissa Helsingissä ja Hollolassa. Master's thesis.
  6. Schütt, Jorina, 2018. 3D dynamics of crustal deformation along the western Andean margin. Doctoral thesis.
  7. Aalto, Aleksi, 2017. Development of a Web GIS Application and Data Management Practices for Integrating Geological and Geophysical Data. Master's thesis.
  8. Tuomi, Hilkka, 2016. Seismic forward modelling constraints for seismic ore exploration at the Kylylahti Cu-Co-Zn-Ni-Ag-Au sulfide deposit. Master's thesis.
  9. Vuorinen, Tommi, 2016. New Fennoscandian Empirical Ground Characterization Model. Master's thesis.
  10. Lammi, Hannu, 2015. Numerical Modelling of Mid-Crustal Flow Applied to Svecofennian Orogeny. Master's thesis.
  11. Heinonen, Suvi, 2013. Seismic reflection profiling for massive sulfide exploration in Finland. Doctoral thesis.
  12. Hellqvist, Niina, 2013. FIRE 2 ja 2a -linjojen rakenteen mallintaminen seismistä attribuuttianalyysiä apuna käyttäen. Master’s thesis.
  13. Koskinen, Paula, 2013. Orientation of faults and their potential for reactivation in the present stress field in Finland. Master’s thesis.

Seismologian instituuttiin liittyviä meneillään olevia opinnäytetöitä ovat:

  1. Vuorinen, Tommi: Analysis of induced seismicity of Otaniemi Enhanced Geothermal System. Doctoral thesis.
  2. Junno, Niina: Seismic properties of ores and structures controlling ore deposits: new insights from data mining and seismic forward modeling. Doctoral thesis.
  3. Tsarsitalidou, Christina: Focal spot imaging applied to data from dense seismic arrays. Doctoral thesis.
  4. Rintamäki, Annukka: Geological and geophysical constraints on induced seismicity related to enhanced geothermal systems. Doctoral thesis.
  5. Luhta, Tuija: Vyborg Rapakivi batholith seismicity. Doctoral thesis.
  6. Hällsten, Jennifer: Methodological consideration of macroseismic data in Finland: revisiting the Lappajärvi earthquake (ML 3.8) February 17, 1979. Master’s thesis.
  7. Rantanen, Aleksi: Influence of arc magmatism on crustal temperatures and strength in continental subduction zones. Master’s thesis.
  8. Yijun Wang: Tectonics of strain partitioning in the southern Andes of Chile. Master’s thesis.
  9. Ylä-Mella, Lotta: Forward and inverse modelling of cosmogenic radionuclides in high-latitude glaciated landscapes. Master’s thesis.
  10. Arola, Eemil: Local magnitude estimates for earthquakes induced during a geothermal reservoir stimulation. Master's thesis.
  11. Voutilainen, Ahti: GMPE for the capital region of Finland, and comparing natural and induced seismic events. Master's thesis.
  12. Hanski, Ida-Maria: Finnish National Seismic Network: location errors, detection thresholds and network vulnerability. Master's thesis.