5.4 - REDES SÍSMICASusuarios.geofisica.unam.mx/vala/cursos/Registros... · ancho de banda (SP / LP...

5.4 - REDES SÍSMICAS

1Wednesday, November 23, 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


• Principales cuestiones:

tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única permanente / temporal superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino

propósito: monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, sismicidad inducida, vulcanología, etc.)

ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta- rango dinámico (BB / SM / geófono) nº componentes requerimientos de emplazamiento e instalación facilidad de operación / reparación capacidad de almacenamiento portabilidad consumo de energía / fuente de alimentación estabilidad ante cambios ambientales sistema de comunicación presupuesto


• Principales parámetros:

sensor frecuencia o periodo natural constante de amortiguamiento cte. del generador ruido interno nº componentes

digitalizador & rango dinámicoregistrador resolución tasa de muestreo nº canales nivel ruido


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


• Principales cuestiones:

tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única permanente / temporal superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino

propósito: monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, sismicidad inducida, vulcanología, etc.)

ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta- rango dinámico (BB / SM / geófono) nº componentes requerimientos de emplazamiento e instalación facilidad de operación / reparación capacidad de almacenamiento portabilidad consumo de energía / fuente de alimentación estabilidad ante cambios ambientales sistema de comunicación presupuesto RUIDO


RUIDO

existe en todo registro (amplitudes ~ 10-3 – 10-8 cm) dos fuentes: - instrumentación (sensor, digitalizador, amplificador…) térmico (mov. browniano masa, muelle…) -1/α m, α h, <<<- electrónico (ruido de Johnson -paso I por compons. electróns- ruido elementos semiconductores) limitación sensibilidad (ppalmente a ↓f -señal ↓, ruido semi ↑-) - vibraciones del suelo (ruido sísmico) cultural o humano (↑f, >2-4 Hz, m-km, ++ Δdía/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

¿cómo observar y medir el ruido? dominio t: depende ancho de banda del filtro usado

Estación MOL (Serv. Sism. Noruego)40 km del Mar del Norte

Amplitud en cuentas





Amplitud en cuentas

Frecuencia dominante del ruido





Amplitud en cuentas

Frecuencia dominante del ruido

Desplazamiento


p(t) = u2(t)Potencia instantanea


• Dominio f

espectro de densidad de potencia del ruido en aceleración, Pa(ω)



• Dominio f


u(t): ms-2 U(ω): ms-1



• Dominio f


u(t): ms-2 U(ω): ms-1

u(t): ms-2 p(t): m2s-4 ≡ (ms-2)2p(t) = u2(t)

Potencia instantanea


• Dominio f


u(t): ms-2 U(ω): ms-1

u(t): ms-2 p(t): m2s-4 ≡ (ms-2)2

u(t): ms-2 PSD(t): m2s-3 ≡ (ms-2)2/Hz



• Dominio f


u(t): ms-2 U(ω): ms-1

u(t): ms-2 p(t): m2s-4 ≡ (ms-2)2

u(t): ms-2 PSD(t): m2s-3 ≡ (ms-2)2/Hz

Pa(ω): (ms-2)2/Hz



• Dominio f


u(t): ms-2 U(ω): ms-1

u(t): ms-2 p(t): m2s-4 ≡ (ms-2)2

u(t): ms-2 PSD(t): m2s-3 ≡ (ms-2)2/Hz

Pa(ω): (ms-2)2/Hz

Pv(ω): (ms-1)2/Hz



• Dominio f


u(t): ms-2 U(ω): ms-1

u(t): ms-2 p(t): m2s-4 ≡ (ms-2)2

u(t): ms-2 PSD(t): m2s-3 ≡ (ms-2)2/Hz

Pa(ω): (ms-2)2/Hz

Pv(ω): (ms-1)2/Hz

representación ruido: Pd(ω): (m)2/Hz



• Dominio f


u(t): ms-2 U(ω): ms-1

u(t): ms-2 p(t): m2s-4 ≡ (ms-2)2

u(t): ms-2 PSD(t): m2s-3 ≡ (ms-2)2/Hz

Pa(ω): (ms-2)2/Hz

Pv(ω): (ms-1)2/Hz

representación ruido: Pd(ω): (m)2/Hz


Regresar a acceleración:


RUIDO


Ruido: generalidades y curvas de Peterson (1993)

* componentes horizontales > vertical

* reducción a profundidadp.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 “rediscubrido” 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 201123Wednesday, November 23, 11

Velocidad de fase, Onda Rayleigh 12 segundos

Ekstrom, Abers, Webb 2009


Velocidad de fase, Onda Rayleigh 12 segundos

Ekstrom, Abers, Webb 2009

??24Wednesday, November 23, 11

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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