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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2023.tde-11042023-163503
Documento
Autor
Nome completo
Victor Otávio Salles Moraes Pôrto de Araujo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2023
Orientador
Banca examinadora
Bianchi, Marcelo Belentani de (Presidente)
Maciel, Susanne Taina Ramalho
Nascimento, Aderson Farias do
Título em português
Otimização do software SeisComP para detecção e localização automática de eventos sísmicos regionais no Brasil
Palavras-chave em português
Detecção Automática
SeisComP
Sismicidade Regional
Sismologia
Resumo em português
A Rede Sismográfica Brasileira (RSBR) está em operação desde 2009, sendo atualmente composta por um conjunto de quase 100 estações sismográficas banda-larga, com capacidade de transmissão de dados em tempo real. O monitoramento automático de ocorrências de eventos sísmicos é realizado através do software SeisComP, com poucas modificações em seus parâmetros originais de detecção e localização. Mais de 90% dos eventos no catálogo sísmico da RSBR foram detectados manualmente por analistas, em rotinas diárias de análises dos sismogramas. Visando aperfeiçoar a detectabilidade automática de eventos sísmicos no Brasil, foi realizada uma análise da capacidade de detecção automática da RSBR com base em seu catálogo sísmico, seguida de um estudo para otimizar os parâmetros de detecção (filtros de frequência e janelas STA/LTA, limites para detecção e picker), utilizando eventos conhecidos. Também buscou-se otimizar os procedimentos de nucleação e associação de origens, inclusive os que estão contidos no código-fonte do software, de forma a maximizar a detecção de eventos reais e minimizar os falsos-positivos. Por fim, um novo modelo de velocidades foi proposto, utilizando-se como base o modelo NewBR e rotinas automatizadas de processamento para encontrar o melhor conjunto de parâmetros que minimizam o RMS dos eventos utilizados para a obtenção do modelo. As análises indicaram, como parâmetros otimizados, um filtro passa-banda com frequências de corte de 4,5 Hz e 10 Hz, em conjunto com um picker AIC e janelas de tempo de 0,2 s (STA) e 45 s (LTA), para maximizar as chegadas das ondas P dos eventos regionais. Com relação ao código-fonte do módulo scautoloc, foram estabelecidas novas maneiras de se verificar a validade das origens nucleadas, além da remoção de parâmetros e fluxos arbitrários que prejudicam a localização automática de eventos regionais. Também propõe-se a utilização de malhas de pontos cujos números mínimos de leituras e distâncias máximas para nucleação dependem da densidade de estações em um raio de 10 graus a partir de cada nó da grade. Os resultados indicam que as modificações implementadas aprimoram a detecção automática de eventos sísmicos no Brasil, aumentando de 1024 para 5981 as detecções localizáveis entre 2014 e 2021. Dessas detecções, a quantidade de eventos concomitantes ao catálogo sísmico da RSBR passou de 78 para 292, além de possíveis eventos reais que não constam no catálogo oficial. Os parâmetros das origens apresentaram melhoras significativas, tais como a diminuição dos resíduos temporais, a possibilidade de nucleação com contribuição de poucas estações e a detecção de eventos com baixas magnitudes (M1,5). Ademais, após as modificações, também destaca-se a possibilidade de detecção de detonações em regiões de minas e pedreiras conhecidas.
Título em inglês
Optimization of the SeisComP software for automatic detection and location of regional seismic events in Brazil
Palavras-chave em inglês
Automatic Detection
Regional Seismicity
SeisComP
Seismology
Resumo em inglês
The Brazilian Seismographic Network (RSBR) began operating in 2009 and is currently composed of almost 100 broadband seismographic stations with the capacity for real-time data transmission. The automatic monitoring of seismic events is carried out using the SeisComP software, with few modifications in its original detection and location parameters. More than 90% of the events in the RSBR seismic catalog were detected manually by analysts in daily seismogram analysis routines. Aiming to improve the automatic detectability of seismic events in Brazil, we analyzed the automatic detection capacity of the RSBR based on its seismic catalog. Then, a study was conducted to optimize the detection parameters (frequency filters and STA/LTA windows, limits for detection, and picker) using known events. We also sought to optimize the origins nucleation and association procedures, including those that are part of the software source code, in order to maximize the detection of real events and minimize false positives. Finally, a new velocity model was proposed, based on the NewBR model and using automated processing routines to find the best set of parameters that minimize the RMS of the events used to obtain the model. As optimized parameters, the analyzes indicated a band-pass filter with cutoff frequencies of 4.5 Hz and 10 Hz, an AIC picker, and time windows of 0.2s (STA) and 45s (LTA) to maximize P-wave arrivals from regional events. Regarding the source code of the scautoloc module, new ways of verifying the validity of nucleated origins were established. Furthermore, parameters and arbitrary flows that hinder the automatic location of regional events were removed. We also propose using grid points whose minimum number of wave arrivals and maximum distances for nucleation depend on the density of stations within a radius of 10 degrees from each grid node. The results indicate that the implemented modifications improve the automatic detection of seismic events in Brazil: the detections that can be located increased from 1024 to 5981 between 2014 and 2021. Of these detections, the events also present in the RSBR seismic catalog increased from 78 to 292, in addition to real events that are not in the official catalog. The origins parameters showed significant improvements, such as the decrease in the travel-time residuals of wave arrivals, the possibility of nucleation with the contribution of a few stations, and the detection of events with low magnitudes (M1.5). It is also worth mentioning that, after the modifications, it is possible to detect blasts in regions of known mines and quarries.
 
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Data de Publicação
2023-06-15
 
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