Automatic detection of long period events based on subband-envelope processing

Abstract

This work present a novel approach to automatic detection of Long Period events (LP) in continuous seismic records. Without any supervised learning, the proposal is based on a simple processing to search for the LP characteristic shape, duration and band of activity. Continuous raw signals from the seismometer are first filtered into three frequency bands separating lower, central and upper frequency components. These new signals are then processed in parallel to extract subband envelopes and create a characteristic function that enhances LP features. Experiments to test the proposal are presented using: (i) two hours of continuous recordings of the Volcano of Deception Island, Antarctica, containing LP events artificially contaminated with seismic background noise to create low Signal- to-Noise Ratio (SNR) scenarios; (ii) a set of earthquake-like computer generated signals, randomly produced and inserted in the continuous records to recreate a testing environment as challenging as possible. A ROC analysis of the results compared to those of a classical short/long time average (STA/LTA) ap- proach, provides positive conclusions on the performance of the technique presented.

Este trabajo presenta un enfoque novedoso para la detección automática de eventos de Periodo Largo (LP) en registros sísmicos continuos. Sin recurrir a aprendizaje supervisado, la propuesta se basa en un procesamiento sencillo para buscar la forma característica, duración y banda de actividad de los eventos LP. Las señales crudas continuas del sismómetro se filtran inicialmente en tres bandas de frecuencia que separan los componentes de frecuencia baja, central y alta. Estas nuevas señales se procesan en paralelo para extraer envolventes de subbandas y crear una función característica que resalta las características de los LP. Se presentan experimentos para probar la propuesta utilizando: (i) dos horas de registros continuos del volcán de la Isla Decepción, en la Antártida, que contienen eventos LP contaminados artificialmente con ruido sísmico de fondo para crear escenarios de baja relación señal/ruido (SNR); (ii) un conjunto de señales generadas por ordenador con características similares a terremotos, producidas e insertadas aleatoriamente en los registros continuos para recrear un entorno de prueba lo más desafiante posible. Un análisis ROC de los resultados, comparados con los de un enfoque clásico de promedios a corto/largo plazo (STA/LTA), proporciona conclusiones positivas sobre el desempeño de la técnica presentada.