Segnali da sensori extended-band o broad-band

Un sensore broad-band, a differenza di un corto periodo, ha la stessa rispostasia per frequenze intorno a 0.1-0.2 Hz (dove massimo è l’effetto dei microsismimarini) che per frequenze da 1 a 20 Hz, tipiche di un terremoto locale. E’ perquesto che spesso è più facile riconoscere a prima vista un terremoto locale sui corto periodo che sui broad-band.

Rosso: S13 + filtri modulatori

Nero: sensori EB o BB- Lennartz le3d-5s- Trillium 40s- STS2- Trillium 240s

Questo è un terremoto di magnitudo 1.4 registrato a una stazione BB a circa 25 kmdi distanza. Il segnale a alta frequenza è riconoscibile, ma nettamente inferiore inampiezza ai microsismi

Per inciso, la partedi pre-evento è ilsegnale normale inun sito di buonaqualità (i microsismimarini devono essere il segnale nettamenteprevalente)

Evento 23/11/200620:54 UTCStazione MCEL

In realtà, confrontando lo spettro del pre-evento (grigio) con quello del terremoto (nero),si nota che nella banda 2-20 Hz il rapporto segnale-disturbo è molto maggiore di 1

Se filtriamo il segnale in questa banda, il terremoto diventa molto più evidente, e sinota anche un evento di magnitudo minore pochi secondi prima, praticamente indistinguibile sul segnale originale

Non sempre a prima vista si capisce cosa abbiamo davanti: questi potrebbero sembraredue eventi simili ai precedenti: proviamo a filtrare.

Stazione DOI23/11/20066:00 UTC

Il segnale filtrato ci deve insospettire molto: abbiamo due “eventi” identici, ognuno composto da 7 sub-eventi a alta frequenza praticamente identici tra loro, di grandeampiezza e bassa durata.

Sono le campane delvicino campanile (6 UTC = 7 locali).Se guardiamo 1 oradopo vedremo 8 rintocchi

Ovviamente è improbabile (ma nonimpossibile) che questo segnale vadain coincidenza conqualcosa in altrestazioni

Ci sono anche segnali naturali molto simili a terremoti: questo è uno scoppio sommitaledell’Etna

20/11/200619:42 UTC

Confrontiamo lo scoppio con un terremoto tettonico avvenuto pochi minuti prima,alla stazione MMME (circa alla stessa distanza)

Il contenuto in frequenza e la durata sonocompletamentediversi

La differenza è confermata dagli spettri: l’evento vulcanico (rosso) ha uno spettro a bandamolto limitata

Caso sfortunato: due eventi contemporanei, uno nelle Marche e uno in Sicilia, generanouna localizzazione a metà strada, con magnitudo critica (Ml 3.4)Guardiamo le forme d’onda

Caso particolarmentesfortunato, sovrapposizione diuno scoppio dell’Etnae di uno scoppio dicava di Avenale.Perchè l’etneo è unoscoppio l’abbiamo giàvisto: vediamo ilmarchigiano

Stazione più vicina CING: fase S a inizio vago, coda quasi monocromatica

Ancora più evidente dallo spettro (nero), confrontato con un terremoto (rosso):spettro a banda troppo stretta

Altro caso critico: terremoto di Ml 3.2, in mare davanti alla Sardegna, in teoria dacomunicare. Primi campanelli di allarme: strana distribuzione di stazioni, e localizzazione solo su un sistema (niente sull’altro). Errori grossi, ma potrebbeessere la geometria.

Guardando le forme d’onda si capisce tutto: c’e’ stata un’interruzione sul flusso datisatellitare (riavvio dell’acquisizione) che ha provocato un trigger contemporaneo sumolte stazioni. Si capisce perché è solo su un sistema (riavvii mai contemporanei)

A cosa serve un sensore broad-band?

1- maggiore dinamica su una banda più estesa: - minori rischi saturazione e/o distorsione - calcolo magnitudo più facile e sicura

2- migliore risoluzione a bassa frequenza - modellazione sorgenti di terremoti regionali - vedo molto di più da terremoti lontani

Vediamo un esempio, con anche un confronto tra Broad-Band (BB) e Very Broad Band (VBB)

Terremoto Kurili 15/11/2006 Mw 8.3. Stazione STV con Trillium 240s, DOI conTrillium 40s. Notare le fasi a bassa frequenza in coda (R2, L2) visibili su STV

Spettro raw delle componenti verticali. Quasi coincidenti fino a 0.025 Hz (40s), poidifferenza crescente fino a 0.004 Hz (250s), poi spettri paralleli. C’e’ segnale almeno fino a 500 s (0.002 Hz) a DOI, e fino a 1000 s (0.001 Hz) a STV

Nero = DOI-ZRosso=STV-Z

Risposte di trillium 40 (nero) e trillium240 (rosso) ottenute da poli e zeri

Dopo la deconvoluzione della risposta dei due sensori, gli spettri sono sovrapposti finoa circa 0.002 Hz (500 s) .Siti distanti circa 30 km, quindi segnali non identici

Nero = DOI-ZRosso=STV-Z

Deconvolvendo tutte le componenti, le forme d’onda divengono molto più simili, e sinotano le componenti a bassa frequenza anche a DOI

Ma allora a cosa serve un VBB? Torniamo alle risposte: a 0.001 Hz il Trillium40 attenuadi un fattore circa 1000, mentre il Trillium240 attenua solo di un fattore circa 30. Se ilsegnale non è abbastanza forte, sul Trillium40 rischia di uscire dalla dinamica, mentresul 240 no.