Seismic survey on an open pingo system in Adventdalen Valley, Spitsbergen, Svalbard

We present the results of a seismic survey on an open‐system pingo, the Innerhytta pingo, located in the Adventdalen Valley, Spitsbergen Island of the Svalbard Archipelago, Norway. To evaluate the temporal evolution of the permafrost, we need detailed knowledge of its heterogeneities, of which pingos are the most visible markers. The seismic velocity contrasts and inversions peculiar to these features can be a problem for a successful seismic survey. The present paper focusses on the limits and benefits of various seismic methods for imaging the subsurface structure of the pingo, with the aim of defining the best practice for shallow seismic exploration. We performed several tests, using classical reflection/refraction arrays, seismic tomography, and surface wave analysis. We tested different kinds of seismic sources and receivers. The combined use of several sources and receivers sets and patterns, and the use of surface wave analysis and body wave tomography allowed constructing a three‐dimensional model of the velocities. For this particular pingo, beneath an approximately 15‐m thick high‐velocity layer, low velocities are found to be present at an anomalously shallow depth. This low‐velocity layer is interpreted to host the ground water circulation that controls the pingo’s structural evolution. Such observations suggest feeding water flow from depth rather than from the near surface, as commonly supposed for open‐system pingos.

Presentiamo i risultati di un'indagine sismica su un pingo a sistema aperto, il pingo di Innerhytta, situato nella valle di Adventdalen, nell'arcipelago di Spitsbergen, nell'arcipelago delle Svalbard, in Norvegia. Per valutare l'evoluzione temporale del permafrost, abbiamo bisogno di una conoscenza dettagliata delle sue eterogeneità, di cui i ping sono i marker più visibili. I contrasti e le inversioni delle velocità sismiche sono caratteristiche che possono essere un problema per un sondaggio sismico di successo. Il presente lavoro si concentra sui limiti e i benefici di vari metodi sismici per l'imaging della struttura del sottosuolo del pingo, con l'obiettivo di definire le linee guida per un'esplorazione sismica superficiale. Abbiamo eseguito diversi test, utilizzando gli array classici di riflessione / rifrazione, la tomografia sismica e l'analisi delle onde di superficie. Abbiamo testato diversi tipi di sorgenti e ricevitori sismici. L'uso combinato di diversi set e pattern di sorgenti e ricevitori e l'uso dell'analisi delle onde superficiali e della tomografia (body waves) hanno permesso di costruire un modello tridimensionale delle velocità. Per questo particolare pingo, sotto uno strato ad alta velocità di circa 15 m di spessore, si riscontrano basse velocità che a questa profondità sono un'anomalia. Questo strato a bassa velocità viene interpretato ospitare la circolazione dell'acqua sotterranea che controlla l'evoluzione strutturale del pingo. Tali osservazioni suggeriscono che il flusso dell'acqua sia alimentato dal profondo piuttosto che da strutture in superficie, come comunemente si suppone per i pingo a sistema aperto.