Siilinjärvi located in eastern Finland is presently the only phosphate mine with significant phosphorus production in western Europe. Phosphate rock and phosphorus are known as a critical raw material for the European Union due to their economic importance and being prone to the supply risks. Securing their sustainable exploration as well as extraction is hence important. At Siilinjärvi, the phosphate rocks appear within a major Archean alkaline and carbonatite system deformed by several shear zones and intruded by dike systems. By understanding their spatial and temporal relationships an improved exploration and extraction of the ore is possible, which in turn will contribute to the sustainable extraction of this critical material. In October 2018 a novel in-tunnel seismic survey was conducted in the Siilinjärvi open-pit mine. The objective of the study was to employ an in-tunnel seismic survey intersecting several major shear zones running on the eastern side of the main pit, with the idea of characterising its geometry and relationship with the mineralization. The use of the existing mine infrastructure (a water-drainage tunnel) makes the acquisition of the data quite novel in open-pit mines. The water-drainage tunnel nearly in the bottom of the pit crosscutting several major shear zones and dikes was used to enable bench-tunnel seismic data acquisition. High-quality data were acquired using 144 receivers inside the tunnel, with the sources located both inside the tunnel (Bobcat-mounted vertical drophammer) and on the surface (combined explosives and Bobcat-drophammer). Results obtained show at least two reflections interpreted to originate from subvertical shear zones intersecting the tunnel illustrating the importance of such surveys for shear-zone imaging and site characterization. Based on a careful study of a number of shot records, delay in arrival times and partial amplitude lose, these reflections are interpreted to be backscattered surface-waves generated from the shear zones. / Siilinjärvi i östra Finland är just nu den enda fosfatgruvan med en betydande fosforproduktion inom den Europeiska Unionen. Fosfater och fosfor är viktigt för EU på grund av deras ekonomiska betydelse och begränsade tillgång. Den fosforbärande bergarten i Siilinjärvi befinner sig i ett stort Arkeiskt alkalisk och karbonatit-komplex som är deformerad av flera skjuvzoner och intruderat gångsystem. En förbättring av sökandet och utvinnandet av denna viktiga malm skulle vara möjligt genom en ökad förståelse för de spatiala och temporala relationerna i komplexet. Syftet med denna studie var att tillämpa en ny seismisk undersökning, baserad på existerande infrastruktur i gruvan, för en bättre geologisk förståelse och därmed en förbättrad exploatering. En innovativ seismisk undersökning av tunnlar gjordes i Siilinjärvis dagbrott oktober 2018. En vattendräneringstunnel nästan i botten av brottet som korsar fem skjuvzoner användes för att mäta seismiskt tunnel-data. Hög kvalitativ data samlades in genom att använda 144 mottagare inuti tunneln med källor lokaliserade både inuti tunneln, i form av en vertikal dropphammare monterad på en Bobcat, och på ytan i form av en kombination av sprängning och Bobcatmoterad dropphammare. Två reflektioner tolkades att ha sitt ursprung från subvertikala skjuvzoner som korsar tunneln vilket visar på vikten av dessa typer av undersökningar för skjuvzons detektion och områdes karaktärisering.

Tunnel Seismic Prediction (TSP) is a geophysical investigation method used to predict the rock conditions ahead of the tunnel face. The method has been used in different types of rock and rock conditions. The Swedish Transport Administration, Trafikverket, has used the investigation method in multiple locations in the large infrastructure project E4 The Stockholm Bypass. The method is however rather new to Swedish rock conditions, and there is therefore a need to evaluate the method to assess its strengths and weaknesses. In this thesis, the TSP method is compared to other investigation methods used in the Stockholm Bypass project at the location Sätra-Kungshatt where the tunnels cross underneath Lake Mälaren. The investigation methods include geological mapping and Measurement While Drilling (MWD). The TSP results are also compared to the engineering geological prognosis. An evaluation of how the seismic primary and secondary waves, Vp and Vs, correlates to rock quality was carried out, and a linear regression analysis was performed to determine if the wave velocities found using the TSP method correlate with the Q value retrieved through the geological mapping. It was found that the TSP method is capable of detecting weaker zones of rock mass, however no correlation between the wave velocities and the Q value used to describe the quality of the rock mass was found. When comparing the TSP results to the MWD results, it was found that the methods could be used as complements to each other as the different methods sometimes detected weakness zones where the other method did not. As the geology in this location of Stockholm Bypass overall was found to be complex with rather poor rock mass quality, it could be concluded that the TSP method might be better suited for less complex geology where the contrast in rock quality is greater. / Tunnel Seismic Prediction (TSP) är en geofysisk undersökningsmetod för att tillhandhålla en prognos av berget framför tunnelstuffen. Metoden har använts i olika typer av berg och bergförhållanden. I Sverige har metoden använts av Trafikverket vid flertalet tillfällen i infrastrukturprojektet E4 Förbifart Stockholm. Metoden är dock relativt ny för de svenska bergförhållandena, vilket gör att det finns ett behov av att utvärdera metodens styrkor och svagheter i dessa förhållanden. I detta masterprojekt har resultaten som tillhandahållits från TSP-metoden jämförts med resultat från andra undersökningsmetoder som använts vid vattenpassagen vid Sätra-Kungshatt där tunneln korsar under Mälaren. Dessa undersökningsmetoder inkluderar geologisk kartering och Measurement While Drilling (MWD). TSP-resultaten har även jämförts med den ingenjörsgeologiska prognosen för området. Vikt har lagts på hur den seismiska primärvågen, Vp, och sekundärvågen, Vs, förhåller sig till den karterade bergkvaliteten. En regressionsanalys har även utförts för att avgöra om resultaten från TSP-metoden korrelerar med resultaten från den geologiska karteringen. Jämförelsen mellan de olika undersökningsmetoderna visade på att TSP kan påvisa svaghetszoner i bergmassan. Dock kunde ingen korrelation mellan våghastigheterna och Q värdet påvisas. Jämförelsen mellan TSP och MWD visade att de båda metoderna generellt visade liknande resultat. Dock kunde vissa avvikelser mellan resultaten från metoderna hittas, vilket göra att metoderna skulle kunna användas som komplement till varandra. Detta då de olika metoderna ibland kunde identifiera svaghetszoner som den andra metoden inte kunde identifiera. De svåra geologiska förhållandena på platsen kan ha bidragit till att TSP-resultaten över lag är relativt svårtolkade, vilket gör att TSP-metoden möjligtvis är bättre lämpad för mindre komplexa bergförhållanden där kontrasten mellan bra och dålig bergkvalitet är tydligare.