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5.3 - REDES SÍSMICAS

1Wednesday, November 16, 11

5 - REDES SISMICAS

5.1 - Redes de cobertura mundial, regional y local+Arreglos5.2 - Redes sísmicas de México5.3 - Boletines de sismicidad5.4 - Catálogos de sismicidad y su utilidad5.5 - Criterios de selección de instrumentación sísmica5.6 - Estudios de niveles de ruido


METODOS DE ARREGLOS

• Metodos de arreglos es un metodo establecido que por datos nuevos es muy “de moda”.

• Era desarrollado para hacer detecciones y localizaciones muy precisas de explociones nucleares.

• Unos nuevos applicaciones son studios de temblores grandes y localización de tremor no-volcanicos.


Arreglo (array): red sísmica con alta coherencia entre las señales de las estaciones.

Restricciones geometría: dimensiones (tamaño o apertura: máxima distancia entre 2 estaciones

↑↑ calidad datossitio de referencia

diferencia red - arreglo: técnicas usadas en procesado (red ↔ arreglo ↔ estación). “una red puede utilizarse como un arreglo o un arreglo como una red “.

ARCES (N Noruega):4 anillos concéntricos 150, 325, 700 y 1500 m

(3) (5) (7) (9)24 SP Z + BB centro

ARREGLOS


Ventajas:- detección señales muy débiles, mal identificables 1 sitio (detección nuclear)- mejora localización epicentral: ‘orientación’ del array como antena (prueba ≠ vapp y Φ) - identificación de fases (≠ vpropagación)

Condiciones:- r >> 20·Øarreglo aproximación ondas planas- r > 10·λ “ “ “- r suficientemente pequeña comportamiento no puntual- alta precisión medida t relativos entre estaciones (<<)- uso técnicas específicas:

- filtrado en velocidad o formación de haz (beamforming)- apilado (stacking)- análisis f-k

supresión ruido y mejora ratio s/n

NORSAR (Noruega):60 km Ø42 sitios

7 subarreglos: 6 SP Z, ~ 3 km Ø

ARREGLOS


ARREGLOS↑↑ volumen datos tratamiento automático - detección (filtros STA/LTA, beamforming) - 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

Φ: azimut (realmente back-azimut)Θ: dirección de propagación del frente de ondas resp. N Θ = Φ ± 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 = 6371π/180º ≈ 111.19 km/º-

k = ω·s = ω/vapp = 2π/λ número de onda (km-1)

τj: tiempo de retraso de sitio j respecto sitio de referencia

>0: llegada antes a j que a sitio referencia


τ2 = t2-t1 = 1/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 registros en fase sftem. grande ruido no común en cada sitio

ruido más incoherente que la señal mejora ratio s/n por suma (apilado)

señal observada: w(t) = S(t) + n(t)

obteniendo el registro suma o haz (beam) de las trazas de los M sitios del arreglo:


Apilado (stacking)

Suponiendo n(t) distribución normal de amplitudes valor medio 0 varianza = σ2 para todos los sitios

Al sumar las trazas la varianza del ruido queda σs2 = M·σ2 σs

= √M · σ

ruido apilado α √M señal apilada α M ganancia o mejora en la ganancia G2 = M

vapp = 10 km/s, Φ = 158º, evento en Grecia 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 λ)

λ 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 λ)

menor distancia menor k para una v dadageometría: 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

Arreglos 2D (lineares) o 3D

más utiles donde los cambios en estructura son más grande en una dimención que otra

usados en experimentos de reflexión y refracción

MASE

Iglesias et al 2010


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 (aqui 30 segundos).

• Repetir para todas las localizaciones en un mapa.

• Disafortunadamente 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 200716Wednesday, November 16, 11

Ishii, Harvard

TEMBLOR DE JAPON 2011


Meng y Ampuero, Caltech18Wednesday, November 16, 11

Ji, UCSB

SISMOGRAMAS, USANDO MULTIPLE

VENTANAS


• 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.

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Simons et al 2011


ESTUDIOS DE TREMOR NO-VOLCANICO

• T

“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) otroPara contestar es escencial saber las localizaciones de los tremores.

Kostoglodov23Wednesday, November 16, 11

G-GAPParte del proyecto son studios de tremor no-volcanico en la zona de subducción de GuerreroUna localización muy precisa es esencial para entender el proceso físico que causa los tremores


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