3. Procesado de correlaciones de ruido ambiente

En este ejercicio realizaremos medidas de velocidad de fase y de grupo utilizando un método manual (do_mft) y un método automático.

Los datos que utilizaremos son correlaciones simétricas (promedio de la parte causal y acausal) para estaciones en la Península Ibérica, Marruecos y Canarias. En particular utilizaremos correlaciones entre la estación ARAC (Aracena, Huelva) con todas las demás estaciones de banda ancha con datos disponibles.

3.1. Procesado manual con do_mft

La medida de curvas de dispersión para correlaciones de ruido ambiente con do_mft es igual a la medida para registros de terremotos, excepto que, al conocer la fuente de la correlación (fuerza impulsiva vertical) podemos medir también la velocidad de fase (y no solo la de grupo como en el caso de los terremotos).

Ir al directorio que contiene los archivos con las correlaciones de ruido ambiente:

$ cd 
$ cd exercises/correlations
$ ls                                    # ver el contenido del directorio

Los archivos de correlación contienen el código de las dos estaciones utilizadas y el sufijo _ZZ_S que indica que es una correlación simétrica (_S) entre componentes verticales (ZZ).

Para seleccionar las velocidades de fase y de grupo de las correlaciones de forma manual, ejecutar do_mft con las siguientes opciones:

$ do_mft -G -IG *_ZZ_S

La pantalla que aparece es igual a la que obteníamos en el caso de terremotos, excepto que aprarece una opción adicional: PhVel

do_mft_corr_ftan

Seleccionar la velocidad de grupo siguiendo los mismos pasos que en el ejercicio 1. Cuando esté seleccionada hacer click en PhVel. Entonces aparecerá la pantalla siguiente:

do_mft_corr_phase

En el panel de la derecha se muestra de nuevo el análisis FTAN, y en el de la izquierda las posibles curvas de velocidad de fase. Hay que seleccionar la curva que tenga unos valores de la velocidad similares (un poco superiores) a la curva de velocidad de grupo y/o unos valores razonables para periodos largos. La selección se hace de la misma forma que con la velocidad de grupo, pulsando primero Auto y después haciendo click sobre los puntos que se quieren seleccionar. Los puntos seleccionados cambian a color blanco, como se muestra en la siguiente figura:

do_mft_corr_phase_selected

También cambian a color blanco los puntos equivalentes el la curva de velocidad de grupo.

Para salvar la curva de velocidad de fase hacer click en Save. Esto generará un archivo con el mismo nombre que el archivo del sismograma, añadiéndole la extensión .phv. Después de guardar el archivo de velocidad de fase el programa vuelve a la pantalla de velocidad de grupo. En esta hay que pulsar Exit para guardar el archivo con la velocidad de grupo (extensión .dsp).

Seleccionar por ejemplo el archivo COR_ARAC.IG._MVO.PM._ZZ_S, que es el resultado de correlacionar las componentes verticales (Z) de las estaciones ARAC (Aracena) y MVO (Marvao, Portugal). Realizar la medida de la velocidad de fase y de grupo y guardar los resultados (archivos COR_ARAC.IG._MVO.PM._ZZ_S.phv y COR_ARAC.IG._MVO.PM._ZZ_S.dsp respectivamente). Estas curvas pueden visualizarse utilizando el script plot_aftan_disp.sh:

$ plot_aftan_disp.sh COR_ARAC.IG._MVO.PM.   # COR_ARAC.IG._MVO.PM. es el prefijo de los archivos .dsp y .phv

El script producirá un warning de que faltan ciertos archivos (esto es normal puesto que no han sido creados todavía) y generará un archivo en formato PostScript COR_ARAC.IG._MVO.PM..ps que puede visualizarse con el programa gv:

$ gv COR_ARAC.IG._MVO.PM..ps                 # presionar "q" para salir de gv

cor_manual

La curva obtenida debe ser similar a la figura previa. La línea continua roja corresponde a la velocidad de fase de la onda Rayleigh y la línea discontinua roja la velocidad de grupo.

Debe observarse que la velocidad de grupo es inferior a la velocidad de fase. La velocidad de fase en general será creciente con el periodo, mientras que la velocidad de grupo puede decrecer y presentar máximos y/o mínimos. verify that phase velocity curves usually do not have minima, while group velocities often have.

3.2. Procesado automático utilizando FTAN

Crear un archivo de parámetros llamado aftan.par(p.e. utilizando gedit) que contenga esta línea:

-1 1.0 5.0 2 100 20 1 0.5 0.2 2 COR_ARAC.IG._MVO.PM._ZZ_S

El significado de los valores en las diferentes columnas es el siguiente:

  1. valor interno (ha de ser siempre -1)
  2. velocidad mínima (km/s)
  3. velocidad máxima (km/s)
  4. periodo mínimo (segundos)
  5. periodo máximo (segundos)
  6. umbral (threshold). Normalmente 10 ó 20
  7. factor para el parámetro de filtrado
  8. factor para el taper a la izquierda del sismograma
  9. signal-to-noise ratio para el phase-matched filter
  10. factor para determinar la ventana del phase-matched filter
  11. nombre del archivo con el sismograma/correlación a procesar

Además del archivo de parámetros aftan.par también es necesario un archivo que contenga una curva de velocidad de fase de referencia (promedio). Este archivo se utiliza para hacer el phase-unwrapping a periodos largos y poder decidir la curva de velocidad de fase correcta. El archivo ha de tener el nombre avg_phvel.dat y su contenido es simplemente una tabla con dos columnas: periodo (s) versus velocidad de fase (Rayleigh o Love):

25   3.67411208
29   3.731354
33   3.7900126
40   3.83514428
50   3.85978866
66   3.89791131
83   3.94684219
100  4.00932217

El programa que lleva a cabo el análisis FTAN de forma automática se llama aftani_c_pgl y se ejecuta de la siguiente forma:

$ aftani_c_pgl aftan.par

El programa genera muchos archivos de salida por cada sismograma. El ouptut final está en el archivo con el sufijo _2_DISP.1. En particular, el archivo COR_ARAC.IG._MVO.PM._ZZ_S_2_DISP.1 debería tener el siguiente ascpecto:

   0     2.4990     3.0738       3.0559       3.1335      89.2118   26.546
   1     2.8116     3.1951       3.0545       3.1366      95.1781   18.675
   2     3.1634     3.3792       3.0490       3.1416      98.6959   21.576
   3     3.5591     3.6418       3.0442       3.1492     100.0007   43.248
   4     4.0043     3.9751       3.0510       3.1592      99.5837   48.041
   5     4.5052     4.4000       3.0775       3.1703      97.9055   38.064
   6     5.0687     4.9757       3.1094       3.1813      95.7282   26.265
   7     5.7028     5.6677       3.1311       3.1901      94.0639   34.596
   8     6.4162     6.4176       3.1042       3.1983      92.8465  112.891
   9     7.2188     7.4175       3.0536       3.2166      92.2072   16.057
  10     8.1218     8.7391       3.0346       3.2492      93.0338   13.191
  11     9.1377     9.9074       3.0261       3.2804      95.5471   98.594
  12    10.2808    10.8113       3.0117       3.3062      97.7322  102.493
  13    11.5668    11.8363       3.0007       3.3376      98.5755   91.330
  14    13.0137    13.1025       3.0022       3.3784      98.3737  184.567
  15    14.6417    14.5310       3.0122       3.4247      97.4745  177.030
  16    16.4732    16.0903       3.0118       3.4755      95.8104   78.610
  17    18.5339    17.9128       2.9961       3.5380      93.3626   70.694
  18    20.8523    20.1754       2.9984       3.6215      90.5481  168.184
  19    23.4607    22.9816       3.0772       3.7260      88.0634  158.935
  20    26.3955    26.2221       3.2712       3.8283      86.3873   60.217
  21    29.6973    29.5927       3.5260       3.8993      85.2403  153.496
  22    33.4122    33.1429       3.7558       3.9379      84.0305  151.759
  23    37.5918    37.0773       3.9421       3.9523      82.5334  148.996
  24    42.2942    41.5040       4.0807       3.9475      80.7447  148.715
  25    47.5848    46.5026       4.1547       3.9284      78.7052  149.816
  26    53.5373    52.1546       4.1597       3.9017      76.4666  141.282
  27    60.2344    58.5435       4.1048       3.8736      74.0783  135.621
  28    67.7692    65.7614       4.0021       3.8502      71.5822  128.444
  29    76.2465    73.9076       3.8824       3.8368      69.0113  120.928
  30    85.7843    83.0915       3.7825       3.8357      66.3888  116.806
  31    96.5152    93.4423       3.6997       3.8459      63.7319  113.398

El significado de las columnas relevantes es:

  1. número de medida
  2. periodo nominal de la medida (segundos)
  3. periodo instantáneo de la medida (segundos); este es el valor que nos interesa
  4. velocidad de grupo (km/s)
  5. velocidad de fase (km/s)

El archivo resultante COR_ARAC.IG._MVO.PM._ZZ_S_2_DISP.1 puede dibujarse también con el mismo script que utilizamos para las medidas manuales con do_mft:

$ plot_aftan_disp.sh COR_ARAC.IG._MVO.PM.
$ gv COR_ARAC.IG._MVO.PM..ps

Si para el mismo par de estaciones existen medidas hechas con do_mft y con aftani_c_pgl se superpondrán en el mismo dibujo:

cor_manual_auto

En la gráfica superior las curvas en marrón corresponden a las medidas obtenidas con el método automático aftani_c_pgl, y las rojas con el método manual do_mft. En ambos casos las líneas continuas corresponden a velocidad de fase, y las discontinuas a velocidad de grupo.

Ejercicio: Cómo haríais para procesar todos los archivos de correlación en el directorio de trabajo (455 archivos).

Posible solución:

$ ls -1 COR_*_ZZ_S | awk '{printf("-1 1.0 5.0 2 100 20 1 0.5 0.2 2 %s\n", $1)}' > aftan.dat
$ aftani_c_pgl aftan.par > log        # redirects output to file log