A study was undertaken to evaluate an automated process to invert for seismic moment tensors from seismic data recorded in mining environments. The data for this study was recorded at Nickel Rim South mine, Sudbury, Ontario. The mine has a seismic monitoring system manufactured by ESG Solutions that performs continuous monitoring of seismicity. On average, approximately 400 seismic events are recorded each day. Currently, data are automatically processed by ESG Solution's software suite during acquisition. The automatic processors pick the P- and/or S-wave arrivals, locate the events and solve for certain source parameters, excluding the seismic moment tensor. In order to solve for the moment tensor, data must be manually processed, which is laborious and therefore seldom performed. This research evaluates an automatic seismic moment tensor inversion method and demonstrates some of the difficulties (through inversions of real and synthetic seismic data) of the inversion process. Results using the method are also compared to the inversion method currently available from ESG Solutions, which requires the manual picking of first-motion polarities for every event. As a result of the extensive synthetic testing of the automatic inversion program, as well as the inversion of real seismic data, it is apparent that there are key parameters requiring greater accuracy in order to increase the reliability of the automation. These parameters include the source time function definition, source location (in turn requiring more accurate and precise knowledge of the earth media), arrival time picks and an attenuation model to account for ray-path dependent filtering of the source time function. In order to improve the automatic method three key pieces of research are needed: (1) studying various location algorithms (and the effects of increasing earth model intricacy) and automatic time picking to improve source location methods, (2) studying how the source time pulse can be accurately extracted from the seismic records, as well as the validity of various source models, and (3) studying how attenuation can be modeled more accurately to account for the filtering of the seismic waves through the earth media (in particular distortion to the source time function). / Thesis (Master, Geological Sciences & Geological Engineering) -- Queen's University, 2012-08-17 23:08:32.198

Στην παρούσα εργασία υπολογίστηκαν μηχανισμοί γένεσης σεισμών, χρησιμοποιώντας ένα μικροσεισμικό δίκτυο, εγκατεστημένο στη νότια Αλβανία. Πρόκειται για μια περιοχή που βρίσκεται στο νοτιοδυτικό άκρο της Αλβανίας, κοντά στα σύνορα με την Ελλάδα και γεωλογικά ανήκει στην Ιόνια ζώνη. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν και επεξεργάστηκαν 22 σεισμικά γεγονότα που επιλέχθηκαν με συγκεκριμένα κριτήρια, από το σύνολο των καταγραφών του μικροσεισμικού δικτύου που είχε εγκατασταθεί στην περιοχή. Το μικροσεισμικό δίκτυο τοποθετήθηκε στηνπεριοχή του αντικλίνου Kurveleshi. Η δομή του (ALIAJ et al. 1991) αποδίδεται σε τεκτονικά ρήγματα κατά μήκος και εγκαρσίως σε αυτό. Ο ρόλος της λιθολογίας στο σχηματισμό του αντικλίνου είναι σημαντικός γιατί πάνω στις μεγάλες επωθήσεις αναπτύσσονται διαπυρικοί δόμοι. Εφαρμόστηκαν τρεις μέθοδοι υπολογισμού των μηχανισμών γένεσης: α) Προσδιορισμός των μηχανισμών γένεσης με χρήση δεδομένων πολικότητας-πρόγραμμα FPFIT, β) Προσδιορισμός των μηχανισμών γένεσης με αντιστροφή κυματομορφών-πρόγραμμα ISOLA και γ) Προσδιορισμός των μηχανισμών γένεσης με χρήση πλατών κυμάτων Ρ, SV και SH – πρόγραμμα FOCMEC. Αρχικά εφαρμόστηκε η μέθοδος των πρώτων αποκλίσεων των P κυμάτων που χρησιμοποιείται από τους σεισμολόγους εδώ και πολλά χρόνια για την εύρεση του μηχανισμού γένεσης ενός σεισμού δίνοντας έτσι τα χαρακτηριστικά των δύο επιπέδων διάρρηξης. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι ο τρόπος ακτινοβολίας των σεισμικών κυμάτων έχει άμεση σχέση με τη γεωμετρία του ρήγματος. Το κύμα P είναι το πρώτο κύμα που καταγράφεται μετά από έναν σεισμό στα όργανα στους σταθμούς καταγραφής και ως εκ τούτου είναι μια φάση πολύ εύκολα αναγνωρίσιμη. Η βασική ιδέα για την εφαρμογή της μεθόδου είναι ότι η πρώτη κίνηση των επιμήκων κυμάτων, δηλαδή εάν είναι αραίωση (άφιξη με φορά προς τα κάτω) ή συμπίεση (άφιξη με φορά προς τα πάνω) εξαρτάται από τη διεύθυνση (το αζιμούθιο) του σταθμού καταγραφής σε σχέση με το σεισμό. Με τη συγκεκριμένη μέθοδο προσδιορίστηκαν οι μηχανισμοί γένεσης και για τα 22 σεισμικά γεγονότα. Υπάρχει όμως και η περίπτωση όπου μια πρώτη άφιξη δεν είναι σαφής ως προς το εάν παριστάνει μια αραίωση ή συμπίεση και δυσχερένει την ακριβή χάραξη των δυο επιπέδων. Αυτό μπορεί να συμβαίνει είτε λόγω του θορύβου, είτε γιατί η πρώτη άφιξη είναι πολύ μικρή σε πλάτος οπότε και πολύ δύσκολα αναγνωρίσιμη. Αυτές λοιπόν οι δυσκολίες μπορεί να μην επιτρέπουν τον ακριβή προσδιορισμό του μηχανισμού γένεσης, γι αυτό σε μια δεύτερη φάση χρησιμοποιήθηκαν και τα πλάτη των κυμάτων. Συγκεκριμένα αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει εκτός των φάσεων των πρώτων αποκλίσεων και το λόγο των πλατών των εγκαρσίων κυμάτων S, ως προς το πλάτος των επιμήκων κυμάτων Ρ, δηλαδή το λόγο S/P των κυμάτων βελτιώνοντας αισθητά τα αποτελέσματα όπου υπάρχουν λίγοι σταθμοί ή δεν είναι καλά κατανεμημένοι αζιμουθιακά. Η μέθοδος αυτή θεωρείται σχετικά απλή καθώς απαιτούνται μόνο οι διαφορές μεταξύ της διαφορετικής απόσβεσης των κυμάτων P και S ενώ ενδιαφέρουν και όποιες τοπικές επιδράσεις υπάρχουν σε κάθε σταθμό (site effect) που μπορούν να επηρεάσουν τα πλάτη. Με τη συγκεκριμένη μέθοδο προσδιορίστηκαν οι μηχανισμοί γένεσης για τα 21 σεισμικά γεγονότα. Η τελευταία μέθοδος επεξεργασίας που χρησιμοποήθηκε, περιλαμβάνει τον υπολογισμό μηχανισμών γένεσης με τη χρήση του προγράμματος ISOLA το οποίο προσδιορίζει τον τανυστή της σεισμικής ροπής με αντιστροφή κυματομορφών και για δεδομένα τοπικών σεισμών. Με τη συγκεκριμένη μέθοδο προσδιορίστηκαν οι μηχανισμοί γένεσης για τα 12 σεισμικά γεγονότα. Η διαδικασία της αντιστροφής του τανυστή της σεισμικής ροπής παρέχει αξιόπιστες πληροφορίες σχετικά με τον μηχανισμό γένεσης και ειδικότερα τη γεωμετρία της διάρρηξης στο χώρο, τη σεισμική ροπή, το μέγεθος σεισμικής ροπής Mw, τη σεισμική πηγή και το βάθος της εστίας. Αποτελεί γενικά ένα μαθηματικό πρόβλημα που λύνεται συγκρίνοντας τις παρατηρούμενες κυματομορφές με τα αντίστοιχα συνθετικά κύματα. Το πρόβλημα επιλύεται ελαχιστοποιώντας τις διαφορές μεταξύ των συνθετικών και των παρατηρούμενων κυματομορφών. Από τη μελέτη και την επεξεργασία των μικροσεισμικών δεδομένων στη νότια Αλβανία προκύπτει ότι είναι μια περιοχή με έντονη μικροσεισμική δραστηριότητα Οι μηχανισμοί γένεσης που υπολογίστηκαν συμφωνούν μεταξύ τους και για τις τρεις μεθόδους που εφαρμόστηκαν ( FPFIT, ISOLA, FOCMEC). Συγκεκριμένα υπολογίστηκαν ανάστροφα και οριζόντια ρήγματα που επιβεβαιώνουν το καθεστώς συμπίεσης που επικρατεί στην περιοχή. Η σύγκρουση του ανώτερου μανδύα της αδριατικής μικροπλάκας με το αλβανικό ορογενές προτείνεται για να εξηγήσει τους μηχανισμούς γένεσης που παρατηρήθηκαν. Επίσης προσδιορίστηκαν και μηχανισμοί κανονικών ρηγμάτων που προέρχονται όμως από μικρούς σεισμούς και δικαιολογούνται από την εμφάνιση εβαποριτών στην περιοχή μελέτης. Τέλος διαπιστώθηκε ότι είναι εφικτός ο υπολογισμός των μηχανισμών γένεσης με αντιστροφή κυματομορφών ακόμα και για μικρά σεισμικά γεγονότα. Με απαραίτητες όμως προυποθέσεις η αντιστροφή να γίνεται χρησιμοποιώντας υψηλές συχνότητες κι επίσης να υπάρχουν: σταθμοί σε κοντινή απόσταση (4km περίπου), καλό μοντέλο ταχυτήτων και καλή ποιότητα καταγραφών. / In the present work were calculated tensor solutions of earthquakes, using a microseismic network, located in Southern Albania. This is an area located at the southwestern tip of Albania, near the border with Greece and geologically belongs to the Ionian Zone. Specifically, they had studied and worked 22 seismic events were selected by specific tests from all the records of microseismic network was installed in the area. They had applied three methods for calculating focal mechanisms: a) Identification of mechanisms using polarity data – program FPFIT, b) Determination of focal mechanisms with reverse  waveform – program ISOLA and c) Determination of focal mechanisms using P wave amplitudes, SV and SH – program FOCMEC. Initially, was being  used the methodology of the first differences of P waves. This method relies on the fact that the way radiation of seismic waves is directly related to the geometry of the fault. The basic idea of the method is that the first motion of long waves, ie if dilution (arrival by pointing down) or compression (arrival by pointing up), depends on the direction (azimuth) of the station registration in relation to the earthquake. With this method were determined tensor solutions for the 22 seismic events. In a second step was being used and the amplitudes of seismic waves. Specifically, this method include other steps of the first gap and the reason of the amplitudes of transverse waves S, for amplitudes of waves P, ie the reason S/P waves significantly improved results with few or no stations are well distributed azimuthal. This method is relatively simple and requires only the differences between the different damping of the waves P and S and interest any local effects in each station (site effect) that can affect the back. By this method were also determined tensor solutions for 21 seismic events. The last method of treatment was used, includes calculation of focal mechanisms using the ISOLA project that identifies seismic moments tensor inversion of waveform data and local earthquakes. We were determined tensor solutions for 12 seismic events. The reversal process of the seismic moment tensor provides reliable information about the mechanism of generation and in particular the geometry of the fracture site, the seismic moment, the magnitude of seismic moment Mw, the seismic source and the depth of the outbreak. By the study and treatment of microseismic data in south Albania result that is an area of intense microseismic activity. The tensor solutions calculated, agree with each other for all three methods applied (FPFIT, ISOLA, FOCMEC). Specifically, calculated and horizontal reverse faults confirm the compression scheme that prevails in the region. Also identified mechanisms of normal faults that come from small earthquakes as justified by the appearance of evaporates in the study area. Finally, had found that is feasible the calculations of focal mechanisms with reverse waveforms even small seismic events.