La configurazione ottimale di un array è generalmente ottenuta attraverso un compromesso tra il bisogno di campionare porzioni coerenti del campo d’onda e quello di avere un’adeguata risoluzione azimutale, che richiede un array a larga apertura. Comunque il progetto è limitato dalla geometria dei laboratori sotterranei, cosicchè si è deciso di partire con 20 ricevitori. Per tale motivo l’array ha una piccola apertura (400 m x 600 m) con una spaziatura media tra i sensori di circa 90 m (fig. 1 mostra la mappa dei laboratori e la disposizione dei sismometri), che permette di risolvere lunghezze d’onda tra 180-500 m che corrisponde a velocità di fase tra 0.2-10 km/sec (la risposta in frequenza è nel range 1-20 Hz) .
(fig.1) disposizione delle stazioni nei laboratori
Il principale vantaggio di tali configurazioni è il miglioramento del rapporto segnale/rumore e la possibilità di eseguire analisi dettagliate della propagazione e composizione dell’onda. L’array è operativo dal Maggio 2002. Nella sua configurazione attuale consiste di 19 sismometri a corto periodo a tre componenti (Lennartz 3D-LITE, 1 Hz – fig. 2) ed un sismometro a larga banda Guralp GMC-40 T.
(fig. 2)
I segnali sismici sono digitalizzati localmente ad ogni singola stazione con range dinamico di 24 bits ed una frequenza di campionamento di 100 Hz. La sincronizzazione del dato è ottenuta grazie ad un Oscillatore di precisione il quale trasmette l’impulso sincronizzato tramite un clock atomico ad ogni convertitore A/D di ogni singola stazione. I pacchetti di dati sincronizzati sono inviati via seriale ad un set di cinque PC nodali, i quali sono connessi via Ethernet ad un server centrale ed un processore dati on-line (vedi fig. 3).
(fig. 3)
Il progetto hardware e software di UnderSeis inizia nella metà degli anni novanta; negli anni successivi molti upgrade sono stati sviluppati sotto lo sforzo tecnologico da parte degli ingegneri dell’Università di Granada (Spagna), l’Università dall’Aquila (ora il team si è trasferito presso l’Università di Salerno) e l’I.N.G.V. – Osservatorio Vesuviano.
- Selezione automatica dei dati e procedura di archiviazione
Si è elaborata una procedura automatica per la selezione dei dati (c-shell). Lo script gira su un calcolatore linux dedicato. Lo script lavora come segue (fig. 4):
(fig 4)
- dieci minuti dopo il cambio dell’ora, lo script scarica, via ftp, i files precedentemente generati sul server principale;
- i files sono covertiti in formato SAC (Seismic Analysis Code);
- sui dati è applicato l’algoritmo MUSIC (multiple signal correlation analysis), che calcola lo spettro della slowness, l’azimut di propagazione del campo d’onda ed i parametri di correlazione. MUSIC lavora su 2 s di una finestra temporale scorrevole (con il 50% di sovrapposizione). La griglia di ricerca della slowness varia da -0.5 a 0.5 s/km con passo di 0.02 s/km sia nella direzione x che in y;
- viene poi eseguita una procedura a soglia sullo spettro di potenza della slowness;
- se vi sono dei picchi significativi, un file di testo informativo viene scritto; i files dati SAC sono successivamente tagliati attorno al picco di correlazione (50 s prima e 100 s dopo il picco) in modo da includere tutta la traccia del terremoto e salvato come nuovo file in una nuova directory;
Dopo questa selezione e raccolta automatica dei dati, si effettua un’analisi più raffinata, come segue. Ad ogni evento selezionato vengono calcolate le varie fasi da un operatore. Quindi viene nuovamente applicato l’algoritmo MUSIC usando un griglia di ricerca più fine (da -0.24 a 0.24 s/km con passo di 0.004 s/km nelle due direzioni). Questo metodo permette una più precisa e robusta stima della direzione di arrivo dell’onda piana che attraversa l’array. Misure di azimut di propagazione e ritardi temporali S-P sono usati quindi per valutare la localizzazione epicentrale.
I nostri dati di analisi hanno un intervallo temporale dal 2005 al 2008 e sono associati con la stessa regione sismogenetica che ha causato il terremoto distruttivo del 6 Aprile a L’Aquila (Mw=6.3). Mentre l’analisi di questo massiccio set di dati è rimandato a studi futuri, qui viene descritta l’attività di UnderSeis durante i 2 anni e mezzo precedenti (Luglio 2005 – Dicembre 2008) la sequenza sismica. Durante questo periodo analizzato, UnderSeis ha rilevato più di 1600 terremoti. Per questo set di dati, fig. 5 illustra la distribuzione temporale del numero di eventi per giorno, lo stress rilasciato e la magnitudo.
(fig 5)
Per comparare la capacità di detezione dell’array con quello della RSNC (rete sismica nazionale centralizzata) – INGV, si è calcolato il numero di eventi rilevati dai due sistemi in funzione della distanza dall’array. I risultati, riportati in fig. 6, indicano che le performance di UnderSeis sono migliori o comparabili a quelle della RSNC per distanze epicentrali fino ad una distanza dell’ordine di 25 km.
(fig 6)
Si è calcolata e graficata, successivamente, una mappa di densità dei terremoti (Numero di terremoti per unità di area) per una regione quadrata 50 X 50 km, centrata sul sito dell’array (fig. 7a). La distribuzione della sismicità dell’array è sostanzialmente differente da quella del catalogo della RSNC. In particolare, la principale caratteristica della mappa di localizzazione di UnderSeis è un picco di terremoti localizzato molto vicino alla regione ipocentrale del mainshock del 6 Aprile (fig. 7b). Questo picco, associato con gli epicentri dei due sciami del 2006, è sostanzialmente assente nella mappa di densità della RSNC, dove gli epicentri del 2006 sono shiftati 15 − 20 km a NW.
(fig 7a) 
(fig 7b)
L’array sismico UnderSeis fornisce un potente sistema di monitoraggio per delineare una consistente mappa dell’attività sismica lungo l’Appennino centrale, una delle aree a più alto potenziale sismogenetico d’Italia. La posizione sotterranea del sistema permette una buona soglia di detezione, migliore o comparabile a quella della RSNC, per distanze epicentrali fino a 25−30 km. Inoltre, le registrazioni multicanale in continua e il basso livello di rumore, potrebbero aiutarci nella rivelazione della possibile esistenza di altri segnali di origine tettonica, come quelli legati ai terremoti lenti, o episodi di tremore profondo come riscontrato negli anni passati per molte regioni sismicamente attive del mondo. Le discrepanze azimutali osservate tra le localizzazioni della RSNC e quelle dell’array potrebbero essere attribuite ad una combinazione di una scarsa risoluzione dell’array ed eterogeneità delle velocità che inficiano sia sui travel-time, sia sulla geometria del raggio.
