Crustal thickness of Estonia: a receiver function analysis [Bakalaureusetöö. Juhendaja: Soosalu, H.; kaasjuhendaja: Jõeleht, A.]

Eesti maakoore paksust on seni uuritud suhteliselt vähe. Varasemad uuringud, mis on tehtud peamiselt 1990. aastate lõpus ja 2000. alguses, tuginesid ainult gravimeetrilistele, magnetilistele ning süvaseismilistele andmetele, andes sageli erinevaid tulemusi. Viimastel aastatel on Eesti seismojaamade võrk oluliselt laienenud, mis pakub võimalust ka maakoore seismoloogilisteks tõlgendusteks.

Käesolevas töös analüüsiti kaugete maavärinate seismilisi andmeid 12 Eesti ja viie lähiriikides asuvast seismojaamast, kasutades vastuvõtjafunktsioonide analüüsi. Meetod põhineb piki- ehk P-laine ja mõnel piirpinnal tekkinud muundunud Ps-laine (pikilaine muundus rist- ehk S-laineks) faasi vahele jääval ajal. Selle ajavahe põhjal on võimalik hinnata Moho pinna ehk Maa koore ja vahevöö vahelise eralduspinna sügavust. Analüüs viidi läbi PyGLImER tarkvarapaketi abil.

Tulemused näitavad suurt Moho sügavuse erinevust Eesti aladel. Kõige väiksem on maakoore paksus Kagu-Eestis – 48 km, ning kõige suurem Loode-Eestis, ulatudes 63 km-ni. Leitud sügavused on üldjoontes kooskõlas süvaseismika ning gravitatsioonianomaalia andmetega.

Analüüsi piirab peamiselt seismojaamade hõre jaotus Lõuna-Eestis ja Lätis. See vähendab nende piirkondade tulemuste usaldusväärsust. Siiski näitavad tulemused, et vastuvõtjafunktsioon on usaldusväärne ja sobiv meetod maakoore ehituse uurimiseks Eesti aladel. Töö pakub uusi teadmisi Eesti maakoore paksuse kohta ning loob aluse tulevastele Maa siseehituse uuringutele.

Abstract

Relatively little research has been conducted on the thickness of the Earth’s crust beneath Estonia and surrounding regions. Earlier studies, conducted in the late 1990s and early 2000s, relied on gravimetric, magnetic, and limited deep seismic sounding (DSS) data, often giving inconsistent results. In recent years, the expansion of the Estonian seismic network has given new opportunities for seismological interpretations.

For this study, seismic data of distant earthquakes from 12 Estonian and 5 nearby regional seismic stations were analysed using receiver function (RF) analysis. The methodology is based on the time delay between the arrival of direct pressure or P-wave and the converted Ps phase, where the P-wave is transformed into a shear or S-wave at an interface. This time difference allows for the estimation of the depth of Moho, the boundary between Earth’s crust and mantle. Most of the analysis was conducted using the PyGLImER software package.

The results reveal significant variation in Moho depth, ranging from 48 km in southeast Estonia to 63 km in the northwest. The findings are broadly consistent with the existing DSS profile and regional gravity anomalies.

The main limitation of this study is the sparse station coverage in southern Estonia and Latvia, which affects reliability of the results in these areas. Nevertheless, the results demonstrate that receiver function analysis is a plausible and effective method for crustal studies in the Estonian region. The findings provide valuable insight into the crust beneath Estonia, and offer basis for future studies that combine seismological, gravity, and other geophysical data.