5.1 - Redes Sísmicas
5 - Redes Sismicas
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5.1 - Arreglos
5.2 - Estudios de ruido
5.3 - Redes de cobertura mundial, regional y local
5.4 - Redes sísmicas de México
5.5 - Boletines de sismicidad
5.6 - Catálogos de sismicidad y su utilidad
5.7 - Criterios de selección de instrumentación
sísmica
Arreglos: Redes Sísmicas con alta
coherencia entre Señales
ARCES (N Noruega):
4 anillos concéntricos 150, 325, 700 y 1500 m
(3) (5) (7)
(9)
24 SP Z + BB centro
•
•
Tamaño o apertura:
máxima distancia entre 2
estaciones
•
Diferencia red arreglo: técnicas usadas
en procesado (red ↔
arreglo ↔ estación).
“una red puede utilizarse
como un arreglo o un
arreglo como una red “.
MÉtodos de arreglos
•
Método establecidos. Por datos nuevos es muy “de
moda”.
•
Desarrollado para hacer detecciones y localizaciones
muy precisas de explosiones nucleares.
•
Unos nuevos aplicaciones son estudios de temblores
grandes y localización de tremor no-volcánicos.
Método de Arreglos
•
Essentialmente una búsqueda de malla sobre localizaciónes (o backazimuth,angulo de incidencia).
•
La localización nos da una desfase que aplicamos a la señal.
•
Luego se suman las señales (apilado).
•
El valor máximo de la suma se guarda en una figura de backazimuth
contra angulo de incidencia, o en un mapa (este, norte) de
localizaciones de prueba.
•
La mejor localización es la que nos proporciona los desfases que
causan mejor alineamiento en tiempo o mas bien, un apilado mas
grande.
Métodos de arreglos: para amplificar la señal
y detectar la dirección
•
Ventajas:
detección señales muy débiles, mal identificables 1 sitio (detección nuclear)
- mejora localización epicentral: ‘orientación’ del array como antena (prueba ≠ vapp y )
- identificación de fases (≠ vpropagación)
-
NORSAR (Noruega):
60 km Ø
42 sitios
7 subarreglos: 6 SP Z, ~ 3 km Ø
•
Condiciones:
-
r >> 20·Øarreglo
 aproximación ondas planas
r > 10·

“
“
“
r suficientemente pequeña  comportamiento no puntual
alta precisión medida t relativos entre estaciones
uso técnicas específicas:
-
filtrado en velocidad o formación de haz (i: beam forming)
- apilado (i: stacking)
- análisis f-k
-
•
 supresión ruido y mejora ratio s/n
↑↑ volumen datos  tratamiento automático
- detección (filtros STA/LTA, formación de haz)
- procesado
- atributos de la señal (f-k, tllegada, T, amplitud, polarización)
Yellowknife (Canadá):
SP (azul y rojo) + BB (verde)
•
Conceptos básicos:
•
rj: vector posición sitio j respecto sitio referencia
•
: azimut (realmente back-azimut)
•
: dirección de propagación del frente de ondas resp. N
=  ± 180º
•
•
i: ángulo incidencia (≤ 90º)
•
vapp: velocidad aparente con que frente ‘barre’ arreglo
•
[vc, ∞)
•
f(i, vc)
•
-↑,→
s = 1/vapp: lentitud (constante para un rayo específico)
•
s/km local o regional
•
s/º
telesísmico –parám. rayo: 1/(vapp·p), p = 6371/180º ≈ 111.19 km/º-
•
k =  ·s =  /vapp = 2/ número de onda (km-1)
•
j: tiempo de retraso de sitio j respecto sitio de referencia
•
>0: llegada antes a j que a sitio referencia
El tiempo de retraso entre
estaciones depende de la
velocidad aparente y el back
azimut
2 = t2-t1 = L/vc
retraso sitio 2 resp. a 1
vapp = d/(t2-t1) = vc/sen i
i) Si diferencias altitud entre sitios <<
 no corrección (sup. vapp,z = ∞ y sz = 0)
Para sitio j (xj,yj):
ii) Si diferencias altitud entre sitios imp.
(p.ej., pozos)
 corrección:
Apilado (stacking)
si
no existe gran atenuación local entre sitios arreglo
distancia entre sitios próximos
sftem. pequeña  onda plana
 efectos 3D/sitio minimales
sftem. grande  ruido no común en cada sitio
 ruido más incoherente que la señal  mejora ratio señal/ruido por suma (apilado)
señal observada: w(t) = S(t) + n(t) (señal mas ruido)
obteniendo el registro suma o haz (beam) de las trazas de los M sitios del arreglo:
Desfase
Apilado (stacking)
Suponiendo n(t)
distribución normal de amplitudes
valor medio 0
varianza = 2 para todos los sitios
Al sumar las trazas la varianza del ruido queda s2 = M·2  s = √M · 
 ruido apilado  √M
señal apilada  M
vapp = 10 km/s, = 158º, evento en Grecia
 ganancia o mejora en la ganancia G2 = M
fase PcP sismo mar Tierreno, 9.6º
•
Una de las mayores dificultades: detección de señales diferentes del ruido de fondo
•
 uso algoritmo STA/LTA
•
Función de transferencia de un arreglo:
•
describe sensibilidad y resolución arreglo = f (sfase observada, kfase observada, geometría arreglo)

arreglo óptimo para detectar señales con lentitud s0 (señales con otra s: supresión parcial)
•
Influencia de los distintos parámetros del arreglo:
•
apertura: define resolución para k pequeños
•
+ apertura  menor k medible (mayor  
•
 máxima analizable ~ apertura
•
nº sitios arreglo (M): controla habilidad arreglo para suprimir energía que cruza arreglo al
mismo tiempo que señal y con diferente s (≡ filtro en k)
•
distancia entre sitios: define mayor k que puede resolverse (menor  
•
•
menor distancia  menor k para una velocidad dada
geometría: define dependencia de los puntos anteriores con azimut
ej. geometría muy diferente  función transferencia muy distinta  distinta
resolución a la s (lentitud) de un frente
Yellowknife: gran apertura  alta resolución para medir vapp
pobre resolución azimutal
ARCES:
pequeña apertura  incapacidad para resolver ondas con peq. difs en k
resolución azimutal perfecta
•
Análisis f-k
•
dominio f
•
empleado para estimar s de una fase
•
red de 51x51 puntos equiespaciados de s
•
entre -0.4 y 0.4 s/km
•
para cada punto se evalúa potencia del haz:
•
 máxima potencia define s de la fase
Arreglos y estructura
MASE
•
Arreglos 2D (lineares) o
3D
•
más útiles donde los
cambios en estructura
son más grande en una
dimensión que otra
Iglesias et al 2010
•
usados en
experimentos de
reflexión y refracción
Temblor de Sumatra
2004
•
Empezar con una localización de
prueba
•
Alinear los registros
•
Estimar la coherencia entre
sismogramas para la localización
de prueba para una ventana de
tiempo pequeña (aquí 30
segundos).
•
Repetir para todas las
localizaciones en un mapa.
•
Desafortunadamente funciona
mejor para temblores muy
grandes.
•
Difícil interpretar (qué significan
los colores?)
•
En el caso de Sumatra 2004, los
colores fueron interpretados
como deslizamiento
Ishii et al 2007
Temblor de
Japon 2011
Ishii, Harvard
Meng y Ampuero, Caltech
Sismogramas,
usando multiple
ventanas
Ji, UCSB
•
Los circulos y rectangulos
son las localizaciones de
los altas frecuencias, uno
usando el arreglo de los
estaciones en Europa y el
otro con los de USArray
•
El superficie de colores es
el deslizamiento en
derivado por datos de GPS.
Simons et al 2011
Estudios de tremor novolcanico
“The million dollar question”: El tremor no-volcanico es causado por
(a) deslizamiento en el interface (b) por movimiento de fluidos en la
corteza arriba de el interface (c) otro
Para contestar es escencial saber las localizaciones de los tremores.
•
T
Kostoglodov
G-GAP
Kostoglodov
Parte del proyecto son studios de
tremor no-volcanico en la zona de
subducción de Guerrero
Una localización muy precisa es
esencial para entender el proceso físico
que causa los tremores
5 - Redes Sismicas
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5.1 - Arreglos
5.2 - Estudios de ruido
5.3 - Redes de cobertura mundial, regional y local
5.4 - Redes sísmicas de México
5.5 - Boletines de sismicidad
5.6 - Catálogos de sismicidad y su utilidad
5.7 - Criterios de selección de instrumentación
sísmica
Ruido
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•
existe en todo registro (amplitudes ~ 10-3 – 10-8 cm)
dos fuentes:
- instrumentación (sensor, digitalizador, amplificador…)
térmico (mov. browniano masa, muelle…) -1/ m,  h, <<<electrónico (ruido de Johnson -paso I por compons. electrónsruido elementos semiconductores)
 limitación sensibilidad (ppalmente a ↓f -señal ↓, ruido semi ↑-)
- vibraciones del suelo (ruido sísmico)
cultural o humano (↑f, >2-4 Hz, m-km, ++ día/noche, aten. ++ con r o H)
natural: viento (↑f, cualq. cuerpo sobre sup. terrestre + topografía)
circulación atmosférica (variaciones diarias, estacionales…)
marino (microsismos; ↓f; olas -10-16 s- - mareas)
otras fuentes (corrientes de agua, actividad volcánica, etc.)
Fuentes de Ruido
•
Cultural: Por tráfico y máquinas. Frecuencias altas (>2-4 Hz). Cambia
mucho entre noche y dia. Disaparece rápido con distancia de la fuente
y con profundidad.
•
Viento: Similar a ruido cultural, pero por el acoplamiento de
estructuras grandes que se mueven en el viento, puede tener más
frecuencias bajas.
•
Océano: Más grande cerca de las costas, tiene periodos de la mitad a
las ondas en el océano, 0.5*(10-16 segundos). Puede tener
amplitudes hasta 20.000 nm cerca de la costa en tormentas.
La Fuente de el pico
microsísmico
•
El pico microsísmico (8 seg
en el Pacífico, 3-5 seg en el
Atlántico) es causado por
ondas estacionarias en la
costa.
•
Las ondas estacionarias
son la interacción entre
ondas llegando a y
saliendo de la costa.
Ruido Del Sensor
•
Ruido de un 4.5 Hz
Geofon
•
El ruido del sensor es
más que el ruido de la
Tierra (Low Noise
Model)
Ruido
•
•
Ruido
existe en todo registro
• Diferente contenido de frecuencias  diferentes fuentes
Amplitud en cuentas
Frecuencia
dominante del
ruido
Estación MOL (Serv. Sism. Noruego)
40 km del Mar del Norte
¿cómo observar y medir el ruido?
dominio t: depende ancho de banda del filtro usado
Desplazamiento
• Dominio
•
f
espectro de densidad de potencia del ruido en aceleración, Pa( )
u(t): ms-2  U( ): ms-1
•
Potencia instantanea
p(t) = u2(t)
•
u(t): ms-2  p(t): m2s-4 ≡ (ms-2)2
•
u(t): ms-2  PSD(t): m2s-3 ≡ (ms-2)2/Hz
•
Pv( ): (ms-1)2/Hz
•
•
Pa( ): (ms-2)2/Hz
representación ruido:
Regresar a acceleración:
Pd( ): (m)2/Hz
RUIDO
•
Ruido: generalidades y curvas de Peterson (1993)
•
* componentes horizontales > vertical
•
* reducción a profundidad
•
p.ej. enterramiento 0.5 m sitios temporales
•
reducción ++ fluctuaciones Tsuperficie
•
* modelos globales (NHNM y NLNM -new (global) high/low noise models-) (Peterson, 1993)
•
75 estaciones en todo el mundo: límites sup. e inf.
•
* generalmente ruido int. continentess. < costa (pero r>>…)
•
* análisis emplazamiento:
•
t
•
≠ momentos día/semana/estaciones…
Ruido
Ruido en GSN
Ruido y localización
Variabilidad de Ruido
“Lo Nuevo”
•
En la decada pasada fue “rediscubierto” que se puede estimar la función de Green (o
algo similar) entre dos estaciones, haciendo una corelación cruzada de registros largos
de ruido.
•
Primero mapas de velocidad de grupo, ahora hacen mapas de velocidad de fase que
se puede trasladar a modelos 3D de velocidad.
•
El ruido es más grande < 30 segundos, por eso solo tenemos señal para ondas de
superficie con sensitividad a profundidades 30 km (muy aproximadamente).
•
Ya tenemos una exploción en el uso de ruido como señal, en estudios de la estructura
de la Tierra, en escala regional hasta escalas de exploración.
Ruido como señal
Shapiro, Campillo et al 2005
Ejemplo:
Cascadia
Calkins et al, JGR 2011
Velocidad de
fase, Onda
Rayleigh
12 segundos
Ekstrom, Abers,
Webb 2009
??
Velocidad de
Grupo y Fase en
México
•
Lo más nuevo:
Gaite, Iglesias,
Villaseñor,
Herraiz, Pacheco
2012
Gaite, Iglesias, Villaseñor, Herraiz, Pacheco 2012
Ahora: cambios en
velocidades
•
Ahora: Monitorear volcanes, campos de exploración,
zonas de subducción (México) para buscar cambios en
velocidades con tiempo.
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5.1-Redes-30.10.2013