Tracce Sismiche Geofoniche

Confronto tra Geofono e Sismometro

I tre geofoni che abbiamo utilizzato per la costruzione del Sismometro a Geofono sono strumenti molto sensibili. La loro frequenza naturale (frequenza meccanica di risonanza) è di circa 4,5 Hz. A frequenze più basse di 1 Hz la risposta è molto attenuata, mentre rimane abbastanza costante anche a frequenze maggiori. Il segnale prodotto dai sismometri viene campionato dal convertitore ADC ad un rate di 50 Hz, ne consegue che la banda utile di frequenze del nostro apparato va da circa 1 Hz fino a 25 Hz.

Il Sismometro a Pendolo Orizzontale invece lavora su frequenze molto più basse : la sua frequenza naturale è di circa 0,25 Hz (periodo di 4 secondi), a frequenze maggiori la sua risposta cala velocemente. La parte elettronica di amplificazione e filtrazione del segnale inoltre elimina le componenti con frequenza minore di 0,05 Hz e maggiore di 10 Hz. La banda utile quindi va da 0,05 Hz a 10 Hz.

I due strumenti sono quindi complementari : il geofono risponde meglio alle alte frequenze, mentre il sismometro è più sensibile alle frequenze basse.
La diversa risposta in frequenza rende diverso anche il comportamento dei due strumenti nei confronti dei disturbi : il geofono è piuttosto sensibile ai rumori di origine antropica come le vibrazioni indotte dal traffico o dalle persone, mentre il sismometro registra facilmente anche le naturali oscillazioni a bassa frequenza indotte da fenomeni atmosferici e dal moto ondoso negli oceani.
Il grafico a lato mostra l’andamento del rumore sismico naturale in funzione del periodo. Si vede come ci sia un picco attorno al periodo di circa 8 secondi, mentre ci sia un minimo sulla frequenza di 1 Hz e per valori inferiori a 0,1 Hz.

Nel grafico sotto mettiamo a confronto il tracciato registrato dal sismometro (superiore) con il tracciato registrato dal geofono (inferiore) per un sisma di grado 4,7M, verificato ad una distanza di quasi 1000Km (Albania).
Si vede bene come, alle alte frequenze caratteristiche delle onde P, il sismometro sia meno sensibile del geofono, mentre risponda bene alla coda di onde superficiali che non vengono nemmeno rilevate dal geofono.

Anche i fenomeni sismici hanno un contenuto di “armoniche” diverso l’uno dall’altro, in funzione dell’origine, della intensità e della fisica di propagazione delle onde sismiche. In maniera grossolana possiamo dire che nei terremoti di bassa intensità, originati da faglie “piccole”, predominano le alte frequenze mentre nei terremoti più forti (> 5M), originati da faglie lunghe decine e decine di chilometri, sono predominanti le oscillazioni con frequenze inferiori ad 1 Hz e sono più presenti le “lente” onde superficiali che, tra l’altro, si attenuano più lentamente delle onde di volume.

Da quanto esposto sopra appare chiaro come i geofoni siano adatti soprattutto alla rilevazione di sismi locali (sia di bassa che di alta intensità) mentre il sismometro è più adatto alla rilevazione di sismi remoti (di alta intensità). Un sisma remoto di intensità maggiore di grado 5,5-6M viene rilevato in qualsiasi punto del globo.

Tracce Sismiche prodotte dai Geofoni

Sisma Locale Trento (Albiano) – 17/10/2019 – M1.0

I geofoni sono in grado di rilevare terremoti anche molto deboli se si verificano in prossimità della stazione sismica. Sotto si può vedere la rilevazione di un sisma di intensità M1.0 avvenuto a circa 10 km di distanza. Le tre tracce dei geofoni (Z, N-S, E-W) mostrano molto bene l’arrivo delle onde sismiche e permettono di valutare l’entità degli spostamenti del terreno lungo le tre direzioni.

Con un esame più dettagliato dei tracciati sismici si possono distinguere le onde P (la prima parte) e le successive onde S di frequenza minore. Dalla differenza dei tempi di arrivo, valutata in circa 1,8 s, si può ricavare la distanza dell’ipocentro : circa 10 Km.

Sisma Locale Trento (Prezzo) – 17/10/2019 – M1.4

Quella riportata sotto è la rilevazione di un sisma debole, intensità 1,4M, avvenuto a circa 44 Km. In questo caso il segnale è più debole a causa della maggiore distanza. L’evento è stato comunque correttamente rilevato dalla terna dei geofoni e si nota come il segnale maggiore provenga dal geofono orientato secondo l’asse N-S.

Sisma Regionale Austria – 22/10/2019 – M3.9

Quella riportata sotto è la rilevazione di un sisma regionale di intensità 3,9M quindi di intensità medio-bassa, avvenuto a circa 200 Km di distanza. La registrazione mediante i geofoni è molto chiara e questo ci permette di fare alcune valutazioni “quantitative” rappresentate negli schemi riportati sotto.

L’immagine sotto mostra lo spettrogramma del sisma, nel quale si evidenziano i diversi momenti di arrivo delle onde P e delle onde S.

Negli schemi sotto vengono mostrati gli istanti di arrivo delle onde P e delle onde S secondo il modello di velocità delle onde sismiche e la distanza del sisma determinata attraverso le curve dromocrone.

Sisma Regionale Venezia – 25/10/2019 – M3.3

Quella riportata sotto è la rilevazione di un sisma regionale di intensità 3,3M quindi di intensità medio-bassa, avvenuto a circa 150 Km di distanza. Anche in questo caso la registrazione mediante i geofoni è molto chiara.

Negli schemi sotto vengono mostrati gli istanti di arrivo delle onde P e delle onde S secondo il modello di velocità delle onde sismiche e la distanza del sisma determinata attraverso le curve dromocrone.

Sisma Remoto Vanuatu – 21/10/2019 – M6.3

Di seguito riportiamo la rilevazione di un sisma di forte intensità 6.3M avvenuto quasi agli antipodi rispetto all’Italia.

La distanza con l’epicentro è di 16408 Km. Data la distanza e l’intensità del sisma, quello che rileviamo sono soprattutto onde superficiali a bassa frequenza. Infatti il tracciato prodotto dal sismometro, più sensibile alle basse frequenze, mostra chiaramente la traccia del sisma.

Questo sisma alle isole Vanuatu è stato piuttosto violento, infatti è stato registrato anche dai geofoni che, sebbene poco sensibili alle basse frequenze tipiche dei sismi remoti ed intensi, hanno prodotto delle tracce sismiche con la precisa indicazione del sommovimento tellurico, come si vede nei tracciati riportati sotto.

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