Seismological and geological analysis of mine collapses in Northeast Estonia [Bakalaureusetöö. Juhendaja: Soosalu, H.]

Käesolev töös uuritakse Kirde-Eesti põlevkivikaevandustes toimunud maa-aluseid varinguid, analüüsides aastatel 2008–2023 nende kohta registreeritud seismilisi andmeid. Eesmärk on tuvastada korduvaid mustreid ja neid soodustavaid tegureid, mis võivad viia struktuuriliste riketeni nii aktiivses kaevanduses kui ka piirkondades, mis on aktiivsest tööfaasist möödas. Soome ja Eesti seismojaamade salvestisi töödeldi ja analüüsiti, et eristada varingusignaale teistest erinevat tüüpi seismilistest sündmustest, nagu maavärinad ja lõhkamised pealmaakaevandustes. Filtreerimise, seismogrammide analüüsi ja signaalide summeerimise abil näitab uuring, et Eesti põlevikivkaevanduste varingud tekitavad unikaalseid seismilisi signaale, mida iseloomustavad madalad sagedused ja pikk signaali kestus.

Sündmuste ajalise jaotuse analüüs näitab, et varingud olid uuringuperioodi vältel sagedasemad talvel ja varakevadel, ning et neid toimus eriti öisel ajal. Need mustrid viitavad seosele maapõue pingevälja muutvate keskkonnatingimustega, nagu külmumis-sulamistsüklid, lume sulamine ja põhjavee infiltratsioon ning samuti kaevetööde ajutiste peatumistega. Geograafiliselt näivad varingud olevat kooskõlas teadaolevate geoloogiliste tunnustega, nagu rikked ja karstivööndid, mis rõhutab geoloogiliste tingimuste rolli.

Abstract

The topic of this thesis is underground collapse events in the oil shale mines of Ida-Viru County, northeastern Estonia, through the analysis of seismological data recorded between 2008 and 2023. The aim is to identify recurring patterns and contributing factors that may lead to structural failures within both active mines and areas where no active stages of operations are ongoing. Data from Finnish and Estonian seismic stations were processed and analysed to distinguish collapse signals from other seismic events, such as earthquakes and explosions in quarries or open cast mines. Using filtering techniques, waveform analysis, and signal stacking, the study reveals that mine collapses in Estonian oil shale mines generate uniquely identifiable seismic signals characterized by low-frequency content and prolonged duration.

Analysis of event distribution over time indicates that within the study period collapses were more frequent during winter and early spring, and they took place particularly in the night-time. These patterns suggest a correlation with environmental conditions such as freeze-thaw cycles, snowmelt, and groundwater infiltration, as well as operational pauses that alter the stress state within the mines. Geographically, collapses seem to align with known geological features such as fault structures and karst zones, highlighting the role of geological conditions.