Ambient noise investigation of rock structures in Bohemian Paradise

Abstract

We carry out non-invasive ambient noise investigation of rock structures in Bohemian Paradise (Bohemian Cretaceous Basin, Czech Republic). The study is focused on two key topics: 1) An in-situ elastic moduli estimate of competent, horizontally deposited sandstone layers. This is done by performing an ambient noise array measurement. The recording is processed with f-k array analysis, from which frequency-dependent Love and Rayleigh wave dispersion curves as well as the Rayleigh wave ellipticity are retrieved. The data are inverted for P- and S-wave velocity profiles, from which the Young's and shear modulus are successfully estimated. 2) Study of local response of Kapelník rock tower. We analyse a dataset of ambient noise recordings from the top of the tower and from its foot. Information about tower oscillation frequencies and directions, together with amplification ratios, are retrieved from particle motion polarisation analysis and from site-to-reference spectral ratios. The Euler-Bernoulli beam theory is finally used to interpret the measured data using the elastic moduli estimated from the noise array measurement. Keywords: Bohemian Paradise, rock tower, seismic ambient noise, seismic surface waves

V práci se zabýváme neinvazivním studiem skalních struktur pomocí seismického šumu na dvou lokalitách v Českém ráji (česká křídová pánev). Práce si stanovuje dva dílčí cíle: 1) in-situ odhad modulů pružnosti kompetentních, horizontálně uložených pískovcových vrstev. K dosažení tohoto cíle využíváme tzv. arrayového měření seismického šumu. Záznamy seismického neklidu jsou zpracovány frekvenčně-vlnočíslovou analýzou, ze které jsou získány frekvenčně závislé disperzní křivky Loveho a Rayleigho vln spolu s elipticitou Rayleigho vln. Tyto pozorování jsou invertována za účelem zjištění rychlostních profilů objemových seismických vln, ze kterých jsou pak odhadnuty Youngův a střižný modul zmíněných pískovcových vrstev. 2) Studium lokální odezvy skalní věže Kapelník, v rámci které analyzujeme měření seismického šumu na vrcholu této věže a u její paty. S pomocí polarizační analýzy pohybu částice a ze spektrálních poměrů záznamů stanic v různých výškových úrovních získáme informace o frekvencích a směrech vlastních oscilací věže, spolu s relativním zesílením pohybů vůči stanici u paty věže. K výsledné interpretaci naměřených dat je využita Euler-Bernoulliho teorie pro jednostranně vetknutý nosník s využitím modulů pružnosti odhadnutých z dříve zmíněného arrayového měření šumu. Klíčová slova: Český ráj, skalní...