5.2 - redes sísmicas

5.2 - REDES SÍSMICAS
5 - REDES SISMICAS
5.1 - Redes de cobertura mundial, regional y local+Arreglos
5.2 - Redes sísmicas de México
5.3 - Boletines de sismicidad
5.4 - Catálogos de sismicidad y su utilidad
5.5 - Criterios de selección de instrumentación sísmica
5.6 - Estudios de niveles de ruido
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.
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 Φ)
- identificación de fases (≠ vpropagación)
Condiciones:
NORSAR (Noruega):
60 km Ø
42 sitios
7 subarreglos: 6 SP Z, ~ 3 km Ø
 aproximación ondas planas
- r >> 20·Øarreglo

“
“
“
- 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 (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
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
El tiempo de retraso entre
estaciones depende de la
velocidad aparente y el back
azimut
τ2 = 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  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 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
usados en experimentos de
reflexión y refracción
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 (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
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
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
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