Utvärdering av seismiska insamlingsmetoder vid Uppsala Universitets testplats i Marsta

Testplatsen i Marsta ligger cirka 10 km norr om Uppsala och erbjuder en närbelägen plats för både hydrologiska och geofysiska studier. Nio borrhål borrades i området 2012. Åtta av borrhålen borrades genom de ytnära glaciala sedimenten till toppen av berggrunden i ett djup från några meter till 15 meter. Ett borrhål borrades cirka 100 meter ner i berggrunden till ett totalt djup av 118 meter. Detta borrhål har loggats med flera geofysiska metoder. Flera tidigare seismiska undersökningar har också genomförts i området, vilket ger en baslinje för framtida experiment. Grundvattennivån övervakas kontinuerligt på platsen. Detta möjliggör studier av grundvattennivåns inverkan på geofysiska mätningar. Geofysikprogrammet skaffade en ”interrogator” för att mäta vibrationer längs fiberoptiska kablar i början av 2023, en metod känd som Distributed Acoustic Sensing (DAS). För att jämföra hur de uppmätta vibrationerna med DAS skiljer sig från konventionella geofoner genomfördes ett experiment i juli 2023. En 500 m lång fiberoptisk kabel grävdes ner i en 30 cm djup slingrande ränna med geofoner placerade intill. De 300 geofonerna planterades i hål som var cirka 20 cm djupa. En slägga användes sedan för att generera seismiska vågor som registrerades både i DAS-systemet och med geofonerna. Preliminära resultat tyder på att geofoner är överlägsna när det gäller att registrera seismiska vågor jämfört med DAS-systemet. DAS-systemet har dock fördelen att det är permanent installerat, vilket gör det enkelt att upprepa mätningar. Detta är viktigt för övervakningsändamål, eftersom det är tidskrävande att placera ut geofoner och det finns alltid osäkerhet om kopplingen till marken är densamma från undersökning till undersökning. Planen är att upprepa DAS-mätningarna med en liknande seismisk källa och att testa registrering på en fiberoptisk kabel i det djupare borrhålet. Registrering i borrhålet möjliggör att sedimentens och bergets hastighet kan mätas direkt i vertikal riktning. Detta är viktigt för djupkonvertering av seismiska ytmätdata. Den fiberoptiska kabeln är också känslig för rörvågor i borrhålet. Rörvågor tenderar att genereras och reflekteras där det finns sprickzoner eller permeabelt berg, vilket möjliggör identifiering av sådana zoner i de registrerade data. Detta kan vara viktigt för att bättre förstå grundvattenrörelser i berggrunden. Mätningar med DAS-systemet i två djupa (till 800 m) borrhål på Gotland visar att rörvågor är den huvudsakliga vågformen som fortplantar sig längs borrhålet när den fiberoptiska kabeln hänger fritt. Det finns också tydliga reflektioner av rörvågor vid zoner där det förväntas vara högre genomsläpplighet. Om huvudmålet med DAS-mätningarna är att avbilda strukturer med P- eller S-vågor är det i allmänhet nödvändigt att gjuta in den fiberoptiska kabeln i borrhålet. Detta är dyrare och kan kräva ett dedikerat borrhål, men för långsiktig övervakning kan det vara kostnadseffektivt. Planerna är att borra ett dedikerat borrhål i Marsta djupare ner i berggrunden och gjuta in en kabel. Marsta kan då användas som en testplats för DAS-mätningar med en nedgrävd ytlig kabel, en ingjuten kabel och ett öppet borrhål för tillfälliga kabelinstallationer.