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Rumore sismico

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Rumore sismico
 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Rumore sismico segnale di bassa ampiezza (10-­‐7 – 10-­‐2 mm) C u r v e d i d e n s i t à sempre presente nelle registrazioni sismiche. [email protected] di rumore sismico (Peterson, 1993), costruite da daE sismici acquisiE d a 7 5 s t a z i o n i dislocate in [email protected] il mondo. NLNM: livello minimo di rumore, livelli di rumore al di [email protected] di questo sono osservaE molto raramente. N H N M : l i v e l l o massimo di rumore. 1 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca senza filtro
0.2 – 0.4 Hz
2 – 4 Hz
10 – 20 Hz
stazione sismica MOL (Norvegia) della Norwegian Na/onal Seismic Network. La scala è la stessa per le [email protected] tracce e i numeri a destra indicano la massima ampiezza in counts. 2 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca [email protected] di ampiezza dello spostamento del suolo 10 µm 10-­‐1 µm 10-­‐3 µm microsisma microtremore 10-­‐5 µm 0.1 1 10 secondi periodo Le curve punEnate corrispondono ai livelli massimo, medio e minimo pubblicaE da Brune e Oliver (1959); le curve [email protected] corrispondono a due esempi estremi osservaE in USA; le curve conEnue corrispondono a i limiE di variabilità osservaE in Europa, su bedrock in un’area trafficata (Seismological Observatory Prac/ce, Willmore, 1979), da Havskov 3 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Il traffico veicolare produce amplifica il segnale a alte frequenze (≥10 Hz). 4 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Il rumore sismico viene studiato per differenE finalità: determinare le frequenze di risonanza dei sedimenE di copertura negli studi sulla risposta sismica locale (misure a stazione singola tri-­‐assiale) studiare effe] di polarizzazione nella propagazione (misure a stazione singola tri-­‐assiale) determinare la [email protected] di velocità del [email protected] (misure di array) 5 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Stazione singola array di stazioni che registrano contemporaneamente in diversi punE della superficie terrestre entro piccole distanze (< 1 km). 6 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Array sismico al Mt. Vesuvio. In basso: esempio di registrazione di un minuto di rumore a d u n a s i n g o l a stazione triassiale. (Saccoro] et al., JVGR 2001) 7 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Analisi [email protected] del rumore sismico registrato al Vesuvio. Si nota una componente a bassa frequenza [email protected] all’azione del moto ondoso. Il rumore a frequenza > 1 Hz ha origine antropica e la sua a m p i e z z a m o s t r a u n a variabilità nell’arco della giornata 8 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca La risposta sismica locale Simulazione nella [email protected]à di Roma, da Rovelli, 1991, Le Scienze 100 m 9 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca il caso più semplice :
[ρ(Vs)]rock/ [ρ(Vs)]sed = 6.2
ρs, βs, ξs H
ρr, βr, ξr SH
Amplificazione
[ρ(Vs)]rock/ [ρ(Vs)]sed = 2.5
8
4
0
f0
frequenza
f0 =
VS
4H
10 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Metodo HVSR Il metodo HVSR applicato ai microtremori è stato sviluppato in Giappone negli anni ’70 ed è stato diffuso da Nakamura alla fine degli anni ’80. VS
HS
h
soft layer
VB
HB
HVSR
bedrock
rumore
SH
HS ( f )
A( f ) ≈
= HVSR
VS ( f )
f0
frequenza (Hz)
stima della funzione di amplificazione, A(f ), di uno strato superficiale
11 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca profilo Vs HVSR V S (m/s)
H/V onde Rayleigh 0
profondità (m)
HVSR rumore osservato -40
HVSR rumore sinteEco -80
-120
700
1400
f0
da Fah D. and al., 2001 Geophys. J. Int., 145, 535-­‐549 12 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Polarizzazione La polarizzazione di un’onda rappresenta la direzione del [email protected] spostamento della parEcella del mezzo [email protected] a oscillazione. Onde P polarizzate parallelamente alla direzione di propagazione; Onde S hanno una polarizzazione ad essa ortogonale (SV polarizzate nel piano verEcale, SH polarizzate nel piano orizzontale) Onde di Love polarizzate nel piano orizzontale, normale alla direzione di propagazione; Onde di Raileigh polarizzate nel piano verEcale contenente la direzione di propagazione 13 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Polarizzazione 14 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca La sEma del [email protected] di polarizzazione di segnali sismici la cui direzione di propagazione è nota, può contribuire a definire i Epi di onde. Nel caso del rumore, questo è generato da sorgenE mulEple non note e quindi non si hanno informazioni sulla composizione del campo d'onda. [email protected] svolgendo una analisi di polarizzazione del segnale rumore in [email protected] bande di frequenza, se si osserva una coerenza temporale nella orientazione del [email protected] di polarizzazione, allora si può dedurre la presenza di un campo d'onda direzionale associato a qualche sorgente localizzata o a qualche [email protected] che condiziona la propagazione. 15 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Analisi di dire7vità negli HVSR del rumore ambientale Secondo quanto previsto dal metodo HVSR il rapporto [email protected] tra la componente orizzontale e la componente verEcale del rumore sismico dipende da effe] di sito. In parEcolare un mezzo 1D cosEtuito da uno strato sedimentario poggiante su basamento di roccia genera un picco significaEvo nella curva HVSR. Definiamo tale picco, dovuto ad un eff[email protected] di sito, picco straEgrafico. F r e q u e n z a fondamentale di risonanza del sito a 10 Hz determinata dal [email protected] tra 5 m di argille e il b a s a m e n t o c a l c a r e o (Castellaro, 2008) 16 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Tale picco corrisponde ad un massimo nella componente orizzontale dello spostamento e ad un minimo nella componente verEcale. Nell’ipotesi che il rumore sismico sia cosEtuito prevalentemente da onde di Rayleigh tale condizione si verifica in corrispondenza della frequenza fondamentale di risonanza dei sedimenE che [email protected] il sito. 17 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca da Castellaro, 2008 18 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Per valutare se lo [email protected] HVSR calcolato in un sito mostri un picco in ampiezza di origine straEgrafica, si procede nel modo seguente: Si ruotano le componenE orizzontali del segnale registrato al sito secondo differenE direzioni da da 0 fino a 180 °, con passo di 10° e si calcola la curva HVSR per ogni coppia di azimut. Esempio n.1. Distribuzione degli HVSR in funzione dell'angolo di rotazione e della frequenza. Il picco non mostra variazioni azimutali (picco straEgrafico) 19 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca V Esempio n. 2. Il picco a 0.8 Hz nella curva HVSR presenta una a m p i e z z a c h e v a r i a azimutalmente. Questo può essere connesso ad effe] di dire]vità nella propagazione 20 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Un esempio, la faglia di Pernicana, Mt. Etna La faglia di Pernicana (PFS) è una delle [email protected] [email protected] più significaEve del Mt. Etna, sul fianco NE. È una faglia strike-­‐slip con direzione E-­‐W e lunghezza di circa 18 km. Negli ulEmi decenni, la porzione centrale della PFS è s t a t a c a r a @ e r i z z a t a d a p r o c e s s i d i c r e e p c o n spostamento di circa 2 cm / anno [Azzaro et al., 2001; Obrizzo et al., 2001]. Le zone di faglia a]va in area vulcanica, come la PFS, sono solitamente [email protected] da rocce [email protected] e possono f u n g e r e d a p e r c o r s i p r e f e r e n z i a l i p e r l a migrazione di fluidi (da Di Giulio et a., JGR 2009) 21 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Esempio di registrazione delle tre componenE di rumore sismico ad un sito nell’area etnea in prossimità della faglia e [email protected] di Fourier delle tre componenE del segnale registrato (da Di Giulio et al., JGR 2009) 22 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca RisultaE delle analisi di polarizzazione e di dire]vità degli HVSR a differenE siE nell’area di faglia. Notare la variazione della polarizzazione ai due laE della faglia (da Di Giulio et al., JGR 2009) 23 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Anche se la vera causa della polarizzazione osservata è sconosciuta, la [email protected] rotazione del [email protected] di polarizzazione nella zona di faglia può essere dovuta ad una anisotropia del mezzo [email protected] dal regime di sforzi in [email protected] (Di Giulio et al., JGR 2009) 24 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Esempio n.2 : studio della polarizzazione del segnale rumore sismico registrato in prossimità di un tunnel [email protected] di Seiano, Napoli La [email protected] di Seiano è una galleria arEficiale di età romana che [email protected], con direzione NW-­‐SE, collina di Posillipo, acirca 120 m di profondità. È lunga 773 m con una larghezza compresa tra i 2,5 e i 7 m, ed un’altezza che varia tra 4 e 8 m. 25 Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Ubicazione del tunnel di Seiano nella [email protected]à di Napoli, collina di Posillipo e geometrie di acquisizione del segnale sismico (da Maresca et al., Journ. 26 of Seismol. 2014) Sismologia e Geologia dei Terremo/ – Modulo A -­‐ C.L.M. Scienze e Tecnologie Geologiche – a.a. 2014/15 – R. Maresca Misure nel tunnel Misure in superficie RisultaE delle analisi di polarizzazione. I siE ubicaE nel tunnel non mostrano significaEvi effe] di direzionalità nella polarizzazione del segnale rumore. I siE ubicaE in superficie mostrano effe] di polarizzazione che si interpretano dovuE all’azione di sorgenE arEficiali (da 27 Maresca et al., 2014) 
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