Progetto S1 Schede di UR - L`Istituto

Transcript

Progetto S1
Schede di UR
32
CONVENZIONE INGV-DPC 2007-2009
Progetti sismologici
Progetto S1 RU T.01 - Barba Salvatore
Titolo Unità di Coordinamento – Coordination Unit
1. Responsabile UR
Salvatore Barba, Primo Ricercatore, INGV, e-mail: [email protected]
Curriculum Vitae
Nato il 07/09/1968, svolge attività di ricerca dal 1992. Primo Ricercatore presso l'INGV dal 2003. È
stato ricercatore presso il Servizio Sismico Nazionale nel 1998 e presso l'INGV dal 1999.
Nell'ambito dell'Unità funzionale "Geodinamica" della sezione "Sismologia e Tettonofisica" effettua
ricerche sullo sviluppo di modelli numerici nell'ambito della sismotettonica dell'Italia. Laurea in
Fisica (1994) e Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra - Geofisica (1999). Ha insegnato con
contratti a tempo determinato in corsi universitari di Sismologia e Geodinamica. Attualmente
insegna “Indagine Geofisica della Litosfera” nel corso di laurea in Geologia dell’Università di Chieti,
dove è membro del Collegio dei docenti del Corso di Dottorato in Geologia ed Evoluzione della
Litosfera. Supervisiona tesi di di laurea sperimentali e dottorato di ricerca presso differenti
università. Ha collaborato in progetti di ricerca con istituzioni nazionali ed internazionali per
modellare alcuni processi nella crosta e nella litosfera. Ha contribuito alla redazione della mappa di
pericolosità sismica del territorio italiano, 2003-2004. Ha svolto diversi lavori originali di sismologia
e geodinamica, pubblicati sulle maggiori riviste internazionali. Ha lavorato allo sviluppo delle reti
sismometrica e accelerometrica italiane, in diversi gruppi di lavoro. Ha sviluppato modelli di sforzo
e deformazione, bidimensionale per gli Appennini e tridimensionale per il Mediterraneo Centrale,
per comprendere la genesi degli eventi sismici in Italia, che è attualmente il suo interesse
principale di ricerca.
Pubblicazioni significative relative ai temi di ricerca del progetto:
Barba S., M. M.C. Carafa, and E. Boschi. Experimental evidence for mantle drag in the
Mediterranean. Geophys. Res. Lett., doi:10.1029/2008GL033281, 2008.
Meletti C., F. Galadini, G. Valensise, M. Stucchi, R. Basili, S. Barba, G. Vannucci, and E. Boschi.
The ZS9 seismic source model for the seismic hazard assessment of the Italian territory,
Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2008.01.003, in press, 2008.
Basili R. and S. Barba, Migration and shortening rates in the Northern Apennines, Italy:
implications for seismic hazard. Terra Nova, 19 (6), 462-468, 2007.
Carminati E., C. Doglioni and S. Barba. Reverse migration of seismicity along thrusts and normal
faults. Earth-Sci. Rev., 65, 3-4, 195-222, 2004.
Barba S. and R. Basili. Analysis of seismological and geological observations for moderate-size
earthquakes: the Colfiorito Fault System (Central Apennines, Italy). Geophys. J. Int., 141, 1, 241252, 2000.
33
2. Personale dell’UR
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Barba Salvatore
Primo
ricercatore
Basili Roberto
Carafa Michele
De Martini
Marco
Paolo
Ente/Istituzione
II fase
INGV, Roma
2
2
Researcher
INGV, Roma
1
1
Research Grant
INGV, Roma
1 (*)
1 (*)
Researcher
INGV, Roma
0
0
2
2
0
0
1
1
Prof.
Straordinario
CTER
INGV, Grottaminarda
Perkins David M.
Research
Geophysicist
USGS, Denver, CO
Pignone Maurizio
Tecnologo
INGV, Grottaminarda
Research
Geophysicist
University of California –
Santa Cruz
Gasperini Paolo
Moschillo Raffaele
Ward Steven N.
Mesi/Persona
(personale a carico del
progetto)
I fase
Università di Roma “La
Sapienza”
Dip. Fisica, Univ.
Bologna
Doglioni Carlo
Mesi/Persona
(personale non a carico
del progetto)
Prof. Ordinario
1
I fase
II fase
1
1
3
3
1
One
designated
task leader
Descrizione del contributo - Versione italiana
3a.1 Stato dell'arte (con riferimenti bibliografici essenziali)
I progetti finanziati dal Dipartimento della Protezione Civile (DPC) hanno carattere nazionale e
coinvolgono molte istituzioni. In passato questi progetti hanno prodotto un’enorme ricchezza di
informazioni molte delle quali sono raccolte in banche dati riservate o aperte al pubblico. Una
efficace attività di coordinamento è necessaria per guidare una così grande e multidisciplinare
comunità di ricercatori che sono distribuiti su tutto il territorio nazionale. I moderni sistemi
informatici consentono di omogenizzare e condividere i risultati scientifici e assicurare che essi
formino una solida base per i futuri progressi scientifici.
3a.2 Obiettivi
L’Unità di Coordinamento ha pochi scopi ma importanti: 1) promuovere lo scambio di tutti i dati e i
risultati tra i partecipanti al progetto; 2) sviluppare le strategie partecipative delle UR; 3) fare in
modo che il progetto costituisca una occasione di apprendimento per tutti i suoi partecipanti.
3a.3 Attività
La prima azione sarà quella di costituire uno steering committee, formato dai due coordinatori del
progetto e i tre responsabili di task che verranno nominati.
1. Organizzazione del flusso lavorativo insieme ai responsabili di task (steering committee).
34
2. Organizzazione del lavoro tecnico per facilitare l’archiviazione e lo scambio dei dati in formati e
specifiche tecniche comuni (e.g. GIS).
3. Promozione della collaborazione con esperti riconosciuti a livello internazionale su temi di
interesse per l’intero progetto.
4. Facilitazione dell’organizzazione di incontri scientifici fra i partcipanti al progetto, nell’ambito dei
task e tra i diversi task.
3a.4 Metodologia
Lo steering committee si riunirà regolarmente per monitorare, revisionare e relazionare ai
rappresentati del DPC gli sviluppi principali del progetto sia in termini materiali che finanziari. Si
potranno inoltre indire audizioni con i coordinatori delle UR.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
Semestre
1
Organizzazione del flusso lavorativo insieme ai
responsabili di task (steering committee)
X
Organizzazione del lavoro tecnico per l’archiviazione e lo
scambio dei dati
X
Collaborazione con esperti riconosciuti a livello
internazionale
Facilitazione dell’organizzazione di incontri scientifici fra i
partcipanti al progetto
X
II
2
1
2
X
X
X
X
X
X
X
X
X
4a. Prodotti
(elencare i prodotti attesi evidenziando quelli di diretto interesse per DPC)
- Database georeferenziato di tutti i risultati del progetto
- Tasso di accadimento dei terremoti, indipendente dal tempo, a scala nazionale derivato da
modelli e dati geologici- Probabilità di accadimento dei terremoti dipendente dal tempo in area
selezionate
- Rapporto tecnico che illustri le eventuali incoerenze tra le metodologie applicate in termini di
tasso di accadimento di terremoti
5. Interazioni con altri Enti/Istituzioni
(elenco e descrizione sintetica delle modalità di interazione)
Tutti gli Enti e Istituzioni coinvolti nel progetto.
6. Possibili interazioni con altri Progetti DPC (indicare quali progetti)
Tutti i progetti sismologici.
Description of Contribution – English version
3b.1 State of the art (including references when necessary)
Projects funded by the Department of Civil Protection (DPC) are national-wide projects that involve
several institutions. In the past, these projects have produced a wealth of information, most of
which is organized in reserved and public databases. Coordination effort is required in such a large
35
and multidisciplinary scientific community that is spread all over the country. Modern information
systems can help in homogenizing and sharing scientific results and ensure that the project legacy
forms a solid base for future research advancements.
3b.2 Goals
The Coordination Unit has few but important purposes: 1) promote the interchange among project
participants of all collected data and results; 2) develop partnership strategies for all RUs; 3) make
the project become a learning experience for all participants.
3b.3 Activity (with timetable for each phase)
The first action that will be undertaken is the constitution of a steering committee, formed by the
two project coordinators and the designated leaders of the three tasks.
1. Organize the work flow with task leaders (steering committee).
2. Organize technical work to help RUs store and share data with common formats and
specifications (e.g. GIS).
3. Seek international collaboration with renown scientists on topics of interest for the whole project.
4. Facilitate organization of scientific meetings for project participants, within and across tasks.
3b.4 Metodology
The steering committee will meet regularly for monitoring, reviewing and reporting to DPC
representatives the main physical and financial progresses of the project. Audits with selected RU
coordinators may also be called.
3b.5 Timetable
I
Phase
Semester
1
Organize work flow of tasks within the steering committee
X
Organize technical work
X
Collaboration with internationally renown experts
Organization of scientific meetings for project participants
X
II
2
1
2
X
X
X
X
X
X
X
X
X
4b. Deliverables
- Georeferenced database of all project results
- Time-independent nationwide earthquake rates derived from models and geological data
- Time-dependent earthquake probabilities in selected regions
- Technical report about the inconsistencies among the different methodologies in term of
earthquake rates
7. Piano finanziario (in Euro)
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1) Spese di personale
2700
2) Spese per missioni
5000
36
Finanziato
dall'Ente/Istituzione
c = a-b
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
Coordinatori di Progetto)
4) Spese per studi, ricerche e prestazioni
professionali
3000
9500
5) Spese per servizi
0
6) Spese per materiale tecnico durevole e di
uso
7) Spese indirette (≤10% del totale)
4100
2700
Totale
27000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2800
6000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
3000
11000
0
uso
7) Spese indirette(≤10% del totale)
2400
2800
Totale
28000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
5500
11000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
6000
20500
0
uso
6500
5500
Totale
55000
37
Finanziato
c = a-b
Convenzione INGV-DPC 2007-2009
Progetto S1 - RU T.02 - D'Ambrogi Chiara
Titolo Modellazione geologica tridimensionale a supporto della valutazione della pericolosità
sismica
1. Responsabile UR
Chiara D’Ambrogi, tecnologo, Servizio Geologico d’Italia/Dipartimento Difesa del Suolo - APAT
Curriculum vitae et studiorum
Luogo e data di nascita: Roma 27 dicembre 1969
POSIZIONE LAVORATIVA
dal 1999
APAT
Geologo (tecnologo) Servizio Geologico d’Italia/ Dipartimento Difesa del Suolo -
STUDI E FORMAZIONE
1999
Sapienza”.
Dottorato di ricerca in Scienze della Terra, Università degli Studi di Roma “La
1996
Corso di Perfezionamento post laurea, Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di
Roma “La Sapienza”.
1995
Laurea in Scienze Geologiche, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”.
PRINCIPALI ATTIVITÀ
Modellazione geologica 3D e banche dati
dal 2006
Coordinatore del Progetto GeoIT3D “Gruppo di lavoro sulla modellazione geologica 3D” del
Servizio Geologico d’Italia/Dipartimento Difesa del Suolo – APAT.
dal 2006
Membro del “Gruppo di lavoro per la Banca dati geologici del Progetto CARG”.
Progetto nazionale di modellazione geologica 3D – realizzazione di modelli tridimensionali:
foglio 280 Fossombrone, città di Roma, Distretto Vulcanico Cimino, area urbana città di Firenze,
Monti Reatini, foglio 386 “Fiumicino” (in realizzazione), Vette Feltrine (in realizzazione).
Rilevamento e cartografia geologica
dal 2006
1:50.000.
Coordinatore scientifico (parte a terra) del foglio geologico 386 “Fiumicino” scala
dal 2003
Coordinatore del gruppo di lavoro per la valutazione tecnico-scientifica dei prodotti realizzati
nell’ambito del Progetto Nazionale di cartografia geologica alla scala 1:50.000 (CARG).
dal 2002
Nazionale.
Coordinatore del Comitato d’area Appennino settentrionale - Comitato Geologico
Rilevatore dei fogli geologici (scala 1:50.000):
F. 280 “Fossombrone” (1991-2001) (depositi mio-pliocenici di bacino e avanfossa); F. 413 “Borgo
Grappa” (2002-2005) (depositi pleistocenici e olocenici costieri); F. 348 “Antrodoco” (depositi
meso-cenozoici di scarpata/bacino; depositi miocenici di avanfossa) (dal 2003).
Pubblicazioni sul tema della ricerca
1. C. D'ambrogi & M. Pantaloni (2007) - Modellazione geologica 3D: esperienze e prospettive.
Rend. Soc. Geol. It., 4, Nuova serie, 43-48.
2. M. Pantaloni & C. D’ambrogi (2005) – La rappresentazione geologica tridimensionale. Un nuovo
strumento per la gestione dei dati territoriali. GEOMEDIA, 5, 16-19.
3. F. Borraccini, M. De Donatis, C. D’ambrogi & M. Pantaloni (2004) – Il Foglio 280-Fossombrone
3D: un progetto pilota per la cartografia geologica nazionale alla scala 1:50.000 in tre dimensioni.
Boll. Soc. Geol. It., 123, 319-331.
38
4. C. D’ambrogi, M. Pantaloni, F. Borraccini & M. De Donatis (2004) - 3D geological model of the
sheet 280 Fossombrone (Northern Apennines) - Geological Map of Italy 1:50,000. In G. Pasquarè,
C. Venturini & G. Groppelli Eds., Atlas “Mapping geology in Italy”. APAT. 193-198. S.E.L.CA.
Firenze.
5. M. De Donatis, S. Jones, M. Pantaloni, M. Bonora, F. Borraccini, G. Gallerini & C. D'ambrogi
(2002) - A national project of three-dimensional geology of Italy: 3D model of Monti della Cesana
from sheet 280 – Fossombrone. Episodes, vol. 25, n. 1, 29-32.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Chiara D’Ambrogi
Tecnologo
Maria Pia Congi
Tecnologo
Marco Pantaloni
Tecnologo
Raffaele Apuzzo
Collaboratore
tecnico
Ente/Istituzione
Servizio Geologico
d’Italia/Dipartimento
Difesa del Suolo - APAT
Servizio Geologico
Servizio Geologico
Servizio Geologico
Mesi/Persona
Giorni/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
1.5
1
1
1
1
1
0.5
1
I fase
II fase
3a.1 Stato dell'arte
Le tecniche di modellazione geologica tridimensionale costituiscono ormai uno strumento
indispensabile per una corretta comprensione e interpretazione delle strutture geologiche
(profonde e crostali) grazie alle loro potenzialità di integrazione di grandi quantità di dati,
soprattutto multi-scala (De Donatis et alii, 2002; de Kemp, 2000; Dhont et alii, 2005; Fernandez et
alii, 2004; Fernandez, 2005; Jones et alii, 2006).
Uno dei vantaggi offerti dalla modellazione 3D è quello di poter consentire l’integrazione e la
comparazione dei molteplici parametri multi-scala che concorrono alla definizione della pericolosità
sismica (es. database DISS, strain-rate, campi di velocità e deformazione, profili sismici,
meccanismi focali) consentendone una completa analisi spaziale.
L’utilizzo di software specifici di modellazione tridimensionale dei corpi e delle strutture geologiche,
arricchiti da tools di analisi della deformazione, può rappresentare quindi un supporto
fondamentale ai fini della valutazione della pericolosità sismica, garantendo la possibilità di
valutare e verificare la coerenza e la congruenza dei modelli ipotizzati, vincolati ai dati disponibili, e
di migliorarli e aggiornarli a seguito dell’acquisizione di nuovi dati.
Nell’ambito delle proprie attività istituzionali il Servizio Geologico d’Italia/Dipartimento Difesa del
Suolo dell’APAT ha sviluppato un progetto di modellazione geologica tridimensionale (GeoIT3D)
finalizzato alla diffusione/visualizzazione dei dati geologici disponibili presso le proprie banche dati
(CARG, L. 464/84, banca dati geofisici), ma anche residenti, nella loro forma più completa, presso
le banche dati di Enti di Ricerca (CNR-ISMAR; INGV) e Pubbliche Amministrazioni (Ministero
Sviluppo Economico) nonché alla produzione di modelli tridimensionali a scale di diverso dettaglio.
Attualmente sono disponibili in formato tridimensionale, grazie a GeoIT3D, diverse tipologie di dati:
ipocentri dei terremoti (CSI INGV 1981-2002), anomalie di Bouguer e anomalie in Aria libera (Carta
gravimetrica d’Italia 1:1.250.000, APAT), isobate del Pliocene (Structural Model of Italy - Progetto
Finalizzato Geodinamica), isobate della discontinuità di Mohorovičić (AA.VV.), isolinee dello
spessore litosferico, mappa del flusso di calore, ubicazione e stratigrafia sondaggi profondi
39
(Ministero Sviluppo Economico - Ufficio nazionale minerario per gli idrocarburi e la geotermia);
ubicazione e immagini delle linee sismiche del Progetto CROP. Tali dati sono visualizzabili in un
unico spazio tridimensionale.
Partendo da questa base di dati, disponibili per l’intero territorio italiano, si possono produrre,
attraverso gli strumenti di interpolazione messi a disposizione dagli applicativi di modellazione
utilizzati, elaborazioni di superfici tridimensionali (es.: faglie, superfici limite tra unità geologiche e/o
strutturali, superfici di discontinuità geofisiche) ed elaborazioni di superfici bidimensionali
rappresentative della variazione di specifici parametri (es.: flusso di calore, anomalie
gravimetriche, velocità orizzontale, strain rate).
Nell’ambito della modellazione tridimensionale restano da risolvere i problemi legati alla
comunicazione dell’incertezza insita nella costruzione dei modelli.
M. De Donatis, S. Jones, M. Pantaloni, M. Bonora, F. Borraccini and C. D’Ambrogi (2002) - A
National Project on Three-Dimensional Geology of Italy: Sheet 280 - Fossombrone in 3D.
Episodes, Vol. 25(1), 29-32.
E. de Kemp (2000) - 3D visualization of structural field data: Examples from the Archean
Caopatina Formation, Abitibi greenstone belt, Québec, Canada. Computers and Geosciences, Vol.
26, 509-530.
D. Dhont, P. Luxey and J. Chorowicz (2005) - 3-D modeling of geologic maps from surface data.
AAPG Bulletin, Vol. 89(11), 1465-1474.
O. Fernandez, J.A. Munoz, P. Arbues, O. Falivene and M. Marzo (2004) - Three-dimensional
reconstruction of geological surfaces: An example of growth strata and turbidite systems from the
Ainsa basin (Pyrenees, Spain). AAPG Bulletin, Vol. 88(8), 1049-1068.
O. Fernandez (2005) – Obtaining a best fitting plane through 3D georeferenced data. Journ. of
structural Geology, Vol. 27, 855-858.
3a.2 Obiettivi
Scopo dell’Unità di Ricerca è la produzione di elaborazioni geologiche tridimensionali che
consentano l’integrazione, a scala nazionale, o in specifici settori di interesse, dei dati esistenti e di
quelli che verranno acquisiti, anche dalle altre Unità di Ricerca, nell’ambito dello sviluppo dei tre
temi principali del Progetto.
Tali elaborazioni saranno di supporto alle attività di studio e analisi condotte dalle Unità di Ricerca
afferenti al Progetto stesso e saranno rese disponibili sia in formato tridimensionale, attraverso
l’utilizzo di visualizzatori 3D o in specifici formati richiesti dalle UR, sia in ambiente GIS, al fine di
garantire la massima fruibilità dei prodotti in particolare per le finalità specifiche del DPC.
L’unità di ricerca garantirà, attraverso l’utilizzo di specifici software di modellazione geologica
tridimensionale, la visualizzazione e l’elaborazione di dati multi-scala, garantendo la massima
integrazione delle informazioni disponibili e supportando le verifiche di congruenza e la validazione
dei modelli ipotizzati da singole unità di ricerca.
3a.3 Attività
Le attività dell’UR si possono così sintetizzare:
1. acquisizione ed elaborazione tridimensionale del Database of Individual Seismogenic Sources
(DISS); i dati verranno integrati in un ambiente 3D con i dati già raccolti ed elaborati nell’ambito del
Progetto GeoIT3D;
2. elaborazioni tridimensionali su aree specifiche individuate come prioritarie nell’ambito del
Progetto o indicate da altre UR come significative o più interessanti per il contesto geodinamico o
per la maggiore disponibilità di dati;
3. elaborazioni 3D, su scala nazionale, dei dati digitali acquisiti e/o prodotti nell’ambito del
Progetto;
4. restituzione delle elaborazioni tridimensionali nei formati di interscambio comuni ai GIS al fine di
garantire la massima fruibilità dei prodotti, in particolare per le finalità specifiche del DPC;
5. visualizzazione, anche via WEB, delle elaborazioni tridimensionali prodotte nell’ambito del
Progetto.
La scansione temporale indicata per le attività 2 e 3 potrà subire cambiamenti in funzione delle
necessità e dei tempi di fornitura dei dati da parte delle altre UR partecipanti al Progetto.
40
3a.4 Metodologia
Gli applicativi di modellazione geologica 3D utilizzati dall’UR (3DMove, 2DMove MVE Ltd.)
consentono la gestione e l’elaborazione di dati geologici, sia in modalità bidimensionale (mappe e
sezioni) che tridimensionale; tali dati sono normalmente multi-scala, variando dalle osservazioni
sull’affioramento alle strutture profonde (crostali e sub-crostali).
L’approccio metodologico multi-scala e multidisciplinare della modellazione tridimensionale
consente quindi di produrre elaborazioni, sia a scala nazionale che a livello regionale o locale, che
tengano conto e siano vincolate a tutti i dati disponibili, risultino geometricamente coerenti e siano
aggiornabili a seguito dell’acquisizione di nuovi dati.
Il workflow di costruzione dei modelli prevede le seguenti fasi:
- acquisizione dei dati, distinti in dati spaziali 3D [tipo x, y, z (metri) e un attributo (età, magnitudo)],
e dati spaziali 2D [caratterizzati da x, y e da una terza variabile: TWT (msec), anomalie
gravimetriche (mGal), flusso di calore (mW/m2)];
- elaborazione e interpolazione dei dati disponibili, attraverso i tools di modeling di 2DMove e
3DMove più adatti alla tipologia, al dettaglio e alla distribuzione dei dati;
- estrazione del modello prodotto nei formati più idonei per successive elaborazioni o per la
semplice visualizzazione.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
-
-
Attività 2
-
X
X
-
Attività 3
-
X
X
-
Attività 4
-
-
X
-
Attività 5
-
-
X
X
4a. Prodotti
Tutti i prodotti attesi, di seguito elencati, si possono considerare di diretto interesse per il DPC:
1. rappresentazione 3D, sull’intero territorio nazionale, dei dati del database DISS. Si prevedono
una fornitura preliminare, di supporto alle altre UR, e una finale;
2. modelli geologici 3D di aree specifiche individuate come prioritarie;
3. rappresentazione 3D, sull’intero territorio nazionale, di dati acquisiti nell’ambito del Progetto
relativamente ai tre temi principali;
4. file in formato di interscambio comuni ai GIS dei modelli e delle rappresentazioni prodotti Si
prevedono una fornitura preliminare, di supporto alle altre UR, e una finale;
5. file in formato .vrml gestibili sui comuni visualizzatori WEB 3D.
41
The three-dimensional geological modeling techniques represent an essential tool to understand
and analyse deep or crustal geological structures; the 3D modeling softwares are able to process
and display great amount of multi-scale data (both surface and subsurface), allowing the analysis
of the true and entire relationships between them and their full integration (De Donatis et alii, 2002;
de Kemp, 2000; Dhont et alii, 2005; Fernandez et alii, 2004; Fernandez, 2005; Jones et alii, 2006).
The three-dimensional modeling allows, through a full space analysis, the integration and
comparison of multi-scale multiple parameters useful in the definition of the seismic hazard (i.e.
DISS database, strain-rate, speed and deformation fields, seismic sections, earthquakes
mechanisms).
The use of specific three-dimensional modeling software, improved by deformation analysis tools,
represents a fundamental support to the seismic hazard assessment; it allows to verify the model
coherence related to the available data and to rebuild or update the model owing to information
updating.
The Geological Survey of Italy has improved its institutional activities promoting a project
(GeoIT3D) aimed to the reconstruction and visualization of three-dimensional geological models
using both surface and subsurface data collected in SGI databases (CARG, L. 464/84,
geophysical) or in other national databases (CNR, INGV). At present GeoIT3D includes the
following data: Italian Seismicity Catalogue (CSI INGV 1981-2002), gravimetric anomalies (Gravity
map of Italy 1:1.250.000, APAT), base of Pliocene isobaths map (Structural Model of Italy Progetto Finalizzato Geodinamica), Moho isobath maps, lithosphere thickness map, heat flow map,
deep wells for hydrocarbon and geothermal exploration (Italian Economic Development Ministry),
CROP (Deep Crust) Project - seismic lines. All data are stored and visualized in a real 3D space.
Starting from this database, available for the entire Italian territory, can be built, using the
interpolation tools of 3D modeling software, three-dimensional surfaces (i.e. faults, geologic and/or
structural boundary surfaces, geophysical discontinuities) and bi-dimensional surfaces
representative of specific parameters variation (i.e. heat-flow, gravity anomalies, horizontal seismic
speed, strain rate).
The future goal of 3D geological modeling will be to find the solution in the communication and
description of the uncertainty for each built model.
M. De Donatis, S. Jones, M. Pantaloni, M. Bonora, F. Borraccini and C. D’Ambrogi (2002) - A
National Project on Three-Dimensional Geology of Italy: Sheet 280 - Fossombrone in 3D.
Episodes, Vol. 25(1), 29-32.
E. de Kemp (2000) - 3D visualization of structural field data: Examples from the Archean
Caopatina Formation, Abitibi greenstone belt, Québec, Canada. Computers and Geosciences, Vol.
26, 509-530.
D. Dhont, P. Luxey and J. Chorowicz (2005) - 3-D modeling of geologic maps from surface data.
AAPG Bulletin, Vol. 89(11), 1465-1474.
O. Fernandez, J.A. Munoz, P. Arbues, O. Falivene and M. Marzo (2004) - Three-dimensional
reconstruction of geological surfaces: An example of growth strata and turbidite systems from the
Ainsa basin (Pyrenees, Spain). AAPG Bulletin, Vol. 88(8), 1049-1068.
O. Fernandez (2005) – Obtaining a best fitting plane through 3D georeferenced data. Journ. of
structural Geology, Vol. 27, 855-858.
3b.2 Goals
The objective of the Research Unit (RU) is the realization of three-dimensional geological
elaborations that permit the integration, to national or local scale, of available data with the data
that will be acquired, from other RUs, within the development of the three main topics of the
research project.
42
These elaborations will support the study and analysis activities developed from the project RUs
and will be made available in three-dimensional format, through the use of 3D viewer, or in specific
GIS file format to guarantee the availability of the elaborations, particularly for the specific
purposes of the DPC.
This RU will guarantee, using specific three-dimensional modeling software, the visualization and
the elaboration of multi-scale data, assuring the maximum integration of the available information
and supporting the coherence and consistency verifications and the models validation.
The UR will carry out the following activities:
1. Acquisition and elaboration of the Database of Individual Seismogenic Sources (DISS) to
construct and modeling in 3D single seismogenic source (individual or area) for the entire Italian
territory; these data will be integrated, in a 3D environment, with pre-existing data, collected for
GeoIT3D Project;
2. 3D modeling of priority test areas, concerning the aims of S1 Project or specific needs of other
RUs, identified for geodynamic peculiarities or data availability;
3. 3D elaborations, for the entire Italian territory, starting from new digital data produced or
acquired during the Project;
4. supplying, in common GIS file format, the three-dimensional elaborations (national to local scale)
to be used for the purposes of DPC;
5. WEB visualization and dissemination of three-dimensional elaborations produced during the
project.
The timetable for activity 2 and 3 could change depending on the purposes of the other RUs
involved in the Project and on the availability of data needed for the modeling.
3b.4 Metodology
The three-dimensional modeling software suite used by the RU (3DMove, 2DMove MVE Ltd.)
allows to manage, in 2D (map or section view) or 3D environment, and to process multi-scale
geological data, from outcrop observations up to deep structures (crustal and sub-crustal).
The three-dimensional modeling techniques, based on multi-scale and multidisciplinary approach,
make possible to build geological models and representations, from local up to national scale,
constrained to all the available data.
The workflow includes:
- the collection of 3D digital spatial data [characterized by x, y, z or multiple z-value (in meters) and
attributes (age, magnitude, litostratigraphic unit)] and 2D digital spatial data [characterized by x, y
(in meters) and attribute as, for example, TWT (msec), gravity anomalies (mGal), and heat flow
(mW/m2)];
- data elaboration, model building and conditioning using the interpolation and modeling tools of
2DMove and 3DMove (MVE Ltd.) software suite;
- export of the three-dimensional models in file format useful for further elaborations or for
visualization.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
X
-
-
Activity 2
-
X
X
-
Activity 3
-
X
X
-
43
Activity 4
-
-
X
-
Activity 5
-
-
X
X
4b. Deliverables
All the following deliverables are useful for the specific purposes of the DPC:
1. 3D representations of seismogenic sources from DISS database, for the entire Italian territory.
Preliminary and final releases are expected;
2. 3D geological models of priority test areas;
3. 3D representation, covering the entire Italian territory, building from new data acquired during
the Project concerning the three main topics;
4. files, in common GIS file format, exported from the produced 3D models and representations.
Preliminary and final releases are expected;
5. files, in .vrml format, for 3D WEB visualization.
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
750
0,00
2000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
0
0,00
0
0,00
4200
0,00
750
0,00
7700
44
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
2100
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
0,00
200
Totale
0,00
2300
7.3. Totale
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
750
0,00
4100
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
Totale
4200
0,00
950
0,00
10000
45
Progetto S1 - RU 1.01 - Braitenberg Carla
(Task A)
Titolo Tassi di deformazione crostale verticale lungo le coste Italiane da osservazioni congiunte
mareografiche e altimetriche satellitari (DEFdaMARSAT).
1. Responsabile UR
Carla Braitenberg, Ricercatore
Dipartimento di Scienze della Terra, Via Weiss 1, 34100 Trieste.
Tel. 040 5582258, Fax: 040 575519, e-mail: [email protected]
Breve CV
Ricercatore confermato dal 1995 presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di
Trieste e responsabile della stazione clinometrica a banda ultra-larga e a base lunga della Grotta
Gigante, nonché delle 6 componenti di misura delle deformazioni di sottosuolo della stazione di
Villanova; Laurea in Fisica (Summa cum laude) nel 1987, conseguita all’Università degli Studi di
Trieste; conseguimento del titolo di Dottore di Ricerca nel 1992 all’Università degli Studi di Trieste.
Attualmente CB coordina un gruppo di lavoro composto da 1 tecnico informatico, 1 tecnico, 1
borsista, 2 studenti laureandi e 1 Dottorando dell’Universita’ di Bratislava, i quali si occupano tutti
dei temi inerenti le deformazioni crostali, la modellazione del campo di gravità, e della variazioni di
livello marino come osservate da mareografi e da altimetria satellitare. CB ha ampia esperienza
nell’interpretazione, analisi e modellazione di osservazioni di movimento crostale. Ha modellato la
deformazione cosismica dell’evento di Merano del 2001 e di tutti gli eventi sismici del Friuli dal
1977 dei quali era disponibile il segnale cosismico deformazionale (Braitenberg, 1999; Caporali et
al., 2001). Ha dimostrato che gli effetti idrologici e termici costituiscono una parte considerevole del
segnale osservato di deformazione (Braitenberg, 2000). Ha modellato con successo il segnale
idrologico con l’impiego di filtri adattivi (Braitenberg, 1999). Ha inoltre considerato i segnali dovuti
alla marea terrestre, alle maree di carico, ed alle oscillazioni libere. CB ha contribuito alla
conoscenza della struttura crostale delle Alpi Orientali, in particolare della struttura di densità e
dello stato di equilibrio isostatico (Braitenberg et al., 1997; 2001; 2002). Ha sviluppato un metodo
innovativo per l’inversione e la modellazione diretta dello spessore elastico (Te), che permette una
risoluzione spaziale migliore dei metodi tradizionali spettrali (Braitenberg et al., 2002).
Capacità organizzative: CB possiede eccellenti capacità di coordinamento ed ha una vasta
esperienza nel dirigere progetti scientifici. In particolare, CB mantiene attualmente degli stretti
contatti con le Università di CAUKiel, FSU Jena, USP di San Paulo (Brasile) e con il NGU,
Trondheim (Norvegia).
CB è autrice o co-autrice di piu’ di 50 pubblicazioni, oltre il 70% delle quali su riviste internazionali.
I riferimenti bibliografici di CB sono reperibili in rete al:
http://www.units.it/~geodin/biobraitenberg.html
- 5 pubblicazioni significative relative ai temi di ricerca del progetto:
1.
Braitenberg C., Zadro M. (2007) Amplitude ratios of the free oscillations generated by the
Sumatra-Andaman Islands 2004 and the Chile 1960 earthquakes, Bulletin of the Seismological
Society of America, Vol. 97, No. 1A, pp. S6–S17, January 2007, doi: 10.1785/0120050624.
46
2.
Park J., Song T. A., Tromp J., Okal E., Stein S., Roult G., Clevede E., Laske G., Kanamori
H., Davis P., Berger J., Braitenberg C., Van Camp M., Lei X., Sun H., Xu H., Rosat S., 2005,
Earth’s free oscillations excited by the 26 december 2004 Sumatra-Andaman earthquake, Science,
308, 1139-1144.
3.
Caporali A., Braitenberg C., Massironi M. (2005) Geodetic and Hydrological Aspects of the
Merano Earthquake of July 17, 2001, J. of Geodynamics, 39, 317-336.2.
4.
Braitenberg C., Romeo G., Taccetti Q., Nagy I. (2005) The very-broad-band long-base
tiltmeters of Grotta Gigante (Trieste, Italy): secular term tilting and the great Sumatra-Andaman
Islands earthquake of December 26, 2004, J. of Geodynamics, 41, 164-174.
5.
Braitenberg, C., Nagy, I., Negusini, M., Romagnoli, C., Zadro, M. and Zerbini S. (2001)
Geodetic measurements at the northern border of the Adria plate, Millennium Issue of the Journal
of Geodynamics, Vol. 32, N. 1/2, 267-286.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Ricercatore
Conf.
Dip. Scienze della Terra Braitenberg Carla
Universita’ di Trieste
Dip. Scienze della Terra
Nagy Ildiko’
Co.Co.Co.
Dip. Scienze della Terra Patrizia Mariani
borsista
Dip. Ingegneria Civile e
Cefalo Raffaela
Prof. Associato
Ambientale
Laurea in Sc. Dip. Scienze della Terra Barbara Grillo
geologiche
Persona
da
Borsista
Dip. Scienze della Terra assegnare
Laureata/o
Dip. Scienze della Terra
Persona
da
e Dip. Scienze
Borsista
assegnare
Ambientali e Marine
Giorni/Persona
Giorni/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
5
5
4
1
1
1
1
1
1
1
4
I fase
II fase
2
8
0
Le variazioni del livello mare possono essere osservate riferendosi a due sistemi di riferimento: il
primo misura la variazione di livello rispetto alla crosta terrestre (geologia, geomorfologia, coralli,
archeologia, mareografo); il secondo si riferisce alla posizione nota dell’orbita di un satellite.
Risulta che il primo gruppo di metodologie, anche se riguarda scale temporali molto diverse (104
anni – ore), fornisce sempre variazioni temporali di livello mare che sono la somma della
variazione dovuta ad un aumento del volume dell’acqua e del movimento verticale della crosta. Le
osservazioni satellitari altimetriche (e.g. Fu e Cazenave, 2001) invece forniscono la variazione del
livello del mare indipendentemente dal movimento crostale. Segue che, nel caso si avessero
ambedue registrazioni contemporanee per lo stesso sito, potremmo risalire al movimento verticale
crostale (Fenoglio-Marc et al., 2004). Per il Mediterraneo tale condizione e’, almeno in teoria,
verificata, in quanto esiste una rete nazionale mareografica che copre tutte le coste italiane e che
puo’ essere usata a questo scopo. I dati satellitari altimetrici sono disponibili per un intervallo di
tempo che si estende dal 1992 al presente.
Fenoglio-Marc et al., 2004
Fenoglio-Marc, L. Groten, E. and Dietz, C. (2004). Vertical land motion in the Mediterranean Sea
from altimetry and tide gauge stations, Mar. Geod., 27, 3-4, 683-701.
47
Fu L.-L. and A. Cazenave (2001) Satellite and altimetry and Earth Sciences, Academic Press,
pp.463.
3a.2 Obiettivi
La ricerca e’ modulare, ed e’ composta di
modulo1: determinazione della variazione relativa del livello mare dall’analisi dei mareografi lungo
le coste italiane
modulo 2: determinare la variazione del livello mare da satellite altimetrico
modulo 3: calcolare i tassi attuali verticali per la costa italiana, in riferimento alla disponibilita’ dei
dati mareografici e dei dati altimetrici satellitari
3a.3 Attività
a) Analisi mareografi: esame dei dati mareografici disponibili lungo le coste italiane. Verifica
attendibilita’ tramite analisi di correlazione con alcune stazioni scelta come riferimento.
b) Analisi dati satellitari altimetrici Topex/Poseidon e Jason 1, anni 1992-2008, in corrispondenza
dei mari adiacenti alle coste italiane
c) Determinazione tassi verticali attuali da confronto osservazioni mareografiche e altimetriche
d) per area Sicilia-Calabria: confronto dei tassi verticali attuali con quelli determinati da
metodologie geologiche e geomorfologiche.
3a.4 Metodologia
a) Analisi statistica di correlazione mutua della osservazioni mareografiche. Determinazione
dell’incremento del livello mare per ogni stazione con metodologia ai minimi quadrati.
b) Analisi statistica osservazioni altimetriche satellitari. Campionamento: 10 giorni. Interpolazione
osservazione satellitare su griglia regolare.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Analisi mareografi, coste italiane
x
x
-
-
Interpolazione T/P_Jason 1, coste italiane
-
-
x
x
Tassi verticali attuali, coste italiane
-
-
-
x
Tassi verticali attuali e confronto con
geologia/geomorfologia, Cal.Sicilia
-
-
-
x
4a. Prodotti
a) Tassi di variazione relativa livello mare da mareografi, coste italiane
b) Tassi di variazione livello mare da satellite altimetrico
c) Tassi verticali attuali per coste italiane
Collaborazione con geologi e geomorfologi impegnati nel calcolo del tasso verticale in SiciliaCalabria (Università di Napoli, Università di Catania) su scala olocenica.
48
- Interazione con il progetto che prevede il calcolo dei tassi verticali con metodologie
geomorfologiche-geologiche (respons. Luigi Ferranti, Universita’ di Napoli)
- Interazione con il progetto che propone di calcolare i tassi verticali tramite utilizzo di metodologie
SAR
3b.1 State of the art
The sea level change can be observed relative to two different reference systems: the first
measures the sea level change relative to the earth crust (geology, geomorphology, corals,
archaeology, tide gauges); the second one uses the satellite orbit as a reference system. It follows,
that the first group of methodologies, which covers a large range of time-frames (105 years –
hours) , always gives a sea level change which is the sum of the effect of a volume change of the
water and the vertical movement of the crust. The satellite observations (e.g. Fu and Cazenave,
2001) give the sea level change independently of the crustal vertical movement. It follows, that in
the case that both observations are available for the same time-period and for the same place, we
can estimate the vertical crustal movement (Fenoglio-Marc et al., 2004). For the Mediterranean
touching the Italian coasts this condition is fulfilled, at least in theory, due to the fact that Italy has a
nation-wide network of tide-gauges covering the Italian coasts that can be used for our scope. The
satellite observations are available for the years from 1992 to present.
Fenoglio-Marc, L. Groten, E. and Dietz, C. (2004). Vertical land motion in the Mediterranean Sea
from altimetry and tide gauge stations, Mar. Geod., 27, 3-4, 683-701.
Fu L.-L. and A. Cazenave (2001) Satellite and altimetry and Earth Sciences, Academic Press,
pp.463.
3b.2 Goals
The research is modular, and is composed of:
module1: determination of the relative sea level change from the analysis of tide-gauges along the
italian coast.
module 2: determine the sea level change from altimetric satellite
module 3: vertical crustal movement rates for the entire italian coast, in reference to availability of
the tide gauge data.
a) tide gauge analysis; critical examination of the tide gauge data available in Italy. Verify reliability
of data by correlation analysis with a few stations used as reference stations.
b) Study of the satellite altimeter observations Topex/Poseidon and Jason 1, years 1992-2008, for
areas adjacent to Italian coastline.
c) Determine the present vertical rates from the comparison of tide-gauge and altimetyric sea level
variations, Italian coastline.
d) area Sicily-Calabria : comparison of present rates with those recovered from geologicalgeomorphologic observations.
3b.4 Methodology
a) Statistical analysis of cross-correlation of the tide gauge stations. Determine sea level change
by least squares model fitting for every station.
b) Statistical analysis of the satellite altimetric observations. Sampling is 10 days. Interpolation of
satellite tracks on regular grid.
49
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Tide gauge analysis, Italian coastline
x
x
-
-
Interpolation T/P_Jason 1, Italian coastline
-
-
x
x
Present vertical rates, Italian coastline
-
-
-
x
Comparison to geological/geomorphoplogical rates,
Cal.-Sic
-
-
-
x
4b. Deliverables
a) Relative sea level change from tide gauges, Italian coast
b) Sea level change from altimetric satellite, Italian coast
c) vertical crustal movement rates for Italian coast
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
800
1500
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
5200
0
uso
0
800
Totale
8300
50
Finanziato
c = a-b
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1600
1500
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
12000
0
uso
0
1600
Totale
16700
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2400
3000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
17200
0
uso
0
2400
Totale
25000
51
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 1.02 - Caporali Alessandro
(Task A)
Titolo Velocità e tasso di deformazione da dati geodetici GPS
1. Responsabile UR
Alessandro Caporali, Professore Associato di Geofisica della Terra Solida, SSD GEO10,
Dipartimento di Geoscienze/Università di Padova
- Breve CV
Alessandro Caporali si è laureato in Fisica presso l’Università di Padova nel 1975 con 110/lode
con una tesi sulla meccanica celeste relativistica. Sullo stesso argomento ha ottenuto nel 1979 il
dottorato di ricerca tedesco presso il Max Planck Institut fuer Physik und Astrophysik di Monaco di
Baviera, con al valutazione ‘sehr gut’. Dal 1979 al 1984 è stato post doc prima con la National
Academy of Sciences, poi su contratto con la Soc. Telespazio, presso i centri NASA Marshall
Space Flight Center e Goddard Space Flight Center, e presso il MIT / Department of Earth and
Planetary Sciences. Come dipendente Telespazio ha partecipato alla realizzazione della Stazione
di Geodesia Spaziale di Matera per conto dell’ASI. Ha svolto ricerche di gravimetria e geodesia in
Himalaya Karakorum dal 1987 al 1998 sotto la direzione del prof. Ardito Desio. Ha partecipato ai
progetti WEGENER e Crustal Dynamics Project della NASA specializzandosi nelle tecniche VLBI,
Laser Ranging e GPS. Dal 1994 contribuisce alla Rete GPS EUREF con la stazione di Padova, e
dal 1999 coordina il Local Analysis Center di Padova per conto dell’EUREF, del quale è membro
del Technical Working Group. Ha partecipato al progetto Europeo CERGOP 2 sulla Geodinamica
dell’Europa Centrale, e a vari progetti PRIN e CNR sulla geodinamica del Mediterraneo. Ha
partecipato come coordinatore locale al progetto S2 dell’INGV – DPC, e partecipa al progetto
Topoeurope dell’ESF sull’evoluzione in 4 D dell’Europa. Assiste l’IGM per la rete dinamica
nazionale GPS. E’ socio dell’AGU, EGU e GNGTS, e dell’Associazione Italiana di Cartografia. Fa
infine parte del gruppo ristretto di sei Esperti Europei per la redazione delle specifiche tecniche
della Direttiva Europea In spire in tema di sistemi di riferimento.
5 pubblicazioni significative relative ai temi di ricerca del progetto
CAPORALI A., C. Aichhorn b, M. Becker c, I. Fejes d,e, L. Gerhatova f, D. Ghitau g, G. Grenerczy
d,e, J. Hefty f, S. Krauss b, D. Medach, G. Milev i, M. Mojzes f, M. Mulic j, A. Nardo a, P. Pesec b,
T. Rusg, J. Simek k, J. Sledzinski l, M. Solaric h, G. Stanglm, F. Vespe n, G. Virag d, F. Vodopivec
o, F. Zablotskyi p. (2008) . Geokinematics of Central Europe: New insights from the CERGOP2/Environment Project. J. of Geodynamics, accettato per Pubblicazione.
CAPORALI A. (2006). Adding geodetic strain rate data to a seismogenic context. BOLLETTINO DI
GEOFISICA TEORICA E APPLICATA. vol. 47, pp. 455-479 ISSN: 0006-6729.
CAPORALI A., J. SLEDZINSKI. (2006). Geokinematics of Central Europe from GPS data.
REPORTS ON GEODESY. vol. 2(77), pp. 17-28 ISSN: 0867-3179.
J. HEFTY, L. GERHTOVA, C. HASLINGER, S. KRAUSS, M. BECKER, R. DRESCHER, G.
GRENERCZY, R. KRATOCHVIL, T. LIWOSZ, CAPORALI A. (2006). Analysis of CEGRN 2005 as
the eight CERGOP observing campaign. REPORTS ON GEODESY. vol. 1(76), pp. 39-46 ISSN:
0867-3179.
52
CAPORALI A., BRAITENBERG C, MASSIRONI M. (2005). Geodetic and hydrological aspects of
the Merano earthquake of 17 July 2001. JOURNAL OF GEODYNAMICS. vol. 39, pp. 317-336
ISSN: 0264-3707 . doi:10.1016/j.jog.2005.01.001.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Caporali Alessandro
PATP
Praticelli Nicola
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Dipartimento di
Geoscienze Università di
Padova
4
4
Tecnico
Laureato
“
2
2
Girardi Gianpaolo
Tecnico
“
2
2
Turturici Filippo
Borsista
CISAS Università di
Padova
I fase
II fase
4
4
Lo stato dell’arte della conoscenza delle velocità GPS nell’Area Alpina Mediterranea
comprendente l’Italia è in continua evoluzione. La disponibilità di nuove stazioni con record storico
sufficientemente maturo per fornire stime affidabili di velocità è in costante aumento. Il contributo
dell’INGV in questo campo è senz’altro fondamentale. Lo sforzo intrapreso per installare la rete
RING dovrebbe cominciare a dare i suoi frutti nell’ambito di questo progetto S1. Oltre alla riduzione
dei dati secondo standard di calcolo ormai accettati, vi è grande attenzione per l’allineamento della
rete risultante alla rete IGS e EUREF, così da beneficiare anche delle velocità di stazioni non
inserite nella rete RING. L’imposizione di vincoli per l’allineamento della rete GPS può comportare
variazioni anche non sistematiche di velocità, a parità di standard di calcolo. Ne consegue che il
calcolo della velocità e dello strain rate va ragionato con molta attenzione. Il segnale ricercato è
spesso molto piccolo e localizzato, ed estrapolazioni lineari o quasi lineari non sempre sono
affidabili.
Riferimenti:
http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/Sismologici/S2/Task_3.pdf
3a.2 Obiettivi
• Integrazione di reti geodetiche confrontabili (ad es. la rete RING con la rete EUREF);
• Analisi del rumore in serie storiche di coordinate, il calcolo delle velocità e la stima della
loro reale incertezza;
• Calcolo del tasso di deformazione di superficie e della sua incertezza.
3a.3 Attività
1. Acquisizione e analisi di dati GPS di stazioni permanenti su tutto il territorio nazionale e in aree
circostanti, e confronto con simili soluzioni ottenute da altre Unità di Ricerca
2. Supporto a altre Unità di Ricerca per l’inclusione dei dati di velocità e strain rate in modelli
strutturali di evoluzione in 3D
3. Supporto ad altre Unità di Ricerca per la combinazione dei dati di velocità e strain rate con dati
di sismologia statistica e calcolo della magnitudo massima attesa e/o di parametri del modello di
Gutenberg e Richter di un’area sismogenetica.
53
3a.4 Metodologia
Il Software adottato è il Bernese 5.0 con il setup raccomandato dallEUREF. La formazione delle
serie storiche avverrà con il software CATREF, di recente introduzione e già collaudato per le serie
storiche EUREF. L’analisi spettrale delle serie storiche verrà effettuata con gli algoritmi descritti in
Caporali (2003). Il calcolo dello strain rate verrà effettuato secondo le procedure descritte in
Caporali et al. (2003).
Riferimenti
CAPORALI, A., 2003. Average strain rate in the Italian crust inferred from a permanent GPS
network. Part 1: Statistical Analysis of Time Series of Permanent GPS Stations, Geophys. J.
Int.155, 241-253.
CAPORALI, A., MARTIN, S., AND MASSIRONI, M., 2003. Average strain rate in the Italian crust
inferred from a permanent GPS network. Part 2: Strain rate vs. seismicity and structural geology,
Geophys. J. Int.155, 254-268
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
x
x
x
X
Attività 2
-
x
x
X
Attività 3
-
x
x
X
4a. Prodotti
GMT files con le velocità di stazioni permanenti GPS in Italia e zone circostanti (ITRF05 e ridotte
per la rotazione di Eurasia) (Diretto interesse per DPC)
GMT files con gli strain rates al centro di cluster di stazioni permanenti GPS in Italia e zone
limitrofe (Diretto interesse per DPC)
Grafici delle serie temporali e del profile di rumore, per ogni stazione per la quale viene stimata la
velocità
INOGS (dr. D. Slejko) per la correlazione dei dati geodetici con quelli sismologici e statistici
The state of the art in the knowledge of the GPS velocities in the Alpine Mediterranean Area
surrounding Italy is continuously evolving. The availability of new GPS stations with a tracking
history sufficiently long to enable velocities to be reliably estimated is continuously increasing. The
54
contribution of INGV is very important. The effort undertaken to install the network RING should
show the first results during this project. Besides the data reduction according to standardized
computational procedures, the compatibility in scale and orientation with other newtworks such as
IGS or EUREF should be granted. Constraining a network can influence the velocities of the sites,
even if the computational procedures were very similar. It follows that the computation of velocities
and strain rate should be made by several groups and the results compared and homogeneized.
The sought for signal is small and extrapolations yield results not always reliable for hazard
applications.
References
http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/Sismologici/S2/Task_3.pdf
3b.2 Goals
• Integration of comparable geodetic networks (e.g. RING with EUREF);
• Analysis of noise in coordinate time series, estimate of the velocities and of their
uncertainty
• Surface strain rate and its uncertainty
1. Acquisition and analysis of GPS data from permanent stations in Italy and surrounding areas,
and comparison with similar data from other Research Units
2. Support to other Research Units to include velocità and strain rate data into models of structural
evolution in 3D
3. Support to other Research Units to combine velocità and strain rate data with statistical data,
e.g. to constrain the maximum expected magnitude of an area, or the parameters of the Gutenberg
Richter law of that area (cf. e.g. Jenny et al., 2004)
References
Jenny, S., Goes, S., Giardini, D., Kahle, H.G., 2004. Earthquake recurrence parameters from
seismic and geodetic strain rates in the Eastern Mediterranean. Geophysical Journal International
157, 1331-1347, doi: 10.1111/j.1365-246X.2004.02261.x
3b.4 Methodology
The adopted software is Bernese 5.0 with the setup recommended by Euref. The time series will
be formed with the new software CATREF, which has been tested for the Euref time series. The
spectral analysis will be made with the algorithms described by Caporali (2003). The computation
of the strain rate according to Caporali et al. (2003).
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
2
Activity 1
x
x
x
x
Activity 2
-
x
x
x
Activity 3
-
x
x
x
4b. Deliverables
GMT files with velocities of permanent GPS stations in Italy and surrounding areas (ITRF05 and
reduced for Eurasian rotation)
55
GMT files with regional strain rates at the center of cluster of stations of known velocity, in Italy and
surrounding areas
Plots with time series of coordinates, and noise profile, for each permanent GPS station for which
the velocity is computed
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1) Spese di personale (si intende personale
a carico del progetto)
750
2000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
0
2500
uso
1500
750
Totale
7500
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
750
2000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
0
2500
uso
1500
750
Totale
7500
56
Finanziato
c = a-b
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1500
4000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
0
5000
uso
3000
1500
Totale
15000
57
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 1.04 - Devoti Roberto
(Task A)
Titolo Misure del campo di deformazione geodetica nell’area italiana
1. Responsabile UR
Roberto Devoti
Primo Tecnologo (II livello retributivo) presso l’Istituto Nazionale di Geofisica e
(INGV)
Vulcanologia
Breve CV
Da settembre 2007: responsabile dell’unità funzionale “Analisi dati per la Geodesia” della sezione
“Centro Nazionale per i Terremoti” dell’INGV.
Dal 2003: Assunto a tempo indeterminato presso l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
con il profilo di primo tecnologo (II livello). Impegnato in ricerche riguardanti aspetti metodologici
dell’analisi di dati geodetici.
Dal 1990 al 2003, assunto a tempo indeterminato presso Telespazio SpA, Via Tiburtina 965,
00156 Roma. Nell’ambito del contratto di gestione del Centro di Geodesia Spaziale “G. Colombo”
di Matera (CGS) riveste i ruoli di:
- responsabile delle attività di combinazione e confronto dei risultati geodetici GPS, VLBI e SLR
prodotti presso il CGS;
- responsabile della determinazione orbitale di precisione dei satelliti geodetici e dello studio degli
effetti non-gravitazionali;
- responsabile delle attività per la determinazione del campo gravitazionale terrestre utilizzando
dati SLR;
- analista esperto di dati SLR e GPS, utilizzando software acquisiti quali GEODYN/SOLVE,
BERNESE e MICROCOSM;
- sviluppo software originale per la combinazione rigorosa delle soluzioni geodetiche (coordinate,
velocità di sito e orientazione terrestre)
Bibliografia inerente
Boschi, E.; Casarotti, E.; Devoti, R.; Melini, D.; Piersanti, A.; Pietrantonio, G.; Riguzzi, F., 2006,
Coseismic deformation induced by the Sumatra earthquake, J. of Geodynamics Vol. 42, Issue 1-3,
pp. 52-62.
Bianco G., R. Devoti, and V. Luceri, Combination of loosely constrained solutions, Proc. of the
IERS workshop on combination research and global Geophysical Fluids, Munich, Germany, IERS
Technical Note N. 30, edited by B. Richter, W. Schwegmann and R. Dick, 2003.
Devoti R., C. Ferraro, R. Lanotte, V. Luceri, A. Nardi, R. Pacione, P. Rutigliano, C. Sciarretta, E.
Gueguen, G. Bianco, and F. Vespe, Geophysical interpretation of geodetic deformations in the
Central Mediterranean area, Geodynamics Series, vol. 30, edited by S. Stein and J. Freymueller,
2002, 57-65.
25.
Bianco G., R. Devoti, V. Luceri, and C. Sciarretta, A review of SLR contributions to
geophysics in Eurasia by CGS, Surveys in Geophysics, 346, 2001, 151-167.
Bianco G., R. Devoti, M. Fermi, C. Ferraro, R. Lanotte, V. Luceri, A. Nardi, R. Pacione, P.
Rutigliano, C. Sciarretta, and F. Vespe, Investigation on the combination of space geodetic
techniques, J. Geodyn., 30, 2000, 337-353.
58
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
INGV
6
6
Ricercatore
INGV
1
1
Bruno Valentina
Borsista
INGV
0
0
Cavaliere Adriano
Borsista
INGV
0
0
Cecere Giampaolo
Tecnologo
INGV
1
1
D’Agostino Nicola
Primo
Ricercatore
INGV
0
0
D’Anastasio Elisabetta
Ricercatore
INGV
0
0
DeMartino Prospero
Tecnico
INGV
1
1
Esposito Alessandra
Ricercatore
INGV
0
0
Galvani Alessandro
Ricercatore
INGV
6
6
Mattia Mario
Tecnologo
INGV
1
1
Obrizzo Francesco
Primo
Tecnologo
INGV
2
3
Palano Mimmo
Ricercatore
INGV
0
0
Pietrantonio Grazia
Ricercatore
INGV
0
0
Dirigente
INGV
1
1
Riguzzi Federica
Primo
Ricercatore
INGV
5
5
Sepe Vincenzo
Ricercatore
INGV
6
6
Serpelloni Enrico
Ricercatore
INGV
0
0
Tammaro Umberto
Tecnico
INGV
1
1
Zarrilli Luigi
Tecnico
INGV
0
0
TBD
Borsista
INGV
Devoti Roberto
Primo
Tecnologo
Avallone Antonio
Pingue Folco
I fase
II fase
12
6
L’area italiana e più in generale quella Mediterranea è presidiata da numerosi vertici GPS
permanenti, installati a partire dalla seconda metà degli anni ’90 da diversi enti pubblici e privati.
Tali siti costituiscono una rete geodetica che virtualmente consente lo studio dei moti tettonici di
un’area complessa e frammentata. Negli ultimi anni i siti GPS permanenti sono cresciuti
notevolmente in numero e qualità e le reti si sono aggiunte in modo eterogeneo e scoordinate.
L’INGV ha archiviato in modo continuativo tutti i dati RINEX disponibili sul territorio, sia pubblici che
tramite apposite convenzioni ed ha installato una propria rete espressamente dedicata allo studio
della tettonica dell’area che consta di circa 120 stazioni (rete RING) i cui risultati sono in gran parte
inediti. In tutta l’area italiana sono oggi disponibili ca. 350 stazioni GPS operanti in acquisizione
continua che potrebbero concorrere alla determinazione dei movimenti tettonici di superficie.
59
I dati RINEX sono attualmente archiviati in modo organico e standard in almeno tre banche dati
distinte. La strategia suggerita dal CNT prevede la costituzione di un unico centro di archiviazione,
con backup di recovery, presso il centro di Grottaminarda.
Nell’ambito del CNT la produzione delle serie storiche GPS è affidata istituzionalmente alla UF
“Analisi dati per la Geodesia”, ma storicamente diversi gruppi di ricerca interni all’INGV hanno da
tempo sviluppato competenze e strumenti per l’analisi dei dati GPS anche in altre sezioni
dell’INGV. I software di analisi dati GPS attualmente in uso sono: GAMIT, GIPSY/OASIS e
BERNESE che sono considerati i più aggiornati per le applicazioni geodetiche di alta precisione.
L’apporto delle diverse soluzioni geodetiche ottenute da diversi software e diversi operatori
consente di validare il prodotto geodetico finale. Lo scopo principale della validazione è
l’identificazione degli errori sistematici interni al processo di analisi (massima precisione) e, in un
processo iterativo, di fornire un dato geodetico stabile (ripetibile) al variare delle condizioni al
contorno dell’analisi (modelli e strategie di analisi). Una soluzione che minimizzi le componenti
sistematiche e casuali introdotte in varie fasi dell’analisi,è la cosiddetta soluzione combinata (o di
consenso), ottenuta mediando le serie storiche provenienti da diverse soluzioni. L’operazione di
combinazione viene eseguita in modo esatto prevedendo l’utilizzo della matrice di covarianza
completa ed una calibrazione di ciascuna soluzione per un fattore di peso stimato dalle stesse
soluzioni (Bianco et al., 2003).
3a.2 Obiettivi
L’obiettivo principale consiste nella realizzazione di un campo di velocità dell’area italiana a partire
da una o più serie storiche di soluzioni geodetiche giornaliere. Saranno considerati tutti i vertici
GPS permanenti nell’area italiana che potenzialmente sono in grado di fornire una stima di velocità
affidabile. Il campo di velocità combinato permetterà di confrontare direttamente le diverse
soluzioni isolando e correggendo gli errori sistematici presenti nelle serie storiche individuali.
Un ulteriore obiettivo è quello di individuare una rete GPS considerata ‘fondamentale’ o ‘fiduciale’
per la definizione del sistema di riferimento italiano, composta da siti storici (>5 anni di
osservazioni continue) selezionati in base ad un criterio di ripetibilità e stabilità. Tale rete, allineata
al sistema di riferimento internazionale ITRF, consentirà facilmente di integrare il campo di velocità
nazionale con altri campi regionali di reti più piccole.
Un terzo obiettivo è la caratterizzazione del rumore di sito mediante l’analisi dei residui di
coordinate (Williams, 2004).
3a.3 Attività
Messa a punto delle procedure di analisi, in particolare per l’adeguamento agli standard di analisi
(p.es. tipi di strumentazioni, altezze antenne comuni, ecc.).
Completamento delle serie storiche giornaliere con BERNESE e GAMIT.
Combinazione delle soluzioni giornaliere disponibili e generazione di un campo di velocità
preliminare (circa 50 siti).
Confronti e statistiche sito per sito tra le diverse soluzioni.
Costruzione della soluzione fiduciale (coordinate e velocità).
Completamento delle serie storiche e costruzione del campo di velocità finale (tutti i siti disponibili,
si prevedono circa 200 siti).
3a.4 Metodologia
Ogni soluzione giornaliera viene realizzata con procedure e software disomogenee quindi
l’attenzione deve essere riposta nell’esprimere correttamente ciascuna serie storica in un sistema
di riferimento stabile. Per questa ragione si richiedono soluzioni giornaliere poco vincolate (loose)
o per niente vincolate per permettere di applicare il vincolo del sistema di riferimento solo nella
fase finale dell’analisi. Adottiamo un approccio rigoroso alla combinazione di soluzioni geodetiche
basato sull’utilizzo di tutta la matrice di covarianza disponibile e rimuovendo eventualmente i
vincoli apriori imposti dall’analista (Davies et al., 2000; Dong et al., 1998). Ogni giorno, le diverse
soluzioni (possibilmente loose) saranno combinate in un'unica soluzione globale contenente
l’unione di tutti i siti del giorno (Bianco et al., 2003). La disponibilità delle singole soluzioni e della
soluzione combinata permetterà di confrontare puntualmente le serie storiche di ciascun sito e di
60
isolare o correggere i comportamenti ‘anomali’ delle soluzioni. Sarà inoltre possibile, analizzando
le differenze, attribuire una diversa affidabilità a ciascun sito in base alla sua ripetibilità intrinseca
tra soluzioni diverse.
Il sistema ITRF2005 (Altamimi et al., 2007) sarà utilizzato per la realizzazione del sistema di
riferimento comune. Le soluzioni giornaliere verranno trasformate rigidamente nel sistema
ITRF2005 stimando traslazioni, rotazioni e scala. Si ritiene necessario che almeno 11 siti dell’area
mediterranea concorrano alla trasformazione e che questi siti siano presenti in tutte le soluzioni. Le
soluzioni giornaliere sono poi trascritte nelle equazioni normali per stimare contemporaneamente
le coordinate, velocità, segnali stagionali e discontinuità nelle serie storiche.
Bibliografia
Altamimi Z., Collilieux, X., Legrand J., Garayt B., Boucher, C. (2007) ITRF2005: A new release of
the International Terrestrial Reference Frame based on time series of station positions and Earth
Orientation Parameters, J. Geophys. Res., 112, B09401, doi:10.1029/2007JB004949.
Bianco G., R. Devoti, V. Luceri, Combination of loosely constrained solutions, IERS Technical Note
N. 30, 107-109, 2003.
Davies P., G. Blewitt, Methodology for global geodetic time series estimation: a new tool for
geodynamics, J. Geophys. Res. Vol. 105, B5, 11,083-11,100, 2000.
Dong D., T.A. Herring, R.W. King, Estimating regional deformation from a combination of space
and terrestrial geodetic data, J. of Geod., 72, 200-214, 1998.
Williams, S. D. P., The effect of coloured noise on the uncertainties of rates estimated from
geodetic time series, J. of Geod. 76, 483-494, 2003.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
Definizione degli standard di analisi dati e produzione
delle serie storiche GPS
x
x
x
Combinazione delle soluzioni giornaliere, confronto e
validazione delle soluzioni
x
x
Produzione soluzione velocità preliminare
x
Soluzione fiduciale e completamento serie storiche
Campo di velocità finale
2
x
x
x
4a. Prodotti
Serie storica GPS: coordinate giornaliere dei siti GPS dell’area italiana ottenute dalla
combinazione delle soluzioni disponibili (soluzione combinata o di consenso).
Sistema di riferimento: Sistema di riferimento dell’area italiana: coordinate, velocità, offset
strumentali e non-strumentali di un sottoinsieme di siti GPS fiduciali.
Campo di deformazione: Campo di velocità preliminare dell’area italiana: coordinate, velocità,
offset non-strumentali di una selezione di siti GPS permanenti.
Campo di deformazione: Campo di velocità finale: coordinate, velocità, offset non-strumentali di
tutti i siti GPS permanenti disponibili.
61
Validazione e confronto di soluzioni geodetiche e di deformazione nelle aree di interesse per il
progetto DPC-S5 (test-site).
Analisi del rumore di sito e stima dell’errore atteso per i siti GPS permanenti e discontinui.
Analisi della significatività delle velocità di sito in cooperazione con le UR di modellazione tettonica
per valutare le anomalie del campo di velocità.
The Italian area and in general the Mediterranean area is monitored by a number of permanent
GPS sites, installed in the second decade of the nineties by different public and private agencies.
These sites constitute a potential dense geodetic network that allows to study a complex tectonic
area. In the last years the permanent GPS sites are continuously growing in number and
performance but the networks were installed for different purposes and without a real coordination
between them. INGV is still archiving all available RINEX data observed in the Italian area and has
also installed a permanent network consisting in about 120 geodetic sites (RING network), whose
results are mainly not yet published. At present in the Italian area, there are about 350 permanent
GPS sites operating continuously that could be useful for tectonic studies.
All the RINEX data are currently archived in three different databases, the INGV-CNT strategy is
suggesting to setup a global archiving center located in Grottaminarda, the current archiving
center for the RING network. Different groups at INGV are processing independently the GPS
data, using different approaches and softwares like GAMIT, GIPSY/OASIS and BERNESE. This
assorted experience could be useful to validate the final geodetic products. The main goal of the
validation process is the identification of systematic errors, generated in the analysis process
(maximizing the accuracy), and after an iterative trial-error process, to assess the stability of the
solutions (repeatability). A solution that reduces to a minimum the systematic errors is the
combined solution (or consensus solution) obtained through a weighted mean of the different
geodetic solutions. The combination is performed in a least-squares sense, that uses the complete
covariance matrix and estimates a weighting factor that scales each single solution (Bianco et al.,
2003).
3b.2 Goals
The principal objective of the research activity is to realize a velocity field of the Italian area from
one or more geodetic daily solutions. All permanent GPS sites of the area that potentially could
provide a significant velocity will be considered. The combined velocity field allows the assessment
between the input solutions, isolating and possibly cleaning the systematic errors.
Another objective will be the construction of a ‘fiducial’ velocity solution, of fundamental importance
for the definition of the Italian reference system. It consists of a number of stable and repeatable
sites with sufficient observational history (>5 years). The new Italian reference frame will be useful
in various geodetic applications.
A third objective consists in studying the noise content of each GPS site, analyzing the coordinate
residuals (Williams, 2004)
Analysis procedures definition and agreement on the modeling standards (e.g. instrumentation
type, common antenna heights, etc.)
Construction of daily time series with BERNESE and GAMIT softwares.
Combination of available daily solutions and preliminary velocity field (about 50 sites)
Construction of a fiducial solution (coordinates and velocities).
Eventually additional time series and final velocity field generation (all available sites, about 200
sites)
62
3b.4 Methodology
Each daily solution is realized by different procedures and softwares, particular care has to be
taken in order to express all the time series in a common and stable reference frame. For this
reason we recommend the production of loosely constrained or free solutions in order to impose
the reference system constraints only in a late stage of the time series analysis. We implement a
rigorous combination strategy based on the complete covariance matrices and a convenient
handling of constraints as described in Davies et al. 2000. Each loose solution will be combined
each day into a global daily loose solution consisting in the union of all the considered sites
(Bianco et al. 2003; Dong et al., 1998). Furthermore, it will be possible to assess the accuracy of
each site’s estimate comparing the intrinsic repeatability of each solution.
The official ITRF2005 (International Terrestrial Reference Frame) will be adopted to realize the
common reference system (Altamimi et al., 2007). Thus the daily global network solutions will be
rigidly transformed into the ITRF2005 frame estimating translations and scale parameters. At least
11 core sites should contribute to the rigid transformation and all of them are expected to be
included in the daily solutions. All the transformed daily solutions will be stacked into a normal
equation matrix and site positions and velocities will be estimated simultaneously along with annual
signals and sporadic offsets at epochs of instrumental changes.
References
Altamimi Z., Collilieux, X., Legrand J., Garayt B., Boucher, C. (2007) ITRF2005: A new release of
the International Terrestrial Reference Frame based on time series of station positions and Earth
Orientation Parameters, J. Geophys. Res., 112, B09401, doi:10.1029/2007JB004949.
Bianco G., R. Devoti, V. Luceri, Combination of loosely constrained solutions, IERS Technical Note
N. 30, 107-109, 2003.
Davies P., G. Blewitt, Methodology for global geodetic time series estimation: a new tool for
geodynamics, J. Geophys. Res. Vol. 105, B5, 11,083-11,100, 2000.
Dong D., T.A. Herring, R.W. King, Estimating regional deformation from a combination of space
and terrestrial geodetic data, J. of Geod., 72, 200-214, 1998.
Williams, S. D. P., The effect of coloured noise on the uncertainties of rates estimated from
geodetic time series, J. of Geod. 76, 483-494, 2003.
3b.5 Timetable
I
Phase
1
Semester
Analysis standards definition and GPS time series
production
II
1
x
x
Daily time series combination, solution comparison and
validation
x
x
Preliminary velocity field production
x
Fiducial solution and time series completion
Final Velocity field
x
2
2
x
x
x
4b. Deliverables
GPS time series:. GPS time series of the Italian area: daily coordinates of permanent GPS sites
obtained from the combination of the available solutions (consensus or combined solution).
63
Reference system: Reference system of the italian area: coordinates, velocities, offsets of a
selected subset of fiducial sites
Deformation field: Preliminary deformation field of the italian area: coordinates, velocities and
non-instrumental offsets of a selected subset of permanent GPS sites.
Deformation field: Final deformation field of the italian area: coordinates, velocities and noninstrumental offsets of all available permanent GPS sites.
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2800
0,00
6400
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
16000
0
uso
0
2800
Totale
0,00
0,00
0,00
0,00
28000
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2200
0,00
9600
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
8000
0
uso
0
2200
Totale
22000
64
0,00
0,00
0,00
0,00
7.3. Totale
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
5000
0,00
16000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
24000
0
uso
0
5000
Totale
50000
65
0,00
0,00
0,00
0,00
Progetto S1 - RU 2.02 - Di Stefano Raffaele
(Task A)
Titolo Struttura della Crosta (modello 3D integrato)
1. Responsabile UR
Raffaele Di Stefano
Ricercatore III Livello
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
Luogo e Data di nascita: Roma, 06/10/1971
Indirizzo Uff: Via Sarsina, 59 - 00127 Roma
Telefono : ++390651860306
e-mail: [email protected]
° Diploma di Laurea in Scienze Geologiche conseguito il 9/5/1997. Titolo: Tomografia sismica della
zona di subduzione del Tirreno Meridionale;
° Esame di Stato per la professione di Geologo: conseguito nel mese di Gennaio 1997 presso
l'Università degli Studi di Roma “La Sapienza”
° Dottorato Internazionale di Ricerca (PhD) in collaborazione con l’ETH di Zurigo (CH). Titolo:
Subduction-collision structure beneath Italy: high resolution images of the Adriatic-EuropeanTyrrhenian lithospheric system.
Svolge attività di ricerca presso l’INGV dal 1998.
Pubblicazioni Inerenti
Di Stefano R., C. Chiarabba, F. Lucente & A. Amato, 1999 - Crustal and uppermost mantle
structure in Italy from the inversion of P-wave travel times: Geodynamic implications. Geophysical
Journal International, 139, 438-498.
Di Stefano R. and Chiarabba C., 2002 - Active source tomography at Mt. Vesuvius: Constraints for
the magmatic system. Journal of Geophysical Research, Vol. 107(B11), 2278.
Chiarabba, C., Jovane, L., Di Stefano, R., 2005 - A new view of Italian seismicity using 20 years of
instrumental recordings. Tectonophysiscs, 395, 251-268.
Barchi M.R., Pauselli C., Chiarabba , Di Stefano R., Federico C., 2006 - Crustal structure, tectonic
evolution and seismogenesis in the Northern Apennines (Italy). Bollettino di Geofisica Teorica e
Applicata, 47(3) , 249-270.
Di Stefano, R., Aldersons, F., Kissling, E., Baccheschi, P., Chiarabba, C., Giardini, D., 2006 Automatic seismic phase picking and consistent observation error assessment: application to
Italian seismicity. Geophysical Journal International, 165, 121-134.
Mesi/Persona
Nominativo
(Cognome e Nome)
Di Stefano, Raffaele
Qualifica
Ric. III Liv.
Ente/Istituzione
INGV
66
Mesi/Persona
del progetto)
I fase
II fase
2
2
(personale a carico
del progetto)
I fase
II fase
De Gori, Pasquale
Ric. III Liv.
INGV
1
1
Chiarabba, Claudio
Dirigente di ricerca
INGV
2
2
Amato, Alessandro
INGV
1
1
Ric. III Liv.
INGV
2
2
Ric. III Liv.
INGV
1
1
Ric. III Liv
INGV
1
2
INGV
1
1
Improta, Luigi
Ric. III Liv.
INGV
0
2
Bianchi Irene
Borsista
INGV
Piana
Agostinetti,
Nicola
Lucente, Francesco
Pio
Casarotti, Emanuele
Michelini, Alberto
12
12
Il Mediterraneo centrale e, in particolare, la regione italiana, sono caratterizzati da una tettonica
complessa. In questo tipo di regioni la modellazione dei parametri geofisici, essenziale nella
definizione e regionalizzazione del rischio, necessita di un’accurata definizione della struttura
tridimensionale della crosta e, in particolare, dell’interfaccia crosta/mantello. Per questo, la
definizione di un modello 3D integrato per la velocità delle onde sismiche è di rilevanza primaria.
La tomografia sismica, la sismica di esplorazione a sorgente controllata (CSS) e, recentemente,
gli studi di Receiver Function (Langston, 1979), sfruttano metodologie in grado di fornire
informazioni molto dettagliate ed integrabili fra di loro, sulla struttura crostale 3D. Negli ultimi anni
sono stati prodotti diversi modelli tomografici della crosta per la regione italiana, ma solo di recente
la qualità e il numero di dati disponibili ha permesso di raggiungere una risoluzione sufficiente a
riprodurre strutture crostali, in termini di velocità delle onde P, dell’ordine dei 30km di lato al di
sotto dell’intera regione, e fino a profondità del mantello superiore (Di Stefano et al., 2005). Al
livello locale invece la risoluzione è molto variabile, in dipendenza della dimensione della’array di
stazioni, ed arriva in genere ad alcuni km. Sono stati effettuati studi tomografici di dettaglio intorno
a molte zone di faglia legate a iportanti sequenze sismiche strumentali o terremoti storici, e in
corrispondenza di molte delle più importanti aree vulcaniche, come il Vesuvio, l’Etna, i Campi
Flegrei, i Colli Albani. Un gran numero di esperimenti di sismica attiva, svolti sia a terra che a mare
negli ultimi 50 anni, ha aggiunto importanti informazioni di alta risoluzione sulla struttura della
crosta in Italia, in alcuni casi arrivando ad illuminare la discontinuità crosta mantello (Pialli et al.,
1998; Scrocca et al. 2003). La distribuzione non omogenea di tali esperimenti sul territorio, e la
natura 2D dei metodi di esplorazione utilizzati, da una parte lascia molte zone del volume crostale
non illuminate e dall’altra richiede, per generare un modello unico, una complessa operazione di
interpolazione delle diverse informazioni, in tre dimensioni. Waldhauser et al. (1996) ha sviluppato
un metodo di interpolazione 3D in grado generare una topografia complessa della Moho basata sui
dati CSS e un modello medio di velocità delle onde sismiche nella crosta. Tale metodo è stato
recentemente implementato ed utilizzato per ottenere una prima versione della mappa della Moho
estesa a tutta la penisla italiana, che include anche un limitato numero di dati relativi a studi di
tomografia sismica e receiver function, in zone meno campionate dagli studi di CSS (Di Stefano et
al., 2008). Negli ultimi quattro anni infine, il potenziamento della Rete Sismica Nazionale
Centralzzata dell’INGV e di altre reti regionali permanenti e l’istallazione di alcune reti sismiche
temporanee, in occasione di diversi esperimenti, ha reso disponibili un numero consistente di
registazioni telesismiche a stazioni broadband a 3 compnenti. Questi dati stanno consentendo di
effettuare numerosi studi di Receiver Function omogeneamente distribuiti lungo tutta la penisola e
le regioni insulari (Piana Agostinetti, et al., 2002; Bagh et al., 2007; Bianchi et al., 2007).
67
Bibliografia
Bagh et al., 2007 Bagh, S. B., Chiarabba, C., Gori, P. D., Barchi, M., 2007. Crustal vp and vp/vs
structure of the abruzzo apennines (central italy). Geophys. Res. Lett. in preparation.
Bianchi, I., Piana Agostinetti, N., De Gori, P., Chiarabba, C., 2007. Deep structure of the colli
albani volcanic district (central italy) from receiver functions analysis. J. Geophys. Res. submitted.
Di Stefano R. and Chiarabba C., (2002). Active source tomography at Mt. Vesuvius: Constraints for
Di Stefano, R. (2005). Subduction-collision structure beneath Italy: high resolution images of the
Adriatic-European-Tyrrhenian lithospheric system, Ph.D. Thesis, Naturwissenschaften,
Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich.
Di Stefano, R., Chiarabba, C., and Kissling, E. (2008) - Crustal Thickness and 3d Moho Geometry
in Italy: new constraints for geodinamics and tectonics. Tectonophysics, submitted.
Langston, C., 1979. Structure under mount rainier, washington, inferred from teleseismic body
waves. J. Geophys. Res. 84 (B9), 4749–4762.
Lomax, 2000 Lomax, A., J. Virieux, P. Volant and C. Berge, 2000. Probabilistic earthquake location
in 3D and layered models: Introduction of a Metropolis-Gibbs method and comparison with linear
locations, in Advances in Seismic Event Location Thurber, C.H., and N. Rabinowitz (eds.), Kluwer,
Amsterdam, 101-134.
Waldhauser, F., 1996. A parameterized three-dimensional Alpine crustal model and its application
to teleseismic wavefront scattering, Ph.D. thesis, ETH-Zurich, Switzerland.
Piana Agostinetti, N., Lucente, F., Selvaggi, G., Di Bona, M., 2002. Crustal structure and moho
geometry beneath the northern apennines (italy). Geophys. Res. Lett. 29 (20),
doi:10.1029/2002gl015109.
Pialli, G., Barchi, M., Minelli, G., 1998. Results of the crop03 deep seismic reflection profile. Mem.
Soc. Geol. It. 52, 654.
Roselli, P., Lucente, F., Piana Agostinetti, N., 2008. Crustal structure at the tyrrhenian-adriatic
domain boundary from receiver functions analysis in northern apennines (Italy). Geophys. Res.
Lett. in prep.
Scrocca et al., 2003 Scrocca, D., Doglioni, C., Innocenti, F., Manetti, P., Mazzotti, A., Bertelli, L.,
Burbi, L., D’Oﬃzi, S. (Eds.), 2003. 2003. CROP ATLAS - Seismic Reflection Profiles of the Italian
Crust. Vol. 62. Mem. Descr. Carta. Geol. It.
Sambridge, M., 1999a. Geophysical inversion with a neighbourhood algorithm I searching a
parameter space. Geophys. J. Int. 138, 479–494.
Zhao, D., A. Hasegawa, and S. Horiuchi (1992). Tomographic imaging of p and s wave velocity
structure beneath northeastern japan, J. Geophys. Res., 97 (B13), 19,909–19,928.
3a.2 Obiettivi
L’obiettivo principale di questa Unità di Ricerca è la produzione di un modello crostale 3D di
velocità delle onde sismiche integrato, di alta risoluzione, per l’Italia. Il conseguimento di tale
obiettivo, consentirà di ottenere informazioni di sempre maggiore dettaglio sulla struttura delle
crosta e sul suo stato fisico e costituirà un importante punto di partenza per poter generare nuovi
modelli, sia regionali che locali, di più alta risoluzione, ed eventualemente integrarli nel modello di
riferimento. Inoltre, tale modello sarà utilizzato per consentire importanti passi avanti nella
localizzazione routinaria 3D degli eventi sismici. L’attività sarà suddivisa per diversi sotto obiettvi.
Obiettivo 1: In una prima fase sarà prodotto un modello tomografico 3D Regionale di alta
risoluzione per le fasi P (modello P) e di media risoluzione per le fasi S (modello S). Per questo
primo obiettivo sarà usato, come riferimento per la procedura di inversione, un modello 1D già
utilizzato in precedenti lavori. L’obiettivo sarà raggiunto attraverso l’estensione del dataset di
letture P ed S dal 1988-2002 a tutto il 2007. Per il modello P si ridurrà l’equidistanza fra i nodi del
modello di velocità a <15km. In una seconda fase, a valle dei risultati conseguiti dall’obiettivo 2,
sarà eseguita una tomografia 3D sia P che S, di altissima risoluzione a partire da un modello 3D di
riferimento che includerà anche la topografia della Moho. Questo approccio consentirà di
modellare con precisione anche le fasi rifratte dalla discontinuità crosta/mantello, ottenendo una
migliore convergenza verso la struttura reale di velocità delle onde sismiche nella crosta. Infine, a
valle dei risultati dell’obiettivo 3, il modello regionale tomografico sarà integrato con le numerose
68
tomografie a scala locale, sia P che S, di altissima risoluzione prodotte negli ultimi anni a scala
locale sul territorio italiano. Questo permetterà, localmente, di aumentare di molto il livello di
dettaglio disponibile per ulteriori modellazioni e per una maggiore comprensione dei processi di
deformazione attivi nella crosta.
Obiettivo 2: aggiornamento della mappa della discontinuità crosta/mantello (Moho) e del Modello
3D Medio del Mediterraneo centrale. Eseguiremo l’aggiornamento attraverso l’integrazione dei dati
di Receiver Function e di Sismica attiva, che forniscono una profondità della discontinuità e una
velocità media delle onde sismiche al di sopra della discontinuità stessa. Per quanto riguarda la
Receiver Function, in totale si avranno valori in circa 150-200 punti nell’Italia peninsulare e insulare
relativi a stazioni sismiche di reti a larga banda. Tali dati saranno integrati con tutti i risultati
disponibili relativi a profili di esplorazione sismica profonda a sorgente controllata (CSS). In
entrambi i casi, ai dati integrati sarà attribuita una stima della qualità e quindi dell’attedibilità.
L’integrazione dei risultati prodotti con le due metodologie permetterà di ottenere una mappa della
Moho e un modello crostale medio di velocità delle onde sismiche omogeneamente campionati su
tutto il territorio.
Obiettivo 3:
Sarà prodotta una procedura, divisa in due moduli, che consentirà il ricampionamento (regridding)
del modello regionale di velocità e dei modelli locali e la loro integrazione (modulo 1), il calcolo del
miglior modello 1D medio locale a partire dal 3D e il calcolo delle travel time sintetiche attraverso il
modello 3D (modulo 2).
3a.3 Attività
Attività 1: creazione del primo modello di Vp e di Vs per la crosta.
Utilizzando un programma per la tomografia 3D linearizzata, sarà invertito un dataset di oltre
450.000 fasi P e 180.000 fasi S relative a eventi sismici del periodo 1988-2007, registrate sia alla
Rete Sismica Nazionale che ad altre reti regionali permanenti.
Attività 2: aggiornamento della mappa della Moho e del modello medio 3D di Vp per il
Mediterraneo centrale.
Saranno, innanzitutto, determinati, attraverso l’analisi delle Receiver Functions (RF) telesismiche,
la profondità della Moho e il rapporto Vp/Vs medio al di sotto di circa 150-200 stazioni sismiche
boradband a 3 componenti, nell’Italia peninsulare e insulare, appartenenti sia alla Rete Sismica
Nazionale che ad altre reti permanenti o temporanee. Saranno poi collezionate le informazioni
sulla profondità della Moho e sulle velocità crostali medie, derivate da tutti gli studi relativi ad
esperimenti di sismica a sorgente controllata (CSS), disponibili per la regione. I due dataset
saranno infine integrati con i dati già disponibili nella precedente versione della mappa. Sarà infine
applicato il metodo di Waldhauser (1996) per generare la nuova mappa della Moho e il nuovo
modello medio 3D di velocità delle onde sismiche.
Attività 3: creazione del secondo modello di Vp e Vs per la crosta.
Il modello medio 3D e la topografia della Moho derivate dall’attività 2, saranno utilizzati come
modello di partenza, in una procedura di inversione tomografica in grado di tracciare raggi sismici
attraverso una struttura di velocità 3D di partenza, modellando sia le fasi dirette che quelle rifratte
ad una Moho con geometria qualsiasi. Questo consentirà di ottenere un modello tomografico finale
di altissimo dettaglio. Per ottenere questo risultato saranno implementate alcune modifiche al raytracing 3D della procedura di inversione tomografica.
Attività 4: creazione di una procedura di integrazione e gestione dei modelli crostali ottenuti.
Sarà sviluppata una procedura standard divisa in due moduli. Il primo si occuperà di integrare il
modello regionale tomografico con le diverse tomografie locali, sia P che S, di altissima
definizione, già pubblicate o che saranno prodotte in futuro. Questo modulo sfrutterà algoritmi di
interpolazione 3D. Il secondo modulo, invece, permetterà di calcolare il miglior modello 1D locale e
le travel times sintetiche per le fasi P ed S, attraverso il modello 3D integrato.
3a.4 Metodologia
Obiettivo 1
Sarà utilizzato il metodo per l’inversione tomografia 3D linearizzata di fasi P ed S, di Zhao et al.
(1992) modificato da Di Stefano et al. (2002). Tale metodo consente sia l’inversione a partire da un
modello 1D che a partire da un modello 3D che includa una discontinuità sismica con topografia
69
variabile. Tale metodo consente l’inversione di un elevato numero di osservazioni per un grande
numero di parametri di velocità, grazie all’inclusione dell’algoritmo LSQR di Paige and Saunders
(1992).
Obiettivo 2
Sarà utilizzato il metodo di Waldhauser (1996) che consente di interpolare i dati sulla profondità
della Moho e le velocità crostali, attraverso la generazione di diverse superfici che minimizzano il
misfit tenendo conto di importanti informazioni a priori. I dati sono pesati in base a parametri di
qualità ed attendibilità, relativi alla discontinuità crosta/mantello. Il metodo consente l’inserimento di
informazioni estratte da esperimenti di Sismica a Sorgente Controllata (CSS) e sarà implementato
per consentire la migliore integrazione di dati ottenuti dall’analisi di Receiver Function telesismiche
(RF). Questo aggiornamento della procedura consentirà di raggiungere il dettaglio di ~20km nelle
aree a maggiore densità di punti e di circa ~50 km nel resto della penisola. Per quanto riguarda i
dati di RF, saranno elaborati con i metodi standard (Langston, 1979; Sambridge, 1999) e, dove
possibile, vincolandone i risultati con le informazioni derivate dalle inversioni tomografiche.
Obiettivo 3
Sarà prodotto un primo pacchetto software (modulo 1) per l’interpolazione 3D dei valori di velocità
e l’integrazione fra modelli 3D diversi. Ogni schema di interpolazione può essere visto in termini di
funzioni base. In dipendenza dalle funzioni usate (step, lineare, cubica, ecc.) una funzione nota
solo in un numero discreto di punti può essere interpolata fra di essi. In questo modulo saranno
utilizzate funzioni base lineari per l’interpolazione fra nodi fra i quali il modello è noto. Sarà poi
creato un secondo pacchetto software (modulo 2) che calcolerà il miglior modello 1D locale a
partire dal 3D e che utilizzerà alcune componenti del programma NonLinLoc (Lomax, 2000) per il
calcolo dei tempi sintetici di percorrenza delle onde sismiche attraverso un mezzo 3D.
3a.5 Cronoprogramma
Fase
Semestre
Attività 1
Attività 2
Attività 3
I
II
1
Localizzazioni 1D
di partenza degli
eventi. Analisi del
dataset.
Parametrizzazione
del volume e test
sisntetici.
Raccolta,
selezione
e
pesatura dei dati
CSS.
2
1
2
Calcolo
delle
Receiver
Functions
(RF)
e
confronto
con
il
modello
tomografico.
Implementazione
della procedura di
interpolazione.
Integrazione dei
dataset di CSS e
RF.
Aggiornamento
del
modello
medio 3D di
velocità delle
onde sismiche
e della mappa
della Moho.
-
Modifiche al raytracing
della
procedura
di
inversione
tomografica.
Calcolo del
miglior
modello 1D.
Inversione
tomografica
e test di
risoluzione
Procedura
–
Modulo
1:
riparametrizzazione
e integrazione dei
Attività 4
70
Creazione del
modello di Vp
e di Vs di
secondo
livello.
Procedura
–
Modulo
2:
calcolo
del
best
1D
e
modelli
tomografici.
calcolo
delle
travel times nel
modello 3D.
4a. Prodotti
Modello 3D regionale di velocità delle onde P ed S, per la crosta, localmente integrato con modelli
crostali di dettaglio ad altissima definizione. Mappa aggiornata della Moho per il Mediterraneo
centrale. Procedura modulare per il calcolo del best 1D e della profondità della Moho locale, dal
modello integrato 3D e per il calcolo delle travel time P ed S.
La standardizzazione della procedura consentirà di inserire nel modello integrato anche i risultati
tomografici di alta definizione aspettati dal progetto S5. Sarà inoltre possibile effettuare studi di
comparazione fra le localizzazioni 1D e 3D di un sottoinsieme di eventi estratti dal nuovo catalogo
della sismicità italiana prodotto all’interno dello stesso progetto S1.
The central Mediterranean, and the Italian region in particular, are characterized by a complex
tectonic setting. Accurately determining the 3D structure of the crust, also including the
crust/mantle boundary, is fundamental for the modeling of geophysical parameters in such regions,
to better define and regionalize the seismic hazard. For this reason, building an integrated 3D
seismic waves velocity model for the Italian region is a high priority goal. Seismic tomography,
controlled source seismology (CSS) and, recently, receiver function studies (Langston, 1979), are
based on methodologies able to unravel extremely detailed information on the 3D crustal structure.
In the last decade, several tomographic models of crust beneath Italy have been produced, but
only recently the quality and amount of available data allowed to reach the appropriate resolution
to image 30 to 60km wide structures at regional scale down to the base of the lithosphere.
Conversely, the resolution of tomographic studies at very local scale is extremely variable,
depending on the dimension and density of the station arrays, and it is typically in the order of few
km. Detailed tomographic studies have been performed targeting many fault zones related to
important seismic sequences or historical earthquakes, and almost all the more important and
hazardous volcanic regions, e.g. Mt. Vesuvius, Mt. Etna, Phlegrean Fields, the Alban Hills. In
addition, a huge number of CSS experiments, both inland and offshore, have been performed in
the last 50 years giving a very large number of very high definition information on the crustal
structure, sometimes illuminating the crust/mantle boundary (Pialli et al., 1998; Scrocca et al.
2003). The presently uneven distribution of such experiments, and the 2D exploration
methodologies used, do not allow to homogenously sample the crustal volume, needing complex
interpolation procedures to generate a 3D continuous model. Waldhauser et al. (1996) developed
an advanced 3D interpolation method to generate a Moho complex topography and a 3D mean
velocity model, based on the local information from several CSS experiments. Such method has
been recently implemented and used to generate a Moho map for the whole Italian peninsula, also
including a small number of information from seismic tomography and receiver function studies
where CSS are less or not at all available (Di Stefano et al., 2008). Finally, in the last few years, an
increasing number of teleseismic recordings at 3 component seismic broadband stations, has
become available due to the implementation of the National Seismic Network and the installation of
several networks for temporary experiments. Such data allow to more or less homogeneously
71
sample the whole region with Receiver Function studies (Piana Agostinetti, et al., 2002; Bagh et
al., 2007; Bianchi et al., 2007).
References
Bagh et al., 2007 Bagh, S. B., Chiarabba, C., Gori, P. D., Barchi, M., 2007. Crustal vp and vp/vs
structure of the abruzzo apennines (central italy). Geophys. Res. Lett. in preparation.
Bianchi, I., Piana Agostinetti, N., De Gori, P., Chiarabba, C., 2007. Deep structure of the colli
albani volcanic district (central italy) from receiver functions analysis. J. Geophys. Res. submitted.
Di Stefano R. and Chiarabba C., (2002). Active source tomography at Mt. Vesuvius: Constraints for
Di Stefano, R. (2005). Subduction-collision structure beneath Italy: high resolution images of the
Adriatic-European-Tyrrhenian lithospheric system, Ph.D. Thesis, Naturwissenschaften,
Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich.
Di Stefano, R., Chiarabba, C., and Kissling, E. (2008) - Crustal Thickness and 3d Moho Geometry
in Italy: new constraints for geodinamics and tectonics. Tectonophysics, submitted.
Langston, C., 1979. Structure under mount rainier, washington, inferred from teleseismic body
waves. J. Geophys. Res. 84 (B9), 4749–4762.
Lomax, 2000 Lomax, A., J. Virieux, P. Volant and C. Berge, 2000. Probabilistic earthquake location
in 3D and layered models: Introduction of a Metropolis-Gibbs method and comparison with linear
locations, in Advances in Seismic Event Location Thurber, C.H., and N. Rabinowitz (eds.), Kluwer,
Amsterdam, 101-134.
Waldhauser, F., 1996. A parameterized three-dimensional Alpine crustal model and its application
to teleseismic wavefront scattering, Ph.D. thesis, ETH-Zurich, Switzerland.
Piana Agostinetti, N., Lucente, F., Selvaggi, G., Di Bona, M., 2002. Crustal structure and moho
geometry beneath the northern apennines (italy). Geophys. Res. Lett. 29 (20),
doi:10.1029/2002gl015109.
Pialli, G., Barchi, M., Minelli, G., 1998. Results of the crop03 deep seismic reflection profile. Mem.
Soc. Geol. It. 52, 654.
Roselli, P., Lucente, F., Piana Agostinetti, N., 2008. Crustal structure at the tyrrhenian-adriatic
domain boundary from receiver functions analysis in northern apennines (Italy). Geophys. Res.
Lett. in prep.
Scrocca et al., 2003 Scrocca, D., Doglioni, C., Innocenti, F., Manetti, P., Mazzotti, A., Bertelli, L.,
Burbi, L., D’Oﬃzi, S. (Eds.), 2003. 2003. CROP ATLAS - Seismic Reflection Profiles of the Italian
Crust. Vol. 62. Mem. Descr. Carta. Geol. It.
Sambridge, M., 1999a. Geophysical inversion with a neighbourhood algorithm I searching a
parameter space. Geophys. J. Int. 138, 479–494.
Zhao, D., A. Hasegawa, and S. Horiuchi (1992). Tomographic imaging of p and s wave velocity
structure beneath northeastern japan, J. Geophys. Res., 97 (B13), 19,909–19,928.
3b.2 Goals
The main goal of this Research Unit is to create a high definition integrated 3D seismic velocity
model of the crust in Italy. Obtaining such a model will enhance the quality and resolution of
information about the structure of the crust and its physical state. It will also be a stable and
advanced starting point to obtain new more detailed velocity models, both at regional and at local
scale and to further refine the integrated reference model itself. Moreover, the integrated model will
be used to improve the routine 3D event location and travel time calculation. The activity will be
organized in three different sub-goals.
Goal 1: the first target will be to produce a 3D regional tomographic high and medium “resolution”
velocity model for the P- (P model) and S-waves (S model) respectively. For this first step we’ll use
a best 1D starting velocity model for the inversion procedure, already used in previous tomographic
works. To achieve this goal, the P- and S-phase readings dataset 1988-2002 will be updated to the
end of 2007. For the P model, the node spacing of the model grid, will be reduced to <15km. In the
second phase of the project, a second high definition tomographic inversion will be performed for
both P- and S-waves arrival times, using the mean velocity model with the Moho topography
obtained by the Goal 2, as a reference starting 3D velocity model. This approach will allow to
72
precisely model the P waves refracted at the crust/mantle boundary, improving the convergence
toward the real 3D seismic velocity structure of the crust. Finally, by using the products of Goal 3,
the refined 3D regional tomographic model will be integrated, by including in it the results from
several high definition tomographic studies, both P and S models, performed at very local scale all
over the Italian region. This will allow to locally strongly improve the level of information available
for further modeling and for a better understanding of deformation processes, acting in the crust.
Goal 2: upgrade of the crust/mantle boundary (Moho) map and of the 3D mean velocity model for
the central Mediterranean region. Such upgrade will be performed by adding several new
observations, (depth of the discontinuity and mean velocity above), from Receiver Function and
controlled source seismology (CSS) data. A total of 150-200 points will be available with Receiver
Function data all over the peninsular and insular Italy, related to broadband seismic stations
networks. All the available CSS profiles, giving information from shallow to deep crustal depths, will
be added. In both cases, data will be weighted based on the quality of the observations and thus to
the reliability of the results. By integrating results from the two different methodologies will allow us
to retrieve a Moho map and a mean 3D velocity model for the crust, homogeneously sampled in
the whole region.
Goal 3: We will write a procedure, made of two independent modules, allowing to re-grid the
regional and the local velocity models, and to merge them (module 1), and to obtain the local best
1D velocity model and the 3D synthetic travel times for P and S waves (module 2).
3b.3 Activity
Activity 1: production of the first Vp and Vs high definition tomographic model for the crust.
A dataset of more than 450,000 P- and 180,000 S-phases recorded at the National Seismic
Network in the period 1988-2007, will be inverted by applying a code for the 3D linearized
tomographic inversion.
Activity 2: upgrade of the Moho map and of the 3D mean Vp model for the central Mediterranean
region.
First, the depth of the Moho and the mean Vp/Vs ratio will be investigated through the analysis of
the teleseismic Receiver Functions beneath 150-200 3-component broadband seismic stations,
deployed all over the insular and peninsular Italy and belonging to either permanent or temporary
networks. All the additional information about the depth of the Moho and the mean crustal P-wave
velocities from CSS experiments, presently available for the region, will be then collected. The two
datasets will then be merged together and added to the latest available version of the Moho map.
Finally, the method by Waldhauser (1996) will be applied to the extended dataset, to generate the
new Moho map and the mean 3D velocity model.
Activity 3: production of the second Vp and Vs high definition tomographic model for the crust.
The mean 3D velocity model and the Moho topography obtained as a result of the activity 2, will be
used as a 3D reference model in a procedure for the tomographic inversion of the P and S travel
times, able to trace seismic rays through a 3D velocity structure, modeling both direct phases and
those refracted at the Moho. This will lead to a very high definition final tomographic model. To
achieve such goal, the 3D ray-tracing routine will be implemented.
Activity 4: setting up a procedure to merge, handle, and use the 3D velocity models.
A standard two-modules procedure will be set up. The first module will integrate the regional
tomographic model with the results of local high-definition tomographies, both those available at
present and those that will be produced in the future. This module will be based on 3D interpolation
algorithms. The second module will calculate the best local 1D velocity model and the synthetic P
and S travel times, through the 3D integrated model.
3b.4 Metodology
Goal 1: The method developed by Zhao et al. (1992) as modified by Di Stefano et al. (2002) will be
applied perform a linearized 3D inversion of P- and S-phases arrival times. Such method allows to
perform the tomographic inversion using, as a reference model, either a 1D or a 3D velocity model,
also including a seismic discontinuity with variable topography. Moreover, a large number of
observations and model parameters can be handled thanks to the inclusion of the LSQR algorithm
by Paige and Saunders (1992).
Goal 2: The method by Waldhauser (1996) will be used to interpolate between data about the
Moho depth and the crustal velocities, by generating different surfaces which minimize the misfit
73
while taking into account important a-priori information. Data are weighted based on quality and
reliability evaluation parameters. Such method natively accepts, in input, information retrieved from
Controlled Source Seismilogy (CSS) experiments, and it will be implemented to fully integrate data
from teleseismic Receiver Function (RF) studies. This upgrade will allow to achieve detail of
~20km in the best sampled areas and ~50km in the remainder of the peninsula. The RF data will
be analyzed by applying standard methods (Langston, 1979; Sambridge, 1999) and, where
possible, results will be constrained with information from the tomographic inversions.
Goal 3: We will set up a software package (module 1) to interpolate between velocity values of the
tomographic models and to merge different 3D velocity models. Any interpolation scheme can be
casted in terms of basis functions. Depending on the basis functions used (e.g., step, linear, cubic,
...) a function available only at a discrete number of points can be interpolated therein. In this
project, we plan to use linear basis functions for the interpolation between the grid nodes along
which the models are defined. A second software package (module 2) will be created to calculate
the best local 1D velocity model from the 3D one, and the synthetic P and S travel times through
the 3D model. This latter goal will be achieved by including some parts of the NonLinLoc software,
by Lomax (2000), into module 2.
3b.5 Timetable
Phase
I
II
Semester
1
2
Activity 1
1D earthquake
locations for the
Central
Mediterranean.
Analysis of the
dataset. Model
volume
parametrization.
Synthetic tests.
Determination
of the best
1D.
Tomographic
inversion of P
and S phases
and resolution
tests, for the
Central
Mediterranean
Selection and
quality
weighting
of
CSS data for
the
Central
Mediterranean.
Receiver
Function (RF)
analysis and
comparison
with
the
tomographic
results for the
Central
Mediterranean
region
Activity 2
1
2
Implementation
of Waldhauser
(1996)
interpolation
method. Merge
of CSS and RF
data
to
genereate the
new Moho map
for the central
Mediterranean
3D
mean
velocity model
and
Moho
map update
for the Central
Mediterranean
region
Activity 3
Implementation
of the raytracing
procedure
of
the
tomographic
inversion.
Activity 4
Software
Package
–
Module 1: regridding
and
integration of
74
Creation
of
the
high
definition Vp
and
Vs
tomographic
model for the
Central
Mediterranean
region
Software
Package
–
Module
2:
best
1D
calculation
the
tomographic
models.
and
travel
times
caculation
through
the
3D model.
4b. Deliverables
3D P-wave and S-wave regional velocity model for the central Mediterranean crust, merged with
the available very high definition local scale models. Updated map of the Moho topography, for the
central Mediterranean region. Software package for 3D velocity model handling, local best 1D
model calculation, local Moho depth extraction, synthetic 3D P- and S-waves travel times
calculation.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2400
1500
3) Costi Amministrativi (solo per Coordinatori
di Progetto)
professionali
0
16000
0
uso
7) Spese indirette (≤10% del totale delle
precedenti voci)
2400
Totale
24000
1700
75
Finanziato
dall'Ente/Istituzion
e
c = a-b
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2600
3000
3) Costi Amministrativi (solo per Coordinatori
di Progetto)
professionali
Finanziato
e
c=
a-b
0
16000
0
uso
precedenti voci)
2600
Totale
26000
1800
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
5000
4500
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
32000
0
uso
precedenti voci)
3500
5000
Totale
50000
76
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 2.03 - Neri Giancarlo
(Task B)
Progetto S1-UR2.03
Titolo Studi sismologici per l’identificazione e caratterizzazione delle strutture sismogenetiche in
Calabria ed in Sicilia occidentale
Responsabile UR
Giancarlo Neri,
professore ordinario di Geofisica della Terra Solida, Direttore del Dipartimento di Scienze della
Terra Università di Messina
Breve CV
G. Neri svolge attività di ricerca in Geofisica, con particolare riferimento al campo della Sismologia.
E’ autore di oltre cento pubblicazioni a stampa e numerose comunicazioni a congressi nazionali ed
internazionali. Ha sviluppato collaborazioni con numerose università italiane ed estere. Le
collaborazioni con i gruppi di ricerca delle Università di Seattle (Washington), Boulder (Colorado) e
Fairbanks (Alaska) hanno dato il via all’applicazione di nuove metodologie alla sismicità italiana
negli anni ’80 e ’90. G. Neri insegna Sismologia presso vari corsi di laurea la Facoltà di Scienze
MM.FF.NN. dell’Università di Messina.
LEADERSHIP DI PROGETTI, CENTRI E LABORATORI
Responsabile della Rete Sismica delle Isole Eolie e dell’Osservatorio Geofisico di Lipari (Consiglio
Nazionale delle Ricerche), 1982-1992
Responsabile del Settore “Sorveglianza geofisica” dell’Istituto Internazionale di Vulcanologia,
CNR, 1989-1990;
Responsabile del Presidio Geofisico del Gruppo Nazionale per la Vulcanologia, nel corso
dell’Intervento Straordinario GNV 1988 per la sorveglianza vulcanica di Vulcano;
Responsabile per la parte italiana (CNR) del progetto bilaterale Italia-USA “Studio dei meccanismi
dei maggiori terremoti dell’Italia Meridionale”, 1993-1994;
Responsabile di numerosi progetti di ricerca ed Unità Operative: Gruppo Nazionale per la
Vulcanologia (1983-1992, 1994-1998 e 2000-2003), MURST (1993-1996), Gruppo Nazionale
per la Difesa dai Terremoti (1997-1998 e 2000-2003), Sistema Poseidon Dipartimento
Nazionale Protezione Civile (2000-2002); INGV-DNPC (2004-2007), Comunità Europea
Interreg (2006-2007)
Responsabile della Sezione “Sismologia” del Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida,
CNR (1998-2000);
Responsabile della Sezione di Messina del ‘Sistema Poseidon per la sorveglianza sismica e
vulcanica della Sicilia Orientale’, Dipartimento Nazionale di Protezione Civile, Presidenza del
Consiglio dei Ministri (1999-2001);
Sostituto del Direttore del ‘Sistema Poseidon per la sorveglianza sismica e vulcanica della Sicilia
Orientale’, Dipartimento Nazionale di Protezione Civile, Presidenza del Consiglio dei Ministri
(2000-2001);
Direttore del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Messina (dal 2006)
PARTECIPAZIONE A COMITATI E COMMISSIONI SCIENTIFICHE
77
Commission on Volcano Geophysics, International Association of Volcanology and Chemestry of
the Earth Interior, 1987-1995.
Commissione del Gruppo Nazionale per la Vulcanologia per la definizione di scenari eruttivi a
Vulcano a fini di Protezione Civile, 1987.
Commissione del Gruppo Nazionale per la Vulcanologia per la valutazione del progetto CNR “Rete
Sismica dell’Etna”, 1987.
Consiglio Scientifico dell’Istituto Internazionale di Vulcanologia (1997-2001).
Consiglio Scientifico del Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida, CNR (1998-2000)
Comitato Tecnico-Scientifico del Sistema Poseidon per la sorveglianza sismica e vulcanica della
Sicilia Orientale, Dipartimento Nazionale di Protezione Civile, Presidenza del Consiglio dei
Ministri (1999-2001).
Barberi G., Cosentino M.T., Gervasi A., Guerra I., Neri G., Orecchio B., Crustal seismic
tomography in the Calabrian Arc Region, South Italy, PHYSICS OF THE EARTH AND
PLANETARY INTERIORS, 147, 297-314, 2004
NERI G., BARBERI G., OLIVA G., ORECCHIO B. (2005). Spatial variations of seismogenic stress
orientations in Sicily, south Italy. PHYSICS OF THE EARTH AND PLANETARY INTERIORS. vol.
148, pp. 175-191.
PRESTI D., ORECCHIO B, FALCONE G., NERI G. (2008). Linear versus non-linear earthquake
location and seismogenic fault detection in the southern Tyrrhenian sea, Italy, GEOPHYSICAL
JOURNAL INTERNATIONAL, VOL. 112, B12303, doi:10.1029/2006JB004791.
NERI G., OLIVA G., ORECCHIO B., PRESTI D. (2006). A possible seismic gap within a highly
seismogenic belt crossing Calabria and eastern Sicily, Italy. BULLETTIN OF SEISMOLOGICAL
SOCIETY OF AMERICA, vol. 96, 4A., pp. 1321-1331.
BILLI A., PRESTI D., FACCENNA C., NERI G., ORECCHIO B. (2007). Seismotectonics of the
Nubia plate compressive margin in the south-Tyrrhenian region, Italy: clues for subduction
inception. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH 112, B08302, doi:10.1029/2006JB004837.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Neri Giancarlo
Orecchio Barbara
Presti Debora
da
individuare
mediante selezione
Totaro Cristina
Qualifica
Prof. Ordinario
Assegnista di
Ricerca
Assegnista di
Ricerca
Assegnista di
Ricerca
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
(personale non a
carico del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Università di Messina
3
3
4
0
4
4
Borsista
Faccenna Claudio
Prof. Associato
Murru Maura
Guerra Ignazio
Tafaro Francesco
Falcone Giuseppe
Primo Ricercatore
Prof. Ordinario
Dottorando
Contrattista
Università di Roma
Tre
INGV
Università di Cosenza
78
2
2
1
1
1
1
2
2
1
1
2
2
I fase
II fase
335
1
Le indagini sismologiche svolte dalla nostra UR nell’ambito del Progetto DPC 2004-2006 hanno
contribuito alla identificazione e caratterizzazione di varie strutture sismogenetiche nella regione
calabro-siciliana, con particolare riferimento ai settori dell’offshore tirrenico della Sicilia, dello
Stretto di Messina e della Calabria Occidentale. Proponiamo nell’ambito del Progetto S1 del DPC
2007-2009 di analizzare i settori della Calabria orientale e della Sicilia occidentale, per i quali la
storia sismica passata e la disponibilità di dati recenti evidenziano la opportunità di analoghe
ricerche. In Calabria orientale riteniamo particolarmente interessante, tra l’altro, l’area ad est del
massiccio della Sila. Qui il catalogo CPTI mostra una sismicità storica alquanto intensa, con vari
eventi di intensità epicentrale superiore al IX MCS. La sismicità degli ultimi decenni mostra una
discreta concentrazione di eventi di magnitudo maggiore di 3. I dati geo-strutturali rilevati da altri
autori nella stessa area (es. Moretti, GNDT 2000; Van Dijk et al., Tectonophysics 2000; Galli e
Bosi, JGR 2003; Tansi et al., J. of Geodyn. 2007), definiscono un quadro non univoco, proponendo
trends preferenziali in direzioni comprese tra NW-SE e N-S. La Sicilia occidentale è stata
interessata nel 1968 da uno sciame di terremoti che ha prodotto danni ingenti e vittime nella Valle
del Belice. Tale fase di attività, comprendente sei eventi di magnitudo maggiore di 5, risulta ancora
poco compresa per quanto concerne la sorgente o le sorgenti che l’avrebbero generata
(DISS3.0.3). Su entrambi i settori della Calabria orientale e della Sicilia Occidentale le conoscenze
attuali in tema di strutture sismogenetiche sono modeste ed estremamente incerte.
3a.2 Obiettivi
L’UR-Messina si propone di contribuire al Progetto S1 attraverso l’esecuzione di analisi
sismologiche in Calabria (con particolare riferimento al versante orientale) ed in Sicilia occidentale.
L’obiettivo primario della ricerca sarà la localizzazione quanto più possibile accurata dei terremoti
degli ultimi decenni, da conseguire anche attraverso inversioni LET concepite ad hoc per i rispettivi
settori. Sarà tra l’altro impiegato l’algoritmo di localizzazione probabilistica non-lineare BAYLOC
(Presti et al., BSSA 2004, GJI 2008) che ha fornito risultati pregevoli nei più recenti studi. L’analisi
della distribuzione spaziale degli eventi, unitamente alla valutazione dei meccanismi focali ed al
confronto con i dati provenienti dalla sismicità storica e da altre tecniche geologiche e geofisiche,
aiuterà il procedimento di individuazione e caratterizzazione delle strutture sismogenetiche nei
settori investigati. I risultati delle localizzazioni ipocentrali ottenuti dalla nostra UR saranno
consegnati ai coordinatori di S1 affinchè possano essere integrati con i risultati delle altre UR, al
fine di poter procedere ad una valutazione complessiva e collegiale dei risultati offerti da tutte le
UR.
3a.3 Attività
Il primo semestre di attività dell’UR-Messina sarà in buona parte utilizzato per la determinazione
mediante LET dei modelli tridimensionali della velocità delle onde sismiche nei settori di interesse
della ricerca (Calabria Orientale e Sicilia Occidentale). Utilizzeremo gli algoritmi classici della serie
Simul e quelli più avanzati della serie TomoDD. Questa fase di studio ci permetterà di migliorare le
conoscenze strutturali disponibili in settori ancora poco investigati e di ottenere un significativo
miglioramento della qualità delle localizzazioni ipocentrali. Nell’arco del primo semestre avvieremo
anche l’analisi della distribuzione spaziale della sismicità recente, con particolare riferimento agli
eventi più energetici ed alle fasi sismiche più significative. Tale attività si svilupperà nel secondo
semestre della ricerca e si concluderà nel terzo. Le localizzazioni ipocentrali saranno effettuate per
mezzo dell’algoritmo probabilistico non-lineare Bayloc, recentemente implementato con una
procedura che permette di stabilire il grado di attendibilità dei trends ipocentrali. I risultati ottenuti
nel corso del secondo e del terzo semestre saranno progressivamente consegnati ai coordinatori
di S1 affinchè possano essere integrati con i risultati che pervengono dalle altre UR, e ciò al fine di
poter procedere con una certa regolarità all’interno dell’intera estensione temporale del Progetto
ad una valutazione complessiva e collegiale dei risultati offerti da tutte le UR. Tale valutazione
complessiva e collegiale avrà ovviamente la sua massima realizzazione nel quarto semestre di
79
attività del Progetto, quando comunque le indagini dell’UR saranno anche perfezionate a seguito
dei feedback provenienti dai coordinatori di S1.
3a.4 Metodologia
Lo studio della struttura crostale mediante LET sarà effettuato attraverso algoritmi di inversione
classici come quelli della serie Simul (Evans et al., USGS-of 1994) e più recenti della serie
TomoDD (Zhang & Thurber BSSA 2003). Questi ultimi sfruttano non soltanto i tempi di arrivo delle
onde sismiche generate dai singoli eventi (caratteristica peculiare dei primi) ma anche le differenze
dei tempi d’arrivo tra eventi vicini registrati dalla stessa stazione sismometrica, nonché i dati
provenienti da procedimenti di cross-correlazione delle forme d’onda sismiche. Le localizzazioni
ipocentrali saranno effettuate tramite l’algoritmo probabilistico non-lineare Bayloc (Presti et al.,
BSSA 2004, GJI 2008) che ha già mostrato notevole efficacia ai fini dell’individuazione delle
strutture sismogenetiche . Tale algoritmo è stato ulteriormente implementato dal nostro gruppo di
ricerca grazie all’introduzione di una procedura denominata ISO-TEST che permette di stabilire il
grado di attendibilità dei trends ipocentrali e la loro utilità ai fini della detection delle sorgenti
sismogenetiche. Tale proprietà risulta particolarmente importante in aree con geometrie di rete non
ottimali, come quelle selezionate per la nostra indagine.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
1
2
1
Attività 1:
Analisi in Calabria
Orientale
Inversione
tomografica e
avvio delle
localizzazioni
ipocentrali
Prosecuzione
delle
localizzazioni
ipocentrali –
confronti con i
risultati delle
altre UR
Completamento
delle
localizzazioni
ipocentrali confronti con i
risultati delle
altre UR
Attività 2:
Analisi in Sicila
occidentale
Inversione
tomografica e
avvio delle
localizzazioni
ipocentrali
Prosecuzione
delle
localizzazioni
risultati delle
altre UR
Completamento
delle
localizzazioni
risultati delle
altre UR
Semestre
2
Analisi
supplementari
e conclusive
richieste dalle
valutazioni
collegiali di
Progetto e
sintesi finale
Analisi
supplementari
e conclusive
richieste dalle
valutazioni
collegiali di
Progetto e
sintesi finale
4a. Prodotti
1. Modelli 3D di velocità sismica crostale per la Calabria orientale e la Sicilia occidentale.
2. Databases dei parametri ipocentrali relativi alla sismicità crostale originatasi in Calabria orientale
e Sicilia occidentale nel periodo 1981-2007.
3. Studi di dettaglio delle fasi sismiche più significative e/o dei principali clusters di sismicità in
Calabria orientale e Sicilia occidentale e contributi alla parametrizzazione delle strutture
sismogenetiche ed alla quantificazione del loro potenziale sismogenetico.
80
Saranno in primo luogo mantenuti stretti contatti con gli altri Partners di S1, anche al fine di poter
procedere a valutazioni complessive e collegiali di tutti i risultati offerti dalle UR. Tale approccio
permetterà tra l’altro di accrescere l’efficacia dei procedimenti di individuazione delle sorgenti
sismogenetiche e indicherà in modo più incisivo gli approfondimenti necessari ad opera di
ciascuna UR nel corso della realizzazione del Progetto. Saranno mantenuti contatti e
collaborazioni anche con altri gruppi di ricerca, in particolare con l’Università della Calabria (analisi
dei dati sismici) e con l’Università di Roma Tre (confronto dei dati sismici con i dati geostrutturali)
The seismological investigations carried out by our RU in the framework of the DPC 2004-2006
Project have contributed to the detection and characterization of several seismogenic structures in
the Calabro-Sicilian region, with particular reference to the sectors of the Tyrrhenian offshore of
Sicily, the Messina Straits and western Calabria. In the framework of the 2007-2009 S1 Project we
intend to analyze the sectors of eastern Calabria and western Sicily, for which the historical
seismicity and the availability of recent data evidence the opportunity of analogous investigations.
In eastern Calabria we consider very interesting, among other things, the area located to the east
of the Sila Massif. Here, the CPTI catalog shows a quite intense historical seismicity, with several
earthquakes of epicentral intensity greater than IX MCS. The seismicity of the last decades shows
significant concentration of earthquakes of magnitude greater than 3. The geo-structural data
reported by other investigators in the same area (es. Moretti, GNDT 2000; Van Dijk et al.,
Tectonophysics 2000; Galli e Bosi, JGR 2003; Tansi et al., J. of Geodyn. 2007) define a not
univocal frame characterized by preferential trends ranging from NW-SE to N-S. Western Sicily
was struck in 1968 by an intense swarm of earthquakes which produced great damages and
fatalities in the Belice Valley. This phase of activity, including six events of magnitude over 5, is still
poorly understood regarding the generating source or sources (DISS3.0.3). In both sectors of
eastern Calabria and Western Sicily the present knowledge on the seismogenic structures are still
poor and very uncertain.
3b.2 Goals
The Messina RU will contribute to the S1 Project through seismological analyses in Calabria (with
particular reference to the eastern side of the region) and in western Sicily. The primary goal of this
research will be the accurate location of the earthquakes of the last decades, to be obtained also
by LET inversions in the specific sectors. We will use, in particular, the BAYLOC non-linear
probabilistic location algorithm (Presti et al., BSSA 2004, GJI 2008) that furnished very good
results in the most recent studies. The analysis of the spatial distribution of the events, together
with the evaluation of the focal mechanisms and the comparison with historical seismicity and with
data from other geological and geophysical techniques, will help detection and characterization of
the seismogenic structures in the sectors under investigation. The hypocenter location results from
our RU will be delivered to the S1 responsibles in order to allow integration with the results from
the other RUs, with the final goal of proceeding with an overall evaluation and interpretation of the
findings of all RUs.
The first semester of activity of the RU-Messina will be mainly utilized for the computation by LET
of the 3D seismic velocity models in the sectors of primary interest of the research (Eastern
Calabria and Western Sicily). We will use the classical algorithms of the Simul series and the most
advanced ones of the TomoDD series. This phase of study will allow us to improve the structural
knowledge available in these still poorly investigated sectors and to obtain significant increase in
81
the quality of hypocenter locations. In the first semester we will also start with the analysis of the
space distributions of the recent seismicity, with particular reference to the most energetic events
and to the most significant seismic phases. This activity will prosecute in the second semester of
the research and will end in the third. Hypocenter locations will be performed by the BAYLOC nonlinear probabilistic algorithm, recently implemented with a procedure allowing us to establish the
level of reliability of the hypocenter trends. The results obtained during the second and third
semesters will be progressively delivered to the S1 responsibles in order to allow integration with
the results coming from the other RUs, with main purpose of performing – as regularly as possible
– an overall evaluation of the findings coming from all the RUs. This overall evaluation will
stimulate the proper feedback (concluding analyses) from the RUs (including ours) in the forth
semester.
3b.4 Metodology
The study of the crustal structure by LET will be performed by classical inversion algorithms like
those of the Simul series (Evans et al., USGS-of 1994) and by the most advanced algorithms of
the TomoDD series (Zhang & Thurber BSSA 2003). The latter, in addition to using the arrival times
of the seismic waves generated by individual events (peculiar feature of the former), utilize also
relative arrival times and waveform cross-correlation data at a given station from pairs of nearby
events. Hypocenter locations will be performed by the BAYLOC non-linear probabilistic algorithm
(Presti et al., BSSA 2004, GJI 2008) that already showed to be very effective concerning the
detection of the seismogenic structures. This algorithm was also recently implemented by our team
with the introduction of a procedure named ISO-TEST allowing us to establish the level of reliability
of the hypocenter trends and their usefulness concerning the seiesmogenic source detection. This
property is very important in the areas, like those of primary interest in this research, where the
network geometries are not optimal.
3b.5 Timetable
I
Phase
1
II
2
1
Activity 1:
Analyses in
Eastern Calabria
Tomographic
inversion and
early phase of
hypocenter
locations
Prosecution of
hypocenter
locations –
comparison
with results
from other RUs
Conclusion of
hypocenter
locations comparison with
results from other
RUs
Activity 2:
Analyses in
western Sicily
Tomographic
inversion and
early phase of
hypocenter
locations
Prosecution of
hypocenter
locations –
comparison
with results
from other RUs
Conclusion of
hypocenter
locations comparison with
results from other
RUs
Semester
2
Supplementary
analyses
requested by
joint and overall
evaluations in
S1 – synthesis
of results
Supplementary
analyses
requested by
joint and overall
evaluations in
S1 – synthesis
of results
4b. Deliverables
1. 3D crustal seismic velocity models for eastern Calabria and western Sicily.
2. Databases of hypocenter parameters of the crustal seismicity occurring in eastern Calabria and
western Sicily during 1981-2007.
3. Detailed investigations of the most significant seismic phases and/or of the main clusters of
seismicity in eastern Calabria and western Sicily, as contributions to the parametrization of the
seismogenic structures and the quantification of their seismic potential.
82
Le attività proposte dall’UR-Messina in S1 si raccordano, senza sovrapposizione alcuna, con le
attività che la stessa UR-Messina ha in programma di svolgere in seno ad S5. In S1 effettueremo
le indagini per l’individuazione delle sorgenti sismogenetiche in Calabria orientale ed in Sicilia
occidentale. In S5 analizzeremo l’area dello Stretto di Messina.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
8000,00*
uso
Totale
8000,00
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2000,00*
uso
Totale
2000,00
* La cifra sarà utilizzata per un assegno di ricerca a carico del progetto il cui destinatario sarà
selezionato tramite procedura concorsuale
83
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
10000,00
uso
Totale
10000,00
84
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 2.04 - Romanelli Fabio
(Task A)
Progetto S1
Titolo: Struttura e spessore della litosfera italiana
1. Responsabile UR
Fabio Romanelli
Ricercatore, Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Trieste, Via Weiss 4,
34127, Trieste
Breve CV:
Studi:
Laurea in Fisica (Università di Trieste, 110/110 e lode)
1998 Dottorato in Geofisica della Litosfera e Geodinamica (IX Ciclo)
Incarichi:
1996 - 2000
Ricercatore del GNDT (Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti – CNR-INGV)
2000 - Ricercatore (GEO10) del Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Trieste
Docente incaricato dei corsi di “Sismologia A” ed “Acustica”, Università di Trieste
Invited Lecturer e Teaching Assistant a vari Workshop del Centro Internazionale di Fisica Teorica
(ICTP); Lecturer del corso di “Wave Physics” del Diploma Course (ICTP)
Editore (Solid Earth Sciences) di Pure and Applied Geophysics
Programme Committee Member (Seismology) dell’EGS-EGU-AGU
EGU Officer: secretary (Surface waves) della Seismology Division
Convener della sessione “Groundshaking Scenarios and site effects” dell’EGS-EGU-AGU
Convener della sessione “Seismic Hazard, Risk and Ground-Shaking Scenarios” dell’AOGS
Membro delle Commissioni “Effects of Earthquakes on Megacities” e “Strong Ground Motion,
Earthquake Hazard and Risk” della IASPEI
Membro del Working Group “Effects of Surface Geology on Seismic Motion” (ora IASPEI)
Leader del ASC-SHR Joint Working Group on Seismic Hazard and Risk Assessment for AsianPacific Regions
Principali temi di ricerca:
propagazione e modellazione di onde sismiche in mezzi anelastici lateralmente eterogenei;
propagazione e modellazione di Tsunami in mezzi oceanici lateralmente eterogenei
generazione di onde sismiche da sorgenti estese;
definizione dell’input sismico: scenari di scuotimento e stima della pericolosità sismica; effetti di
sito; moto differenziale; estrazione di parametri ingegneristici.
Pubblicazioni selezionate:
Aoudia, A., Ismail-Zadeh, A.T., and Romanelli, F., 2007. Buoyancy-driven deformation and contemporary
tectonic stress the the lithosphere beneath Central Italy, Terranova, doi: 10.1111/j.1365-3121.2007.00776.x.
Paulatto, M., Pinat, T., Romanelli, F., 2007, Tsunami hazard scenarios in the Adriatic Sea domain.
Natural Hazards and Earth System Science, Vol. 7, 309-325.
Panza, G.F. and Romanelli, F., 2001. Beno Gutenberg contribution to seismic hazard assessment
and recent progress in the European-Mediterranean region, Earth-Science Reviews, 55, 165-180.
Romanelli, F., and G. F. Panza, 1995. Effect of source depth correction on the estimation of
earthquake size. Geophysical Research Letters, Vol. 22, No. 9, pp. 1017-1019.
85
Romanelli, F., Bekkevold, J. and Panza, G.F., 1997. Analytical computation of coupling coefficients
in non-poissonian media, Geophysical Journal International, 129, 205-208.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Fabio Romanelli
Qualifica
Ricercatore
Guidarelli
Mariangela
Assegnista
La Mura Cristina
Dottorando
Zuccolo Elisa
Dottorando
Marco Zuri
Laureando
Panza Giuliano F.
Professore
Ordinario
Vaccari Franco
Ricercatore
Peresan Antonella
Ricercatore
Ente/Istituzione
Dipartimento
di
Scienze della Terra –
Università di Trieste
Dipartimento di Scienze
della Terra – Università
di Trieste
di Trieste
di Trieste
Dipartimento
di
Scienze della Terra –
di Trieste
di Trieste
di Trieste
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
4
4
2
2
2
I fase
II fase
6
2
2
2
4
1
1
1
1
1
1
La struttura e l’architettura della Terra al di sopra della mesosfera (litosfera-astenosfera)
controllano il vulcanismo e la geodinamica e viceversa (e.g. McNutt, 1998; Anderson, 2000). La
penisola italiana e il Mare Tirreno possono essere annoverate fra le regioni geologicamente più
complesse della Terra. Tale complessità si manifesta con forti eterogeneità del sistema crostamantello e con una grande varietà di rocce magmatiche Plio-Quaternarie (e.g. Peccerillo and
Panza, 1999). Questo scenario è il risultato della complessa evoluzione geodinamica del
Mediterraneo nel Neogene e nel Quaternario (e.g. Doglioni et al., 1999). Ciò ha generato nel
mantello un mosaico di domini distinti sia per composizione che per struttura, caratterizzati da una
differente storia evolutiva in termini di composizione e di struttura. Lo studio della struttura e dello
spessore della litosfera italiana è importante per la comprensione del contesto geodinamico della
regione; inoltre i modelli strutturali della crosta e del mantello superiore (sistema litosferaastenosfera) costituiscono un dato di input fondamentale per modellazioni geodinamiche
attendibili, per la valutazione della pericolosità sismica con metodologie di tipo non solo
deterministico e per la determinazione dei meccanismi di sorgente. In questo contesto rientra il
recente lavoro sui modelli strutturali relativi al sistema litosfera-astenosfera, ottenuti da tomografia
con onde di superficie e inversione non lineare delle curve di dispersione, per celle di 1°x1° (Panza
et al., 2007) nel bacino del Tirreno e nelle aree circostanti. La definizione completa del sistema
litosfera-astenosfera della regione italiana richiede di estendere la determinazione dei modelli
86
cellulari a tutta la regione per ottenere una definizione abbastanza precisa dello lo spessore della
litosfera su tutto il territorio nazionale.
Anderson, D.L., 2000. The thermal state of the upper mantle; no role for mantle plumes. Geophys. Res. Lett.
27, 3623–3626.
Doglioni C., Harabaglia, P., Merlini, S., Mongelli, F., Peccerillo, A., Piromallo, C., 1999. Orogens and slabs
vs. their direction of subduction. Earth-Sci. Rev. 45, 167–208.
McNutt, M.K., 1998. Superswells. Rev. Geophys. 36, 211–244.
Panza, G.F., Peccerillo, A., Aoudia, A., and Farina, B., 2007. Geophysical and petrological modelling of the
structure and composition of the crust and upper mantle in complex geodynamic settings: the Tyrrhenian
Sea and surroundings, Earth-Science Reviews, 80, 1-46.
3a.2 Obiettivi
Gli obiettivi previsti per il presente progetto sono i seguenti:
- determinazione dei modelli strutturali (proprietà meccaniche in funzione della profondità, ~350
km, con relative incertezze) per celle di 1°x1° per tutta la regione italiana;
- raffinamento dei modelli esistenti dove possibile, in particolare lungo sezioni di particolare
interesse indicate dai responsabili del progetto S1;
- realizzazione di un database dei modelli strutturali in formato implementabile in GIS utilizzando i
modelli già esistenti (Panza et al., 2007) e i nuovi modelli ottenuti nella prima fase del progetto;
- rivalutazione del tensore momento sismico e rilocalizzazione della sismicità per una serie di
eventi con Mw≥4.8 nella regione italiana, indicativi del campo di sforzi regionale;
- definizione dello spessore della litosfera e sue proprietà meccaniche in relazione alla sismicità e
ai parametri di sorgente come base per l’inquadramento della pericolosità sismica;
- eventuale modellazione numerica della dinamica del flusso della litosfera e sottostante
astenosfera.
3a.3 Attività (si veda 3a.5)
Attività 1:
determinazione dei modelli strutturali cellulari per le aree non coperte da Panza et
al. (2007).
Attività 2:
raffinamento dei modelli strutturali cellulari.
Attività 3:
realizzazione del database di modelli strutturali.
Attività 4:
ri-localizzazione e rivalutazione del tensore momento sismico per eventi con
Mw≥4.8.
Attività 5:
eventuale modellazione numerica della dinamica del flusso della litosfera.
Attività 6:
elaborazione dei risultati ottenuti dallo studio dei modelli strutturali e delle sorgenti
sismiche al fine di definire lo spessore della litosfera e le sue proprietà meccaniche in relazione
alla sismicità.
3a.4 Metodologia
Sulla base di quanto ottenuto per il Tirreno e le aree circostanti (Panza et al., 2007) nell’ambito del
presente progetto si lavorerà alla determinazione dei modelli strutturali per celle di 1°x1° per tutta
la regione italiana. La metodologia prevista consiste nell’utilizzo della tomografia con onde di
superficie, analizzando le curve di dispersione del modo fondamentale di Rayleigh relative a
percorsi opportunamente selezionati nell’area in esame. Successivamente si procederà
all’inversione non lineare considerando la velocità delle onde S e lo spessore degli strati come
variabili indipendenti. Per le curve di dispersione disponibili a scala regionale l’intervallo di periodi
corrisponde a 7-80s; il range di periodi verrà esteso fino a 150 s con dati di velocità di gruppo
ottenuti da studi su scala globale (e.g. Ritzwoller and Levshin, 1998). In questo modo il database ci
permetterà di studiare la velocità delle onde S fino a profondità di circa 300 km. Le interpretazioni
disponibili dei profili sismici che attraversano le Alpi e le aree circostanti (lo svizzero NRP 20, il
87
francese ECORS e l’italiano CROP: e.g. transalp) assieme ad altre informazioni in letteratura
saranno usate come vincoli a priori per lo spessore h e la velocità delle onde di compressione Vp
degli strati crostali più superficiali, assumendo che i materiali presenti siano Poissoniani. Le
soluzioni per ciascuna cella saranno sottoposte ad un processo di ottimizzazione e di smoothing
con una metodologia sviluppata dal DST, con lo scopo di definire un modello 3D del sistema
litosfera astenosfera, in accordo col concetto del “rasoio di Occam” (deGroot-Hedlin and
Constable, 1990). Infatti, il criterio di ottimizzazione permette di scegliere quale soluzione
rappresentativa quella che minimizza il gradiente laterale di velocità. Dove possibile, si procederà
al raffinamento dei modelli strutturali esistenti sulla base di informazioni a priori e indipendenti di
carattere geologico e geofisico, relative alla parte più superficiale della crosta (e.g. Chimera et al.,
2003), in particolare lungo sezioni di particolare interesse. Eventuali dati e modelli provenienti da
metodologie diverse (e.g. tomografia di onde di corpo, receiver functions) potranno essere utilizzati
come set di vincoli a priori, da utilizzare come partenza dello schema di inversione non lineare di
onde superficiali. I risultati potranno quindi essere indicativi del grado di consistenza e/o stabilità di
tali modelli proposti complementarmente.
Per ottenere una rappresentazione del campo di sforzi si farà uso dalle inversioni del tensore
momento sismico, al fine di ottenere un ulteriore vincolo per la modellazione geodinamica. Le
proprietà delle sorgenti dei terremoti verranno studiate utilizzando un’ avanzata metodologia per
l'inversione di forme d'onda (INPAR) sviluppata dalla UR-Trieste (Sileny at al., 1992), che permette
la determinazione del tensore momento sismico completo e quindi ulteriori vincoli alle attuali
geometrie e campi di sforzo nell'area in esame. Oltre che una rivalutazione del tensore momento
sismico, con questa metodologia sarà possibile effettuare una rilocalizzazione degli eventi, in
particolar modo per la profondità (Guidarelli e Panza, 2007). In questo modo sarà possibile
analizzare la distribuzione dei terremoti in profondità e metterla in relazione con la struttura del
sistema litosfera-astenosfera e con le diverse proprietà reologico-meccaniche di crosta superiore e
inferiore. La metodologia INPAR si rivela particolarmente utile in quanto permette di ovviare al
problema della cattiva risoluzione delle componenti M12 e M13 del tensore momento sismico, in
contrapposizione a tutti gli altri metodi correntemente utilizzati per studi del tensore momento
sismico. Inoltre il metodo INPAR può dare risultati attendibili anche quando sono disponibili
soltanto pochi segnali registrati da un numero limitato di stazioni (Vuan et al., 2001).
Combinando i modelli cellulari di velocità, ottenuti dall'inversione tomografica non lineare, con la
distribuzione in profondità degli ipocentri si potranno determinare le proprietà di fragilità della
crosta terrestre. Infatti, qualora l'identificazione della Moho tramite le velocità delle onde di taglio
non sia immediata, la distribuzione ipocentrale può essere utilizzata per definire la posizione della
Moho stessa, rendendo minime le ambiguità presenti nei modelli strutturali.
Le informazioni che verranno acquisite nell'ambito del presente progetto potranno eventualmente
consentire la modellazione numerica della dinamica del flusso della litosfera costruendo un
modello ad elementi finiti ad alta risoluzione. Il campo di flusso e gli stress tettonici saranno
calcolati utilizzando l'equazione di conservazione del momento e l'approccio Gelerkin (IsmailZadeh et al., 2000; Aoudia et al., 2007).
Aoudia, A., Ismail-Zadeh, A.T., and Romanelli, F., 2007. Buoyancy-driven deformation and contemporary
tectonic stress the the lithosphere beneath Central Italy, Terranova, doi: 10.1111/j.1365-3121.2007.00776.x.
Chimera, G., Aoudia, A., Saraò, A., and Panza, G.F., 2003. Active tectonics in Central Italy: constraints from
surface wave tomography and source moment tensor inversion. Phys. Earth Planet. Int., 138, 241-262.
deGroot-Hedlin, C., and Constable, S., 1990. Occam’s inversion to generate smooth, twodimensional
models from magnetotelluric data. Geophysics, 55: 1613-1624.
Guidarelli, M., and Panza, G.F., 2007. INPAR, CMT and RCMT seismic moment solutions compared for the
strongest damaging events (M≥4.8) occurred in the Italian region in the last decade, Rendiconti Accademia
Nazionale delle Scienze detta dei XL, Memorie di Scienze Fisiche e Naturali, 124°, Vol. XXX, t. I, pp. 81-98.
Ismail-Zadeh, A.T., Panza, G.F. and Naimark, B.N., 2000. Stress in the descending relic slab beneath the
Vrancea region, Romania. Pure Appl. Geophys., 157, 111–130.
Ritzwoller, M.H., and Levshin, A.L., 1998. Eurasian surface wave tomography: Group velocities. J. Geophys.
Res., 103, B3: 4839-4878.
Sileny J., Panza G.F. and Campus P., 1992. Waveform inversion for point source moment tensor retrieval
with optimization of hypocentral depth and structural model. Geophys. J. Int., 108, 259-274.
88
Vuan, A., Russi, M., Costa, G., and Panza, G.F., 2001. Moment tensor waveform inversion in the subAntarctic Scotia Sea region: feasibility tests and preliminary results. Terra Antartica, 8(2): 55-62.
3a.5 Cronoprogramma (si veda 3a.3)
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
1
2
4
5
Attività 2
-
3
-
6
4a. Prodotti
1. database (utilizzabile in ambiente GIS) dei modelli strutturali in funzione della profondità (~350
km) e relative incertezze, per la regione italiana per celle 1°x1°;
2. database dei modelli strutturali raffinati;
3. rilocalizzazione, meccanismi di sorgente e momento sismico (formato tabellare) per terremoti
con Mw≥4.8 nella regione italiana.
Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP), per avvalersi delle competenze
scientifiche e risorse computazionali del ESP-SAND Group, team riconosciuto a livello
internazionale come esperto di tematiche legate alla stima della pericolosità sismica e dello studio
della struttura e della dinamica dell’interno della Terra.
S2 valutazione della pericolosità sismica – Il database dei modelli strutturali può essere utilizzato
per la modellazione realistica del moto del suolo (su scala regionale e/o nazionale) e quindi
impiegato come input sia per tecniche neo-deterministiche che probabilistiche (e.g. leggi di
attenuazione).
The structure and architecture of the Earth above the mesosphere (lithosphere-asthenosphere)
controls the volcanism and the geodynamics and vice versa (e.g. McNutt, 1998; Anderson, 2000).
The Italian peninsula and the Tyrrhenian Sea are some of the geologically most complex regions
on Earth. Such a complexity is expressed by the strong heterogeneities of the crust-mantle system
and the wide varieties of Plio-Quaternary magmatic rocks (e.g. Peccerillo and Panza, 1999). This
setting is the result of the complex geodynamic evolution, of the Mediterranean during the
Neogene and Quaternary times (e.g., Doglioni et al., 1999). This generated a mosaic of
compositionally and structurally distinct mantle domains that have undergone different evolutionary
histories in terms of compositional and structural modifications. The study of the structure and
thickness of the lithosphere in Italy and surroundings is important to the understanding of the
89
geodynamic setting of the region; furthermore, the structural models for the crust and uppermost
mantle (lithosphere-asthenosphere system) represent a major input for reliable geodynamic
modelling, for the evaluation of seismic hazard using not only deterministic methodologies, and for
the determination of earthquake source mechanisms. An important goal was obtained with the
determination of structural models for the lithosphere-asthenosphere system, obtained from
surface wave tomography and non-linear inversion of dispersion curves, for 1°x1° cells in the
Tyrrhenian Sea and surroundings (Panza et al., 2007). The definition of the lithosphereasthenosphere system of the Italian region, needs the extension of the cellular structural models to
the whole region and to obtain a quite precise determination of the lithospheric thickness.
Anderson, D.L., 2000. The thermal state of the upper mantle; no role for mantle plumes. Geophys. Res. Lett.
27, 3623–3626.
Doglioni C., Harabaglia, P., Merlini, S., Mongelli, F., Peccerillo, A., Piromallo, C., 1999. Orogens and slabs
vs. their direction of subduction. Earth-Sci. Rev. 45, 167–208.
McNutt, M.K., 1998. Superswells. Rev. Geophys. 36, 211–244.
3b.2 Goals
The results expected for this project are:
- computation of structural models (mechanical properties vs. depth, ~350 km, with uncertainties)
for 1°x1° cells for the whole Italian region;
- refinement of the existing models if possible, especially along selected profiles selected by the S1
project leaders;
- construction of a database with structural models using a format suitable to GIS using existing
models (Panza et al., 2007) and the new models obtained within the framework of this project;
- relocation and re-evaluation of the seismic moment tensor for earthquakes, in the Italian region,
with Mw≥4.8, possibly indicative of the regional stress field;
- definition of the lithospheric thickness and its mechanic properties according to the distribution of
seismicity and the seismic source parameters as starting point for the seismic hazard assessment;
- possible numerical modeling of the dynamics of the flow in the lithosphere.
3b.3 Activity (please see 3b.5)
Activity 1:
computation of cellular structural models for the areas not covered by Panza et al.
(2007).
Activity 2:
refinement of existing cellular models.
Activity 3:
construction of a database with structural models.
Activity 4:
relocation and re-evaluation of the seismic moment tensor for earthquakes with
Mw≥4.8 in the Italian region.
Activity 5:
possible numerical modeling of the dynamics of the flow in the lithosphere.
Activity 6:
analysis of the obtained results from structural models and seismic sources in order
to assess the lithospheric thickness and its mechanic properties according to the
distribution of seismicity.
3b.4 Methodology
According to the results obtained by Panza et al. (2007) for the Tyrrhenian Sea and surroundings,
the aim of this project is to obtain structural models for 1°x1° cells for the whole Italian region. This
will be done through surface wave tomography using dispersion curves of Rayleigh fundamental
mode along properly selected new wave paths in the studied region. We will proceed with a nonlinear inversion where the unknown independent parameters are S-wave velocities and thickness
of layers. To the period range (between 7 and 80 sec) of the group velocity dispersion curves
90
derived from the existing records collected at regional distances (300 km – 4000 km), longer period
group velocity data will be collected from global studies (e.g. Ritzwoller and Levshin, 1998), and
used to extend the period range up to 150 sec. Therefore the database will be suitable to explore
the S-wave velocity structure down to a depth of about 300 km. The available interpretations of the
seismic profiles that cross most of the Alps and adjacent areas (the Swiss NRP 20, the French
ECORS and the Italian CROP:e.g. transalp) together with other information available from
literature will be used as a priori information to fix the thickness h and the compressional velocity
Vp of the uppermost crustal layers, assuming that they are formed by Poissonian solids. All the
solutions for each cell will be processed with an optimized smoothing method, developed during
the PRIN-2004 project, with the aim to define a smooth 3D model of the lithosphere-asthenosphere
system, in agreement with the concept of Occam razor (deGroot-Hedlin and Constable, 1990). In
fact, the criteria of optimization will help choose, for each cell, as representative solution the one
that minimizes the local lateral velocity gradient. If possible, the existing structural models will be
refined by the use of apriori independent geological and geophysical information about the
uppermost part of the crust (e.g. Chimera et al., 2003), especially along selected profiles. If
available, data and models obtained with different techniques (e.g. body wave tomography;
receiver function) can be adopted as sets of “a priori” bonds, to be used as starting points of the
non-linear inversion scheme based on the surface waves. The results can indicate the degree of
consistency and/or stability of such complementary proposed models.
To define the stress field the inversion for the seismic moment tensor will be performed, in order to
obtain a constraint to the geodynamic modelling. The properties of earthquakes sources will be
studied using an advanced waveform inversion technique, INPAR developed at the University of
Trieste (Sileny at al., 1992) that allows the retrieving of the full earthquake moment tensor, thus
providing further constraints on the current geometries and stress field of the study region. The
methodology allows a relocalization of the earthquakes, especially for depth (Guidarelli and Panza,
2007). Therefore we could analyse the earthquake distribution and relate it to the different
rheologic-mechanic properties of the upper and lower crust. The INPAR methodology appears
especially useful because it is not affected by the low resolution of M12 and M13 components of
the moment tensor, differently from other methods commonly used to determine the seismic
moment tensor. The INPAR method can give reliable results even when only a few seismograms
from a limited number of stations are available (Vuan et al., 2001).
Combining the the cellular velocity models, derived from non-linear tomographic inversion with
the distribution vs. depth of hypocenters, we will assess the brittle properties of the Earth’s crust. In
fact, when the identification, based on shear wave velocities, of the Moho boundary is not
straightforward, the hypocentral distribution can be used to define the Moho location, minimizing
the ambiguities in the structural models.
Finally, making use of the new information acquired in the framework of this project, the numerical
modelling of the dynamics of the lithosphere flow will be attempted building up a high resolution
finite element model on the basis of the unified geophysical-petrological-geochemical Earth model.
The flow field and tectonic stresses will be computed employing the equation of momentum
conservation and Galerkin approach (Ismail-Zadeh et al., 2000; Aoudia et al., 2007).
Aoudia, A., Ismail-Zadeh, A.T., and Romanelli, F., 2007. Buoyancy-driven deformation and
contemporary tectonic stress the the lithosphere beneath Central Italy, Terranova, doi:
10.1111/j.1365-3121.2007.00776.x.
Chimera, G., Aoudia, A., Saraò, A., and Panza, G.F., 2003. Active tectonics in Central Italy:
constraints from surface wave tomography and source moment tensor inversion. Phys. Earth
Planet. Int., 138, 241-262.
deGroot-Hedlin, C., and Constable, S., 1990. Occam’s inversion to generate smooth, twodimensional models from magnetotelluric data. Geophysics, 55: 1613-1624.
Guidarelli, M., and Panza, G.F., 2007. INPAR, CMT and RCMT seismic moment solutions
compared for the strongest damaging events (M≥4.8) occurred in the Italian region in the last
decade, Rendiconti Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL, Memorie di Scienze Fisiche
e Naturali, 124°, Vol. XXX, t. I, pp. 81-98.
Ismail-Zadeh, A.T., Panza, G.F. and Naimark, B.N., 2000. Stress in the descending relic slab
beneath the Vrancea region, Romania. Pure Appl. Geophys., 157, 111–130.
91
Panza, G.F., Peccerillo, A., Aoudia, A., and Farina, B., 2007. Geophysical and petrological
modelling of the structure and composition of the crust and upper mantle in complex geodynamic
settings: the Tyrrhenian Sea and surroundings, Earth-Science Reviews, 80, 1-46.
Ritzwoller, M.H., and Levshin, A.L., 1998. Eurasian surface wave tomography: Group velocities. J.
Geophys. Res., 103, B3: 4839-4878.
Sileny J., Panza G.F. and Campus P., 1992. Waveform inversion for point source moment tensor
retrieval with optimization of hypocentral depth and structural model. Geophys. J. Int., 108, 259274.
Vuan, A., Russi, M., Costa, G., and Panza, G.F., 2001. Moment tensor waveform inversion in the
sub-Antarctic Scotia Sea region: feasibility tests and preliminary results. Terra Antartica, 8(2): 5562.
3b.5 Timetable (please see 3b.3)
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
1
2
4
5
Activity 2
-
3
-
6
4b. Deliverables
1.database (suitable for GIS) containing the structural models vs. depth (~350 km) and
uncertainties, for 1°x1° cells covering the Italian region;
2. database containing the refined structural models;
3. relocation, source mechanisms and seismic moment (table format) for earthquakes with Mw≥4.8
in the Italian region.
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1900
0,00
2500
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
9500
1000
uso
2200
0
1900
Totale
19000,00
92
0,00
0,00
0,00
0,00
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1300
0,00
2500
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
6900
1000
0
uso
0
0,00
0,00
0,00
1300
Totale
0,00
13000,00
7.3. Totale
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
3200
0,00
5000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
16400
2000
uso
2200
0
3200
32000
Totale
93
0,00
0,00
0,00
0,00
Progetto S1 - RU 2.05 - Vannucci Gianfranco
(Task B)
Progetto S1
Titolo Sviluppo di strumenti informatici per le stime di hazard
1. Responsabile UR
Dr. Gianfranco Vannucci, Ricercatore, Istituto Nazionale di Geofisica, Sezione di Bologna
Curriculum Vitae
Nato a Firenze il 23 ottobre 1971. Nel 1996 ha conseguito la Laurea in Scienze Geologiche
all’Università degli Studi di Firenze, con la votazione di 110/110. Nel 1999 ha conseguito
l’abilitazione alla professione di Geologo. Dal 1996 al 1999 ha frequentato il corso di Dottorato di
ricerca in “Tettonica e Geologia strutturale”, XII ciclo, presso l’Università degli Studi di Camerino,
conseguendo il titolo di Dottore di Ricerca. Dal 1997 al 1999 è stato titolare di contratti di ricerca e
collaborazione coordinata e continuativa, presso il Centro di Studio di Geologia dell’Appennino e
delle Catene Perimediterranee del CNR di Firenze. Nel 2000-2001 e’ stato titolare di un assegno di
ricerca di 12 mesi presso il Centro di Studio di Geologia dell’Appennino e delle Catene
Perimediterranee del CNR di Firenze. Nel 2001-2002 è stato titolare di contratti di ricerca e
collaborazione coordinata e continuativa presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna.
Dal 2002 al 2005 è stato ricercatore a tempo determinato presso l’Istituto Nazionale di Geofisica e
Vulcanologia (INGV). Dal dicembre 2005 è Ricercatore a tempo indeterminato (III livello) presso
l’INGV.
Pubblicazioni piu’ significative per il progetto:
Gasperini P. and G. Vannucci (2003). FPS pack: a Package of Simple Fortran Subroutines to
Manage Earthquake Focal Mechanism Data. Computers & Geosciences, Vol 29, 7, 893-901.
Vannucci G. and P. Gasperini (2003). A Database of Revised Fault Plane Solutions for Italy and
Surrounding Regions. Computers & Geosciences, Vol 29, 7, 903-909.
Vannucci G., Pondrelli S., Argnani A., Morelli A., Gasperini P. and E. Boschi (2004). An Atlas of
Mediterranean Seismicity. Annals of Geophysics, suppl. To Vol. 47, n.1, 247-306, with CD-ROM
enclosed.
Pondrelli S., Salimbeni S., Ekström G., Morelli A., Gasperini P. and G. Vannucci (2006). The Italian
CMT dataset from 1977 to the present, Phys. Earth Planet. Int., 159 (3-4), 286-303,
doi:10.1016/j.pepi.2006.07.008.
Serpelloni E., Vannucci G., Pondrelli S., Argnani A., Casula G., Anzidei M., Baldi P. and P.
Gasperini (2007). Kinematics of the Western Africa-Eurasia Plate Boundary from Focal
Mechanisms and Gps Data. Geophys. J. Int., 169, 1180-1200. doi: 10.1111/j.1365246X.2007.03367.x
94
Nominativo
(Cognome e Nome)
Vannucci
Gianfranco
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Ricercatore
INGV Bologna
5
5
Gasperini Paolo
Prof. Straord.
Dip. Fisica Univ. Bologna
1
1
Tripone Daniele
Dottorando
2
0
Imprescia Paola
Dottorando
Dip Sc. Terra Univ.
Catania
4
4
I fase
II fase
Nell’ambito dei precedenti progetti DPC e’ stato portato avanti lo sviluppo di due importanti
strumenti di supporto per la valutazione dell’hazard sismico: il codice Boxer (Gasperini et al., 1999)
per la stima quantitativa dell’epicentro, della magnitudo e dell’orientamento della sorgente sismica
da dati di intensita’ macrosismica e il Database EMMA dei meccanismi focali rivisti dell’area
Mediterranea tratti dalla letteratura (Vannucci e Gasperini, 2003; 2004). Per quanto riguarda il
primo il principale miglioramento introdotto riguarda la valutazione delle incertezze di tutti i
parametri stimati per mezzo della tecnica di ricampionamento casuale bootstrap (Efron, 1979,
1981). Sono state anche predisposte nuove uscite grafiche che permettono di valutare la
distribuzione statistica dei parametri stessi ed in particolare la presenza di distribuzioni multimodali
che potrebbero esser indizio di sorgenti complesse. Uno dei difetti attuali del codice e’ la scarsa
facilita’ d’uso a utenti non particolarmente esperti, sarebbe quindi opportuno predisporre
un’interfaccia user-friendly per gestire sia i parametri di ingresso che le uscite attraverso maschere
e procedure dedicate. Nell’ambito della precedente convenzione sono stati anche sperimentati
metodi di localizzazione attraverso minimizzazione non lineare dei residui di una legge di
attenuazione che pero’ non hanno portato ancora al rilascio di una versione pubblica per la scarsa
affidabilita’ delle determinazioni. I recenti risultati ottenuti sulla definizione di una legge di
attenuazione isotropa per l’Italia (Pasolini et al 2008a,b) potrebbero ora fornire uno strumento piu’
adeguato per migliorare l’efficacia e l’affidabilita’ del codice che dovrebbe essere in grado, in casi
favorevoli, di localizzare i terremoti anche in aree marine e di fornire una stima della profondita’
della sorgente.
Per quanto riguarda il database dei meccanismi focali di area mediterranea EMMA, lo sviluppo
fornito nell’ambito dei precedenti progetti DPC ha portato a oltre 9000 i meccanismi focali
(Versione 3.0 beta). E’ inoltre stato affrontato il problema del confronto ed integrazione dei dati
parametrici (tempo origine, ipocentro e magnitudo) con quelli dei cataloghi ipocentrali disponibili
(ISC, NEIC-PDE ecc.). Tale confronto e’ prossimo ad essere completato e rilasciato nella nuova
versione ufficiale di EMMA. Un limite attuale del database EMMA consiste nella necessita’ di
disporre del software di base MS-Access (non disponibile per sistemi operativi Macintosh) oltre
che una certa macchinosita’ della procedura di installazione. Per un suo piu’ ampio e facile utilizzo
potrebbe essere utile sviluppare un’interfaccia di interrogazione su browser web. Un ulteriore
problema riguarda la valutazione della qualita’ delle soluzioni inserite. Al momento tale valutazione
95
si basa solo criteri di correttezza formale dei meccanismi pubblicati e sul prestigio della rivista. In
ogni caso tali criteri sono utilizzati solo per confrontare tra loro soluzioni diverse per lo stesso
evento ma non per limitare il peso di soluzioni inattendibili nelle elaborazioni.
Bibliografia
Efron B. (1979). Bootstrap methods: another look at jackknife. Annals of Statistics, 7, 1-26
Efron B. (1981). Nonparametric estimates of standard error: the jackknife, the bootstrap and other
methods. Biometrika vol. 68, 3, 589-599,
Gasperini P., Bernardini F., Valensise G. e E. Boschi, 1999. Defining seismogenic sources from
historical felt reports. Bull. Seism Soc. Am., 89, 94-110:
ISC Catalog, 2001. International Seismological Centre, Bull, Internatl. Seis. Cent., Thatcham,
United Kingdom: http://www.isc.ac.uk/
NEIC-PDE Catalog, http://neic.usgs.gov/neis/epic/ a cura dell’U. S. Geological Survey:
http://www.usgs.gov/
Pasolini C., Gasperini P., Albarello D., Lolli B. and V. D'Amico (2008a). The Attenuation of Seismic
Intensity in Italy, Part I: Theoretical and Empirical Backgrounds. Bulletin of the Seismological
Society of America, Vol. 98, No. 2, pp., doi: 10.1785/0120070020, in stampa
Pasolini C., Albarello D., Gasperini P., D'Amico V. and B. Lolli (2008b). The Attenuation of Seismic
Intensity in Italy. Part II: Modeling and Validation. Bulletin of the Seismological Society of America,
Vol. 98, No. 2, pp. doi: 10.1785/0120070021, in stampa
Vannucci G. e P. Gasperini, 2004. The new release of the database of Earthquake Mechanisms of
the Mediterranean Area (EMMA Version 2), Annali di Geofisica, Suppl. to Vol. 47. 307-334:
3a.2 Obiettivi
Boxer:
Sviluppo di un’interfaccia a maschere per la gestione dell’input/output.
Localizzazione di epicentri macrosismici in aree costiere, marine o disabitate.
Stima della profondita’ ipocentrali macrosismiche.
EMMA:
Aggiunta di nuovi meccanismi.
Definizione di un peso o indice di affidabilita’ per ogni soluzione focale.
Interfaccia Web per l’interrogazione.
3a.3 Attività
1 Sviluppo di una nuova versione di Boxer con interfaccia user-friendly.
2 Sviluppo di una nuova versione aggiornata di EMMA.
3 Sviluppo di una versione Web di EMMA
3a.4 Metodologia
Boxer
Sviluppo software in Fortran per la localizzazione e Matlab per la realizzazione di un’interfaccia
utente user-friendly.
EMMA
Sviluppo software in Fortran per la conversione e il controllo dei dati e per la valutazione della
qualita’ delle soluzioni preferite. Sviluppo della piattaforma MS-Access ed SQL per il miglioramento
dell’interazione con l’utente.
96
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
X
X
Attività 2
X
X
X
-
Attività 3
-
-
X
X
4a. Prodotti
Nuova versione di Boxer con interfaccia user-friendly.
Nuova versione aggiornata del database EMMA.
Versione Web del database EMMA
Dipartimento di Fisica, Universita’ di Bologna (interazione con Prof. Paolo Gasperini per lo sviluppo
software)
The Boxer code (Gasperini et al., 1999) and the Earthquake Mechanisms of Mediterranean Area
(EMMA) database are software tools developed in previous DPC projects that can be useful to
seismic hazard assessment. Boxer code allows the quantitative location of epicenter, magnitude
and seismogenic source orientation starting from macroseismic intensities, while EMMA database
collects revised focal solution available from the literature (Vannucci e Gasperini, 2003; 2004).
Using a random resampling bootstrap methodology (Efron, 1979, 1981) a new version of boxer
code (not yet released) allows now to quantify the uncertainties of main source parameters.
Moreover new graphical outputs may help to evaluate the presence of multimodality in the
statistical distribution of parameters that could suggest the existence of complex earthquake
sources. One of the defects of Boxer code is its difficulty of use, particularly in preparing the input
and in analyzing the output. Hence a user-friendly interface of Boxer, based on masks and
dedicated software procedures, would be highly desirable. In the previous DPC projects, new
methodologies, using non-linear minimization of the residuals of an attenuation law for the
determination of epicenters were tested. Such tests were found to be not fully consistent and the
method is still not available and usable for the public users. However a new isotropic attenuation
97
law for the Italian region recently published (Pasolini et al 2008a,b) could improve in some cases
the epicenter determinations of earthquakes with asymmetric intensities distribution (along the
coast) or located in sea and also provide a tool to assess the source depth.
Concerning the EMMA database, the development made in the ambit of previous DPC projects
brought to increase the number of focal solution included in the new version (3.0 beta) to more
than 9000. The problem of integrate the parametric data (origin time, hypocenter and magnitude)
with those available from available hypocentral catalogs (ISC, NEIC-PDE etc.) was also faced.
Such comparison is close to be completed and released in the new official version of EMMA. A
current limit of the database is the need to have MS-Access software (not available for Macintosh)
installed on the pc as well as its difficulty of installation. In order to make easier and wider its use it
could be useful to develop a web interface to EMMA. A further problem concerns the evaluation of
the quality of the included mechanisms. Presently such evaluation is based on formal correctness
criteria and on the authoritativeness of the journal where the solution was published. These criteria
are only used to compare among each other different solutions for the same event but not to
reduce the weight of unreliable solutions in computations using EMMA data.
References
Efron B. (1979). Bootstrap methods: another look at jackknife. Annals of Statistics, 7, 1-26
Efron B. (1981). Nonparametric estimates of standard error: the jackknife, the bootstrap and other
methods. Biometrika vol. 68, 3, 589-599,
Gasperini P., Bernardini F., Valensise G. e E. Boschi, 1999. Defining seismogenic sources from
historical felt reports. Bull. Seism Soc. Am., 89, 94-110:
ISC Catalog, 2001. International Seismological Centre, Bull, Internatl. Seis. Cent., Thatcham,
United Kingdom: http://www.isc.ac.uk/
NEIC-PDE Catalog, http://neic.usgs.gov/neis/epic/ a cura dell’U. S. Geological Survey:
http://www.usgs.gov/
Pasolini C., Gasperini P., Albarello D., Lolli B. and V. D'Amico (2008a). The Attenuation of Seismic
Intensity in Italy, Part I: Theoretical and Empirical Backgrounds. Bulletin of the Seismological
Society of America, Vol. 98, No. 2, pp., doi: 10.1785/0120070020, in press
Pasolini C., Albarello D., Gasperini P., D'Amico V. and B. Lolli (2008b). The Attenuation of Seismic
Intensity in Italy. Part II: Modeling and Validation. Bulletin of the Seismological Society of America,
Vol. 98, No. 2, pp. doi: 10.1785/0120070021, in press
Vannucci G. e P. Gasperini, 2004. The new release of the database of Earthquake Mechanisms of
the Mediterranean Area (EMMA Version 2), Annali di Geofisica, Suppl. to Vol. 47. 307-334:
3b.2 Goals
Boxer:
Development of a mask-based interface to manage input and output.
Macroseismic epicenter location in coastal areas or on the sea.
Assessment of macroseismic hypocentral depth.
EMMA:
Addition of new focal mechanisms.
Definition of a weight or quality factor for each available focal solution.
Web interface for users.
3b.3 Activity
1 Development of a new version of Boxer code with a user-friendly user interface.
2 Development of an upgraded version of EMMA database.
3 Development of a web-based version of EMMA database.
3b.4 Metodology
Boxer
Development of Fortran software for hypocenter determination and of Matlab software for an userfriendly input/output interface.
EMMA
98
Development of Fortran software to verify and check collected data and to evaluate the quality of
focal solutions. Development of MS-Access and SQL software to improve and make easier user
interaction.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
2
Activity 1
X
X
X
X
Activity 2
X
X
X
-
Activity 3
-
-
X
X
4b. Deliverables
New release of Boxer code including an user-friendly interface
New upgraded version of EMMA database
Web version of EMMA database
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1000
3000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
2000
0
uso
3000
1000
Totale
10000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1000
99
Finanziato
c = a-b
2000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
4000
1000
uso
1000
1000
Totale
10000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2000
5000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
6000
1000
uso
4000
2000
Totale
20000
100
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 3.02 - Catalano Stefano
Titolo Parametri di faglia e valutazione dei tassi di deformazione lungo lineamenti tettonici attivi in
Sicilia nord-orientale
Responsabile UR
Catalano Stefano, professore straordinario s.s.d. GEO/03, Dipartimento di Scienze Geologiche –
Università di Catania
1990 Dottore di Ricerca in "Tettonica e geologia strutturale"
1993 Ricercatore C.N.R. a tempo determinato
1994 Ricercatore universitario per il gruppo DO2 presso la Facoltà di Scienze Mat., Fis. e Nat.li
dell'Università di Catania
1998 professore associato nel settore scientifico-disciplinare D01C (geologia strutturale)
E’ attualmente Presidente della Struttura Didattica Aggregata di Scienze della Terra della Facoltà
di Scienze MM.FF.NN. dell’Università di Catania
Ha partecipato, in collaborazione con ricercatori del Dipartimento di Scienze Geologiche
dell'Università di Catania e di altre università ed enti di ricerca italiani e stranieri alla realizzazione
di numerosi programmi di ricerca su tematiche inerenti la cartografia geologica, la geologia
strutturale, la geologia regionale e la tettonica attiva, con particolare riferimento all’Italia
meridionale ed il Mediterraneo Centrale.
Il Prof. Stefano Catalano è attualmente:
responsabile scientifico di un progetto di ricerca dal titolo “Analisi dell’evoluzione tettonica
tardoquaternaria del Plateau Ibleo per l’aggiornamento del quadro sismotettonico regionale della
Sicilia sud-orientale”
responsabile scientifico di un assegno di ricerca sulla “Caratterizzazione sismotettonica della
regione iblea”
responsabile scientifico convenzione tra Dipartimento di Scienze Geologiche e il Dipartimento
Regionale di Protezione Civile - Servizio Sicilia Orientale con oggetto "Studio geofisico, geologico
e strutturale delle aree interessate dagli eventi sismici dei mesi di ottobre, novembre e dicembre
2002.
S. Catalano & G. De Guidi (2003) – Late Quaternary uplift of northeastern Sicily: relation with the
active normal faulting deformation. Journal of Geodynamics, 36, 445-467.
S. Catalano, G. De Guidi , C. Monaco, G. Tortorici & L. Tortorici (2003) – Long-term behaviour of
the Late Quaternary normal faults in the Straits of Messina area (Calabrian arc): structural and
morphological constraints. Quaternary International, 101-102, 81-91.
G. De Guidi, S. Catalano, C. Monaco and L. Tortorici (2003) – Morphological evidence of Holocene
coseismic deformation in the Taormina region (NE Sicily). Journal of Geodynamics, 36, 193-211.
S. Catalano, S. Torrisi and C. Ferlito (2004) – The relation between Late Quaternary deformation
and volcanism of Mt. Etna (eastern Sicily): new evidence from the sedimentary substratum in the
Catania region. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 132, 311-334.
S. Catalano, G. De Guidi, G. Romagnoli, S. Torrisi, G. tortorici, L. Tortorici (2008) – The migration
of plate boundaries in SE Sicily: influence on the large-scale kinematic model of the African
promontory in southern italy – Tectonophysics, doi: 10.1016/j.tecto.2007.12.003
101
Nominativo
(Cognome e Nome)
Catalano Stefano
Qualifica
Professore
straordinario
Tortorici Luigi
Professore
ordinario
Lanzafame Gianni
Dirigente di
Ricerca
De Guidi Giorgio
Ricercatore
Di Stefano Agata
Ricercatore
Tortorici Giuseppe
Assegnista
Romagnoli Gino
Dottorando
Ente/Istituzione
Dipartimento Scienze
Geologiche – Università
di Catania
di Catania
INGV - Catania
di Catania
di Catania
di Catania
di Catania
Mesi/Persona
Giorni/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
6
6
3
3
2
2
3
3
2
1
6
6
6
6
I fase
II fase
La Sicilia nord-orientale è posta all’incrocio tra due principali fasce di deformazione attiva. La prima
si sviluppa lungo il margine convergente tra Nubia ed Eurasia, la cui radice crostale è localizzata
lungo il margine settentrionale della Sicilia. La seconda è espressione dell’incipiente margine
divergente sviluppatosi lungo la dorsale appenninica, a separare le aree peritirreniche dai settori
adriatici, la cui prosecuzione verso sud attraversa l’area dello Stretto di Messina. La localizzazione
dei due confini geologici è testimoniata sia dai dati sismologici (Chiarabba et al., 2005; Neri et al.,
2005) che dai dati geodetici (Hollenstein et al., 2003; D’Agostino et al., 2004; Serpelloni et al.,
2007) i quali, insieme alle informazioni sui meccanismi focali (Pondrelli et al., 2002), danno
indicazioni univoche sulla loro cinematica e sulle velocità complessive di deformazione. Il quadro
dinamico regionale trova pieno riscontro anche nella recente zonazione sismogenetica (Meletti &
Valensise, 2004) nella quale vengono distinte tre principali zone. La prima, indicata come zona
933, comprende il settore settentrionale della Sicilia e l’immediato off-shore tirrenico, interessati
dalla ricorrenza di eventi con meccanismi focali inversi lungo piani orientati circa ENE-WSW. La
seconda, denominata zona 929, comprende l’area dello Stretto di Messina, interessata dalla
ricorrenza di eventi sismici di elevata magnitudo (es: A.D. 1783, 1908) con meccanismi
riconducibili a faglie estensionali orientate circa N10 (Anderson & Jackson, 1987). Infine, la zona
932, ubicata tra le due precedenti, è stata interpretata come un’area di svincolo, caratterizzata da
eventi di tipo destro lungo strutture orientate NNW-SSE (es. A.D. 1978; Neri et al., 2005), come
dimostrato anche dall’allineamento di terremoti recenti esteso dall’arcipelago eoliano verso la costa
siciliana (Pondrelli et al., 2002). In un quadro così apparentemente definito e vincolato, esistono
tuttora enormi lacune nell’identificazione delle sorgenti sismogenetiche e nella caratterizzazione
dei loro parametri. Fatta eccezione per l’area dello Stretto di Messina dove sono state individuate e
definiti i parametri di alcune possibili, seppur molto dibattute, sorgenti, per le altre zone la sismicità
è stata associata genericamente ai principali lineamenti tettonici plio-pleistocenici ricadenti
nell’area, facendo riferimento a lavori della fine degli anni ’70 e primi ’80 del secolo scorso
(Ghisetti, 1979; Ghisetti & Vezzani, 1977; 1978; 1982). In gran parte della letteratura successiva,
102
questi lineamenti tettonici, individuati quali strutture attive e sismogenetiche, sono stati prolungati
ben oltre la loro reale estensione.La cartografia geologica più recente (Lentini et al., 2000) ha
evidenziato geometrie delle strutture molto più complesse di quelle riportate in letteratura e lo
sviluppo di direttrici tettoniche (es. Capo d’Orlando-Capo S. Alessio) con indizi di attività recente e
fin qui non considerate nei lavori di sismotettonica dell’area.
3a.2 Obiettivi
L’obiettivo prioritario della ricerca è quello di:
1. identificare le principali zone di faglia con indizi di movimenti recenti ricadenti all’interno
della zona sismogenetica 932;
2. definire per ognuna di esse la geometria, la cinematica, i principali parametri di faglia e i
tassi di deformazione a lungo e corto periodo;
Il raggiungimento di questo primo obiettivo consentirebbe di ottenere i vincoli geologici
necessari per poter:
1. verificare la compatibilità tra i lineamenti analizzati quali possibili sorgenti e la sismicità
dell’area;
2. identificare le possibili prosecuzioni a terra degli elementi attivi nell’off-shore e valutare
il loro potenziale sismogenetico;
3. definire una relazione tra tassi di deformazione misurati e ciclicità degli eventi sismici.
Un’eventuale estensione del progetto può essere dedicata allo studio dei rapporti tra i lineamenti
attivi ricadenti all’interno della zona 932 e nelle zone confinanti, al fine di verificare:
1. i vincoli geologici della connessione cinematica con le strutture contrazionali della Sicilia
settentrionale e quelle estensionali dello Stretto di Messina;
2. l’entità della deformazione cumulata lungo la zona 932 in relazione a quella rilasciata nelle
due zone adiacenti.
Il raggiungimento di questo secondo obiettivo consentirebbe di ottenere i vincoli geologici
necessari per poter:
1. univocamente interpretare il significato dinamico della zona 932;
2. stabilire le possibili relazioni tra i tassi di deformazioni medi nelle zone 933 e 929 e i
tassi di movimento lungo le strutture della zona 932, e le possibili connessioni con la
ciclicità e l’energia degli eventi sismici registrati nelle tre zone sismogenetiche.
3a.3 Attività
Fase 1: Identificazione e caratterizzazione cinematica delle principali zone di faglia con indizi di
movimenti recenti ricadenti all’interno della zona sismogenetica 932. Verranno analizzate le zone
di faglia con documentata attività plio-pleistocenica, così individuate sulla base della loro
compatibilità cinematica con il meccanismo focale dell’evento sismico del 15/4/1978:
1. Analisi del sistema di faglie en echelon orientate NW-SE ed estese dall’area tirrenica di
Capo Calavà-Capo Tindari fino all’area ionica di Capo S.Alessio, attraverso la zona di
Tripi-Rocca Novara e Antillo-Limina
2. Analisi dei segmenti orientati NW-SE lungo l’allineamento Barcellona P.G. - Alì terme
3. Analisi dei segmenti di faglia recenti orientati NE-SW identificati nell’area tra Montagna
Reale e S. Angelo di Brolo, interessate da un’area di concentrazione del danno durante il
terremoto del 15/4/78 (Barbano et al., 1979).
Eventuali estensioni del progetto potrebbero riguardare:
4. Esecuzione di un transetto geologico-strutturale N-S attraverso l’area assiale nebrodica
da Capo d’Orlando a Cesarò, con attraversamento dei sistemi peritirrenici orientati NWSE e degli accavallamenti del versante meridionale dei nebrodi, ad orientazione E-W
(Linea M. Kumeta-Alcantara)
5. Esecuzione di un transetto geologico-strutturale attraverso la dorsale perloritana da
Villafranca Tirrena a Messina, attraverso le faglie orientate NE-SW delle coste tirreniche e
dello Stretto di Messina
Fase 2:
6. Definizione dei tassi di dislocazione di lungo e corto periodo e dei parametri di faglia
lungo le strutture soggette a deformazioni recenti, per l’individuazione delle possibili
sorgenti sismogenetiche compatibili con la sismicità regionale.
103
7. Comparazione tra i tassi di deformazione registrati nelle tre zone sismogenetiche
analizzate (zone 933, 929, 932) al fine di verificare la connessione cinematica tra le
strutture sismogenetiche ricandenti nelle tre aree e di valutare l’entità delle deformazioni
cumulate all’interno della zona 932, in seguito alle deformazioni cosismiche nelle zone
sismogenetiche adiacenti.
3a.4 Metodologia
Le attività (1-5) della Fase 1 prevedono l’utilizzo delle normali tecniche di indagine geologicostrutturali, sia sul terreno che mediante analisi di telerilevamento, con esecuzione di:
1. rilievi di dettaglio lungo le strutture da analizzare;
2. analisi cinematica sui principali piani di faglia e lungo le strutture minori associate;
3. valutazione del rigetto complessivo delle faglie e della sua ripartizione a lungo periodo,
tramite raccolta di dati stratigrafici sui depositi sin-tettonici.
L’ attività 6 della Fase 2 prevede l’applicazione di indagini morfologiche da condurre lungo le
strutture individuate quali potenzialmente attive. Su tali strutture verranno utilizzati in combinazione
due criteri di controllo e quantificazione dei tassi di movimento:
1. analisi della dislocazione verticale dei terrazzi marini tardo-quaternari e della loro
variazione in corrispondenza dell’incrocio con le strutture, nelle aree costiere;
2. dislocazione laterale di elementi del paesaggio fluvio-denudazionale lungo le strutture,
nelle aree interne
Per la datazione delle forme rigettate lungo le strutture analizzate, si farà riferimento alle relazioni
tra il sollevamento regionale e le oscillazioni eustatiche, responsabili del terrazzamento, e le
connesse variazioni climatiche, responsabili delle diverse fasi di ringiovanimento dei corsi d’acqua.
Il ricorso ai criteri morfologici di datazione dovrebbe assicurare una risoluzione temporale delle
dislocazioni misurate nell’ordine degli stadi della curva isotopica dell’Ossigeno, da confrontare con
i dati già disponibili di datazione assoluta.
L’ attività 7 della Fase 2 prevede, sulla base dei dati raccolti in seguito all’attività 6, una
elaborazione complessiva dei dati con la restituzione tramite carte e note esplicative delle stesse e
tabelle riassuntive dei parametri di faglia riscontrati lungo tutti i lineamenti analizzati,e la stesura di
un modello cinematico complessivo da confrontare con i dati geodetici e sismologici già disponibili
o raccolti, da altre UU.RR., nel corso della realizzazione del progetto.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1 – 3(4-5)
x
x
-
-
Attività 6
-
x
x
-
Attività 7
-
-
-
x
4a. Prodotti
Carta strutturale delle faglie attive nella zona sismogenetica 932 e nelle aree adiacenti della Sicilia
nord-orientale (scala 1:25.000)
Carta morfostrutturale della zona sismogenetica 932 e delle aree adiacenti della Sicilia nordorientale (scala 1:25.000)
Carte morfostrutturali di dettaglio lungo le possibili sorgenti sismogenetiche della zona 932 e delle
aree adiacenti della Sicilia nord-orientale (scala 1:10.000)
104
Tabelle con i parametri di faglia delle possibili sorgenti sismogenetiche della zona 932 e delle aree
adiacenti della Sicilia nord-orientale
E’ prevista la pubblicazione di note brevi nel corso della esecuzione del progetto e la pubblicazione
di almeno un lavoro su rivista internazionale alla fine del progetto.
The NE Sicily seismicity can be referred to a kinematic frame dominated by the occurrence of two
distinct deformational belts, which developed along two main tectonic boundaries. The former is
represented by the active convergent Nubia-Eurasia margin that affects the northern sectors of the
island. The latter consists of the incipient divergent margin that, superimposed on the previous
Apenninic Belt, separates the perityrrhenian from the adriatic areas of the Italian Peninsula, also
controlling the Straits of Messina region. This tectonic frame is well constrained by both
seismological (Chiarabba et al., 2005; Neri et al., 2005) and geodetic data (Hollenstein et al., 2003;
D’Agostino et al., 2004; Serpelloni et al., 2007) that, together with focal mechanisms (Pondrelli et
al., 2002) provide useful information about the kinematic and the deformation rates along these
main tectonic lineaments. The regional dynamic frame is also well pictured in the recent
seismogenetic zones proposed by Meletti & Valensise (2004), that refer the zone 933 to the
contractional domain (es. A.D. 2002), the zone 929 to the extensional domain (es. 1783; 1908)
and, finally, the zone 932 to a dextral transfer zone between the two (es. 1978). In this well defined
regional seismotectonic frame, detailed information on the location, the geometry and the fault
parameters of seismogenic sources have been collected in Straits of Messina area (zone 929). As
regards the other two zones, the seismicity has been related to the main plio-pleistocene tectonic
lineaments of the region, as they have been described in some fundamental structural studies
(Ghisetti, 1979; Ghisetti & Vezzani, 1977; 1978; 1982), without any other additional investigation
on fault parameters. In addition, recent field data (Lentini et al., 2000) evidenced the incongruence
of the geometry and the extent of the inferred seismogenic sources with the recent tectonic
lineaments mapped in the region.
3b.2 Goals
The main target of the research consists of:
1. recognise the main fault zones showing the effects of recent or active displacements,
within the seismogenetic zone 932;
2. define the geometry, the kinematic, the main fault parameters and the displacementrate, for each active segment recognised in the area
These two aspects would provide useful constraints to:
1. test the compatibility between the fault parameters and seismicity recorded in the
region;
2. define the on-shore prolongation and the seismogenic potential of active faults
affecting the Tyrrhenian off-shore;
3. correlate the displacement-rate measured along the faults with the recurrence of
seismic events.
Additional efforts could be dedicated to the analysis of the relation between the active tectonics
affecting the zone 932 with those located in the adjacent zones, in order to define:
105
1. the kinematic connection with the extensional features of the Straits of Messina and the
contractional structures of northern Sicily;
2. the relation between the amount of deformation cumulated along active faults of the zone
932 and the deformation released in the adjacent zones.
These two additional information would provide useful constraints to:
1. define the dynamic role of the zone 932;
2. relate deformation-rates measured in the three adjacent zones with the recurrence
and magnitudo of historical seismic events that stroke the region.
Phase 1: Recognition and kinematic analyses of the main recent or active fault segments of the
seismogenetic fault zone 932. The fault zones object of the study have been selected among those
showing a well documented Plio-Pleistocene activity and a kinematic compatibility with the focal
mechanism of the 4/15/1978 event, as it follows:
1. NW-SE oriented fault segments distributed, from the Tyrrhenian to the Ionian coast, along
the alignment Capo Calavà-Capo S. Alessio, through Rocca Novara and Limina;
2. NW-SE oriented fault segments distributed, from the Tyrrhenian to the Ionian coast, along
the alignment Barcellona P.G. – Alì terme.
3. NE-SW oriented fault segments located between Montagna Reale and S. Angelo di Brolo,
affected by serious damages as effect of the 4/15/1978 event.
Additional activities could be dedicated to:
4. the analyses of a structural transect across the Nebrodi Mountain Belt, from Capo
d’Orlando to Cesarò, to define the geometry and the kinematics of the peri-Tyrrhenian NWSE oriented fault segments and the E-W oriented thrusts (M. Kumeta-Alcantara Line), along
the southern slope of the mountain range;
5. the analyses of a structural transect across the Peloritani Ridge, from Villafranca Tirrena to
Messina, to define the geometry and the kinematics of the NE-SW oriented faults of the
peri-Tyrrhenian region and the Straits of Messina.
Phase 2:
6. Estimation of the long- and short-period displacement-rate and definition of the fault
parameters of along the active or recent structures, in order to define their compatibility with
the regional seismicity;
7. Comparison between deformation-rates measured in the three analysed seismogenetic
zones (933, 929, 932 )in order to test the kinematic connection between the seismogenetic
sources located in the three areas and to evaluate the deformation cumulated along the
zone 932 as consequence of the co-seismic deformation within the adjacent zones.
3b.4 Metodology
The activities (1 -5) planned in the Phase 1 will consist of structural field analyses, integrated with
aerial photograph and satellite images interpretation, in order to perform:
1. detailed field mapping of the selected tectonic lineaments;
2. kinematic analysis of the main fault planes and associated minor structures;
3. estimation of the cumulative offset along the selected tectonic lineaments and its
partitioning vs. the time, based on stratigraphy of syn-tectonic deposits;
The activity 6 planned in the Phase 2 consists of morphological analyses on the recent fault
segments using two combined datasets to obtain the vertical and lateral components of tectonic
displacement:
1. analysis of the Late Quaternary marine terraces and of their deformation around the
selected structures;
2. analysis of the lateral offset of fluvial streams crossing the selected structures
The deformation-rate will be desumed by relating the displaced morphological features to distinct
eustatic cycles and associated climatic changes, that accompanied the regional uplift of the area.
These morphological criteria would provide the time-resolution of the OIT – chronological scale, to
be compared with available chronological data.
The activity 7 planned in the Phase 2 will consist of the final elaboration of the collected data and
their interpretation, in order to provide original documents (e.g. maps, tables and database) and a
106
kinematic model of NE Sicily, to be compared with available geodetic and seismologic data on the
region.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
2
Activity 1 – 3 (4-5)
x
x
-
-
Activity 6
-
x
x
-
Activity 7
-
-
-
x
4b. Deliverables
Structural Map of the 932 seismogenic zone and sourrounding areas of NE Sicily showing the
active fault segments (1:25.000 scale)
Morphostructural map of the 932 seismogenic zone and sourrounding areas of NE Sicily showing
the active fault segments (1:25.000 scale)
Detailed morphostructural maps along the possible seismogenic sources of the 932 seismogenic
zone and sourrounding areas of NE Sicily (1:10.000 scale)
Table of the fault parameters of the possible seismogenic sources of the 932 seismogenic zone
and sourrounding areas of NE Sicily
Mid-term papers or short-notes and a final report to be submitted to an international journal are
planned.
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
6000,00
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
0
0,00
2000,00
0,00
2000,00
0,00
1000,00
0,00
11000
107
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0,00
4200
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
Totale
2000
0,00
2000
0,00
800
0,00
9000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0,00
10200
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
Totale
4000
0,00
4000
0,00
1800
0,00
20000
108
Progetto S1 - RU 3.03 - Faccenna Claudio
(Task C)
Titolo: Studi strutturali per la definizione del sistema di faglie attive e per le sorgenti
sismogenetiche del margine tirrenico calabro.
1. Responsabile UR
- Responsabile:
Claudio Faccenna
Professore Associato Dipartimento Scienze Geologiche Università Roma TRE
Breve CV Responsabile Claudio Faccenna
Posizione attuale: Professore Associato, Dip. di Scienze Geologiche, Università Roma TRE
2007 Professsore Invitato presso Universite’ de Montpellier II
2005 Professsore Invitato presso Universite’ de Rennes I
2004 Qualificazione per candidatura al ruolo di professore in Francia settore Terra Solida e
Geologia Strutturale.
2004 Professsore Invitato presso Universite’ de Aix en Provence-Marseille (France),
2004 Comitato editoriale Rivista “Geodinamica Acta”
2002 Professore Associato presso il Dip. di Scienze Geologiche, Università Roma TRE
2000 Idoneo al ruolo di Professore Associato, geologia strutturale GEO/03, Università di Lecce.
2000 Professore Invitato presso Department de Geotectonique -Université de Paris VI.
1999-2000 Segretario e co-convenor European Geophysical Society
1999 Conferma per il ruolo di Ricercatore Universitario
1997-1998 Ricercatore Visitatore presso il Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard
University, Cambridge (Ma)
1996 Professore Visitatore presso il Départément de Géologié de l'Universitè de Cergy-Pontoise
(Parigi, Francia),
1995 Realizza ed é attualmente responsabile presso l'Università di Roma TRE un Laboratorio di
Modellazione Analogica dei processi Tettonici.
1995 Ricercatore Universitario, gruppo concorsuale D01C presso la Terza Università di Roma,
Dip. Scienze Geologiche a cui attualmente afferisce.
1993-1994 Post-dottorato presso Paris VI e Université di Rennes I.
1993 Dottore di Ricerca in Scienze della Terra, Università di Roma “La Sapienza”
1988 Laurea in Scienze Geologiche presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di
Roma “La Sapienza” (con votazione 110/110 e lode)
PRINCIPALI TEMI DI RICERCA: tettonica dell'area Mediterranea, processi di subduzione e collisione,
processi di estensione, meccanismi di collasso delle catene montuose ed esumazione di livelli
crostali profondi; rapporti tra deformazioni crostali, magmatismo e circolazione di fluidi.
AREE DI STUDIO Italia: Toscana (plutonismo, metamorfismo e bacini neogenici), Lazio (neotettonica
e magmatismo), Calabria (metamorfismo unità alpine, bacini sedimentari), Sardegna (bacini
sedimentari oligo-miocenici), Arco Calabro-Peloritano (tettonica recente), Liguria (tettonica e
metamorfismo). Estero: Nyamulagira (Zaire): vulcanismo; Swat Valley (Pakistan): analisi geologica
strutturale area del Main Mantle thrust; Isole Cicladi (Grecia), Norvegia Occidentale Cordillera
Betica (Spagna), Rif (Marocco): processi di estensione post-orogenica ed esumazione unità di alta
pressione. Libia: Processi di estensione Terziaria nell'area della Sirte. Antartide, Relazioni tra
109
tettonica e magmatismo nella Terra Vittoria. Cordillera Andina (oroclino boliviano, oroclino
patagonico).
METODOLOGIE: analisi strutturale e micro-strutturale, fragile e duttile su rocce sedimentarie e
metamorfiche; modellazione analogica a scala crostale e litosferica.interpretazione linee sismiche,
paleomagnetismo e analisi della suscettività magnetica (AMS).
E’ autore di circa 100 pubblicazioni (indice h = 18).
Elenco 5 pubblicazioni significative ai fini del progetto.
Billi A., G. Barberi, C. Faccenna, G. Neri, F. Pepe, A. Sulli, Tectonics and seismicity of the Tindari
Fault System, southern Italy: Crustal deformations at the transition between ongoing contractional
and
extensional
domains
located
above
the
edge
of
a
subducting
slab,
Tectonics, Vol. 25, No. 2, TC2006 10.1029/2004TC001763.
Billi, A., D. Presti, C. Faccenna, G. Neri, and B. Orecchio (2007), Seismotectonics of the Nubia
plate compressive margin in the south Tyrrhenian region, Italy: Clues for subduction inception, J.
Geophys. Res., 112, B08302, doi:10.1029/2006JB004837.
Faccenna, C., Funiciello, F., Civetta, L., D’Antonio, M., Moroni, M., and Piromallo, C., 2007, Slab
disruption, mantle circulation, and the opening of the Tyrrhenian basins, in Beccaluva, L.,
Bianchini, G., and Wilson, M., eds., Cenozoic Volcanism in the Mediterranean Area: Geological
Society of America Special Paper 41, p. 153-169, doi: 10.1130/2007.2418(08).
Faccenna, C., L. Civetta, M. D’Antonio, F. Funiciello, L. Margheriti, and C. Piromallo (2005),
Constraints on mantle circulation around the deforming Calabrian slab, Geophys. Res. Lett., 32,
L06311, doi:10.1029/2004GL021874.
Rossetti, F., Goffe B., Monie P., Faccenna C., Vignaroli G., (2004) Alpine orogenic P-T-tdeformation history of the Catena Costiera area and surrounding regions (Calabrian Arc, southern
Italy): The nappe edifice of north Calabria revised with insights on the Tyrrhenian-Apennine system
formation, Tectonics, Vol. 23, No. 6, TC6011, http://dx.doi.org/10.1029/2003TC001560 , 31
December 2004
Nominativo
(Cognome e Nome)
Bellier Olivier
Billi Andrea
Bruno Pierpaolo
Casero Piero
Cifelli Francesca
Corbi Fabio
De Filippis Luigi
Dramis Franco
Faccenna Claudio
Mattei Massimo
Qualifica
Ente/Istituzione
Professore
CEREGE/ Univ. AixMarseille II
Contratto di
Ricerca
Univ. Roma TRE
Ricercatore
INGV/Napoli
Professore a
contratto
Contratto di
Ricerca
Dottorando di
Ricerca
Collaboratore
esterno
Professore
ordinario
Professore
Associato
Professore
Associato
Coll. Esterno
Univ. Roma TRE
Univ. Roma TRE
Univ. Roma TRE
Univ. Roma TRE
Univ. Roma TRE
Univ. Roma TRE
Univ. Roma TRE
110
mesi/Persona
mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
1
1
2
2
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
2
2
0.5
0.5
2
1
0.5
0.5
I fase
II fase
Minelli Liliana
Molin Paola
Neri Giancarlo
Olivetti Valerio
Orecchio Barbara
Punzo Michele
Rossetti Federico
Dottando di
Ricerca
Univ. Roma TRE
Ricercatore
Univ. Roma TRE
Professore
Ordinario
Univ. Messina
Borsista
Univ. Roma TRE
Assegnista
Univ. Messina
Dottorando di
Ricerca
Univ. Roma TRE
Ricercatore
Univ. Roma TRE
3
2
2
1
0.5
0.5
5
1
1
1
2
1
0.5
0.5
L’Arco Calabro-Peloritano si è sviluppato durante il Neogene a seguito dei processi di
convergenza e subduzione tra la placca Euroasiatica e quella Africana (Nubia), generando nei
settori interni sistemi di faglie normali spesso accompagnati da sistemi trasversali di faglie
trascorrenti. Gran parte di questi elementi tettonici hanno generato forti terremoti (sino a magnitudo
7-7.5). Nonostante i numerosi studi, fondamentali questioni sono a tutt’oggi ancora insolute. Non
esiste, per esempio, unanimità di vedute sulle "sorgenti" dei terremoti più distruttivi degli ultimi 300
anni, tra cui il terremoto del 1908 di Messina (Monaco e Tortorici, 2000; Valensise e Pantosti,
2001; Amoruso et al., 2006; DISS Working Group, 2007) e gli eventi principali della sequenza del
1783 in Calabria Meridionale (Jacques et al., 2001; DISS Working Group, 2007). Nel caso di altri
terremoti di analoga intensità (Capo Vaticano 1905 e Valle del Crati 1638) mancano dei modelli di
sorgente e le ipotesi sulla genesi degli eventi rimangono estremamente controverse (Galli e Bosi,
2003; DISS Working Group, 2007). Inoltre, non esiste accordo sulla geometria e cinematica del
sistema defomativo regionale. Alcuni autori propongono la presenza di una fascia deformativa
(Siculo-Calabrian rift zone) localizzata tra il margine tirrenico della Calabria e la costa ionica della
Sicilia (e.g. Monaco e Tortorici, 2000), mentre Altri assimilano il sistema di faglie estensionali
calabro-peloritane alla fascia estensionale appenninica (e.g. Valensise e Pantosti, 1992; Neri et al.
2003; 2005), in connessione con i processi di retroarco. Infine, alcuni autori propongono che le
sorgenti simogenetiche recenti, almeno nei settori settentrionali dell’Arco (Sila), si siano sviluppate
a seguito di processi di estensione paralleli all’arco (Galli e Bosi, 2003; Galli, 2005), come
apparentemente evidenziato dai dati geodetici disponibili (Hollenstein et al., 2003; D’Agostino e
Selvaggi, 2004).
3a.2 Obiettivi
Questo progetto ha come obbiettivo principale l’individuazione e la definizione geometrica,
cinematica, e sismologica di faglie potenzialmente sismogenetiche nell’Arco Calabro-Peloritano. Al
fine di raggiungere tale obiettivo, il progetto si compone delle seguenti quattro fasi principali.
1.Realizzazione di un data base GIS delle faglie attive e potenzialmente sismogenetiche che
includa, tra altri prodotti, il prodotto delle fasi 2, 3 e 4.
2.Descrizione della geometria, cinematica e, ove possibile, definizione del rigetto delle faglie
principali lungo il margine tirrenico dell’arco calabro.
3. Definizione del sistema di faglie recenti nell’area dell’off-shore tirrenico dell’arco calabro da
profili sismici a riflessione.
4. Definizione delle caratteristiche sismiche dei principali sistemi di faglia ed identificazione di
potenziali sorgenti sismogenetiche. Correlazione con dati strutturali ed identificazione di strutture
sepolte.
111
3a.3Attività
Nel presente progetto si prevedono le segueni quattro attività principali.
(1) Compilazione di una banca dati in ambiente GIS delle faglie recenti-attive lungo il margine
tirreno dell’arco calabro-peloritano
Il fine di tale compito è quello di creare una banca dati geografica in ambiente GIS delle
faglie attive e dei terremoti principali ad esse associabili nelle aree di studio. Tale banca costituirà
lo strumento di base per le decisioni e le analisi successive. La banca dati prevede una
classificazione delle faglie in classi di attendibilità di ubicazione ed in classi di capacità sismica in
funzione dell'intensità e della magnitudo dei terremoti associati. La banca dati verrà implementata
in corso d’opera e sintetizzerà i risultati i questo progetto.
Questo studio prevede ca. 6 mesi di lavoro e continuo aggiornamento sino alla fase
conclusiva in cui verranno sintetizzati dati raccolti anche da altre UR (Messina)
(2) Analisi strutturale delle faglie principali
Consiste nella definizione della geometria, cinematica e, ove possibile, del rigetto delle faglie
principali lungo il margine tirrenico dell’arco calabro-peloritano. Questo studio prevede una prima
fase di ca. 6 mesi per analisi morfostrutturale (foto aeree e DEM). Una fase di raccolta dati sul
terreno (ca. 6-8 mesi). Una fase di elaborazione dati (ca. 6 mesi)
(3) Analisi ed interpretazione di profili sismici a riflessione
Il fine principale di tale compito è quello di definire il sistema di faglie recenti nell’off-shore
tirrenico e lo studio della prosecuzione a mare della faglia di Catanzaro. Questa analisi permetterà
inoltre una definizione della geometria e, ove possibile, dell’età delle stesse. Questo studio
prevede un impegno di ca. 18 mesi, divisi in raccolta dati, interpretazione dati elaborazione mappe
e profili.
(4) Analisi dei parametri sismici
Consiste nella definizione delle caratteristiche sismiche dei principali sistemi di faglia e
identificazione di sorgenti sismogenetiche. Questi dati verranno utilizzati per correlazioni con i dati
strutturali ed identificazione di strutture sepolte. Questo studio sarà prevalentemente effettuato in
congiunzione con Università di Messina.
3a.4Metodologia
Attività 1: per assolvere a tale compito, l’unità di ricerca svolgerà un’appropriata ricerca
bibliografica includendo anche alcune banche dati recentemente disponibili online (e.g. DISS
disponibile su www.ingv.it e ITHACA disponibile su www.apat.it). A partire dai dati di letteratura, le
faglie saranno digitalizzate in ambiente GIS e suddivise per categorie di affidabilità in base al tipo
ed al numero di evidenze che hanno permesso la loro individuazione (e.g. evidenze di terreno,
evidenze su profili sismici a riflessione, emanazione di gas, etc.). Ove tali faglie risultino associabili
a terremoti recenti o storici, le informazioni macrosismiche per i terremoti storici e quelle
strumentali per i terremoti degli ultimi decenni permetteranno di suddividire le faglie in classi di
capacità sismica. Ovviamente, la banca dati verrà implementata con i dati acquisiti dal progetto.
Attività 2: lo studio prevede un approccio di analisi sul terreno e analisi di laboratorio.
Studio aereofotogrammetrico e attraverso DEM (risoluzione di 25 m già acquisito dall’unità
proponente e in aree di particolar interesse 10 m) delle faglie. Elementi quali faccette triangolari,
valli sospese, deviazione e/o cattura di corsi d’acqua, analisi di elementi morfologici dislocati dalla
faglia (terrazzi) etc. etc. saranno cartografati per definire le caratteristiche morfo-tettoniche
dell’elemento in studio, tra cui estensione della struttura, dimensioni del piano e, ove possibile,
dislocazioni minime.
Analisi strutturale di terreno. Questo studio si avvale di principi di rilevamento strutturale e
micro-strutturale classico, con analisi della geometria e cinematica del piano principale di rottura e
delle popolazioni di faglie visibili nelle vicinanze del piano principale e in aree circostanti.
Costruzione di profili geologici per stimare rigetto e modalità di deformazione del letto e del tetto
della struttura.
Dove e se possibile, verranno infine raccolti campioni per datazione di elementi e/o depositi
utili per la ricostruzione della storia deformativa della faglia.
Attività 3: per assolvere tale compito le faglie individuate e selezionate nell’attività 1 verranno
sovrapposte, in ambiente GIS, al piano di posizione delle linee sismiche, esistente presso la banca
dati della BAST dell’ Universita’ Roma TRE (Biblioteca di Area Scientifico-Tecnologica
112
dell’Università Roma Tre), a cui saranno aggiunte altre linee sismiche in fase di reperimento. Le
aree oggetto di studio saranno: a) i settori della Sila Piccola-Fiume Crati per le quali si è inoltrata
una richiesta di rendere disponibili ai proponenti le linee sismiche acquisite on-shore da AGIP
S.p.A. (Van Dijk et al., 1997) b) il margine tirrenico off-shore della Calabria per il quale si prevede
invece di utilizzare le linee sismiche già acquisite negli anni passati da ISMAR di Bologna c) la
prosecuzione offshore nel Mar Ionio della faglia di Catanzaro attraverso le linee sismiche già
disponibili presso la banca dati della BAST dell’ Universita’ Roma TRE. L’ interpretazione dei profili
sismici verrà effettuata mediante metodi tradizionali al fine di individuare nuove strutture attive e di
incrementare le informazioni disponibili per ciascuna faglia già individuata in letteratura. I risultati
ottenuti verranno integrati, in ambiente GIS, al database delle faglie, di cui sopra.
Attività 4: Questo studio verrà effettuato in collaborazione con i ricercatori dell’Università di
Messina. La rilocalizzazione (con il nuovo modello tomografico e con le più avanzate tecniche
probabilistiche non lineari) di tutti i terremoti locali registrati negli ultimi venti anni dalla rete
regionale, permetterà il calcolo dei meccanismi focali (assi T e P) e la distribuzione spaziotemporale delle fasi sismiche. Queste informazioni verranno direttamente confrontate con l’analisi
tensoriale del campo di deformazione derivato dall’analisi strutturale e con l’analisi geometrica
delle strutture e permetterà una accurata definizione dl potenziale sismogenetico delle strutture
analizzate.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
Costruzione data
base
GIS
Implementazione
Data set
Implementazione
Data set
Elaborazioni
mappe
conclusive
Attività 2
Analisi morfostrutturale
Elaborazione
dati e mappe
-
Attività 3
Raccolta dati: profili
sismici e log
Elaborazione
dati e mappe
-
Attività 4
Analisi
Strutturale,
campionamento
Interpretazione
linee sismiche
Localizzazioni
ipocentrali
Localizzazioni
Ipocentrali
Elaborazione
dati
Analisi
supplementari
e conclusive
Confronto con
dati strutturali
4a. Prodotti
1. Banca dati in ambiente GIS delle faglie attive e dei terremoti principali ad esse associabili nelle
aree di studio. (Include: Mappe della distribuzione delle faglie attive con livelli relativi ai parametri
sismici della faglia stessa, da rete regionale, nazionale e da catalogo storico).
2. Mappe delle faglie attive derivate da analisi strutturali. (Include: mappe degli elementi
morfotettotonici dei principali segmenti di faglie. Profili e sezioni geologiche, stereogrammi.
Documentazione fotografica. Carte strutturali di sintesi).
3. Mappe delle faglie attive off-shore derivate da analisi linee sismiche. (Include: Mappe isocrone
di unità sismostratigrafiche principali. Carta delle isobate e isopache di unità recenti. Tracce dei
principali elementi tettonici presenti off-shore tirrenico. Line drawing e sezioni).
4. Mappe di sismicità. (Include: mappe di localizzazione derivate dalla rete locale e nazionale.
Sezioni. Mappe di sismicità storica.Distribuzioni non-lineari di probabilità (Bayloc). Meccanismi
focali).
113
CEREGE – Università de Aix-Marseille.
Il CEREGE ha una lunga esperienza nello studio di regioni tettonica attiva.
Si prevede una stretta collaborazione per analisi morfotettonica e se possibile datazioni attraverso
analisi dei cosmogenici.
E’ prevista una stretta collaborazione con altri UR del progetto S1. In particolar modo, si prevede
interazione con altre UR che operano nei settori della Calabria Ionica. Fondamentale sarà
l’interazione con l’UR Messina, con cui vi è già una collaborazione in atto, per l’ individuazione
delle sorgenti sismogenetiche e con l’Università della Calabria (analisi dei dati sismici).
The Calabrian-Peloritan orogenic arc (Calabria and north-eastern Sicily) developed during
Neogene within the framework of convergence and subduction between Africa and Eurasia. Since
late Miocene time, the inner (western) sector of the Calabrian Arc has been affected by an
extensional tectonic regime presumably connected with the opening of the back-arc Tyrrhenian
system. On the Tyrrhenian side of the arc, this regime has produced extensional basins and
associated faults striking NE-SW, NNE-SSW, and N-S. Since mid-Pleistocene time, most of these
faults have been reactivated concurrently with the general uplift of the Calabrian Arc and are now
considered as the main responsible for the strong seismicity of the region. In recent and historical
times, in fact, some of these faults have generated strong earthquakes (up to magnitude of 7-7.5).
Despite several studies, there is no general consensus about several issues concerning the
seismotectonics of the Calabrian Arc. Different hypotheses have been advanced concerning the
location and geometry of the sources of the most destructive earthquakes of the last 300 years,
e.g. the 1908 earthquake in the Messina Straits (see e.g. Monaco and Tortorici, 2000; Valensise
and Pantosti, 2001; Amoruso et al., 2006; DISS Working Group, 2007) and the main events of the
1783 sequence in southern Calabria (Jacques et al., 2001; DISS Working Group, 2007). In the
case of other earthquakes of similar intensity (Vaticano Cape 1905 and Crati Valley 1638) no
source model has been proposed, to date, and the hypotheses on the genesis of the events are
still very vague (Galli and Bosi, 2003; DISS Working Group, 2007).
Concerning the Tyrrhenian side of the Calabrian-Peloritan Arc, from the literature, the ongoing and
recent geological processes seem even more uncertain than those connected with the subduction
at the front of the Calabrian-Peloritan Arc. Some authors proposed a connection between main
crustal earthquakes and the Quaternary normal faults, which are hypothesized as being part of a
rift zone running along the Tyrrhenian coast of Calabria and the Ionian coast of Sicily (e.g. Monaco
e Tortorici, 2000). In contrast, other authors hypothesize a link between the Calabrian-Peloritan
normal faults and the Apenninic system of active normal faults (e.g. Valensise e Pantosti, 1992).
Moreover, other authors hypothesize a causal connection between the Calabrian-Peloritan active
normal faults and the backarc processes, which have led to the formation of the backarc
Tyrrhenian basin since mid-Miocene time (e.g. Neri et al. 2003, 2005). Eventually some other
authors propose that a set of normal faults formed in response to an arc-parallel extension inferred
also from recent GPS data. Such tectonic regime may well explain some normal fault systems
including the Capo Vaticano and Catanzaro graben systems.
114
3b.2 Goals
The main aim of this project consists of finding and defining geometry, kinematics and seismology
of potentially seismic faults in the Calabrian Arc. To do so, the project will be split in the following
main phases:
1. Realization of a GIS data base including, among other products, results from the following three
phases;
2. Definition of geometry, kinematics, dynamics, and seismological characteristics of the
seismogenic faults of the Calabrian-Peloritan Arc, including, where possible, recent displacements;
3. Analysis and interpretation of off-shore seismic reflection profiles (Tyrrhenian region);
4. Definition of seismic characters of main faults and definition of potential seismic sources.
3b.3 Activity
This project will be split in the following main tasks.
1. Build up of a GIS data base of recently-active faults occurring along the Tyrrhenian margin of the
Calabrian Arc
The aim of this task is to realize a GIS data base of active faults and main earthquakes of the study
areas. The data base will be the main tool to take proper decision and start proper analyses. The
categorization of active faults in classes of reliability and seismic capacity will allow us to take
proper decisions for the subsequent analyses (i.e. which areas and faults to study). This activity
will be perfomed in the very first 6 months and implemented during the whole project.
(2) Structural analysis of main faults
This task consists of depicting geometry, kinematics, and , where possibile, defining the
displacement of main active faults along the Tyrrhenian margin of the Calabrian Arc. 18 month of
work divided as: 6 months for morphotectonic analysis (aero-photograp studies and DEM), filed
survey, data analysis and interpretation.
(3) Analysis and interpretation of seismic reflection profiles along the Tyrrhenian margin of the
Calabrian Arc and the Catanzaro fault.
The main aim of this task is to find main active faults in the Tyrrhenian off-shore. This analysis will
lead also to the definition of geometry and kinematics of analtzed faults and, where possible, their
age. This task necessitates of 18 months, collection of data, interpretation of seismic lines, data
elaboration and maps.
(4) Analysis of seismic parameters
This task consists of defining main seismological characters and identifying seismogenic sources.
These data will be used for comparison with structural data and to find buried structures. This task
will be done in conjuction with UR Messina.
3b.4 Metodology
Activity 1: to do this task, a proper bibliographic research will be realized, by including also
recently available on.line databases (e.g. DISS and ITHACA). Faults will be digitized in GIS
environment categorized by reliability. Where these faults can be reasonably associated to recent
or historical earthquakes, the faults will be categorized by seismic capacity.
Activity 2: this task will be realized by field and laboratory analyses. Photographic and DEM
analyses to find active faults. Main geomorphologic elements will be mapped to find the morphotectonic features of the studied active faults, including its size and, where possible, displacements.
Field structural analyses will consist of meso- and micro-structural analyses of major and minor
faults.. Geological cross-sections will be realized to evaluate displacements and atrigraphic
separations. Where possible and appropriate, samples will be collected for age determinations.
Activity 3: for do this task, the GIS data base containing the active faults of the study area will
be compared with the location map of seismic lines contained in the BAST database, Università
Roma Tre. The BAST database contains about 55000 km of seismic lines and about 3700 km of
well logs. AGIP Spa and ISMAR (Bologna) will integrate this data base with seismic lines for the
area of Sila Piccola-Crati River and for the Tyrrhenian offshore. Results for the interpretation of
seismic lines will be included in the GIS data base to find new possibly seismogenic faults and to
improve information about previously known seismogenic faults.
115
Activity 4: This task will be realized with personnel from Messina University. Relocation of all
earthquakes recorded during the last twenty years by using new tomographic models and non
linear method (Bayloc) will allow us to compute new and reliable fault plane solutions to find the
geometry of T and P axes and to study the seismic temporal sequences. These data will be
compared with results from structural field studies and from the analysis of seismic reflction
profiles.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
Costruzione data
base
GIS
Implementazione
Data set
Implementazione
Data set
Elaborazioni
mappe
conclusive
Attività 2
Analisi morfostrutturale
Elaborazione
dati e mappe
-
Attività 3
Raccolta dati:profili
sismici e log
Elaborazione
dati e mappe
-
Analisi
Strutturale,
campionamento
Interpretazione
linee sismiche
Localizzazioni
Ipocentrali
Elaborazione
dati
Localizzazioni
ipocentrali
Attività 4
Analisi
supplementari
e conclusive
Confronto con
dati strutturali
3b.5 Timetable
I
Phase
1
Semester
II
2
1
Activity 1
GIS data set
Activity 2
Morphostructural
analysis
Field work,
sampling
Field work and
data analysis
Activity 3
Data collection
(seismic lines
and log)
Seimic lines
interpretation
Maps and data
elaboration
Hypocenter
location
Conclusion of
hypocenter
locations
Analysis data
Activity 4
-
2
Maps
Synthesis of result to
be inserted in GIS data
set
set
set
4b.Deliverables
1. GIS data base of active faults and associated main earthquakes obtained integrating data from
previously published data bases.
2. Map of active faulting. Include:morphologic-tectonic items and main active fault segments.
Geological cross-sections, data stereoplots, photographs, and synthetic thematic maps.
3. Map of recent faulting of-shore. Include: Isochron maps for main seismostratigraphic units.
Isobath and isopach maps of recent stratigraphic units. Tracks of mains tectonic elements in the
116
Tyrrhenian Sea area. Line drawing of seismic reflection profiles. Three-dimensional views of fault
network.
4. Seismicity maps. Inlcude: Non-linear distributions of earthquakes, hypocentral cross-sections.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
0
3000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
6500
0
uso
0
0
Totale
9500
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
2000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
3500
0
uso
0
0
Totale
5500
117
0,00
0,00
0,00
7.3. Totale
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
5000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
10000
0
uso
0
0
Totale
15000
118
0,00
0,00
0,00
Progetto S1 - RU 3.04 - Ferranti Luigi
(Task C)
Titolo Tassi di deformazione crostale verticale regionale e locale olocenica e di lungo termine e
implicazioni per le strutture sismogenetiche in alcuni settori costieri dell’Arco Calabro (DEF-OLOCAL).
1. Responsabile UR
Luigi Ferranti, Ricercatore
Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Napoli Federico II, Largo S. Marcellino 10, 80138
Napoli.
Tel. 081 2538180, e-mail: [email protected]
Breve CV:
Ricercatore confermato dal 2000 presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di
Napoli.
Laurea in Geologia (Summa cum laude) nel 1989, presso l’Università degli Studi di Napoli; Dottore
di Ricerca in "Tettonica e Geologia Strutturale" nel 1995 presso l’Università degli Studi di Napoli;
Borsa Post-Dottorato presso l’Università degli Studi di Napoli (1996-1998); "Research Associate",
presso il Geology & Geophysics Department, Rice University, Houston - Texas (U.S.A.) (1991 e
1993); "Affiliate Assistent Professor" presso il Department of Geologicl Sciences, University of
Idaho, Moscow, ID (US) (1997-attuale); docente di vari corsi di Geodinamica, Geologia Strutturale,
Tettonica Regionale e Tettonica Attiva presso le Università di Potenza, Benevento e Napoli (1996attuale).
LF sii interessa di problemi di deformazione crostale e tettonica attiva a scale variabili dall’analisi
mesoscopica a quella orogenica. L’attività di ricerca è basata sull’integrazione di varie tecniche di
analisi dalla geologia strutturale alla geodesia GPS, dalla geomorfologia alla paleosismologia, alla
geofisica, alla geologia marina.
LF ha condotto ricerche sul campo in diverse aree in Italia (in particolare in Italia meridionale) e
negli Stati Uniti d’America. I suoi attuali interessi scientifici riguardano: evoluzione tettonica e
cinematica dell’orogene sud-appenninico, assetto geodinamico del sistema Tirreno-Appennino;
studio delle strutture sismogenetiche di varie aree dell’orogene peri-tirrenico; evoluzione
morfostrutturale delle fasce costiere italiane; evoluzione tettonica e cinematica della Walker Lane
(Nevada e California); della parte centrale dell’arco delle Aleutine (Alaska); nella zona di
subduzione Cascadia (California) e degli Horseshoe seamounts (Oceano Atlantico orientale).
LF possiede eccellenti capacità di coordinamento, ha diretto e co-diretto varie tesi di laurea e
dottorato ed ha partecipato a numerosi progetti scientifici nazionali ed internazionali. In particolare,
LF mantiene attualmente degli stretti contatti con numerose istituzioni italiane (Università, INGV,
CNR, ENEA) e straniere.
LF è autore o co-autore di piu’ di 50 pubblicazioni, il 50% delle quali su riviste internazionali.
I riferimenti bibliografici di LF sono reperibili in rete al:
http://www.unina.it.dst
119
- 5 pubblicazioni significative relative ai temi di ricerca del progetto:
1.
Ferranti L. & Oldow J. S. (2005). Latest Miocene to Quaternary horizontal and vertical
displacement rates during simultaneous contraction and extension in the Southern Apennines
orogen, Italy. Terra Nova, 17, 209–214, 2005.
2.
Ferranti L., Antonioli F., Mauz B., Amorosi A., Dai Prà G., Mastronuzzi G., Monaco C., Orrù
P., Pappalardo M., Radtke U., Renda P., Romano P., Sansò P., Verrubbi V. (2006) - Markers of
the last interglacial sea-level high stand along the coast of Italy: Tectonic implications. Quaternary
International, 145-146, 30-54.
3.
Antonioli F., Ferranti L., Kershaw S., (2006) - A GIA origin for double MIS 5.5 and Holocene
marine notches along the Italy coasts, Central Mediterranean Sea. Quaternary International, 145146, 19-29.
4.
Antonioli F., L. Ferranti, K. Lambeck, S. Kershaw, V. Verrubbi, G. Dai Pra (2006), Late
Pleistocene to Holocene record of changing uplift rates in southern Calabria and northeastern
Sicily (southern Italy, central Mediterranean sea). Tectonophysics, 422, 23-40.
5.
Ferranti L., Monaco C., Antonioli F., Maschio L., Kershaw S. & Verrubbi V. (2007) - The
contribution of regional uplift and coseismic slip to the vertical crustal motion in the Messina Straits,
Southern Italy: evidence from raised late Holocene shorelines. Journal of Geophysical Research,
VOL. 112, B06401, doi:10.1029/2006JB004473
Nominativo
(Cognome e Nome)
Ricercatore
Conf.
Ferranti Luigi
Mazzella
Enrica
Qualifica
Maria
Maschio Laura
Antonioli Fabrizio
Monaco Carmelo
Dottorando
Collaboratore
Esterno
Ricercatore
Conf.
Professore
Ordinario
Scicchitano
Gianfranco
Dottorando
Santoro Enrico
Dottorando
Spampinato Cecilia
Morelli Danilo
Coll est
Borsista di
ricerca
Ente/Istituzione
Dip. Scienze della Terra Universita’ di Napoli
ENEA Casaccia-Roma
Dip. Scienze della Terra Universita’ di Catania
Dip Sc Geol Amb Mar
Coll est
Dip Sc Geol Amb Mar
Burrato
Pierfrancesco
Ricercatore
INGV
Oldow John S.
Professore
Ordinario
Kershaw Steve
Ricercatore
Cuppari Angela
Department Geological
Sciences, University of
Idaho, Moscow, ID, US
Dept. Geography, Brunel
University, London, UK
120
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
4
4
3
2
1
1
1
1
1
1
3
2
I fase
II fase
3
1
2
1
2
2
0.5
0.5
0.5
0.5
I tassi dei movimenti verticali pleistocenici e olocenici nell’Arco Calabro (Calabria e Sicilia
nordorientale), settore crostale con uno dei maggiori sollevamenti recenti nel Mediterraneo,
riflettono una componente a lunghezza d’onda regionale (imputabile a sorgenti crostali profonde o
sub-crostali) e una locale (dovuta a strutture locali alto-crostali). Benchè esistano in letteratura
studi a livello regionale (es. Westaway, 1993) e locale (es. Catalano et al., 2003; Cucci e
Tertulliani, 2006) sulla scomposizione e quantificazione dei contributi delle due sorgenti, esistono
tuttora larghe incertezze sui parametri delle strutture locali, sul loro ruolo sismogenetico, sulla loro
storia cinematica (tassi e loro variazioni nel tempo), e sul loro rapporto con i movimenti regionali
sia nel lungo che nel breve termine. Buona parte dell’ incertezza nel caratterizzare le strutture
locali è dovuta alla parziale localizzazione di queste sorgenti in mare, come si evince anche dalle
ampie incertezze nei database esistenti (es. DISS). Mentre nella zona tirrenica e assiale della
Calabria e nella zona ionica sicula domina attualmente un regime tettonico e sismogenetico
estensionale (Monaco & Tortorici, 2000), sul lato ionico della Calabria centro-settentrionale sembra
attualmente agire un regime transpressivo con manifestazione sismogenetica poco evidente
(Ferranti et al., 2006; & submitted; DISS, 2007).
Studi dei marker olocenici hanno mostrato la loro importanza nel caratterizzare eventi co-sismici
recenti e finora sconosciuti, ma per ora questi dati sono limitati alla zona di Taormina (De Guidi et
al., 2003) e a quella orientale dello Stretto di Messina (Ferranti et al., 2007). Uno studio regionale
dei rapporti tra marker olocenici e pleistocenici (Antonioli et al., 2006) ha mostrato un aumento dei
tassi di sollevamento cumulativo nell’Olocene, con una distribuzione spaziale dei gradienti di
sollevamento in fase tra breve e lungo termine. La comparazione dei marker olocenici con quelli
archeologici e mareografici suggerisce che i tassi dei sollevamenti olocenici proseguono
nell’attuale. Non si conoscono però, salvo i casi citati sopra, i contributi regionali e locali alla
deformazione, i secondi dei quali sembrerebbero aumentare in corrispondenza di episodi di carico
interglaciale sulla piattaforma continentale con conseguente attivazione di cluster sismici (Ferranti
et al., 2007; 2008). Infine, marker olocenici sono presenti nel settore ionico nord-calabrese dove
probabilmente la trasgressione è attiva, ma non sono stati ancora indagati con sufficiente
accuratezza. La caratterizzazione delle sorgenti locali di questi sollevamenti e quella dei relativi
hazard connessi a varie scale con i sollevamenti cumulati (inclusi fenomeni gravitativi più o meno
profondi) non è finora stata affrontata nel dettaglio. Nello specifico, le principali strutture
sismogenetiche accettate o proposte per le aree in questione riescono solo in parte a giustificare le
evidenze finora raccolte.
Bibliografia:
vedi lavori citati nella parte 1, e:
Catalano S., De Guidi G., Monaco C., GTortorici., & Tortorici L. (2003) - Long-term behaviour of
the Late Quaternary normal faults in the Straits of Messina area (Calabrian Arc): structural and
morphological constraints. Quat. Int., 101-102, 81-91.
Cucci L. & Tertulliani A. (2006) - I terrazzi marini nell’area di Capo Vaticano (Arco Calabro): solo un
record di sollevamento regionale o anche di deformazione cosismica? Il Quaternario, 19(1), 2006,
89-101
De Guidi G., Catalano S., Monaco C., & Tortorici L. (2003) - Morphological evidence of Holocene
coseismic deformation in the Taormina region (NE Sicily). J. Geodynamics, 36, 193-211.
Ferranti L., Mazzella E., Napolitano E., Randisi A., & Santoro E. (2008a) - Active frontal orogen
transpression in northern Calabria, Southern Apennines of Italy, provided by integrated
geomorphologic, structural and seismicity analysis. Tectonophysics, submitted.
Ferranti L., Monaco C., Antonioli F., (2008b) - The contribution of deep and shallow sources to
uplift of the Calabrian arc at different timescales. Rend. Soc. Geol. It., in press.
Monaco C., & Tortorici L. (2000) - Active faulting in the Calabrian arc and eastern Sicily. J.
Geodynamics, 29, 407-424.
Westaway R. (1993) - Quaternary uplift of Southern Italy, J. Geophys. Res., 98, 21741- 21772.
3a.2 Obiettivi
121
La ricerca, focalizzata in alcuni settori di Sicilia orientale (Taormina, Siracusa e Peloro), Calabria
meridionale (Stretto di Messina e settore S di Capo Vaticano), Calabria settentrionale ionica
(Pollino-Piana Sibari-Sila settentrionale) si prefigge, laddove esistano buone possibilità di
individuare marker accurati, di:
a) determinare i tassi verticali olocenici;
b) scomporre le componenti locali e regionali della deformazione;
c) confrontare i tassi ottenuti con quelli (cumulati e/o segregati) alto-pleistocenici e quelli
strumentali (UR Braitenberg);
d) fornire un contributo per la caratterizzazione e parametrizzare delle sorgenti locali attive e/o
sismogenetiche attraverso uno studio integrato terra-mare
3a.3 Attività
a) attività di campagna: ricerca ed analisi di marker olocenici-archeologici; studio di marker altopleistocenici; analisi delle strutture che interessano questi marker;
b) campionatura e datazione di materiale idoneo (olocene/alto pleistocene);
c) determinazione tassi verticali;
d) reperimento e reprocessing di dati esistenti di geologia marina,
e) realizzazione di una banca dati digitale georiferita per l’analisi, l’elaborazione e restituzione
cartografica tridimensionale dei dati terra-costa-mare;
f) confronto con dati geofisici e sismologici esistenti e integrazione dati per la caratterizzazione
sismotettonica delle strutture imputabili dei movimenti verticali locali
3a.4 Metodologia
Analisi paleo geodetica dei dati geomorfologici e geoarcheologici. Analisi e rilevamento strutturale
e cinematica delle faglie. Scansioni con hi-re ground-based lidar siti olocenici-archeologici;
realizzazione profili RTK su terrazzi pleistocenici
Datazioni radiometriche (14C bulk/AMS, 10Be; U-Th, ESR)
Analisi di registrazioni sismiche (AGIP zona-F ,CROP, MS-OGS e altri già pubblicati), di dati
crono-lito-stratigrafici delle perforazioni, di dati morfo-batimetrici e di sismica superficiale
(subbottom, chirp , Sidescan sonar e Multibeam)
Analisi di meccanismi focali e bollettini sismici e comparazione con le strutture desunte dal
rilevamento morfo-tettonico e strutturale
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Rilevamento di marker di sollevamento tardo-pleistocenici
(settori selezionati_Arco Calabro N e S)
x
x
x
-
Rilevamento di marker di sollevamento olocenici (settori
selezionati_Arco Calabro N e S)
x
x
x
-
Datazione radiometrica marker sollevati (settori
selezionati_Arco Calabro N e S)
-
x
x
-
x
x
x
-
-
x
x
-
-
-
x
Reperimento e re-processing di dati di geologia marina
Calcolo dei tassi di dislocazione verticale (componenti
regionale vs. cosismica)
Parametrizzazione di strutture responsabili delle
component locali di sollevamento
122
4a. Prodotti
Tassi di dislocazione verticale olocenica in settori selezionati di Sicilia e Calabria (preliminare)
Calcolo delle componenti regionali e co-sismiche di dislocazione verticale in settori selezionati di
Sicilia e Calabria
Tassi di dislocazione verticale (tardo)-pleistocenica in settori selezionati di Sicilia e Calabria
Parametrizzazione di strutture attive (terra-mate) in settori selezionati di Sicilia e Calabria
Tassi di dislocazione verticale olocenica in settori selezionati di Sicilia e Calabria (definitiva)
Collaborazione con geologi, geofisici, geodeti e geo-archeologi impegnati nel calcolo della
deformazione verticale e delle strutture sismogenetiche in Sicilia-Calabria (Università, INGV etc.)
- Interazione con il progetto che prevede il calcolo dei tassi verticali attuali con metodologie
geodetiche (UR Braitenberg)
- Interazione con il progetto che propone di calcolare i tassi verticali tramite utilizzo di metodologie
SAR
- Interazione con UR sismologiche che analizzino dati di localizzazione e meccanismi focali
- Interazione con UR sismologiche che analizzino dati di sismicità storica e paleo sismologia (UR
Barbano)
- Interazione con progetti di geologia marina eventualmente impegnati negli stessi settori (Nota: si
precisa che le nostre analisi dei dati a mare coprono la transizione costa-mare e sono tarate a
omogeneizzare la scala e le finalità per la parte terra-mare. Come tali si pongono in maniera
complementare ad analisi a scala più regionale ed in settori marini più distali eventualmente
condotte da altre UR)
The rates of Pleistocene and Holocene vertical crustal displacements in the Calabrian Arc
(Calabria and northeast Sicily), one of the largest uplift sectors within the Mediterranean Sea,
reflects the contribution of a large-wavelength, regional component probably linked to deep
crustal/sub-crustal sources, and of a more local component related to shallower crustal sources.
Although regional-scale (eg. Westaway, 1993) and more focused (eg. Catalano et al., 2003; Cucci
e Tertulliani, 2006) studies have tried to segregate and quantify the contribution of the two sources
of uplift, large uncertainty remains on the geometry, kinematics (slip rates and their temporal
changes), and seismotectonic role of local sources, and on the interplay between local and
regional sources through time.
A significant part of the uncertainty stems from the diffuse offshore location of the active tectonic
structures, as also reflected by the lack of completeness of existing databases (see for ex. DISS,
2007). Whereas on the Tyrrhenian coast and within the axis of the mountain belt in Calabria, and
on the Ionian coast of NE Sicily prevails an extensional tectonic and seismotectonic regime
(Monaco & Tortorici, 2000), on the Ionian coast of NE Calabria transpressional deformation
currently prevails albeit with a poor seismogenic expression (Ferranti et al., 2006; & submitted;
DISS, 2007).
The study of Holocene markers has shown their importance in the characterization of recent and
so far unknown co-seismic events, but the investigation are to date limited to few areas around the
Messina Strait (De Guidi et al., 2003; Ferranti et al., 2007). A regional analysis of the relation
123
between Pleistocene and Holocene markers (Antonioli et al., 2006) has documented an increase
on the cumulative uplift rates during the Holocene, with the a spatial coincidence of the differential
pattern of Pleistocene and Holocene site uplift. Comparison of Holocene, archeological and tidegauge data suggests that the pattern of Holocene uplift continues today. Apart the sectors cited
above, however, the regional and local contribution to the vertical displacement field have not been
quantified elsewhere in the region. The local contributions to uplift appear temporally clustered
during interglacial stages, probably reflecting the role of isostatic loading on the coastal shelf
(Ferranti et al., 2007; 2008). Finally, Holocene markers are found in the Ionian sector of NE
Calabria, where current transpression is suggested, but they have been virtually unstudied. The
characterization of these local sources and the multi-scale hazards related to the total
displacement (including gravitational processes) has not been performed in detail so far.
Specifically, the main seismogenic structures accepted and proposed for the areas outlined above
only partially account for the observed displacements.
References
See part 1 and:
Catalano S., De Guidi G., Monaco C., GTortorici., & Tortorici L. (2003) - Long-term behaviour of
the Late Quaternary normal faults in the Straits of Messina area (Calabrian Arc): structural and
morphological constraints. Quat. Int., 101-102, 81-91.
Cucci L. & Tertulliani A. (2006) - I terrazzi marini nell’area di Capo Vaticano (Arco Calabro): solo un
record di sollevamento regionale o anche di deformazione cosismica? Il Quaternario, 19(1), 2006,
89-101
De Guidi G., Catalano S., Monaco C., & Tortorici L. (2003) - Morphological evidence of Holocene
coseismic deformation in the Taormina region (NE Sicily). J. Geodynamics, 36, 193-211.
Ferranti L., Mazzella E., Napolitano E., Randisi A., & Santoro E. (2008a) - Active frontal orogen
transpression in northern Calabria, Southern Apennines of Italy, provided by integrated
geomorphologic, structural and seismicity analysis. Tectonophysics, submitted.
Ferranti L., Monaco C., Antonioli F., (2008b) - The contribution of deep and shallow sources to
uplift of the Calabrian arc at different timescales. Rend. Soc. Geol. It., in press.
Monaco C., & Tortorici L. (2000) - Active faulting in the Calabrian arc and eastern Sicily. J.
Geodynamics, 29, 407-424.
Westaway R. (1993) - Quaternary uplift of Southern Italy, J. Geophys. Res., 98, 21741- 21772.
3b.2 Goals
The research will be focused in few sectors of eastern Sicily (Taormina, Siracusa and Messina
area), southern Calabria (Messina strait and southern Capo Vaticano), northeastern Calabria
(Pollino-Sibari plain-northern Sila) and, provided datable markers are retrieved, will aim at:
a) stipulate the Holocene vertical displacement rates;
b) segregate the regional and local component to vertical displacements;
c) compare the Holocene rates to the Pleistocene and contemporary rates (the latter provided by
the UR Braitenberg);
d) contribute to the individuation and parameter characterization of local and/or seismogenic
active structures through an integrated sea-land analysis.
A - field activity: mapping and analysis of Holocene geomorphological and archeological markers;
analysis of Pleistocene markers (particularly the Late Pleistocene); structural analysis of
deformation involving the said markers;
B – sampling and datation of material (Late Pleistocene-Holocene);
C – stipulation of vertical displacement rates;
D – collection and partial re-processing of available marine geological data;
E – build-up of a georeferenced database for the construction of a 3-D integrated sea-land
restitution of deliverables
F – comparison with existing geophysical and seismological data, and integration of produced data
for the parameter characterization of active structures producing local vertical displacements.
124
3b.4 Methodology
Paleogeodetic analysis of geomorphological and geo-archeological markers. Structural mapping
and fault-kinematic analysis. High-resolution ground-based lidar scanning of Holocene markers.
RTK profiling of Late Pleistocene terraces.
Radiometric age determination (14C bulk/AMS, 10Be; U-Th, ESR)
Analysis of seismic profiles (AGIP zone-F ,CROP, MS-OGS and others), of litho-cronostratigraphic borehole logs, and of morpho-bathymetric and shallow seismic data (subbottom, chirp
, Sidescan sonar, Multibeam)
Analysis of available focal mechanisms and seismic bulletins and comparison with structures
reconstructed from our morpho-tectonic and structural investigation.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Field analysis of (Late) Pleistocene uplift markers
(selected locations_NE and S Calabrian arc)
x
x
x
-
Field analysis of Holocene uplift markers (selected
locations_NE and S Calabrian arc)
x
x
x
-
Datation of uplifted material (selected locations_NE and
S Calabrian arc)
-
x
x
-
Collection/re-processing of marine geological data
(selected locations_NE and S Calabrian arc)
x
x
x
-
-
x
x
-
-
-
x
Stipulation of vertical displacement rates (regional vs. co.seismic) (selected locations_NE and S Calabrian arc)
Parameter characterization of active structures producing
local vertical displacements (selected locations_NE and
S Calabrian arc)
4b. Deliverables
Holocene vertical crustal displacement rates for selected sectors of Sicily/Calabria (preliminary)
Computation of regional vs. co-seismic component of displacement for selected sectors of
Sicily/Calabria
Pleistocene vertical displacement rates for selected sectors of Sicily/Calabria
Parameters of active structures (sea-land) for selected sectors of Sicily/Calabria
Holocene vertical crustal displacement rates for selected sectors of Sicily/Calabria (final)
7.1. I fase
Importo
previsto
a
Categoria di spesa
0
3)
Costi
Amministrativi
Finanziato dal
Dipartimento
b
4000
(solo
per
0
125
Finanziato
c = a-b
professionali
7000
2000
uso
1000
Totale
14000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
0
3000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
4000
2000
uso
1000
1000
Totale
11000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
0
7000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
11000
4000
uso
1000
2000
Totale
25000
126
Finanziato
c = a-b
Progetti Sismologici
Progetto S1 - RU 3.05 - Galadini Fabrizio
(Task C)
Progetto S1
Titolo: Seismotectonic characteristics of the central Southern Alps
1. Responsabile UR
Fabrizio Galadini
Luogo e Data di nascita: Roma, 10/09/1961
Qualifica: Ricercatore II livello presso INGV, Sezione di Milano-Pavia
CV
Fabrizio Galadini (Roma, 1961) è Dirigente di ricerca (ricercatore I livello) dell’Istituto Nazionale di
Geofisica e Vulcanologia (INGV).
E’ direttore della Sezione di Milano-Pavia dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.
Usufruisce altresì di incarico di ricerca a titolo gratuito presso il CNR, Istituto di Geologia
Ambientale e Geoingegneria.
E' stato responsabile della Sezione di Roma "Tor Vergata" del CNR-IGAG.
Durante i diciannove anni di attività come ricercatore t.i. è stato responsabile di progetti CNR
(neotettonica, tettonica attiva) e GNDT (inventario faglie attive del territorio nazionale),
responsabile di Unità di Ricerca in progetti GNDT, responsabile scientifico CNR in progetti europei
(PALEOSIS) e nazionali (SSN: “Qualificazione sismica dei siti”, “Documentazione multimediale sui
maggiori terremoti italiani dell'ultimo secolo”), responsabile scientifico di convenzione CNR-SSN
(database faglie attive), INGV-Provincia di Teramo (piano di emergenza provinciale), INGVSnamprogetti (rischio di fagliazione superficiale lungo tracciati di metanodotti). Ha fatto parte del
Gruppo di Coordinamento della nuova mappa di pericolosità sismica consegnata al Dipartimento
della Protezione Civile (DPC) nel corso del 2004, è stato membro del Gruppo di Lavoro
"Microzonazione" della Regione Umbria, nell'ambito delle attività finalizzate alla microzonazione
sismica dell'abitato di Norcia.
E' stato co-coordinatore del Working Group "Archaeoseismology" della European Seismological
Commission (2002-2007). E’ stato responsabile del Task 2 “Definizione spaziale delle principali
strutture sismogenetiche della penisola italiana” e della Unità di Ricerca 2.8 nell’ambito del
progetto S2 “Sismogenesi e probabilità dei forti terremoti in Italia” (Convenzione DPC-INGV 20042006). E’ co-coordinatore dell’Obiettivo Specifico 3.10, Sismologia storica e archeosismologia,
dell’INGV.
E’ membro della commissione paritetica prevista dalla Convenzione INGV-APAT. E’ capodelegazione INGV per la stesura dell’accordo di programma e di progetti specifici INGVCNR_DTA.
Dal 2002 è inserito nell'albo degli esperti MUR per la valutazione di progetti di ricerca e dal 2005 è
inserito nell'albo degli esperti CIVR-MUR per la valutazione dell'attività scientifica degli Enti di
Ricerca e delle Università.
Dal 2006 sono in corso le procedure per la nomina ad Ispettore Onorario della Soprintendenza per
i Beni Archeologici dell’Abruzzo.
Nell'a.a. 2001-2002 è stato docente a contratto di "Tettonica attiva e paleosismologia", per il corso
di laurea in Scienze Geologiche presso l'Università degli Studi Roma Tre. Dal 2001 al 2007 è
127
docente a contratto di "Archeosismologia" per il master in "Tecniche Geoarcheologiche per la
gestione del territorio e la tutela del patrimonio culturale" presso l'Università degli Studi Roma Tre.
Nell’a.a. 2004-2005 è stato docente di “Caratterizzazione delle sorgenti sismogenetiche” presso
l’Università della Calabria.
Pubbblicazioni
1.
Galadini F., Hinzen K.-G., Stiros S. (2006) – Archaeoseismology methodological issues and
procedure. Journal of Seismology, 10, 395-414.
2.
Galadini F., (2006) – Quaternary tectonics and large-scale gravitational deformations with
evidence of rock-slide displacements in the central Apennines. Geomorphology, 82, 201228.
3.
Galadini F., Poli M.E., Zanferrari A. (2005) – Seismogenic sources potentially responsible
for earthquakes with M≥6 in the eastern Southern Alps (Thiene-Udine sector, NE Italy).
Geophysical Journal International, 161, 739-762.
4.
Galadini F., Galli P., Cittadini A., Giaccio B. (2001) - Late Quaternary fault movements in
the Mt. Baldo-Lessini Mts. sector of the Southalpine area (northern Italy). Netherlands
Journal of Geosciences (Geologie en Mijnbouw), 80, 119-140.
5.
Galadini F., Galli P. (1999) – Paleoseismology related to the displaced Roman
archaeological remains at Egna (Adige valley, northern Italy). Tectonophysics, 308, 171191.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Albini Paola
Ric. II liv.
Falcucci Emanuela
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
INGV, Milano-Pavia
1
1
Borsista
INGV, Milano-Pavia
4
4
Galadini Fabrizio
Ric. I liv.
INGV, Milano-Pavia
1
1
Gori Stefano
Borsista
INGV, Milano-Pavia
12
12
Marzorati Simone
Ric. III liv.
INGV, Milano-Pavia
3
3
Massa Marco
Ric. III liv.
INGV, Milano-Pavia
2
2
Scardia Giancarlo
Assegnista
6
6
INGV, Milano-Pavia
I fase
II fase
L’analisi geologica di sottosuolo nella Pianura Padana, prodotta con prospezioni geofisiche e
geognostiche prevalentemente industriali, vincola tradizionalmente al Messiniano (circa 5.5 Ma) il
termine dell’orogenesi alpina e la conseguente disattivazione delle relative strutture tettoniche
(Pieri & Groppi, 1981). Tuttavia, l’evidenza geomorfologica di anomalie nel reticolo fluviale padano
(Burrato et al., 2003) e la presenza di rilievi isolati nella Pianura Padana (Desio, 1965; Baroni &
Cremaschi, 1986) suggeriscono l’esistenza di deformazione tettonica, probabilmente tuttora attiva.
A supporto di tali considerazioni, lo studio della sismicità storica evidenzia l’occorrenza, nell’area di
studio, di terremoti al di sopra della soglia del danno (1117, Maw 6.49; 1222, Maw 6.05; 1695,
Maw 6.61; 1802, Maw 5.67; 1901, Maw 5.67; Gruppo di Lavoro CPTI, 2004), con sorgenti ad oggi
non completamente caratterizzate. Più recentemente, è avvenuto presso Salò uno dei più forti
terremoti degli ultimi 30 anni nell’area di studio (24.11.2004, Mw 5.0; Augliera et al., 2006). Questo
128
evento sismico ha prodotto un danno approssimativo pari a circa 215 milioni di euro, data l’alta
densità di costruzioni sia civili che industriali ed infrastrutture.
Dal punto di vista strumentale, l’area di studio è stata una delle zone meno monitorate d’Italia, data
la scarsa occorrenza di eventi sismici. Una prima revisione della sismicità strumentale è stata
redatta da Chiarabba et al. (2005) relativamente al periodo 1983–2002, ma l’esiguo numero e la
tipologia di stazioni sismiche (in gran parte analogiche e monocomponente) non ha permesso di
ottenere, per l’area di studio, parametri focali di alta qualità, a causa delle incertezze associate alle
stime di localizzazione. Attualmente, grazie alle nuove installazioni di strumentazione digitale ad
elevata dinamica è invece possibile aumentare significativamente la densità di punti di
osservazione e la qualità dei dati raccolti.
Augliera, P., D’Alema, E., Marzorati, S., Massa, M., 2006. Data set Garda 2004: elaborazione dati,
installazione stazioni sismiche. DVD, convenzione ProCiv-INGV 2004-2006, progetto S3: scenari
di scuotimento in aree di interesse prioritario e/o strategico.
Baroni, C., Cremaschi, M., 1986. Geologia e pedostratigrafia della collina di Ciliverghe (Brescia);
fasi glaciali, pedogenesi e sedimentazione loessica al margine alpino durante il Pleistocene.
Natura Bresciana 23, 55-78.
Burrato, P., Ciucci, F., Valensise, G., 2003. An inventory of river anomalies in the Po Plain,
Northern Italy: evidence for active blind thrust faulting. Annals of Geophysics 46, 865-882.
Chiarabba, C., Jovane, L., DiStefano, R., 2005. A new view of Italian seismicity using 20 years of
instrumental recordings. Tectonophysics 395, 251-268.
Desio, A., 1965. I rilievi isolati della pianura lombarda ed i movimenti tettonici del Quaternario.
Istituto Lombardo, Rendiconti di Scienze A 99, 881-894.
Gruppo di Lavoro CPTI, 2004. Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani, versione 2004
(CPTI04). INGV, Bologna, Italy.
Pieri, M., Groppi, G., 1981. Subsurface geological structure of the Po Plain (Italy). C.N.R. Progetto
Finalizzato Geodinamica 414, 278-286.
3a.2 Obiettivi
1. Realizzazione un modello geologico-strutturale del fronte sudalpino tra l’altopiano lessineo e il
Fiume Adda
2. Valutazione dell’attività tettonica Quaternaria nell’area di studio
3. Revisione della sismicità storica
4. Revisione della sismicità strumentale
5. Contributo all’identificazione di possibili sorgenti sismogenetiche
3a.3 Attività e Metodologia
1. Realizzazione del modello geologico-strutturale
Questa parte del progetto prevede lo svolgimento di un rilevamento geologico-strutturale volto ad
identificare gli elementi tettonici coinvolti nella recente strutturazione del fronte alpino nell’area di
studio. L’obiettivo è quello di migliorare le conoscenze stratigrafiche e tettoniche dell’area, che
sono generalmente incomplete e, nel migliore dei casi, aggiornate agli anni ’80. Verrà pertanto
realizzata una cartografia alla scala 1:10.000 delle unità Neogeniche e delle strutture tettoniche ad
esse associate nell’area compresa tra l’altopiano lessineo e il Fiume Adda. A tale rilevamento
saranno associate analisi biostratigrafiche, petrografiche e magnetiche delle unità geologiche, per
definire una cronologia di eventi stratigrafici.
2. Valutazione dell’attività tettonica Quaternaria
La dettagliata ricostruzione stratigrafica delle successioni sedimentarie studiate, con particolare
riferimento al Quaternario, ha lo scopo di fornire elementi cronologici e paleogeografici utili a
vincolare l’attività delle strutture tettoniche identificate o a suggerirne la presenza, laddove queste
non abbiano espressione superficiale.
Verrà effettuata una revisione critica delle informazioni disponibili sui terremoti storici al di sopra
della soglia del danno, in genere caratterizzati da magnitudo basse o moderate. Tale operazione
consentirà di meglio valutare aspetti che hanno a che fare con la parametrizzazione dell’evento
sismico. Aspetto fondamentale, per quanto riguarda la sismicità minore, è l’ubicazione epicentrale
129
degli eventi, nella prospettiva di chiarire l’affidabilità dell’attuale configurazione delle seismogenic
areas proposte in DISS.
L’attività iniziale comprenderà la raccolta di tutti i dati di sismicità strumentale registrati nel Nord
Italia, dove negli ultimi anni sono state installate numerose stazioni sismiche digitali a tre
componenti, appartenenti alle reti di monitoraggio INGV (Rete Sismica Nazionale Centralizzata –
CNT; stazioni velocimetriche e accelerometriche INGV-MIPV; reti di emergenza). Inoltre, verranno
raccolte informazioni relative ad altre reti di monitoraggio come ad esempio la RAN (Rete
Accelerometrica Nazionale) e la Rete Sismica del Trentino. Una volta in possesso di tutti i dati,
verranno applicate differenti metodologie di localizzazione (p.e. Hypoellipse, NonLinLoc) al fine di
descrivere e ridurre le incertezze dovute alla configurazione delle stazioni e ai modelli di velocità
scelti. Per gli eventi inerenti sequenze sismiche registrati da reti temporanee dense, verrà indagata
la presenza di doublets utilizzabili per successive analisi di rilocalizzazione in relativo (p.e. doubledifference analysis). Per gli eventi più significativi verranno ricalcolate le soluzioni focali al fine di
determinare le caratteristiche geometriche dei piani di faglia.
5. Contributo all’identificazione di possibili sorgenti sismogenetiche
Tale contributo viene realizzato integrando le osservazioni inerenti all’attività tettonica Quaternaria
con i dati sismologici strumentali e i cataloghi macrosismici disponibili per l’area di studio. Lo scopo
di tale operazione è quello di rilevare le eventuali compatibilità di informazioni tra le strutture
tettoniche osservate e/o dedotte con la distribuzione degli epicentri macrosismici e gli ipocentri
strumentali, con l’obiettivo di migliorare l’identificazione di possibili sorgenti sismogenetiche. Tale
analisi ha ricadute dirette sul database DISS, in termini di valutazione dell’affidabilità dell’attuale
configurazione di seismogenic areas nell’area gardesana-padana. Ha ricadute altresì ai fini della
migliore comprensione delle caratteristiche sismogenetiche del settore veneto occidentale.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
1. Realizzazione del modello geologico-strutturale
X
X
X
2. Valutazione dell’attività tettonica Quaternaria
X
X
X
X
5. Contributo all’identificazione di possibili sorgenti
sismogenetiche
2
X
X
4a. Prodotti
D1 – Carta geologico-strutturale dell’area in esame.
D2 – Relazione contenente la localizzazione e la definizione delle caratteristiche geometriche e
cinematiche di possibili strutture tettoniche ad attività quaternaria.
D3 – Mappa delle possibili sorgenti sismogenetiche dell’area in esame.
D4 – Relazione sull’analisi di rilocalizzazione dei dati sismici strumentali.
D5 – Mappa dell’energia rilasciata nel settore centrale del Nord Italia negli ultimi 20 anni.
130
Uni-Insubria (Como)
Subsurface geologic data, gathered by means of oil geophisycs surveys and exploration wells,
traditionally constrain the end of the Alpine orogeny to the Messinian (about 5.5 Ma), when all the
Alpine structures west of the Berici-Euganei axis were tilted southward and deactivated (Pieri and
Groppi, 1981). However, geomorphologic anomalies of the hydrographical network (Burrato et al.,
2003) and the occurrence of isolated relieves in the Po Plain (Desio, 1965; Baroni and Cremaschi,
1986) suggest a likely ongoing tectonic deformation. As support to these considerations, historical
seismicity investigations highlighted in the study area the occurrence of damaging earthquakes
(1117, Maw 6.49; 1222, Maw 6.05; 1695, Maw 6.61; 1802, Maw 5.67; 1901, Maw 5.67; Working
Group CPTI, 2004), with not completely defined sources. Recently, close to Salò one of the
strongest earthquakes in the study area has occurred (24.11.2004, Mw 5.0; Augliera et al., 2006),
determining a damage which may be approximately estimated in 215 million euros, due to the high
density of civil buildings, industrial plants and infrastructures. Because of the low occurrence of
seismic events, from an instrumental point of view Northern Italy has represented a sector poorly
monitored with respect to other zone of Italy in the last decades. The first revision of the
instrumental seismicity has been made by Chiarabba et al. (2005) and is related to the period
1983–2002. Both the low number and the low quality of stations (analogical and with only one
component) have not allowed to obtain high quality focal solutions, due in particular to the
uncertainties related to the localization processes. Presently, the installations of new digital
instruments with an high dynamic level in the study area have allowed to strongly improve the
density of points of observation and, at the same time, the quality of the collected data.
Augliera, P., D’Alema, E., Marzorati, S., Massa, M., 2006. Data set Garda 2004: elaborazione dati,
installazione stazioni sismiche. DVD, convenzione ProCiv-INGV 2004-2006, progetto S3: scenari
di scuotimento in aree di interesse prioritario e/o strategico.
Baroni, C., Cremaschi, M., 1986. Geologia e pedostratigrafia della collina di Ciliverghe (Brescia);
fasi glaciali, pedogenesi e sedimentazione loessica al margine alpino durante il Pleistocene.
Natura Bresciana 23, 55-78.
Burrato, P., Ciucci, F., Valensise, G., 2003. An inventory of river anomalies in the Po Plain,
Northern Italy: evidence for active blind thrust faulting. Annals of Geophysics 46, 865-882.
Chiarabba, C., Jovane, L., DiStefano, R., 2005. A new view of Italian seismicity using 20 years of
instrumental recordings. Tectonophysics 395, 251-268.
Desio, A., 1965. I rilievi isolati della pianura lombarda ed i movimenti tettonici del Quaternario.
Istituto Lombardo, Rendiconti di Scienze A 99, 881-894.
Pieri, M., Groppi, G., 1981. Subsurface geological structure of the Po Plain (Italy). C.N.R. Progetto
Finalizzato Geodinamica 414, 278-286.
Working Group CPTI, 2004. Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani, versione 2004 (CPTI04).
INGV, Bologna, Italy.
3b.2 Goals
1. Definition of a structural-geologic model of the Southalpine front between the Euganei-Berici
axis and the Adda River
2. Evaluation of the Quaternary tectonic activity in the study area
3. Critical review of the historical seismicity
131
4. Review of the data derived from instrumental seismology
5. Contribution to the identification of possible seismogenetic sources in the study area
3b.3 Activity and Methodology
1. Definition of a structural-geologic model
During this stage, a structural-geologic survey will be performed with the aims of identifying the
tectonic features involved in the recent structural evolution of the Southalpine front in the study
area. The purpose is to improve the stratigraphic and tectoni knowledge of the area, broadly
incomplete and out-of-date. Therefore Neogene units and related tectonic structures will be
mapped at 1:10,000 scale between the Euganei-Berici axis and the Adda River. At the same time
the geologic units will be studied by means of biostratigraphic, petrographic, and magnetic
analyses, in order to define an event stratigraphy.
2. Evaluation of the Quaternary tectonic activity
The detailed reconstruction of the stratigraphic record in the study area, with a particular attention
to the Quaternary, will provide chronologic and paleogeographic data, useful to constrain the
activity of the detected tectonic structures or to suggest their presence, when blind.
A critical review of the historical seismicity has been planned, as for the events with damaging
effects, usually haracterized by low and moderate magnitude. This analysis will permit to better
estimate the parameters describing the seismic events. A fundamental aspect, as for the minor
seismicity, is the epicentral location, in the perspective to cast light on the reliability of the
seismogenic areas presently reported in DISS.
4. Review of data from instrumental seismicity
The first activity will include the collection of all instrumental seismic data recorded in Northern
Italy, an area where in the last years a great number of digital three-component seismic stations
were installed by INGV (Rete Sismica Nazionale Centralizzata – CNT; velocimetric and
accelerometric stations of INGV Milano-Pavia; emergency temporary networks). Moreover, the
information coming from other networks, such as the RAN (Rete Accelerometrica Nazionale) and
the Seismic Network of the Trentino Province, will be collected. When all the data will be available,
different techniques of localization (i.e. Hypoellipse, NonLinLoc) will be applied and tested with the
aim to describe and minimize the biases due both to station geometries and to earth velocity
models. For the events of seismic sequences recorded by temporary networks, the presence of
seismic doublets will be investigated in order to perform a relative location analysis (i.e. doubledifference analysis). For the meaningful events, the focal solutions will be calculated with the aim
to determine the geometric characteristics of the fault plains.
4. Contribute to the identification of possible seismogenetic sources in the study area
In this stage, data from the study area about the Quaternary tectonic activity, the instrumental
seismology, and the historical seismicity are integrated; the aim of this operation is to highlight the
eventual convergence among the detected tectonic structures, the macroseismic epicenters, and
the instrumental hypocenters and therefore contributing to improve the identification of possible
seismogenic sources between the Euganei-Berici axis and the Adda River. This study has deep
implications for the DISS database, as for the reliability of the presently reported seismogenic
areas in the Lake Garda-Po Plain area. It has also implications for a better understanding of the
seismogenic behavior in the western Venetian sector.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
1. Production of a structural-geologic model
X
X
X
X
X
2. Evaluation of the Quaternary tectonic activity
132
2
X
4. Review of data from strumental seismology
X
X
5. Contribute to the identification of possible
seismogenetic sources
X
4b. Deliverables
D1 – Geological and structural map of the studied sector.
D2 – Report containing the localization and the definition of the geometrical and kinematic
characteristics of tectonic structures active during the Quaternary.
D3 – Map of the possible seismogenetic sources of the study area.
D4 – Report containing the result of the re-localisation of the instrumental seismicity data.
D5 – Maps of the seismic energy released in the investigated sector of the Northern Italy in the last
20 years.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
3000,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
6100,00
uso
900,00
Totale
10000,00
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
3000,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
6100,00
133
Finanziato
c = a-b
uso
900,00
Totale
10000,00
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
6000,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
12200,00
uso
1800,00
Totale
20000,00
134
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 3.07 - Michetti Alessandro Maria
(Task C)
Titolo Tettonica compressiva attiva ed evidenze paleosismiche lungo il margine sudalpino padano
fra il Lago di Garda e il Lago Maggiore
1. Responsabile UR
Alessandro Maria MICHETTI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Ambientali, Università dell’Insubria, Como, Via Valleggio 11,
22100
Breve CV
Nato a Roma il 25.02.1961. Coniugato e padre di tre figli. Laureato all’Università degli Studi “La
Sapienza” di Roma nel 1986 con una tesi sull’analisi geologica della sismicità del Bacino del
Fucino, dopo una parentesi come geologo all’AGIP, ha lavorato per oltre un decennio nel campo
della Paleosismologia come ricercatore del Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti del CNR,
prima, e dell’Agenzia Nazionale per la Protezione dell’Ambiente, poi. Dal 1992 al 1993 ha svolto
ricerche presso il Center for Neotectonic Studies della University of Nevada, Reno, Nevada USA,
in qualità di vincitore di una borsa “NATO - Advanced Fellowship Program”. Dall’Ottobre 2000 è
Professore Associato presso l'Università dell'Insubria, Facoltà di Scienze MM. FF. NN., sede di
Como, dove insegna Laboratorio di Geologia, Morfogenesi e Stratigrafia dell'Olocene, e
Telerilevamento e Fotointerpretazione nei corsi di Primo Livello e Magistrale di Scienze Ambientali.
Svolge ricerche A) sull’evoluzione del paesaggio recente del settore lariano, B) sulla
paleosismicità, geologia strutturale, e pericolosità sismica del margine Sudalpino lombardo, C)
sulla geomorfologia, tettonica recente e valutazione del rischio sismico nell’Appennino Centromeridionale e sul versante orientale dell’Etna, D) sull'analisi degli effetti ambientali dei terremoti e
sul loro uso nella valutazione dell'intensità in varie parti del mondo (Egitto, Pakistan, Italia,
Colombia), E) sulla subsidenza nella città di Como. Ha svolto attività di rilevamento per il Progetto
CARG come Rilevatore per il Quaternario per il Foglio 368 "Avezzano"; e come Direttore del
Rilevamento del Quaternario per il Foglio 347 "Rieti". Attualmente è Responsabile Scientifico per la
realizzazione del Foglio 75 Como (Convenzione APAT-Università dell'Insubria 2004-2008).
Coordinatore del Progetto PRIN 2005 "Tettonica compressiva attiva lungo il margine sudalpino
lombardo fra il Lago di Garda e il Lago Maggiore". Responsabile del Progetto INQUA sulla nuova
Scala di Intensità Macrosismica basata sugli effetti sul terreno (Environmental Seismic Intensity
scale- ESI 2007), formalmente ratificata durante il XVII INQUA Congress svoltosi a Cairns dal
28.07.07 al 03.08.07. Vice-Presidente della Commission on Terrestrial Processes dell'INQUA per il
periodo 2003-2007 e 2007-2011. E' stato Coordinatore dell'INQUA "Subcommission on
Paleoseismicity: methods, criteria and dating" durante il periodo intercongressuale 2003-2007. E'
Chairman del Focus Group INQUA "Paleoseismicity and Active Tectonics" per il periodo 20072011. Membro del Comitato Geologico Nazionale presso il Servizio Geologico d'Italia (2005-2009).
Membro del Consiglio Scientifico dell'Institut de la Montagne presso l'Universitè de Savoie, Le
Bourget du Lac, France (2002-2007).
135
- 5 pubblicazioni significative relative ai temi di ricerca del progetto
CHUNGA K, LIVIO F, MICHETTI A.M., SERVA L. (2007). Synsedimentary deformation of
Pleistocene glaciolacustrine deposits in the Albese con Cassano area (Southern Alps, Northern
Italy), and possible implications for paleoseismicity. SEDIMENTARY GEOLOGY. vol. 196, pp. 5980 ISSN: 0037-0738.
SILEO G, GIARDINA F, LIVIO F, MICHETTI A.M., MUELLER K, VITTORI E. (2007). Remarks on
the Quaternary tectonics of the Insubria Region (Lombardia North Western Italy, and Ticino, South
Estern Swizerland). BOLLETTINO DELLA SOCIETÀ GEOLOGICA ITALIANA. vol. 126 (2), pp.
411-425 ISSN: 0037-8763.
LIVIO F., G. SILEO, A.M. MICHETTI, F. GIARDINA, C. CARCANO, S. ROGLEDI, K. MUELLER,
E. VITTORI (2007) - Tettonica compressiva quaternaria del fronte Sudalpino Lombardo: tassi di
sollevamento di strutture sepolte determinati dagli strati di crescita, Rend. Soc. Geol. It., 4 (2007),
Nuova Serie, 241-243,
MICHETTI A.M., AUDEMARD F, MARCO S. (2005). Future trends in paleoseismology: Integrated
study of the seismic landscape as a vital tool in seismic hazard analyses. TECTONOPHYSICS.
vol. 408, pp. 3-21 ISSN: 0040-1951. In: Michetti A.M., Audemard F., Marco S. (Editors),
"Paleoseismology, integrated study of the Quaternary geological record for earthquake
deformation and faulting", Special Issue, Tectonophysics, 408 (1-4).
PAPANIKOLAOU I., ROBERTS G. & MICHETTI A.M., 2005, Fault scarps and deformation rates in
Lazio–Abruzzo, Central Italy: comparison between geological fault slip-rate and GPS data., In:
Michetti A.M., Audemard F., Marco S. (Editors), “Paleoseismology, integrated study of the
Quaternary geological record for earthquake deformation and faulting”, Special Issue,
Tectonophysics, 408 (1-4), 147-176.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Michetti Alessandro
Maria
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Università dell’Insubria
5
5
3
3
Vezzoli Luigina
Professore
associato
Professore
associato
Sileo Giancanio
Assegnista
4
4
Livio Franz
Assegnista
4
4
Berlusconi Andrea
Dottorando
8
8
Fanetti Daniela
Assegnista
4
4
Vittori Eutizio
Dirigente
APAT
2
2
Guerrieri Luca
Ricercatore
APAT
2
2
Comerci Valerio
Ricercatore
APAT
2
2
Violante Crescenzo
Ricercatore
IAMC CNR
3
3
Porfido Sabina
Ricercatore
IAMC CNR
3
3
Esposito Eliana
Ricercatore
IAMC CNR
3
3
Sacchi Marco
Ricercatore
IAMC CNR
2
2
PA
University of Colorado –
Boulder
1
1
PA
Birbeck University
1
1
Mueller Karl
Roberts Gerald
136
I fase
II fase
College - London
PO
Birbeck University
College - London
1
1
PO
Università di Milano
1
1
Zerboni Andrea
Assegnista
3
3
Trombino Luca
Ricercatore
2
2
Carcano Cipriano
Geologo Senior
ENI E&P
1
1
Rogledi Sergio
Geologo Senior
ENI E&P
1
1
Sammonds Peter
Cremaschi Mauro
La caratterizzazione della storia deformativa quaternaria nel settore esterno del Sudalpino
Lombardo costituisce un passaggio di importanza critica per la conoscenza della tettonica attiva e
quindi del potenziale sismico dell’intera Pianura Padana. In un simile ambiente tettonico,
caratterizzato da attività moderata, i rapporti fra sismicità e strutture compressive recenti sono
ancora relativamente poco studiati. Di fatto, gran parte degli Autori interpreta la tettonica
quaternaria delle Alpi meridionali come limitata al settore Sudalpino Orientale (ad Est del sistema
delle Giudicarie; vedi ad es. Castellarin et al., 2006, per una revisione della letteratura su questo
tema). Nel settore Sudalpino Lombardo la deformazione compressiva recente sarebbe stata quindi
trascurabile (ad es., Meletti and Scandone, 2000; Fantoni et al., 2004; Scardia et al., 2006).
In realtà, studi sistematici di tettonica attiva sono disponibili solo a partire dal settore ad Est del
lago di Garda (e.g., Galadini et al., 2005). Diverse evidenze indicano che il raccorciamento crostale
nel settore esterno del Sudalpino Lombardo sia perdurato attraverso il Plio-Pleistocene (Desio,
1965; Zanchi et al., 1997) e sia ancora attivo oggi (Burrato et al., 2003; Sileo et al., 2007a), in
particolare nell’area del Lago di Garda (Baroni e Cremaschi, 1986; Curzi et al., 1992). Ciò è anche
suggerito da dati GPS (Serpelloni et al., 2005) e da osservazioni sismologiche (e.g., Galli, 2005).
L’entità e lo stile della deformazione tettonica non sono le sole questioni irrisolte relativamente
all’evoluzione tardo-quaternaria di questo settore delle Alpi meridionali. Le indagini
paleosismologiche e geomorfologiche sino ad oggi non sono state in grado di individuare le
sorgenti dei grandi terremoti storici avvenuti nell’area, vale a dire il terremoto del Veronese, 3
Gennaio 1117, e quello del Bresciano, avvenuto nel giorno di Natale dell’anno 1222 (Magri &
Molin, 1986; Guidoboni, 1986; Serva, 1990; Galli, 2005; Guidoboni e Comastri, 2005). Quindi,
l’associazione fra i forti terremoti e le loro strutture causative è ancora una tematica aperta. Ciò
può essere dovuto al fatto che le faglie responsabili di forti terremoti in ambiente compressivo
spesso sono strutture “cieche”, come suggerito da Burrato et al. (2003).
Un ulteriore problema condiviso con altri settori dell’Avanfossa padana e con analoghi settori
esterni delle catene Appenninica e Dinarica è la valutazione della natura cosisimica o asismica dei
movimenti lungo i sovrascorimenti attivi. Ad esempio, Burrato et al. (2003) suggeriscono che, nelle
condizioni reologiche che caratterizzano un’avanfossa colmata da sedimenti clastici
tardocenozoici, strutture tettoniche recenti e in grado di generare deformazioni topografiche
superficiali con conseguenti anomalie del drenaggio possano essere caratterizzate da scorrimento
asismico.
Attraverso la collaborazione fra APAT-Servizio Geologico d’Italia, ENI E&P, Università
dell’Insubria-Como e Università del Colorado-Boulder è stato possibile reinterpretare ca 18000 km
di linee sismiche commerciali nella Pianura Padana. Ciò ha permesso di definire un sistema
segmentato di sovrascorrimenti capaci (sensu Azzaro et al., 1998;) e associate anticlinali di
crescita, lunghe 10-20 km, che interessano la sequenza Plio-Pleistocenica dell’Avanfossa
Sudalpina Lombarda, controllando la sismicità della regione (Sileo et al., 2007b; Livio et al., 2008).
Strutture simili sono state anche identificate lungo il settore pedemontano (Chunga et al., 2007;
137
Sileo et al., 2007a), e nel Lago d’Iseo (attraverso una ricerca indipendente condotta nell’ambito del
Progetto CARG dalla Regione Lombardia; e.g., Piccin, 2005).
Particolare interesse ai fini del presente Progetto riveste il settore a S di Brescia. Lungo la fascia
pedemontana sono presenti una serie di rilievi isolati (Colli di Castenedolo e Ciliverghe, Monte
Netto di Capriano del Colle; Desio, 1965; Curzi et al., 1992), che rappresentano la culminazione di
anticlinali di crescita di età tardo quaternaria, controllate da retroscorrimenti fuori sequenza con
andamento medio circa E-W. Grazie al controllo sul terreno in corrispondenza di queste strutture,
riconoscibili con eccellente risoluzione da una profondità di ca. 200 m ad alcuni km sulla sismica a
riflessione profonda di ENI, è stata individuata per la prima volta una chiara indicazione di
fagliazione superficiale compressiva cosismica nel settore Sudalpino Lombardo, in una cava di
argilla sul Monte Netto. Le evidenze di fagliazione superficiale tardo-pleistocenica e olocenica
sinora descritte in letteratura nel settore Sudalpino Centrale si riferiscono infatti a siti caratterizzati
da fagliazione diretta secondaria (ad es., siti di Monte Baldo ed Egna; Galadini & Galli, 1999;
Galadini et al., 2001).
L’anticlinale di Monte Netto è ubicata all’interno di quella che le fonti descrivono come l’area
epicentrale del terremoto del 25 Dicembre 1222 (I° = IX MCS; Magri & Molin, 1986; Guidoboni,
1986; Guidoboni & Comastri, 2005). Tale evento produsse un danneggiamento notevole in una
vasta area della Pianura Padana, e significativi effetti sull’ambiente. Recentemente sono stati
attribuiti a questo evento anche una serie di fenomeni gravitativi e deposizionali straordinari
individuati sulla base di indagini geofisiche e geologiche nel bacino sommerso del Lago di Como e
del lago d’Iseo (e.g., Fanetti et al., 2007). Al momento non si hanno elementi per correlare gli effetti
osservabili a Monte Netto con l’evento del 1222, ma certamente la tipologia di fenomeni ivi
registrati è compatibile con terremoti crostali di dimensioni paragonabili a quelle che conosciamo
per tale evento. Nel catalogo sismico italiano, e in generale anche in altri ambienti sismotettonici,
terremoti di intensità epicentrale pari a IX MCS o superiore sono di norma accompagnati da
fagliazione superficiale e liquefazione all’interno dell’area epicentrale (Serva, 1990; Michetti et al.,
2007). In particolare, durante il recente terremoto di Salò del 24.11.2004 (I° VIII MCS; Michetti et
al., 2005; Pessina et al., 2006) non sono stati osservati effetti ambientali legati a deformazione o
dislocazione cosismica superficiale.
Tale sito si presta quindi a divenire un laboratorio per la taratura dei rapporti fra attività recente di
strutture profonde ed effetti cosismici sull’ambiente, e quindi per una migliore caratterizzazione dei
tassi di deformazione recente e dei parametri di sorgente dei terremoti legati a faglie capaci (sensu
Azzaro et al., 1998) nell’ambiente compressivo del margine Sudalpino Padano Lombardo.
3a.2 Obiettivi
Una breve descrizione dei risultati raggiunti sinora nel sito di Monte Netto serve ad illustrare le
attività che l’UR Insubria intende sviluppare se il presente Progetto sarà finanziato. In
corrispondenza dell’anticlinale di Monte Netto, lavori di cava hanno consentito di osservare su
pareti di altezza media 7 m, lunghe complessivamente ca. 150 m, ed orientate in senso N-S ed EW, due anticlinali secondarie decametriche che coinvolgono sia sedimenti fluvio-glaciali e fluviali
posti al nucleo delle pieghe, che una sequenza di loess e suoli caratterizzati da differenti gradi di
pedogenesi e disposti secondo un’architettura tipo “growth strata” alla sommità delle pieghe
stesse. L’età di tali depositi, sulla base dei primi rilievi e del ritrovamento di materiale paleolitico,
peraltro già segnalato nelle vicinanze e studiato da Cremaschi (1975), dovrebbe essere compresa
fra il Pleistocene medio-superiore e l’Olocene. Nuovi scavi hanno consentito di osservare come la
più settentrionale delle due anticlinali sia interessata da “bending-moment faults” che dislocano
tutta la parte superiore della sequenza esposta, incluso un suolo superficiale che sulla base delle
caratteristiche pedostratigrafiche del sito è certamente di età olocenica. La geometria dei depositi
dislocati indica per questa struttura tettonica secondaria una genesi improvvisa. In corrispondenza
della fagliazione superficiale è stata anche osservata una deformazione dei depositi per
liquefazione cosismica; il materiale liquefatto include sabbie e ghiaie.
Il Progetto si propone quindi di approfondire le ricerche sul sito di Monte Netto, poiché tale sito può
essere utilizzato come esempio per colmare le lacune di conoscenza oggi esistenti relativamente
A) al rapporto fra sovrascorrimenti attivi e forti terremoti nell’area in studio e B) ai tassi di
deformazione delle strutture tettoniche capaci individuate in precedenza durante un precedente
progetto PRIN (2005-2007), e su alcune delle quali si intende completare le indagini strutturali,
138
morfotettoniche e geofisiche. Le strutture prioritariamente oggetto di indagine saranno quelle per le
quali sono state individuate le evidenze più significative di attività recente, vale a dire le anticlinali
di Monte Netto (Capriano del Colle) e Castenedolo, e le strutture che interessano il Lago di Garda.
Lo studio degli effetti ambientali dei terremoti storici avvenuti nell’area lombarda offrirà infine la
possibilità di calibrare l’interpretazione paleosismica delle evidenze identificate.
Riferimenti bibliografici essenziali
Azzaro R., Ferreli L., Michetti A.M., Serva L. & Vittori E. (1998) - "Environmental hazard of
capable faults: the case of the Pernicana fault (Mt. Etna, Sicily)". Natural Hazards, 18, 1-16, Kluwer
Academic Publisher, Netherlands.
Baroni C., Cremaschi M. (1986). Geologia e pedostratigrafia della collina di Ciliverghe
(Brescia). Natura Bresciana, Ann. Mus. Civ. Sci. Nat. Brescia, 23, 55 – 78.
Burrato P., Ciucci F. & Valensise G. (2003). An inventory of river anomalies in the Po Plain,
Northern Italy: evidence for active blind thrust faulting. Annals of Geophysics, 46, 5, 865-882.
Desio A., (1965), I rilievi isolati della pianura Lombarda ed i movimenti tettonici del
Quaternario. Istituto Lombardo (Rend.Sc.), A, 99, 881 – 894.
Fanetti D., Anselmetti F.S.,
Chapron E., Sturm M. and Vezzoli L., 2007, Megaturbidite deposits in the Holocene basin fill of
Lake Como (southern Alps, Italy), Palaeogeography (2007), doi: 10.1016/j.palaeo.2007.10.014.
Chunga K., Livio F., Michetti A.M. & Serva L., 2007, Synsedimentary deformation of
Italy), and possible implications for paleoseismicity. Sedimentary Geology, 196, 59-80.
Curzi P.V., Castellarin A., Ciabatti M., Badalini G. (1992). Caratteri morfostrutturali,
sedimentologici e genetici del Lago di Garda. Boll. Soc. Torricelliana di Scienze e Lettere, Faenza,
43, pp. 3-111.
Fantoni, R., Bersezio, R., & Forcella, F., (2004), Alpine structure and deformation
chronology at the Southern Alps-Po Plain border in Lombardy. Bollettino Della Societa Geologica
Italiana, 123, 3, 463 – 476. Galadini F. & Galli, P., 1999, Paleoseismology related to the
displaced Roman archaeological remains at Egna (Adige Valley, Northern Italy). Tectonophysics,
308, 171-191.
Galadini F.; Galli P.; Cittadini A.; Giaccio B. (2001).
Late Quaternary fault movements
in the Mt. Baldo-Lessini Mts. sector of the Southalpine area (northern Italy). Geologie en Mijnbouw.
Netherlands Journal of Geosciences, 80, 3-4, 187-208
Galadini F, Poli M.E, Zanferrari A., 2005, Seismogenic sources potentially responsible for
earthquakes with M>6 in the eastern Southern Alps (Thiene-Udine sector, NE Italy). Geoph. J. Int.,
161:739-762.
Galli P. (2005), I terremoti del gennaio 1117. Ipotesi di un epicentro del cremonese. Il
Quaternario, Italian Journal of Quaternary Sciences, 18(2), 2005 - 87-100.
Guidoboni E. (1986) The earthquake of december 25, 1222: analysis of a myth. Geol. Appl.
Idr.. 21, 413 – 424.
Guidoboni, E. & Comastri, A. (2005). Catalogue of earthquakes and tsunamis in the
Mediterranean area from the 11th to the 15th century, vol. II, INGV & SGA, Bologna, 950 p.
Livio F., A.M. Michetti, G. Sileo, C. Carcano, K. Mueller, S. Rogledi , L. Serva, E. Vittori, A.
Berlusconi, (2008), Quaternary capable folds near Brescia, and seismic hazard assessment for the
Eastern Lombardia Region, Italy. Italian Journal of Gescience, accepted.
Magri G., Molin. D. (1986). I Terremoti del 3 Gennaio 1117 e del 25 Dicembre 1222. ENEARTI PAS-ISPGEOL-LO, 2.
Meletti C; Patacca, E.;Scandone P., (2000). Construction of a seismotectonic model; the
case of Italy. Pure and Applied Geophysics, 157, 1-2, 11-35.
Michetti A. M., F. Livio, K. Chunga, E. Esposito, D. Fanetti, R. Gambillara, S. Martin, F.
Pasquarè, S. Porfido, G. Sileo, E. Vittori (2005) - Ground effects of the Ml 5.2, November 24th,
2004, Salò earthquake, Northern Italy, and the seismic hazard of the western Southern Alps Rend. Soc. Geol. It., 1 (2005), Nuova Serie, 134-135, 2 ff.
Michetti A.M., C. Carcano, F. Giardina, F. Livio, K. Mueller, S. Rogledi, G. Sileo, E. Vittori,
2007, Active shortening, Quaternary capable faults, and seismic hazard in the Western Southern
Alps, Italy, XVII INQUA Congress, Cairns, 28 July – 3 August 2007, Abstract Volume, Quaternary
International, 167-168 Supplement, July 2007, ISSN 1040-6182, p. 281-282.
139
Pessina, V., G. Franceschina, P. Vannoli, L. Luzi and F. Pacor (2006) Damage Distribution
and Seismological Model of the November 2004, Salò (Northern Italy) Earthquake, Proceedings of
the 1st European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, September 3-8,
Geneva, Switzerland paper n. 1371, 10 p.
Scardia, G., Muttoni, G., & Sciunnach, D., (2006), Subsurface magnetostratigraphy of
Pleistocene sediments from the Po Plain (Italy): constrain on rates of sedimentation and rock uplift.
Geological Society of America Bulletin, 118, 1299 – 1312.
Serpelloni, E., Anzidei, M., Baldi, P., Casula, G., & Galvani, A., (2005), Crustal velocity and
strain rate fields in Italy and surrounding regions; new results from the analysis of permanent and
non - permanent GPS networks. Geophysical Journal International, 61, 3, 861 – 880.
Serva L. (1990). Il ruolo delle scienze della terra nelle analisi di sicurezza di un sito per
alcune tipologie di impianti industriali; il terremoto di riferimento per il sito di Viadana (MN). Boll.
Soc. Geol. It., 109, 2, 375-411.
Sileo G., Giardina F., Livio F., Michetti A.M., Mueller K. and Vittori E., 2007a, Remarks on
Eastern Swizerland). Boll. Soc. Geol. It. - Italian Journal of Geoscience 126(2), 411-425.
Sileo G., A. M. Michetti, K. Mueller, C. Carcano, Rogledi, E. Vittori, 2007b, Structural trend
of subsurface geological structures inferred from slope and curvature analysis: the Po Plain case
study, Convegno FIST – GEOITALIA 2007, Rimini 12-14 Settembre 2007, Abstract Volume,
Epitome, 2, p. 230, ISSN 1972-1552.
Zanchi A., Bini A., Felber M., Rigamonti I., Uggeri A. (1997). Neotectonic evidences along
the lombardian foothills of the Southern Alps. Geol. Insubr. 2, 99-112.
3a.3 Attività e Metodologie
PRIMA FASE: ACQUISIZIONE DATI (15 MESI)
Attività 1) Acquisizione di documentazione inedita o riservata sul sottosuolo della zona d’indagine:
stratigrafie di pozzi per acqua e di sondaggi geognostici esistenti presso Enti pubblici e privati,
professionisti; dati di indagini geofisiche; ecc.; loro controllo critico e validazione. I dati saranno
inseriti nella banca dati georeferenziata del CARG – Regione Lombardia, per poter gestire con un
unico GIS tutti i dati raccolti per l’intera area di studio.
Operatori: A. Berlusconi, F. Livio.
Attività 2) Esecuzione di nuove trincee esplorative nel sito della Cava Danesi a Monte Netto, con
dettagliate analisi stratigrafiche, e valutazione del numero e della dimensione degli eventi
paleosismici ivi registrati. La datazione dei sedimenti esposti nella parete di cava e attraverso le
nuove trincee dovrebbe consentire di vincolare cronologicamente la storia deformativa identificata
attraverso l’analisi paleosismica.
Operatori:
Trincee esplorative e Direzione Lavori cantiere: A. Berlusconi, F. Livio; G. Sileo;
Analisi paleosismiche: A. Berlusconi; A.M. Michetti, E. Vittori, L. Guerrieri;
Analisi stratigrafiche e campionamento: L. Vezzoli; F. Livio, A. Berlusconi, M. Sacchi; V. Comerci;
Analisi di laboratorio sui campioni (l’attività proseguirà fino alla fine delle ricerche sul terreno):
Laboratorio di Luminescenza del Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano
Bicocca per datazioni mediante OSL; CEDAD, Università di Lecce per datazioni 14C mediante
AMS (le datazioni AMS saranno cofinanziate da APAT); A. Zerboni, L. Trombino e M. Cremaschi
(Università Statale di Milano) per analisi pedostratigrafiche e paletnologiche.
Attività 3) Esecuzione di indagini geofisiche volte ad identificare ulteriori siti di interesse
paleosismico in altri settori dell’anticlinale di Monte Netto.
Operatori:
GPR: P. Sammonds, G. Roberts; le analisi GPR saranno cofinanziate da UCL
Geoelettrica: G. Sileo, A. Berlusconi, C. Violante; le analisi geoelettriche saranno cofinanziate da
Uni Insubria.
Attività 4) Correlazione fra le deformazioni superficiali osservate a Monte Netto, dati di perforazioni
per acqua e indagini idrogeologiche disponibili nell’area, e informazioni dettagliate relative alla
struttura profonda rese disponibili da ENI E&P; stima dei tassi di scorrimento tardo-quaternari
relativi al retroscorrimento di Monte Netto, struttura responsabile delle deformazioni superficiali
descritte in precedenza.
140
Operatori:
Analisi strutturali e modellazione profonda: G. Sileo, K. Mueller, A.M. Michetti, E. Vittori;
Analisi sismotettonica e confronto coi dati sismologici (storici e strumentali) e geodetici: A.M.
Michetti, K. Mueller, E. Esposito; S. Porfido;
Interpretazione profili sismici a riflessione ENI: C. Carcano, S. Rogledi, K. Mueller, G. Sileo, F.
Livio.
Attività 5) Indagini relative a strutture interessate da terremoti rilevanti dal punto di vista degli effetti
sul terreno (ad es., terremoti del 1901 e 2004 nell’area di Salò, e.g., Michetti et al., 2005; Pessina
et al., 2006; terremoto del 1802 in prossimità di Soncino; Burrato et al., 2003; Galli, 2005).
Raccolta di dati relativi a fenomeni di liquefazione, frane, fratturazione del terreno, etc., innescati
da terremoti con epicentro nell’area in studio.
Operatori: E. Esposito, S. Porfido, L. Guerrieri, V. Comerci, A.M. Michetti, F. Livio.
Attività 6) Indagini geofisiche offshore ad alta risoluzione nel settore SW del Lago di Garda, ove gli
Autori (Baroni, 1985; Castaldini e Panizza, 1999; Curzi et al., 1992) descrivono strutture tettoniche
recenti correlabili al sistema di pieghe e sovrascorrimenti di Monte Netto (Capriano del Colle) e
Castenedolo; e dove potrebbe essere possibile individuare depositi megatorbiditici sismoindotti
analoghi a quelli identificati nei laghi di Como e Iseo. Rilevamento sul terreno nel settore
prospiciente l’area interessata dalle indagini geofisiche, per correlazioni delle unità stratigrafiche e
dell’assetto strutturale. Qualora il finanziamento lo consenta, le analisi potranno essere estese al
Lago d’Iseo, in collaborazione con la Regione Lombardia (A. Piccin).
Operatori:
Rilevamento sul terreno: F. Livio, A. Berlusconi.
Acquisizione sismica a riflessione ad alta risoluzione: D. Fanetti; L. Vezzoli; C. Violante; M. Sacchi;
Geomega Ltd. Mester u. 4 1095 Budapest, Hungary; www.geomega.hu;
Processing e interpretazione dei dati: Daniela Fanetti (processing da svolgere presso laboratori
Geomega a Budapest); C. Violante; M. Sacchi.
Attività 7) Indagini morfostrutturali, rilevamento geologico e modeling dei dati di sismica a
riflessione ENI lungo altre strutture tettoniche quaternarie nel settore Sudalpino Lombardo, in
particolare nella zona di Soncino, interessata dal terremoto del 1802 (Burrato et al., 2003), e lungo
la Faglia Nave - Gussago.
Operatori: come punto 2 e punto 4.
SECONDA FASE: ELABORAZIONE DATI (5 MESI)
Attività 8) Elaborazione dei dati topografici, morfoneotettonici, strutturali, paleosismologici,
geocronologici, pedologici e stratigrafici per definire l'età delle deformazioni più recenti, il tasso di
deformazione, la cinematica e la modalità di attivazione delle faglie studiate nel settore esterno
della catena Sudalpina Lombarda, usando come calibrazione i dati ottenuti sull’anticlinale di Monte
Netto. Operatori: tutta la UR.
TERZA FASE: SINTESI E CONCLUSIONI (ULTIMI 4 MESI)
Attività 9) I risultati ottenuti dall’UR saranno confrontati con quelli delle altre unità del progetto
nazionale al fine di costruire un quadro geodinamico il più completo possibile del sistema catenaavanfossa-avampaese. Elaborazione dei prodotti di sintesi attesi.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
X
-
Attività 2
X
X
-
Attività 3
X
X
-
141
Attività 4
X
X
X
-
Attività 5
X
X
X
-
Attività 6
X
X
X
-
X
X
-
Attività 7
Attività 8
-
-
X
-
Attività 9
-
-
-
X
4a. Prodotti
(elencare i prodotti attesi evidenziando quelli di diretto interesse per DPC; tutti i prodotti saranno
informatizzati in sistemi GIS che possano integrare basi di dati già esistenti)
A - Rilievo delle pareti del sito di Monte Netto in scala di dettaglio (fino a 1:20). Analisi
paleosismica e stratigrafica del sito di Monte Netto, con datazioni AMS e OSL.
Sezione in formato vettoriale del log – plot del sito di Monte Netto di Capriano (dwg). Mosaico
fotografico della parete di cava con l’ubicazione dei campioni datati. Tabella dei risultati delle
datazioni, calibrazioni ed incertezze (*.xls).
B - Schema strutturale dell’anticlinale di Monte Netto e delle sue relazioni con il retroscorrimento
basale. Calcolo dei tassi di sollevamento tardo quaternari dell’anticlinale di Monte Netto, e
modellazione del retroscorrimento basale e valutazione dei tassi di scorrimento.
Tabella (*.mdb) dei parametri di faglia delle strutture esaminate. Profilo sismico interpretato (jpg)
corredato di ubicazione in mappa (jpg).
C - Rilievi GPR e tomografie geoelettriche nell’area di Monte Netto.
Immagini delle sezioni GPR e geoelettriche acquisite , immagini delle sezioni GPR e geoelettriche
interpretate, mappa dell’ubicazione dei rilievi (jpg).
D - Rilievi di sismica a riflessione ad alta risoluzione nel Lago di Garda.
Immagini delle sezioni sismiche off shore acquisite , immagini delle sezioni sismiche offshore
interpretate, mappa dell’ubicazione dei rilievi (dwg).
E - Analisi e catalogo degli effetti sull’ambiente indotti dai terremoti storici nella Pianura Padana
Lombarda e aree contermini.
Tabella degli effetti ambientali (mdb).
F - Calibrazione, attraverso i risultati dello studio del sito di Montenetto di Capriano del Colle dei
tassi di deformazione delle strutture tettoniche capaci presenti lungo il fronte del Sudalpino
Lombardo.
G - Cartografia a scala regionale delle strutture tettoniche compressive attive individuate attraverso
i dati di sismica a riflessione forniti da ENI E&P, e conseguente determinazione dei parametri utili
alla definizione della pericolosità sismica.
Mappe delle strutture a scala regionale integrate in un sistema GIS (ESRI ArcGis 9.1)
H - Costruzione di una pagina web per la divulgazione degli sviluppi del progetto.
I - Pubblicazioni Scientifiche su riviste internazionali con Impact factor.
Interazione con APAT
APAT è disposta a cofinanziare il progetto mettendo a disposizione il personale indicato con le
tempistiche indicate, e un budget relativo a circa 10 datazioni radiocarbonio AMS.
Interazione con ENI E&P
142
Sulla base di un accordo fra ENI E&P e APAT la UR potrà accedere ai dati di sottosuolo disponibili
grazie all’esplorazione petrolifera della Pianura Padana; tali dati, essendo di natura ovviamente
confidenziale, non verranno messi a disposizione come prodotti di interesse DPC se non nel caso
di apposita autorizzazione da parte di ENI. Le interpretazioni dei dati in termini di cartografia delle
strutture tettoniche quaternarie e di rapporti fra evidenze superficiali di fagliazione superficiale
recente e struttura profonda potranno invece far parte dei prodotti della UR.
Interazione con Birkbeck and University College London, Uk
UCL metterà a disposizione del progetto i suoi ricercatori e la strumentazione GPR ad alta
risoluzione, al fine di definire l’andamento delle strutture tettoniche superficiali di Monte Netto al di
la dei limiti della zona di cava.
Interazione con Regione Lombardia
La Regione Lombardia collabora con questa ricerca attraverso lo scambio di dati ed esperienze già
in corso per il Progetto CARG, in particolare per quanto riguarda le analisi offshore nei bacini
lacustri prealpini.
Collaborazione con UR Chiara D’Ambrogi (APAT) per modellazione 3D strutture geologiche in
Pianura Padana.
Characterizing the Quaternary deformational history of the Southern Alps in Lombardia, Italy, is a
critical step for the knowledge of the active tectonics and seismic hazard assessment of the Po
Plain foredeep and surrounding regions. In this tectonic environment, relations between seismicity
and active compressional tectonic structures are still poorly understood. Most of the Authors
regards the Quaternary tectonics of the Southern Alps as limited to the Eastern Southern Alps
(East of the Giudicarie System; see Castellarin et al., 2006, for a review). Along the Lombardia
sector of the Southern Alps the recent compressional deformation would be insignificant (e.g.,
Meletti et al., 2000; Fantoni et al., 2004; Scardia et al., 2006). In fact, systematic studies on active
tectonics are available just East of Lake Garda (Galadini et al., 2005) but several lines of evidence
points out that tectonic shortening persisted through the Plio-Pleistocene (e.g., Desio, 1965; Zanchi
et al., 1997) and is active today in the Lombardia South-Alpine foredeep (Burrato et al., 2003; Sileo
et al., 2007a), including the Lake Garda area (Curzi et al., 1992), as also indicated by instrumental
GPS data (e.g., Serpelloni et al., 2005) and seismological observations (e.g., Galli, 2005). The
amount and style of tectonic deformation is not the only open issue concerning the Late
Quaternary evolution of this sector of the Southern Alps. Geomorphological and
paleoseismological investigations failed until now to identify the major faults responsible for the
larger earthquakes occurred in this region, i.e., the January 3rd, 1117, I=IX MCS, Verona
earthquake, and the December 25th, 1222, I=IX MCS, Brescia earthquake (e.g.,;Guidoboni, 1986;
Magri & Molin, 1986; Serva, 1990; Galli, 2005). Therefore, the association between strong seismic
events and their tectonic sources is still problematic. This might be due to the fact that tectonic
sources of strong thrust faulting earthquakes are typically “blind”. Also, a problem that is shared
with other sectors of the Po Plain Foredeep and similar external domains along the Apennines and
Dinarides is the assessment of the nature of the movements (tectonic fault creep vs. coseismic
stick-slip) along active thrust faults. For instance, Burrato et al. (2003) argue that, in the rheological
setting typical of a foredeep mostly filled by late-tertiary clastics, young compressional tectonic
structures capable to deform the topographic surface and generate significant drainage anomalies
might be characterized by aseismic slip.
Through a previous collaboration between APAT-Geological Survey of Italy, ENI E&P Division,
Insubria University and Colorado University it has been possible to review the interpretation of ca.
143
18000 km of seismic lines in the Po Plain. This allowed us to define a system of segmented
capable thrust faults (sensu Azzaro et al., 1998;) and related growing anticlines, 10 to 20 km long,
affecting the Plio-Pleistocene foredeep sequence in Lombardia and controlling the seismicity of the
area (Sileo et al., 2007b; Livio et al., 2008). Similar structures have been also identified along the
South-Alpine foothills (Chunga et al., 2007; Sileo et al., 2007a), and in the Lake Iseo offshore
(through an independent study conducted by Regione Lombardia and APAT for the new
Geological Map of Italy, scale 1:50.000, CARG Project, Iseo Sheet; Piccin, 2005). Of particular
interest for the scope of this Project is the area South of Brescia. In the piedmont belt just W of
Lake Garda, several isolated hills (Castenedolo and Ciliverghe Hills, Monte Netto of Capriano del
Colle; Desio, 1965; Curzi et al., 1992) represents the culmination of Quaternary fault propagating
folds controlled by E-W trending, out-of-sequence backthrusts. Geological field survey on these
structures, very clearly imaged by the ENI E&P reflection profiles down to a depth of 5-6 km,
allowed us to identify, for the first time in this sector of the Po Plain, unambiguous evidence of
compressive, coseismic surface faulting and liquefaction in a quarry located on the Monte Netto
site (Capriano del Colle). Until now the evidence of late Pleistocene – Holocene surface faulting
described in the literature are only related to secondary normal faulting (e. g., Baldo Mt; Egna;
Galadini & Galli, 1999; Galadini et al., 2001). The Monte Netto anticline is located within the
epicentral area of the 25.12.1222 earthquake (I° = IX MCS; Magri & Molin, 1986; Guidoboni, 1986;
Guidoboni & Comastri, 2005). This strong event damaged a large area of Po Plain and generated
significant environmental effects. Recently, also lake bottom environmental phenomena
(megaturibidites, sublacustrine landslides), recorded in the offshore of Lake Como and Lake Iseo
on the basis of detailed geophysical and geological analyses, have been related to this earthquake
(e.g., Fanetti et al., 2007). Indeed, based on the available data it is not possible to definitely
correlate the paleoseismic evidence observed at Monte Netto site with the 25.12.1222 seismic
event, but it’s clear that this evidence is consistent with the earthquake size of the 1222 event. In
the Italian seismic catalogue, and in general in other similar seismotectonic environments,
earthquakes of IX MCS or bigger are accompanied by surface coseismic faulting and liquefaction
in the epicentral area (Serva 1990; Michetti et al., 2007). For instance, during the Salò event of 24
November 2004 (I° VIII MCS; Michetti et al., 2005; Pessina et al., 2006) surface deformations was
not observed. The Monte Netto site, then, is suitable to compare the recent tectonic activity of deep
structures and coseismic environmental effect. This will allow a better understanding of
deformation rates and source parameters also for other active compressional sources along the
Lombardia Southern Alps foothill.
3b.2 Goals
A short description of the results collected so far at Monte Netto will serve to illustrate the activity
that the Research Unit will conduct if the present Project will be funded. At the Cava Danesi of
Monte Netto, quarry excavations exposed two anticlines, 20 to 40 m long, affecting fluvial and
fluvio-glacial deposits in the fold cores, and a sequence of loess and paleosols arranged as growth
strata along the fold limbs.
Based on preliminary findings of Paleolithic flints, already described in a nearby site by Cremaschi
(1975), the age of the deformed sequence should be Mid-Late Pleistocene to Holocene. New
excavations allowed to document that the N anticline is affected by bending-moment faults,
displacing all the upper part of the exposed stratigraphy, and generating a gravity graben. The last
displacement affect a surficial soil that, based on the pedostratigraphic analyses conducted so far,
is Holocene in age. The architecture of the deposits filling this graben suggest an instantaneous
(coseismic) formation. Near this graben a paleoliquefaction feature had been also observed; the
vented material includes sand and gravel.
This Project aims therefore at completing the research on the Monte Netto site. Monte Netto
should represent a test site in order to understand A) the relations between capable thrust faults
and strong earthquakes in the study area, and B) the deformation rates of the Quaternary
compressional structures identified during a previous PRIN Project (2005-2007). Some of these
structures will be also investigated through geomorphic, structural and geophysical analyses.
Structures to be investigated are those best promising in terms of evidence for active tectonics:
Montenetto and Castenedolo anticlines and the Lake Garda offshore structures. Moreover, the
144
study of the coseismic ground effects induced by historical earthquakes in the study region will give
us the possibility to calibrate the paleoseismic interpretation of the evidence observed in the field.
References:
Azzaro R., Ferreli L., Michetti A.M., Serva L. & Vittori E. (1998) - "Environmental hazard of
capable faults: the case of the Pernicana fault (Mt. Etna, Sicily)". Natural Hazards, 18, 1-16, Kluwer
Academic Publisher, Netherlands.
Baroni C., Cremaschi M. (1986). Geologia e pedostratigrafia della collina di Ciliverghe
(Brescia). Natura Bresciana, Ann. Mus. Civ. Sci. Nat. Brescia, 23, 55 – 78.
Burrato P., Ciucci F. & Valensise G. (2003). An inventory of river anomalies in the Po Plain,
Northern Italy: evidence for active blind thrust faulting. Annals of Geophysics, 46, 5, 865-882.
Desio A., (1965), I rilievi isolati della pianura Lombarda ed i movimenti tettonici del
Quaternario. Istituto Lombardo (Rend.Sc.), A, 99, 881 – 894.
Fanetti D., Anselmetti F.S.,
Chapron E., Sturm M. and Vezzoli L., 2007, Megaturbidite deposits in the Holocene basin fill of
Lake Como (southern Alps, Italy), Palaeogeography (2007), doi: 10.1016/j.palaeo.2007.10.014.
Chunga K., Livio F., Michetti A.M. & Serva L., 2007, Synsedimentary deformation of
Italy), and possible implications for paleoseismicity. Sedimentary Geology, 196, 59-80.
Curzi P.V., Castellarin A., Ciabatti M., Badalini G. (1992). Caratteri morfostrutturali, sedimentologici
e genetici del Lago di Garda. Boll. Soc. Torricelliana di Scienze e Lettere, Faenza, 43, pp. 3-111.
Fantoni, R., Bersezio, R., & Forcella, F., (2004), Alpine structure and deformation
chronology at the Southern Alps-Po Plain border in Lombardy. Bollettino Della Societa Geologica
Italiana, 123, 3, 463 – 476. Galadini F. & Galli, P., 1999, Paleoseismology related to the
displaced Roman archaeological remains at Egna (Adige Valley, Northern Italy). Tectonophysics,
308, 171-191.
Galadini F.; Galli P.; Cittadini A.; Giaccio B. (2001).
Late Quaternary fault movements
in the Mt. Baldo-Lessini Mts. sector of the Southalpine area (northern Italy). Geologie en Mijnbouw.
Netherlands Journal of Geosciences, 80, 3-4, 187-208
Galadini F, Poli M.E, Zanferrari A., 2005, Seismogenic sources potentially responsible for
earthquakes with M>6 in the eastern Southern Alps (Thiene-Udine sector, NE Italy). Geoph. J. Int.,
161:739-762.
Galli P. (2005), I terremoti del gennaio 1117. Ipotesi di un epicentro del cremonese. Il
Quaternario, Italian Journal of Quaternary Sciences, 18(2), 2005 - 87-100.
Guidoboni E. (1986) The earthquake of December 25, 1222: analysis of a myth. Geol. Appl.
Idr.. 21, 413 – 424.
Guidoboni, E. & Comastri, A. (2005). Catalogue of earthquakes and tsunamis in the
Mediterranean area from the 11th to the 15th century, vol. II, INGV & SGA, Bologna, 950 p.
Livio F., A.M. Michetti, G. Sileo, C. Carcano, K. Mueller, S. Rogledi , L. Serva, E. Vittori, A.
Berlusconi, (2008), Quaternary capable folds near Brescia, and seismic hazard assessment for the
Eastern Lombardia Region, Italy. Italian Journal of Gescience, accepted.
Magri G., Molin. D. (1986). I Terremoti del 3 Gennaio 1117 e del 25 Dicembre 1222. ENEARTI PAS-ISPGEOL-LO, 2.
Meletti C; Patacca, E.;Scandone P., (2000). Construction of a seismotectonic model; the
case of Italy. Pure and Applied Geophysics, 157, 1-2, 11-35.
Michetti A. M., F. Livio, K. Chunga, E. Esposito, D. Fanetti, R. Gambillara, S. Martin, F.
Pasquarè, S. Porfido, G. Sileo, E. Vittori (2005) - Ground effects of the Ml 5.2, November 24th,
2004, Salò earthquake, Northern Italy, and the seismic hazard of the western Southern Alps Rend. Soc. Geol. It., 1 (2005), Nuova Serie, 134-135, 2 ff.
Michetti A.M., C. Carcano, F. Giardina, F. Livio, K. Mueller, S. Rogledi, G. Sileo, E. Vittori,
2007, Active shortening, Quaternary capable faults, and seismic hazard in the Western Southern
Alps, Italy, XVII INQUA Congress, Cairns, 28 July – 3 August 2007, Abstract Volume, Quaternary
International, 167-168 Supplement, July 2007, ISSN 1040-6182, p. 281-282.
Pessina, V., G. Franceschina, P. Vannoli, L. Luzi and F. Pacor (2006) Damage Distribution
and Seismological Model of the November 2004, Salò (Northern Italy) Earthquake, Proceedings of
the 1st European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, September 3-8,
Geneva, Switzerland paper n. 1371, 10 p.
145
Scardia, G., Muttoni, G., & Sciunnach, D., (2006), Subsurface magnetostratigraphy of
Pleistocene sediments from the Po Plain (Italy): constrain on rates of sedimentation and rock uplift.
Geological Society of America Bulletin, 118, 1299 – 1312.
Serpelloni, E., Anzidei, M., Baldi, P., Casula, G., & Galvani, A., (2005), Crustal velocity and
strain rate fields in Italy and surrounding regions; new results from the analysis of permanent and
non - permanent GPS networks. Geophysical Journal International, 61, 3, 861 – 880.
Serva L. (1990). Il ruolo delle scienze della terra nelle analisi di sicurezza di un sito per
alcune tipologie di impianti industriali; il terremoto di riferimento per il sito di Viadana (MN). Boll.
Soc. Geol. It., 109, 2, 375-411.
Sileo G., Giardina F., Livio F., Michetti A.M., Mueller K. and Vittori E., 2007a, Remarks on
Eastern Swizerland). Boll. Soc. Geol. It. - Italian Journal of Geoscience 126(2), 411-425.
Sileo G., A. M. Michetti, K. Mueller, C. Carcano, Rogledi, E. Vittori, 2007b, Structural trend
of subsurface geological structures inferred from slope and curvature analysis: the Po Plain case
study, Convegno FIST – GEOITALIA 2007, Rimini 12-14 Settembre 2007, Abstract Volume,
Epitome, 2, p. 230, ISSN 1972-1552.
Zanchi A., Bini A., Felber M., Rigamonti I., Uggeri A. (1997). Neotectonic evidences along
the lombardian foothills of the Southern Alps. Geol. Insubr. 2, 99-112.
3b.3 Activity (with timetable for each phase) and Methodology
STEP 1: DATA COLLECTION (15 MONTHS)
1) Compilation of published and unpublished data on the subsurface geology of the study area,
including water borehole stratigraphy and geophysical data; critical analysis and validation. Data
will be inserted in the Regione Lombardia georeferenced database, in order to manage all the data
collected by means of a single GIS.
Investigators: A. Berlusconi; F. Livio.
2) Excavation of new exploratory trenching at the Cava Danesi, Monte Netto site, and detailed
stratigraphic analyses, and assessment of the number and size of the recorded paleoseismic
events. Dating of the exposed sediments should allow to constraint the deformation history of this
site.
Investigators:
Exploratory trenching: A. Berlusconi, F. Livio; G. Sileo.
Paleoseismic analyses: A. Berlusconi; A.M. Michetti, E. Vittori, L. Guerrieri.
Stratigraphic analyses and sampling: L. Vezzoli, F. Livio, A. Berlusconi, M. Sacchi; V. Comerci.
Lab analyses (this activity will continue until the end of the field work):
Laboratorio di Luminescenza del Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano
Bicocca, for OSL dating; CEDAD, Università di Lecce, for AMS radiocarbon dating, cofunded by
APAT; A. Zerboni, L. Trombino and M. Cremaschi (Università Statale di Milano) for
pedostratigraphy and palaeoethnology.
3) Shallow geophysical prospecting for the identification of other paleoseismic sites along the
Monte Netto anticline..
Investigators:
GPR: P. Sammonds, G. Roberts; GPR analysis will be cofunded by UCL
Geoelectic survey: G. Sileo, A. Berlusconi, C. Violante; geoelectric survey cofunded by Insubria
University.
4) Modeling of the relations between the surface deformation studied at Monte Netto, data from
shallow boreholes and hydrogeological analyses in the nearby area, and the detailed image of the
deep structure available due to the ENI E&P data; assessment of the Late-Quaternary deformation
rates of the Monte Netto backthrust, the causative tectonic structure for the paleoseismic evidence
described above.
Investigators:
Structural analyses and modeling: G. Sileo, K. Mueller, C. D’Ambrogi; A.M. Michetti, E. Vittori;
Seismotectonic analysis and comparison with seismological (historical and instrumental) and
geodetic data: A.M. Michetti, K. Mueller, E. Esposito; S. Porfido;
Interpretation of ENI seismic profiles: C. Carcano, S. Rogledi, K. Mueller, G. Sileo, F. Livio.
146
5) Investigations on tectonic structures related to earthquakes accompanied by relevant
environmental effects (such as the 1901 and 2004 eqs. near Salò, e.g., Michetti et al., 2005;
Pessina et al., 2006; 1802 eq. near Soncino; Burrato et al., 2003; Galli, 2005). Compilation of data
on coseismic liquefaction, landslides, ground fracturing, for strong earthquakes with epicentral area
within the study area.
Investigators: E. Esposito, S. Porfido, L. Guerrieri, V. Comerci, A. M. Michetti; F. Livio.
6) Offshore, high resolution, geophysical prospecting in the SW sector of Lake Garda, where
recent tectonic strutures related to the same fold and thrust system of the Monte Netto and
Castenedolo anticline have been described (Baroni, 1985; Castaldini e Panizza, 1999; Curzi et al.,
1992); also, evidence for seismically- triggered lake bottom slides and megaturbidites similar to
those identified in Lake Como and Lake Iseo will be searched. Field mapping in the nearby
onshore area, to allow stratigraphic and structural correlations with the outcropping geological
formations. If the available funding will allow, these analyses could be extended to Lake Iseo, in
collaboration with Regione Lombardia (A. Piccin).
Investigators:
Field mapping: F. Livio, A. Berlusconi.
Seismic reflection data acquisition: C. Violante; M. Sacchi; Geomega Ltd. Mester u. 4 1095
Budapest, Hungary; www.geomega.hu;
Processing and interpretation: C. Violante; M. Sacchi, Andrea Berlusconi, Daniela Fanetti; the
processing will be conducted at the Geomega Lab., Budapest; A. Piccin (Regione Lombardia).
7) Geomorphic investigation, field mapping and ENI seismic reflection data modeling along other
Quaternary structure in the Lombardia Southern Alps, in particular near Soncino, in the area
affected by the 1802 eq. (Burrato et al., 2003), and along the Nave-Gussago Fault.
Investigators: see Point 2 and 4.
STEP 2: DATA PROCESSING (5 MONTHS)
8) Elaboration of the topographic, morphoneotectonic, structural, paleoseismological,
geochronological, pedological and stratigraphic data in order to define the more recent
deformations: the slip rate, the cinematic and the mechanism of activation of the studied faults in
the outer sector of the Lombardia Southern Alps.
Investigators: the whole Research Unit.
STEP 3: SYNTHESIS AND CONCLUSIONS (LAST 4 MONTHS)
9) Collegial discussion both during the previous activities and in the final phase of the products
worked out by the other research units of the national Project; final elaboration of the expected
synthesis products.
Investigators: the whole Research Unit.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
X
X
-
Activity 2
X
X
-
Activity 3
X
X
-
Activity 4
X
X
X
-
Activity 5
X
X
X
-
Activity 6
X
X
X
-
147
Activity 7
X
X
-
Activity 8
-
-
X
-
Activity 9
-
-
-
X
4b. Deliverables
A - Log of the excavated walls at the Monte Netto site in a scale of detail (up to 1:20). Stratigraphic
and paleoseismic analysis of the Monte Netto site, including AMS and OSL dating.
Log of the excavated walls in .dwg format. Photo mosaic of the quarry with location of the dated
samples. Table with dating results, calibrations and uncertainties in .xls format.
B – Structural interpretation of the Monte Netto anticline and relationships with the causative
backthrust. Assessment of the Late Quaternary uplift rate of the Monte Netto anticline, modeling of
the basal backthrust, and assessment of the slip rate.
Table in *.mdb format of the fault parameters of the studied structures. Interpreted seismic profile
in .jpg format and location map in .jpg format.
C – GPR survey and geoelectric tomography in the Monte Netto area.
Image of the GPR and geoelectric raw sections, image of the interpreted GPR and geoelectric
sections (*.jpg).
D – High resolution, shallow seismic reflection profiles in the Lake garda offshore.
Image of the raw seismic sections, image of the interpreted seismic sections, location map (*.dwg).
E – Compilation and analysis of the coseismic environmental effects triggered by historical
earthquakes in the Lombardia Po Plain and surrounding regions.
Table of the coseismic environmental effects (*.mdb).
F – Calibration, through the results collected at the Monte Netto site, of the deformation rates of
capable tectonic structure mapped along the Lombardia Southern Alps and adjoining Po Plain.
G – Regional mapping of the active compressional structures identified through the interpretation
of ENI E&P seismic reflection profiles, and assessment of the source parameters for seismic
hazard assessment.
Map of the recognized capable structures at regional scale integrated in a GIS system (ESRI
ArcGis 9.1)
H – Building and management of a web page for the progressive illustration of the project results.
I – Scientific papers to be published on journals with impact factor.
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
2600
0,00
1000
0,00
5400
0,00
0
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
148
1000
Totale
0,00
10000 €
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
2600
0,00
1000
0,00
5400
0,00
0
0,00
1000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
Totale
10000 €
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0,00
5200 €
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2000
10800
uso
0,00
0,00
0,00
0,00
2000
Totale
20000 €
149
0,00
Progetto S1 - RU 3.08 - Polonia Alina
(Task C)
Titolo: Individuazione e caratterizzazione di potenziali sorgenti sismogeniche nel Mar Adriatico
centro-meridionale e nel Mar Ionio.
1. Responsabile UR
Responsabile:
Alina Polonia, Ricercatrice ISMAR-Bo
Via Gobetti, 121
40129 Bologna
Tel. 051-6398888, Fax: 051-6398940
e-mail: [email protected]
- Breve CV del responsabile:
1990: laurea in scienze geologiche all’Universita’ degli Studi di Trieste (110/110 e lode).
1990-1992: Borsa di studio in “Interpretazione di dati sismici” presso l’OGS. Analisi strutturale del
prisma di accrezione del Mediterraneo Orientale. Co-proponente dell’ODP-Proposal N.330 Rev:
Time progressive continental collision: the Mediterranean Ridge accretionary complex in the
Eastern Mediterranean.
1993-1995: Borsa di studio presso l’ OGS in “Acquisizione ed interpretazione di dati sismici”
nell’ambito del programma EEC MAST-II MEDRIFF (MEDiterranean RIdge Fluid Flow Integrated
Investigation).
1995: Ricercatore ospite presso l’Universita’ di Birmingham. Primo trimestre del corso di Master in
geofisica. Interpretazione integrata di dati geofisici acquisiti durante le campagne MEDRIFF
(sismica multicanale, sismica sparker, side scan sonar, subbottom).
Dicembre 1994: Contratto da ricercatore (5 anni) presso l’Osservatorio Geofisico Sperimentale.
Febbraio 1997: Assunzione nel ruolo di ricercatore presso l’ IGM, CNR Bologna.
Dal 1992 coinvolta in campagne di geologia/geofisica marina in Mediterraneo, M. Marmara e nel
Pacifico Meridionale.
Polonia A., Brancolini G., e Torelli L., Vera E, 1999. Structural variability at the active continental
margin off Southernmost Chile. Journ. of Geodynamics 27, 289-307.
Polonia A., M.H. Cormier, M.N. Çagatay, G. Bortoluzzi, E. Bonatti, L. Gasperini, et al., Exploring
submarine earthquake geology in the Marmara Sea, EOS Transactions AGU, 83 (2002) 229 and
235–236.
Polonia A., Camerlenghi A., Davey F. And Storti F, 2002. Seismic stratigraphy and tectonic style
variation along the Eastern Mediterranean Ridge Accretionary Complex (results of re-interpretation
of the MS-multichannel seimsic dataset). Marine Geology, 186, 127-144.
Costa E., Camerlenghi A., Polonia A., Cooper, C., Fabretti P., Mosconi, A., Murelli P., Romanelli
M., Sormani L., Wardell N., 2004. Modelling deformation and salt tectonics in the eastern
Mediterranean Ridge accretionary wedge. GSA Bulletin, v. 116, n. 7/8, p. 880-894
Polonia A., Gasperini L., Amorosi A., Bonatti E., et al., 2004. Holocene slip rate of the North
Anatolia Fault in the Marmara Sea. Earth and Planetary Science Letters, v. 227, n.3/4, p. 411-426.
150
Polonia A., Torelli L., Brancolini G. and Loreto M.F., submitted. Tectonic erosion versus accretion
along the southern Chile trench: oblique subduction at a continental corner. Tectonics, , 26,
TC3005, doi:10.1029/2006TC001983.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Argnani Andrea
I Ricercatore
ISMAR-Bologna
Bellucci
Giorgio
Ricercatore
ISMAR-Bo
Bonazzi Claudia
Co.Co.Co.
ISMAR-Bologna
Di Bucci Daniela
Ricercatore
DPC
Foglini Federica
Art. 23
Tecnologo
ISMAR (CNR)
Fracassi Umberto
Ricercatore
Gasperini Luca
Luca
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
3
3
1
1
0.5
0.5
0.5
0.5
INGV
0
0.5
Ricercatore
ISMAR-Bo
1
1
Polonia Alina
Ricercatrice
ISMAR-Bo
3
3
Ridente Domenico
Ricercatore
IGAG (CNR)
0
1
Art. 23
ISMAR-Bologna
1.5
1.5
Torelli Luigi
Professore
Universita’ Parma
1
1
Trincardi Fabio
Dirigente di
Ricerca
ISMAR (CNR)
1
1
Rovere Marzia
I fase
II fase
1
0
La valutazione del rischio sismico in zone costiere densamente abitate come quelle dell’Italia
meridionale, si fonda sull’ identificazione e caratterizzazione delle strutture sismogeniche in mare
attraverso studi integrati di geologia e geofisica marina che utilizzano tecniche di indagine del
fondo mare di tipo diretto (campioni di sedimento) e indiretto (sismica a riflessione,
morfobatimetria, caratterizzazione acustica del fondo e sottofondo). In generale, la distribuzione e
le potenzialità sismogeniche delle principali faglie che interessano la terra ferma sono abbastanza
note, mentre si conosce molto meno la natura delle faglie che interessano le aree marine, il cui
carattere sismogenico si traduce spesso in potenziale tsunamigenico.
Nell’ambito dell’Istituto di Scienze Marine (ISMAR-Bo) si sono recentemente acquisiti dati geologici
e geofisici in alcune aree chiave dei mari italiani, che sono alla base di questa nuova proposta di
progetto di ricerca. Per semplicita’ e maggiore chiarezza, le tre aree di lavoro proposte (Regione
peri-garganica, M. Adriatico meridionale e M. Ionio) verranno descritte separatamente.
A – Regione peri-Garganica:
Il promontorio del Gargano rappresenta una porzione affiorante dell’avampaese apulo e mostra
una notevole elevazione, talora superiore ai 1000 m, e un aspetto generale di ampia anticlinale
orientata E-O. Nel Gargano sono presenti sistemi di faglie ad orientazione NO-SE, E-O e in minor
misura NE-SO, la cui attivita’ non e’ sempre databile con certezza. L’evoluzione tettonica del
151
promontorio garganico e’ oggetto di un rinnovato interesse a seguito del recente terremoto di S.
Giuliano del Molise nel Novembre 2002 (Valensise et al., 2004).
3a.2 Obiettivi
Per un’appropriata valutazione sismotettonca della regione garganica e’ opportuno tenere conto
delle strutture tettoniche presenti a mare. Sebbene queste ultime siano state approssimatamente
individuate (es. Argnani et al., 1993) sembra necessario effettuare uno studio ulteriore su alcuni
aspetti particolari, che non sono ancora del tutto chiariti. In particolare, e’ opportuno ottenere una
migliore definizione riguardo al ruolo di eventuali strutture a direzione E-O presenti sia a sud del
Gargano (Faglia di Mattinata), sia fra la costa e le Isole Tremiti, alla natura delle strutture
sismogeniche poste a N-E del Gargano e alla loro relazione con la fascia di deformazione
individuata in Adriatico centrale (es. Argnani & Frugoni, 1997).
3a.3 Attività
L’analisi delle strutture tettoniche avverra’ attraverso l’interpretazione geologica dei profili sismici
multicanale a medio-alta risoluzione (ISMAR-CNR) e dei profili commerciali disponibili nell’area,
con particolare attenzione alle strutture tettonicamente attive. Verra’ effettuato un confronto fra le
strutture tettoniche individuate e i dati sismologici, meccanismi focali in particolare, allo scopo di
definire le strutture sismogeniche e la loro natura. Le strutture attive verranno inquadrate in un
contesto tettonico regionale, utilizzando anche i vincoli derivanti dai dati GPS. Un primo approccio
di integrazione fra dati di varia natura e’ in corso con i colleghi dell’INGV della Sede di Bologna.
3a.4 Metodologia
La metodologia impiegata consistera’ nell’applicazione dei concetti della stratigrafia sismica e della
geologia strutturale all’interpretazione dei profili sismici. Le stratigrafie dei pozzi per l’esplorazione
verranno utilizzate per la calibrazione delle unita’ sismiche. Verra’ anche effettuata la
rielaborazione di alcuni profili CROP situati a nord del Gargano per meglio evidenziare la
geometria in profondita’ delle strutture tettonicamente attive.
Bibliografia
Argnani A. & Frugoni F., 1997. Annali di Geofisica, 40, 771-780.
Argnani A. et al., 1993. Annali di Geofisica, 36, p. 229-247.
Valensise G. et al., 2004. Earthquake Spectra, 20, S23-S37.
B: Adriatico meridionale
A partire dal 2003 cinque campagne oceanografiche di ISMAR hanno studiato la scarpata pugliese
tra il canyon di Bari e il canale di Pelagosa ed hanno permesso di definire i principali processi
responsabili dell’evoluzione e della morfologia del margine durante il Quaternario. L’area è
caratterizzata da ricorrente e diffusa instabilità come indicato dalla presenza di numerose frane
sottomarine (con mobilizzazioni di sedimento fino ad alcuni km3) e colate di sedimento (Minisini et
al., 2006). I depositi coinvolti nei franamenti appartengono ad unità pleistoceniche consolidate
(frane a blocchi) o a depositi contouritici accumulati durante l’ultima deglaciazione (Verdicchio e
Trincardi, 2008). La frana più estesa (frana di Gondola, Minisini et al., 2006) si è staccata da un
settore di piattaforma-scarpata immediatamente a nord del punto in cui la struttura deformativa
omonima passa da orientamento circa EW (in piattaforma; Ridente e Trincardi, 2006; Ridente et
al., 2008) ad una struttura complessa e orientata NW-SE in scarpata. In piattaforma, i depositi
tardo Pleistocenici e Oloceneci sono interessati da blande pieghe e faglie sub-verticali che a tratti
dislocano anche il fondo. La ricostruzione di queste deformazioni evidenzia due sistemi
subparalleli ad andamento est-ovest, il maggiore dei quali si estende per ca. 50 km e mostra tre
segmenti di faglia (lunghi 8, 18 e 5 km da ovest verso est, rispettivamente) separati da zone a
deformazione prevalentemente plastica. Quest’area è stata investigata dal punto di vista dei
seguenti aspetti: a) tempi e tassi di deformazione, b) cinematica associata all’area di
deformazione, c) possibili rapporti con lineamenti regionali noti (sia in mare che in terra), d)
152
possibili implicazioni sismotettoniche e geodinamiche relativamente alla sismicità dell’area
(soprattutto intorno al Gargano) e a dati geofisici e di geologia regionale (Ridente et al., 2008).
3a.2 Obiettivi
- Estendere la definizione della struttura di Gondola (già studiata nella sua estensione sulla
piattaforma continentale) alla scarpata continentale fino al Dauno Seamount incluso.
- Identificare i segmenti di faglia che rompono il fondo attraverso l’esame di dati batimetrici
(multibeam EM300 e Reson 8160) e side-scan sonar (TOBI), quindi con una risoluzione molto
migliore che in piattaforma (dove il dato non ha la copertura totale).
- Proporre un modello di deformazione che sia coerente con le osservazioni di fondo mare e
discutere, su questa base ma sotto un profilo metodologico più generale, i complessi problemi
legati alla datazione di strutture tettoniche in aree marine.
3a.3 Attività
Il dato bati-morfologico è di eccezionale qualità si accompagna ad una maglia di profili sismici ad
altissima risoluzione (CHRIP sonar) e a numerosi carotaggi che consentono correlazioni
stratigrafiche di dettaglio dal Pleistoecene medio-superiore e in particolare durante l’Olocene.
L’attività sarà quindi organizzata in tre fasi:
1) interpretazione dei dati batimetrici e morfologici per individuare le rotture o altre deformazioni
che interessano il fondo mare;
2) revisione dei dati sismici per definire le unità sismo-stratigrafiche coinvolte nelle deformazioni e
per definire l’andamento di strutture sepolte (suturate da depositi successivi alla loro
deformazione) e attribuzione di età alle unità deposizionali in base ai dati stratigrafici da carota
(inclusi 14C, tephra, stratigrafia isotopica ecc.);
3) interpretazione cinematica e definizione di un modello deformativi per l’area esaminata.
Lo studio non implica costi d’acquisizione dati ma solo di elaborazione e interpretazione.
3a.4 Metodologia
- Analisi geomorfologia di dati batimetrici multibeam (già acquisiti ed elaborati) ed integrazione con
dati side-scan sonar (TOBI) per mettere in luce rotture a fondo mare attraverso l’analisi del backscatter;
- Analisi di profili sismici ad altissima risoluzione (CHIRP sonar) per definire l’entità dei rigetti lungo
le faglie individuate e la presenza di deformazioni sepolte non definite sui dati morfologici;
- Analisi di dati di carotaggio e correlazioni stratigrafiche per definire l’età dei depositi deformati e
dei depositi che suturano deformazioni che non raggiungono il fondo mare.
Bibliografia:
Minisini D., Trincardi F., Asioli A., 2006. Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 6 (1),
pp. 1-20.
Ridente D. e Trincardi F., 2006. Basin Research, Vol. 18 (2), pp. 171-188.
Ridente D., Fracassi U., Di Bucci D., Trincardi F., Valensise G. 2008. Tecctonophysics (in press).
Ridente D., Foglini F., Minisini D., Trincardi F., Verdicchio G. 2007. Marine Geology, Vol. 246: pp.
193-207.
Trincardi, F., Foglini, F., Verdicchio, G., Asioli, A., Correggiari A., Minisini, D., Piva, A., Remia, A.,
Ridente, D., Taviani, M. 2007. Marine Geology, Vol. 246: pp. 208-230.
Trincardi F., Verdicchio G., Miserocchi S., 2007 Journal of Geophysical Research (Earth Surface).
Vol. 112, F03011, doi:10.1029/2006JF000620.
Verdicchio G., e Trincardi F., 2006. Marine Geology, Vol. 234, pp. 271–292.
Verdicchio G., Trincardi F., Asioli A., 2007. Geological Society of London, Special Publication
(Viana A. e Rebesco M., Eds.). Vol. 276: pp. 199–224.
Verdicchio G. & Trincardi F., 2008. Geo-Marine Letters, in stampa.
C - Mar Ionio:
L’ Arco Calabro rappresenta una delle regioni sismicamente piu’ attive dell’Italia meridionale. La
sismicita’ storica della regione e’ caratterizzata da una sequenza di grossi terremoti (365, 1169,
153
1542, 1624, 1693, 1783, 1905, 1908) spesso associati a tsunami distruttivi. Se da un lato e’
evidente che il rischio sismico di questa regione e’ molto elevato, dall’altro non esiste ancora una
esauriente ricostruzione dell’assetto strutturale della parte sommersa dell’arco calabro esterno (i.e.
il prisma di accrezione). Sebbene l’architettura regionale del margine continentale ionico della
Calabria e Sicilia orientale sia stata ricostruita attraverso l’analisi di profili sismici a grossa
penetrazione (es. Doglioni et al., 1999; Finetti, 2005), una questione fondamentale resta ancora
irrisolta. I processi di raccorciamento e subduzione nel prisma di accrezione sono ancora attivi? La
mancanza di sismicita’ con meccanismi focali di tipo compressivo lungo il piano di subduzione puo’
essere spiegata con una delle seguenti ipotesi: 1) la subduzione e’ cessata; 2) la subduzione e i
processi di raccorciamento sono attivi ma asismici; 3) la subduzione e’ attiva ma e’ caratterizzata
da una regione sismogenetica “bloccata” (Gutscher et al., 2006). A seconda di quale di queste
ipotesi viene presa in considerazione, si possono costruire diversi scenari di rischio geologico,
molto diversi tra di loro e le implicazioni sociali di ognuno di questi scenari variano molto a seconda
di quale ipotesi geologica si prenda in considerazione.
3a.2 Obiettivi
Proponiamo uno studio integrato di geologia marina e geofisica che ha lo scopo di ricostruire i
processi tettonici che hanno condizionato l’evoluzione recente del prisma di accrezione dell’Arco
Calabro e di determinare posizione e geometria delle faglie attive all’interno del complesso di
subduzione. Una migliore conoscenza dell’architettura crostale del complesso di subduzione e
l’analisi dei processi morfo-tettonici recenti del margine calabro sono elementi necessari per
ricostruire i processi geodinamici attivi nella regione. Questo, a sua volta, e’ un pre-requisito
fondamentale per la valutazione del rischio geologico (terremoti, frane sottomarine e tsunami)
legato ai processi di convergenza lungo le coste ioniche della Calabria e Sicilia Orientale.
Obiettivi piu’ specifici possono essere cosi’ sintetizzati: (1) ricostruire la profondita’ e lo sviluppo
tridimensionale del livello di scollamento nel complesso di subduzione; (2) definire i meccanismi e
le eta’ dei processi di accrezione del prisma calabro; (3) stimare i tassi di accrezione nei vari settori
dell’arco; (4) verificare le interazioni reciproche tra il complesso di subduzione, il fronte
compressivo lungo le coste della Sicilia settentrionale ed il prisma di accrezione della Dorsale
Mediterranea; (5) ricostruire i tassi di sollevamento del prisma e quelli di avanzamento del fronte di
deformazione esterno. L'obiettivo finale è quello di produrre un modello geodinamico 3-D della
deformazione crostale che cercherà di vincolare l'architettura superficiale e profonda del
complesso di subduzione alla reologia della placca sottoscorrente, fornendo un contributo alla
ricostruzione delle interazioni neogenico-quaternarie tra l'Africa e l'Eurasia ed alla conoscenza del
rischio sismico e tsunamigenico nella regione.
3a.3 Attività
Per raggiungere gli obiettivi elencati riteniamo indispensabile analizzare in dettaglio struttura ed
evoluzione delle zone esterne dell’Arco Calabro, dove si ha il contatto tra il prisma di accrezione e
la piana abissale indeformata, applicando metodologie di ricerca integrate di geologia e geofisica
marina, le quali hanno già dato importanti risultati nello studio della tettonica e dell’evoluzione
cinematica nei complessi di accrezione della Dorsale Mediterranea e del Cile Meridionale
(Westbrook & Reston, 2002; Reston et al., 2002; Polonia et al., 2002, Polonia et al., 2007).
L’attivita’ proposta puo’ essere cosi’ sintetizzata:
- ri-elaborazione e re-interpretazione di alcune linee sismiche multicanale selezionate nell’ambito
dei datset CROP-Mare e –MS. Si analizzeranno inoltre dati sismici sub-bottom acquisiti dalla N/R
Explora nel 2007 e sparker (dataset J) acquisiti dall’ISMAR negli anni ’70.
- elaborazione e interpretazione dei dati morfobatimetrici
- Interpretazione strutturale integrata dei dati geofisici acquisiti nel Mar Ionio.
3a.4 Metodologia
L’attivita’ che proponiamo di eseguire si basa sull’ analisi integrata di dati geofisici gia’ in possesso
del gruppo di ricerca e dati geologici (campioni di sedimento) che verranno acquisiti in aree chiave
durante una campagna con la N/O CNR-Urania gia’ approvata e programmata per la primavera
2009. L’identificazione delle faglie attive nel complesso di accrezione esterno verra’ effettuata
154
utilizzando i dati morfobatimetrici e sub-bottom recentemente acquisiti con la N/R OGS-Explora
nell’ambito di un collaborazione tra Universita’ di Parma, Bologna, ISMAR e OGS. L’analisi
combinata di dati geofisici a scale diverse (risoluzioni variabili da decimetriche a chilometriche) ha
il grosso vantaggio di garantire, da un lato, il massimo dettaglio nella mappatura e
caratterizzazione delle singole strutture attive che rigettano il fondo mare, dall’altro, la possibilita’ di
inserire l’ attivita’ tettonica delle singole strutture in un contesto geodinamico regionale.
Bibliografia:
Doglioni et al., 1999. Foredeep Earth Panet. Sc. Letters, 168, 243-254.
Finetti I., 2005. Elsevier, Amsterdam.
Gutscher, et al., 2006. Geophysical Research Letters.
Polonia A. et al., 2002a. Marine Geology, 186, 127-144.
Polonia A., Gasperini L., Amorosi A., Bonatti E., et al., 2004. Earth and Planetary Science Letters,
v. 227, n.3/4, p. 411-426.
Polonia A., M.H. Cormier, M.N. Çagatay, G. Bortoluzzi, E. Bonatti, L. Gasperini, et al., 2002b, EOS
Transactions AGU, 83, 229 and 235–236.
Polonia A., Torelli L., Brancolini G. and Loreto M.F. Tectonics, 26, doi:10.1029/2006TC001983,
2007.
Reston T.J. et al., 2002. Marine Geology, 186, 59-82.
Westbrook G.K., Reston T.J., 2002. Marine Geology, 186, 1-8.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
1
2
1
2
Raccolta dei dati e preparazione della cartografia di base
per la regione peri-garganica
X
-
-
-
Interpretazione dei profili sismici della regione perigarganica e calibrazione stratigrafica
X
X
-
-
Costruzione della carta tettonica e confronto con i dati
sismologici della regione peri-garganica
-
-
X
X
Semestre
Confronto con i dati GPS e proposta di un modello
deformativo della regione peri-garganica
Interpretazione dei dati batimetrici e morfologici
lungo la struttura di Gondola per individuare rotture o
altre deformazioni che interessano il fondo mare
Revisione dei dati sismici dell’ Adriatico meridionale
Interpretazione cinematica e definizione di un
modello deformativo dell’Adriatico meridionale
Elaborazione ed interpretazione dati MCS (-MS e CROPMare), sub-bottom (Explora 2007) e sparker (dataset J)
attraverso i fronti di deformazione dell’Arco Calabro
Elaborazione ed interpretazione dati morfobatimetrici
attraverso il fronte di deformazione esterno dell’Arco
Calabro
Interpretazione integrata dei dati morfobatimetrici e
geofisici dell’Arco calabro
155
X
X
X
-
-
-
X
X
-
-
-
X
X
X
X
-
-
X
X
-
X
X
4a. Prodotti
A1- Carta tettonica della regione peri-garganica con evidenziate le strutture attive.
A2- Caratterizzazione delle strutture attive in relazione all’attivita’ sismica presente nell’area perigarganica.
A3- Ipotesi di modello deformativo per la regione peri-garganica.
B1- Ricostruzione 3D della morfologia della scarpata pugliese e definizione del pattern di
deformazione a fondo mare lungo la faglia di Gondola
B2- Datazione delle unità sedimentarie coinvolte nelle deformazioni associate alla faglia di
Gondola
B3- Modello deformativo per la struttura di Gondola durante il tardo Quaternario
C1- Mappa tettonica dettagliata dell’Arco Calabro esterno
C2- Tre sezioni geologiche in aree chiave del prisma di accrezione dell’Arco Calabro selezionate in
base alla interpretazione combinata di dati di sismica a riflessione e dati morfobatimetrici.
C2- Modello geodinamico 3-D della deformazione crostale dell’Arco Calabro esterno che cercherà
di vincolare l'architettura superficiale e profonda del backstop, del bacino di avanarco e del prisma
di accrezione e ricostruira’ i tassi di movimento verso l’esterno del prisma di accrezione.
- INGV Sede di Bologna
- DPC: La Dr.ssa Daniela Di Bucci parteciperà alla fase di interpretazione dei dati e alla
valorizzazione del loro significato nel quadro neotettonico dell’area sud-garganica
- Universita’ degli Studi di Bologna. Si collaborera’ con la Dr.ssa Capozzi R. per le analisi
sedimentologiche sugli eventuali campioni di sedimento che si acquisiranno in primavera 2009.
1) L’individuazione e la caratterizzazione di potenziali sorgenti sismogeniche che interessano
porzioni del fondale marino puo’ avere riflessi sulla localizzazione delle sorgenti tsunamigeniche, in
particolare per quanto riguarda il terremoto/maremoto che ha interessato la regione garganica nel
1638.
2) MAGIC (coordinato dal Prof. F.L. Chiocci): nel corso del 2008 ISMAR (CNR) fornirà l’analisi
degli elementi di pericolosità che caratterizzano la scarpata pugliese a nord del canyon di Bari
3) Parte integrate di questo progetto e’ la collaborazione del gruppo di ricerca che studiera’ il Mar
Ionio con l’UR Tsunami (Resp. De Martini). Nell’ambito di questa collaborazione si sviluppera’ un
approccio integrato di geofisica e geologia marina (sismica alta risoluzione, multibeam e campioni
di sedimento in aree chiave) che ha lo scopo di identificare le strutture attive a mare e individuare
nella successione sedimentaria il record di eventi sismici e tsunamigenici passati. Tale
metodologia (paleosismologia sottomarina) e’ stata applicata con successo alla Faglia Nord
Anatolica dove ha permesso di stimare i tassi di deformazione lungo la faglia (Polonia et al.,
2002b; Polonia et al., 2004) e il tempo di ricorrenza degli eventi sismici maggiori. Applicheremo
tale metodologia sia alla Sicilia Orientale (area di Priolo-Augusta) che alla Calabria meridionale
(Stretto di Messina e Piana di Sibari) utilizzando i dati geofisici esistenti ed eventualmente
pianificando l’acquisizione di sismica ad alta risoluzione e alcuni campioni di sedimento in aree
chiave per datare eventuali depositi torbiditici legati all’attivita’ sismica o tsunamigenica.
Seismic risk assessment in densely populated coastal regions, such as southern Italy, is based on
identification and characterization of seismogenic structures at sea through integrated marine
geological/geophysical studies which involve direct (sediment samples) and indirect (seismic
156
reflection, morphobathymetry, sea-bed acoustic characterization) approaches. Generally, nature,
distribution and seismogenic potential of main faults are well known onland and relatively less
constrained at sea where they are often associated with a tsunamigenic potential. Among the
activities of the Institute of Marine Science (ISMAR- Bo) we have recently acquired new geological
and geophysical marine data in three tectonically active key-areas of the Italian seas that represent
the base of this proposal. For clarity, we will describe separately the proposed activity for the three
areas: A) Peri-Gargano region, B) Southern Adriatic region and C) Ionian Sea.
A- Peri-Gargano region
The Gargano Promontory is an elevated sector (in places over 1000 m high) of the Apulian
foreland that appears as a broad, E-trending anticline. Fault systems trending NW-SE, E-W, and to
a lesser extent NE-SW, characterize the Gargano Promontory, although dating of fault activity is
often difficult. The S. Giuliano del Molise earthquake, in November 2002, has recently renewed
interest in the tectonic evolution of the Gargano Promontory (Valensise et al., 2004).
3b.2 Goals
The tectonic structures that are located at sea need to be identified and characterized in order to
properly asses the seismotectonics of the Gargano region. Although these tectonic structures have
been partly identified from previous studies (e.g., Argnani et al., 1993) several issues need to be
further addressed. In particular, the meaning of E-W-trending faults located both south of the
Gargano Promontory (Mattinata Fault) and between the coast and the Tremiti Islands, and the
characters of the seismogenic structures located to the NE of the promontory and their
relationships with the belt of tectonic structures of the central Adriatic Sea (e.g., Argnani & Frugoni,
1997).
3b.3 Activity
The study of the tectonic structures will be carried out interpreting a grid of medium-to-high
resolution (ISMAR-CNR) and commercial multichannel seismic profiles. The tectonic pattern will be
then compared to the distribution of seismicity and with focal mechanisms in order to characterized
the tectonic activity. Morover, the pattern of deformation will be framed in a broader tectonic setting
using constraints from GPS data; an effort which is presently ongoing with colleagues from INGVBologna.
3b.4 Metodology
The concepts of seismic stratigraphy and structural geology will be applied to the interpretation of
seismic profiles, correlating the seismic units to the stratigraphy of exploration wells. Some CROP
seismic profiles located north of Gargano will be reprocessed in order to highlight the deep
geometry of the active tectonic structures.
References
Argnani A. & Frugoni F., 1997. Annali di Geofisica, 40, 771-780.
Argnani A. et al., 1993. Annali di Geofisica, 36, p. 229-247.
Valensise G. et al., 2004. Earthquake Spectra, 20, S23-S37.
B - Southern Adriatic
Since 2003 ISMAR (CNR) has studied the Apulian slope between Bari canyon the Pelagosa sill
and helped defining the main processes shaping the morphology of this area through the
Quaternary. The area is impacted by diffused evidence of mass-failure events resulting in several
mass-transport deposits of variable extent and mobilizing volumes of sediment up to few km3
(Minisini et al., 2006). The failed materials belong both to consolidated Pleistocene units
consolidate (leading to blocky slides) or to bottom current deposits generated since the last glacial
maximum (Verdicchio e Trincardi, 2008). Gondola slide (Minisini et al., 2006) detached from an
upper slope region where a major active fault (Gondola fault) turns from EW-trending (on the shelf;
157
Ridente e Trincardi, 2006; Ridente et al., 2008) to NW-SE (on the slope). On the shelf Gondola
deformation belt affects Pleistocene and Holocene deposits generating gentle folds and subvertical fault offsets in some cases reaching the sea floor. The area has been investigated to
define: a) timing and rates of deformation; b) cinematic of deformation; c) possible relations to
deep seated deformations in the same area and landward; d) possible seismo-tectonic implications
around the Gargano region (Ridente et al., 2008).
3b.2 Goals
- Define Gondola deformation belt beyond the continental shelf (Ridente et al., 2008) across the
continental slope including Dauno Seamount.
- Define where individual fault segment offset the sea floorby examining swath bathymetry data
(multibeam EM300 e Reson 8160) and long-range side-scan sonar (TOBI).
- Propose a deformation model consistent with the morphology of the sea floor and contribute,
more in general, to the discussion regarding themethodological problems in dating tectonic
structures offshore.
The available bathymetric and morphological data (at no cost to this project) is accompanied by a
dense grid of very-high resolution seismic profiles (CHRIP sonar) and numerous cores (and related
multiproxy analyses).These data allow detailed stratigraphic determinations through upper
Pleistocene and Holocene units. Our activity is organized in three phases:
1) interpretation of bathymetric and side-scan sonar data to trace sea-floor affecting offsets or older
and sealed deformations;
2) revision of reflection seismic data identify seismic-stratigraphic data to assess the age of
deformations and, where buried, their detailed trends;
3) interpretation of cinematic and discussion of deformation models for the study area.
3b.4 Metodology
- Geomorphological analysis of multibeam bathymetric data to identify sea-floor offsetting faults;
- Seismic-stratigraphic analysis of high-resolution CHIRP-sonar profilesto quantify the vertical
offsets of faults;
- Analysis of sediment cores and core-correlation exercises to asses the age of deformed materials
and, where present, post deformation deposits.
References:
Minisini D., Trincardi F., Asioli A., 2006. Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 6 (1),
pp. 1-20.
Ridente D. e Trincardi F., 2006. Basin Research, Vol. 18 (2), pp. 171-188.
Ridente D., Fracassi U., Di Bucci D., Trincardi F., Valensise G. 2008. Tecctonophysics (in press).
Ridente D., Foglini F., Minisini D., Trincardi F., Verdicchio G. 2007. Marine Geology, Vol. 246: pp.
193-207.
Trincardi, F., Foglini, F., Verdicchio, G., Asioli, A., Correggiari A., Minisini, D., Piva, A., Remia, A.,
Ridente, D., Taviani, M. 2007. Marine Geology, Vol. 246: pp. 208-230.
Trincardi F., Verdicchio G., Miserocchi S., 2007 Journal of Geophysical Research (Earth Surface).
Vol. 112, F03011, doi:10.1029/2006JF000620.
Verdicchio G., e Trincardi F., 2006. Marine Geology, Vol. 234, pp. 271–292.
Verdicchio G., Trincardi F., Asioli A., 2007. Geological Society of London, Special Publication
(Viana A. e Rebesco M., Eds.). Vol. 276: pp. 199–224.
Verdicchio G. & Trincardi F., 2008. Geo-Marine Letters, in stampa.
C – Ionian Sea region
The CA is part of the most active seismic belt in Italy. This region is characterized by a high
earthquake hazard: it has been struck repeatedly by very strong historical earthquakes in 1169,
1542, 1624, 1693, 1783, 1905, 1908, often associated with destructive tsunami. The Messina
158
earthquake of 1908 alone, killed over 100,000 people. Although the regional architecture of the
margin geometry has been described through the analysis of high penetration seismic data, one
major question remains unanswered: “is the Calabria subduction zone still active”?The lack of
seismicity along the subduction fault plane (with a characteristic shallow dipping thrust-type focal
mechanism) can be explained by one of the following occurrences: 1) subduction has ceased; 2)
subduction is active but aseismically, or 3) subduction is active and there is a large locked
seismogenic zone. Diverse earthquake scenarios can be envisioned depending on which of these
three hypotheses is taken into account. The implications of each scenario for the hazard facing the
Central Mediterranean vary widely, and their likelyhood needs to be evaluated. These evaluations
can only be as reliable as the seismological, geophysical and geological parameters on which they
are based. Understanding the present-day tectonics of Calabria is important to understand the
earthquake risk in southern Italy.
3b.2 Goals
The project is designed to carry out an integrated crustal study of the deformation processes at the
front of the Calabrian Arc (CA). We propose an integrated geological and geophysical approach
that has the potential to reveal if subduction is still active and to address seismic and tsunami risk
assessment in the Central Mediterranean region.
More specific objectives that will be addressed through the proposed activity are: (1) depth and
variation of the decollement level; (2) mechanisms and timing of the accretionary processes in the
subduction wedge; (3) rates of sediment accretion in the various domains of the accretionary
wedge; (4) interplay between the subduction complex and lateral structural features (i.e.
compressive belt of Northern Sicilily to the West and Mediterranean Ridge to the East); (5) uplift
and outward growth rates of the accretionary wedge.
In order to address these problems we will analyze in detail the structure and the evolution of
external CA, through an integrated geological and geophysical approach addressing tectonics,
kinematics and mass balancing in the accretionary complexes as well as submarine earthquake
geology (Westbrook & Reston, 2002; Reston et al., 2002; Polonia et al., 2002, Polonia et al.,
2007).
The proposed activity may be summarised as follows:
- re-processing and re-interpretation of selected MCS profiles belonging to MS and CROP-Mare
datasets.
- processing and interpretation of morphobathymetric data acquired in the working area in May
2007.
- processing and interpretation of high resolution sub-bottom data acquired in the working area in
May 2007.
3b.4 Metodology
The main project activity is based on the analysis of already available geophysical data with the
acquisition of well targeted sediment samples that will be acquired in key areas during a cruise with
R/V CNR-Urania (Spring, 2009). The identification of active faults within the accretionary complex
will be addressed through the analysis of morphobathymetric and CHIRP data acquired in May
2007 with R/V OGS-Explora in the outer accretionary wedge in the frame of a cooperation between
ISMAR, University of Parma, Bologna and OGS.
The seismo-stratigraphic interpretation of the seismic reflection profiles, will constitute the scientific
and methodological base to perform the research project. The seismic lines will be used to detail
the shallow and deep structural setting of the External Calabrian Arc as well as to identify the major
stratigraphic units involved in deformation. The availability of geophysical data with very different
vertical resolution (decimetres versus kilometres) has the potential to allow a very accurate
identification of active faults and to interpret them in the frame of the regional geodyanamic
framework.
159
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semestre
2
1
2
Organization of the Data set of the peri-Gargano region
and base maps
X
-
-
-
Interpretation of seismic profiles and stratigraphic
correlation for the peri- Gargano region
X
X
-
-
-
-
X
X
Setting of a tectonic map and comparison with
seismological data for the peri-Gargano region
Comparison with GPS data and outline of a deformation
model for the peri-Gargano region
Interpretation of bathymetry and morphological data
along Gondola deformation belt with particolar
enphasis on sea-floor offsets
Review of seismic-startigraphic data in the area and
age assessment of late-Quaternary depositional units
X
X
X
-
-
-
X
X
-
-
-
X
X
Cinematic interpretation and definition of a
deformation model for Gondola deformation belt
Processing and interpretation of MCS and CHIRP seismic
data across the deformation fronts of the Calabrian Arc
subduction complex
Processing and interpretation of morphobathymetric data
across the outer deformation front of the Calabrian Arc
X
X
-
-
-
X
X
-
Integrated structural interpretation of geophysical data in
the Ionian Sea
-
-
X
X
4b. Deliverables
A1- Tectonic map of the peri-gargano region with the active structures highlighted;
A2- Characterization of the active tectonic structures of the peri-Gargano region and their
relationship with sesmicity;
A3- Proposal of a deformation model for the peri-Gargano region;
B1 3D bathy-morphological reconstruction of the apulian slope and definition of the deformation
pattern at the sea floor along Gondola fault;
B2 Precise dating of the sedimentare units affected by the various segments of Gondola
deformation belt;
B3 Proposal of a deformation model for Gondola deformation belt during the late Quaternary;
C1 High-resolution tectonic map of the outer Calabrian Arc;
C2 Selected vertical cross-sections in key areas of the Calabrian Arc accretionary complex, based
on the combined interpretation of cores, chirp, multibeam and seismic data;
C2 - 3-D geodynamic model of the Calabrian Arc that will describe the structural architecture of the
accretionary wedge, fore-arc basin and backstop and rates of outward growth of the accretionary
wedge.
160
7.1. I fase
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
3000
0,00
4000
0,00
Categoria di spesa
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
12000
2500
uso
5500
0
3000
Totale
0,00
0,00
0,00
0,00
30000
7.2. II fase
Importo
previsto
a
Categoria di spesa
Finanziato dal
Dipartimento
b
2500
4000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
9000
4000
uso
3000
Finanziato
c = a-b
0
2500
Totale
25000
7.3. Totale
Importo
previsto
a
Categoria di spesa
5500
3)
Costi
Amministrativi
Finanziato dal
Dipartimento
b
8000
(solo
per
0
161
Finanziato
c = a-b
professionali
21000
6500
uso
8500
5500
Totale
55000
162
Progetto S1 - RU 3.10 - Scrocca Davide
(Task C)
Titolo: Caratterizzazione sismotettonica del prisma di accrezione nell’Appennino centrosettentrionale
1. Responsabile UR
Davide Scrocca (Ricercatore)
Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria – Sezione La Sapienza (CNR)
c/o Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”
P.le A. Moro 5, 00185 Roma – Italy. phone: ++39 06 4991.4922, fax: ++39 06 4468632
mobile: ++39 328.4154115, e-mail: [email protected]
1990: Laurea in Sc. Geologiche presso l'Università degli studi di Roma La Sapienza.
1996: Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra con tesi in geologia strutturale e tettonica.
1996-2000: esperienza professionale in una compagnia petrolifera dove segue e coordina diversi
progetti di R&D in cui ha potuto consolidare la propria esperienza nell’interpretazione della sismica
a riflessione e nella modellazione strutturale 2D e 3D.
1999: Vincitore del premio annuale della Società Geologica Italiana.
2000-2007: ricercatore con contratto di assunzione a tempo determinato (art. 36 Legge 70/75)
presso l’Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria.
2007: Stabilizzato in ruolo con qualifica di ricercatore presso l’Istituto di Geologia Ambientale e
Geoingegneria.
2004-2008: Responsabile del modulo di commessa (TA-P01-IGG-C8-M001-042) “Struttura
crostale ed evoluzione geodinamica della penisola italiana - Partecipazione al Progetto CROP”.
2004-2008: professore a contratto presso l'Università degli studi di Roma La Sapienza per gli
insegnamenti di “Interpretazione sismica a riflessione” (Corso di Laurea Specialistica in
Geodinamica, Geofisica e Vulcanologia) e di “Prospezioni geofisiche e sismostratigrafia” (Corso di
Laurea Specialistica in Prospezioni Geologiche e Cartografia).
Ha coordinato le attività per la pubblicazione dei dati sismici a riflessione acquisiti con il Progetto
Strategico Crosta Profonda (CROP). Svolge attività di ricerca finalizzata alla definizione della
struttura crostale e dell’evoluzione geodinamica della penisola italiana con possibili ricadute
applicative per lo sviluppo di modelli sismotettonici e la ricerca di fonti energetiche.
Scrocca D., Doglioni C., Innocenti F., Manetti P., Mazzotti A., Bertelli L., Burbi L. & D’offizi S. (Eds.)
(2003) – CROP Atlas: seismic reflection profiles of the Italian crust. Mem. Descr. Carta Geol. It.,
62, 194 pp., 71 tavole.
Carminati E., Doglioni C. & Scrocca D. (2003) - Apennines subduction-related subsidence of
Venice (Italy). Geophys. Res. Lett., 30(13), 1717, doi:10.1029/2003GL017001.
Scrocca D. (2006) - Thrust front segmentation induced by differential slab retreat in the Apennines
(Italy). Terra Nova, 18(2), 154–161, doi: 10.1111/j.1365-3121.2006.00675.x
Scrocca D., Carminati E., Doglioni C. & Marcantoni D. (2007) - Slab retreat and active shortening
along the central-northern Apennines. In Lacombe O., Lavé J., Roure F. and Vergès J. (Eds)
"Thrust belts and foreland basins: From fold kinematics to hydrocarbon systems", Frontiers in
Earth Sciences, 471-487.
163
Doglioni C., Carminati E., Cuffaro M. & Scrocca D. (2007) - Subduction kinematics and dynamic
constraints, Earth-Science Reviews, 83 125–175, doi:10.1016/j.earscirev.2007.04.001.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Scrocca Davide
Ricercatore
Carminati Eugenio
Ricercatore
Bigi Sabina
Ricercatore
Cuffaro Marco
Assegnista di
Ricerca
Ente/Istituzione
Istituto di Geologia
Ambientale e
Geoingegneria -CNR
della Terra
Università degli Studi di
Roma “La Sapienza”
della Terra
Università degli Studi di
Roma “La Sapienza”
Istituto di Geologia
Ambientale e
Geoingegneria -CNR
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
6
6
4
4
4
4
3
3
I fase
II fase
L’analisi degli orogeni relativi a zone di subduzione dirette verso W (e.g., Doglioni et al. 1999)
mette in evidenza la generale presenza di un prisma soggetto a deformazioni compressive
delimitato a letto dal fronte deformativo della catena e a tetto dal un sovrascorrimento responsabile
del rapido sollevamento della catena che frequentemente mostra caratteri di “fuori sequenza”.
Recenti lavori hanno confermato questo schema interpretativo anche per la porzione centrosettentrionale della catena Appenninica (tra molti altri, DiSS 3.0.4; Montone et al., 2004; Scrocca et
al., 2007).
Ciononostante rimangono ancora da migliorare, tra le altre, la caratterizzazione sismotettonica sia
del fronte della catena nel settore Adriatico centro-settentrionale, di cui è stata recentemente
documentata una posizione più esterna rispetto a quanto precedentemente noto (Scrocca, 2006),
che della posizione del sovrascorrimento fuori-sequenza nel settore marchigiano-abruzzese (Bigi
et al., 1997). Inoltre, rimane da valutare se la sismicità localizzata sino ad oltre 20 km di profondità
lungo una fascia che corre lungo il versante NE dell’Appennino settentrionale dall’Emilia alle
Marche meridionali (sorgente sismogenetica areale ITSA027 - Bore-Montefeltro-Fabriano-Laga)
sia da attribuire a una rampa di un sovrascorrimento crostale o se, piuttosto, possa essere
associata al prosecuzione in profondità del scollamento principale. Infine, nel settore Padano, la
sismicità strumentale rilevata sembra essere divisibile in due parti: una più superficiale al di sopra
dello scollamento basale del prisma di accezione e una più profonda sottostante lo stesso. La
sismicità più superficiale è relativamente ben studiata, e mostra un carattere prevalentemente
compressivo, mentre della sismicità più profonda, a carattere prevalentemente
trascorrente/transtensivo/transpressivo, sono meno note le cause tettoniche.
3a.2 Obiettivi
La nostra unità di ricerca intende analizzare le caratteristiche sismotettoniche del prisma di
accrezione nell’Appennino centro-settentrionale, con particolare attenzione ai settori emiliano-
164
romagnolo-ferrarese, marchigiano-abruzzese e centro-adriatico la cui attività tettonica è ormai
ampiamente riconosciuta in letteratura.
In sintesi, tenendo presente il quadro geodinamico d’insieme, verrà elaborato un modello
aggiornato dell’assetto strutturale crostale e superficiale, con particolare riguardo alla geometria
dei piani di scollamento. Su queste basi, si cercherà quindi di migliorare le conoscenze
sismotettoniche per quanto riguarda la definizione sia delle sorgenti individuali che areali presenti
nell’area di studio (che potranno utilmente contribuire ad aggiornare e sviluppare il database DISS
3.0.4).
Per quanto riguarda il settore Padano, la nostra UR si prefigge di analizzare e di cercare di
spiegare l'origine della diversa natura della sismicità riconoscibile sopra e sotto lo scollamento
basale del prisma di accrezione a partire da una accurata ricostruzione della geometria dello
detachment principale e da una caratterizzazione tettonica della sottostante monoclinale regionale.
Inoltre, sebbene siano state già riconosciute diverse sorgenti sismogenetiche (e.g., ITSA050 Poggio Rusco-Migliarino, ITSA051 - Novi-Poggio Renatico, ITGG107 – Mirandola) interpretate
come sovrascorrimenti attivi, riteniamo che una reintrepretazione dei dati disponibili possa
permettere una migliore definizione della geometria in profondità dei sovrascorrimenti e, di
conseguenza, una migliore associazione tra eventi noti e sorgenti sismogenetiche.
Nel settore centro adriatico saranno sviluppate le conoscenze sulle caratteristiche della sorgente
areale “ITSA052: Mid-Adriatic offshore”. In particolare, saranno sviluppati studi per analizzarne la
possibile segmentazione, raffinarne le conoscenze sulle sue caratteristiche geometriche e
valutarne gli slip rates.
Con riferimento al settore marchigiano-abruzzese si cercherà di ricostruire la posizione del
sovrascorrimento fuori sequenza che delimita ad occidente la fascia attualmente soggetta a
tettonica compressiva e di migliorare la definizione della geometria delle sorgenti individuali ed
areali già definite nel DISS (e.g., “ITSA054 - Southern Marche offshore”, “ITSA020 - Southern
Marche” e "ITGG070 - Offida”) e, compatibilmente con la risoluzione dei dati disponibili, degli slip
rates associati. Infine, per le sorgenti areali saranno studiate le caratteristiche della loro
terminazione meridionale
3a.3 Attività
1 - Raccolta di tutti i dati disponibili in una banca dati georeferenziata contente i seguenti elementi
informativi:
• profili sismici a riflessione disponibili nella zona di interesse, (tra cui, ad esempio, sismica
riconoscitiva ministeriale relativa alla “Zona B”, linee CROP, eventuali linee sismiche ad alta
risoluzione, etc) e dati di pozzi perforati per la ricerca di idrocarburi;
• dati di terreno nel settore marchigiano-abruzzese;
• dati geologici e geofisici pubblicati in precedenti studi (mappe, profili sismici e sezioni
geologiche);
2- Interpretazione integrata dei dati raccolti.
a) Nel settore padano sarà ricostruita la geometria del piano di scollamento basale del prisma di
accrezione sulla base della reinterpretazione congiunta delle linee sismiche disponibili e dei
profili geologici pubblicati. Inoltre, si cercherà di migliorare la definizione della geometria in
profondità dei sovrascorrimenti associati a diverse sorgenti sismogenetiche già riconosciute in
Apennino settentrionale (e.g., ITSA050 - Poggio Rusco-Migliarino, ITSA051 - Novi-Poggio
Renatico, ITGG107 – Mirandola).
b) Nel settore off-shore centro-adriatico, le linee sismiche verranno interpretate per definire
l’andamento (mappe in tempi doppi) dei principali orizzonti interpretabili (e.g., Top Messiniano,
Top Scaglia calcarea, Top Fucoidi) e ricostruire la geometria, le fasi di attività e i tassi di
deformazione (con tecniche di backstripping) delle faglie riconosciute con particolare
attenzione alle strutture attive.
c) Nel settore on-shore marchigiano-abruzzese, dati di superficie derivanti da rilievi di terreno
saranno integrati con la re-interpretazione delle linee sismiche disponibili nell’area. Questo
permetterà di ricostruire l’andamento di orizzonti di riferimento (mappe in tempi doppi) sia nella
successione pre-orogenica che in quella sin-orogenica (Fucoidi, Pliocene inferiore, Pliocene
superiore). Questa indagine sarà finalizzata alla correlazione delle culminazioni assiali lungo la
direzione della struttura regionale, alla comparazione dei tempi di evoluzione e degli slip rates.
165
3 – Modellazione della struttura crostale nella zona frontale del prisma d’accrezione e della
geometria della relativa zona di subduzione lungo alcuni transetti rappresentativi.
4 - Ricostruzione, dove possibile, dei tassi di deformazione delle strutture riconosciute e
comparazione con gli strain rates derivati da dati geodetici.
5 – Costruzione di profili reologici e confronto con la distribuzione della sismicità strumentale.
3a.4 Metodologia
Per raggiungere le finalità descritte si integreranno le seguenti metodologie:
- interpretazione di dati di sottosuolo (dati da pozzi e linee sismiche, commerciali, CROP e ad alta
risoluzione dove disponibili);
- rilevamento geologico-strutturale;
- analisi di bacino tramite tecniche di backstripping;
- meccanica delle faglie con particolare riferimento alla sismogenesi;
- analisi dello strain rate da dati GPS e ricostruzione della cinematica delle placche;
- utilizzo e interpretazione di dati sismologici, geodetici, tomografici e geofisici in generale.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
-
-
-
Attività 2a
X
X
-
-
Attività 2b
-
X
X
X
Attività 2c
-
X
X
X
Attività 3
-
-
X
X
Attività 4
-
-
X
X
Attività 5
-
X
X
4a. Prodotti
• Geometria dello scollamento basale del prisma d’accrezione nel settore centro orientale della
Pianura Padana (Dataset gereferenziato);
• Migliore definizione della geometria in profondità dei sovrascorrimenti associati a diverse
sorgenti sismogenetiche già riconosciute in Apennino settentrionale (e.g., ITSA050 - Poggio
Rusco-Migliarino, ITSA051 - Novi-Poggio Renatico, ITGG107 – Mirandola) e, di conseguenza,
migliore associazione tra eventi noti e sorgenti sismogenetiche;
• Profili geologici lungo transetti rappresentativi illustranti le relazioni tra la sismicità superficiale
registrata lungo costa adriatica e la sismicità più profonda riconosciuta sino ad oltre 20 km di
profondità lungo una fascia che corre lungo il versante NE dell’Appennino settentrionale
dall’Emilia alle Marche meridionali (sorgente sismogenetica areale ITSA027 - Bore-MontefeltroFabriano-Laga);
• Definizione dei relativi parametri geometrici e dove possibile dei tassi di deformazione delle
sorgenti ITSA054 - Southern Marche offshore e ITSA052 - Mid-Adriatic offshore; ricostruzione
166
•
della possibile segmentazione interna e sviluppo della descrizione della loro terminazione
meridionale;
Caratterizzazione della sorgente sismogenetica areale ITSA020 - Southern Marche
(segmentazione, geometria e dove possibile tassi di deformazione) e relazioni con le analoghe
zone presenti più a nord (margine interno della Pianura Padana).
INGV: cooperazione con le altre unità operanti nell’S1 in relazione all’integrazione tra i risultati
delle ricostruzioni geologico strutturali e analisi più propriamente sismologiche.
Università di BOLOGNA (prof. Zerbini): confronto tra tassi di deformazioni ricavati su basi
geologiche con quelli derivati da dati geodetici.
NA
The analysis of orogens related to west directed subduction zones (Doglioni et al., 1999), reveal
the presence of an accretionary wedge delimited at its footwall by the external thrust front and at its
hangingwall by a thrust responsible for the rapid uplift of the chain which generally show an “out-ofsequence” character.
Recent studies have confirmed this interpretative scheme also for the central-northern portions of
the Apennines (among many other, DiSS 3.0.4; Montone et al., 2004; Scrocca et al., 2007).
However, several issues require further analyses as, among the others, the seismotectonic
characterization of the thrust front in the central and northern Adriatic off-shore, for which a more
external position with respect to the commonly accepted interpretation has been recently proposed
(Scrocca, 2006), and the loction of the internal “out-of-sequence” thrust in the marchigianoabruzzese sector (Bigi et al., 1997). Moreover, it should be investigated if the seismicity recorded
down to more than 20 km in a belt located along the eastern side of the Apennines between the
Emilia and the southern Marche regions (Seismogenic Source ITSA027 - Bore-MontefeltroFabriano-Laga) could be related to a crustal thrust or rather associated to prosecution at depth of
the main detachment. Finally, beneath the Po Plain, the crustal seismicity can be divided in two
parts, above and below the basal decollement of the accretionary prism. The deep seismicity is
mainly transcurrent/transtensional, while the shallower seismicity is compressional, varying from
pure thrusting to oblique/lateral traspression. The origin of the deep seismicity is of difficult
interpretation and will be one of the topics of the research of the RU.
3b.2 Goals
Our UR will investigate the seismotectonic characteristics of the accretionary prism in the central
and northern Apennines, with a special attention to the emiliano-romagnolo-ferrarese,
marchigiano-abruzzese e central Adriatic sectors whose tectonic activity is quite well documented.
Taking into consideration the Italian geodynamic framework, un updated model of both the deeper
and shallower crustal structure will be developed. The geometry of the main detachment surfaces
will be carefully analised. On these bases, we will improve the seismotectonic characterization of
both the individual sources and the seismogenic areas located in or study area (these results will
likely contribute to enrich and to develop the DISS database).
167
Regarding the Po Plain sector, our UR aim to explain the origin of the
poorly understood deep seismicity based on a detailed analysis of the geometry of the basal
detachment of the northern Apennines accretionary prism and a tectonic characterization of the
underlining regional monocline. Moreover, although some seismogenic sources have been already
recognized (e.g., ITSA050 - Poggio Rusco-Migliarino, ITSA051 - Novi-Poggio Renatico, ITGG107
– Mirandola), we do believe that a reinterpretation of the available data may allow an improved
description of the geometry at depth on main seismogenic thrusts and, as a consequence, the
correlation with the known hypocenters.
In the central Adriatic domain, the knowledge about the seismogenic area “ITSA052: Mid-Adriatic
offshore”. In particular, its possible segmentation, geometry, and slip rates will be analyzed in
detail.
With regard to the marchigiano-abruzzese sector, we will try to reconstruct the position of the outof-sequence thrust, which define the internal edge of the zone affected by a compressional stress
field, to improve the geometrical description of the seismogenic areas and source already
contained in the DISS database (e.g., “ITSA054 - Southern Marche offshore”, “ITSA020 - Southern
Marche” e "ITGG070 - Offida”), and, compatibly with the resolution of the available data, the
associated slip rates. Finally, the southern termination of the quoted seismogenic areas will be
analyzed in detail.
1- All the available data will be organized within a geographic information system (ArcGIS 9.1)
made up by the following data.
- Seismic reflection profiles avalibale in the study area (i.e., public multi-channel seismic reflection
profiles belonging to the so-called “Zone B”, CROP profiles, possible high resolution seismic
profiles etc.);
- well data;
- field data in the marchigiano-abruzzese sector;
- published geological and geophysical data (maps, seismic profiles, and geological crosssections).
2 – Integrated interpretation of the available data
a) Beneath the Po Plain the geometry of the basal detachment surface of the Northern Apennines
accretionary prism will be reconstructed by integrating the reinterpretation of the accessible
seismic profiles and geological cross-sections. Moreover, an improved definition of the
geometry at depth of some thrusts already identified as seismogenic sources will be carried out
(e.g., ITSA050 - Poggio Rusco-Migliarino, ITSA051 - Novi-Poggio Renatico, ITGG107 –
Mirandola).
b) In the central Adriatic off-shore, the seismic profiles will be interpreted to map the main seismic
horizons (e.g., Top Messiniano, Top Scaglia calcarea, Top Fucoidi) and to define the geometry,
the phases of tectonic activity, and the slip rates (by means of backstripping techniques) of the
recognized thusts (special care will be devoted to active structures).
c) In the marchigiano-abruzzese on-shore area, the results of field surveys will be integrated with
the re-interpretation of the available seismic profiles. In this way, we will reconstruct the
geometry (two ways time maps) of the main horizons belonging to both the pre- and synorogenis successions (top Fucoidi, top lower Pliocene, and top upper Pliocene).
3 - Modeling of the crustal structural setting along a representative transects across the centralnorthern sectors of the Apennines.
4 - Evaluation, where possible, of the strain rates associated with the recognized active thrust
related structures and cross-check against known geodetic information.
5 – Comparison between ad hoc reological profiles and recorded instrumental seismicity.
3b.4 Metodology
To reach the described goals the following techniques will be integrated:
- interpretation of subsurface informations (wells data and seismic profiles)
- structural mapping;
- fault mechanics with particular reference to seismogenesis;
- basin analysis by backstripping
168
- plate kinematics modelling and calculation of the associated strain rate;
- use and interpretation of seismic, tomographic and seismotectonic data.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
-
-
-
Activity 2a
X
X
-
-
Activity 2b
-
X
X
X
Activity 2c
-
X
X
X
Activity 3
-
-
X
X
Activity 4
-
-
X
X
Activity 5
-
X
X
4b. Deliverables
•
•
•
•
•
Geometry of the basal detachment surface of the Northern Apennines accretionary prism
beneath the Po Plain
Improved definition of the geometry at depth of some thrusts already identified as seismogenic
sources (e.g., ITSA050 - Poggio Rusco-Migliarino, ITSA051 - Novi-Poggio Renatico, ITGG107
– Mirandola). Consequently, a better correlation between known seismic events and
seismogenic sources could be achieved.
Representative transects across the central-northern sectors of the Apennines showing the
relationships between the shallow seismicity recorded along the Adriatic coastline and the
deeper seismicity (down to more than 20 km) detected in a belt located along the eastern side
of the Apennines between the Emilia and the southern Marche regions (sorgente
sismogenetica areale ITSA027 - Bore-Montefeltro-Fabriano-Laga).
Definition of the main geometric parameters, and where possible of the associated strain rates,
for the ITSA054 - Southern Marche offshore e ITSA052 - Mid-Adriatic offshore sources.
Characterization of the seismogenic area ITSA020 - Southern Marche (segmentation,
geometry and, where possible, strain rates). Definition of the relationships with the analogous
sources recognized along the souther edge of the Po Plain.
169
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1600
300
3)
Costi
amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
10000
0
6) Materiale tecnico durevole e di uso
2500
1600
Totale
16000,00
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1600
2000
3)
Costi
amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
10800
0
6) Materiale tecnico durevole e di uso
0
1600
Totale
16000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
170
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
3200
2300
3)
Costi
amministrativi
(solo
per
professionali
0
20800
0
uso
2500
3200
Totale
32000
171
Progetto S1 - RU 3.11 - Seno Silvio
(Task C)
Titolo: Cinematica recente ed attuale dei fronti nord-appenninici e dell’avampaese padano
1. Responsabile UR
Silvio Seno
Full Professor of Structural Geology at the University of Pavia, Italy
Director of the Earth Sciences Institute, University of Applied Sciences of Southern Switzerland
(SUPSI)
Curriculum Vitae
EDUCATION AND OTHER TRAINING
1981 University of Pavia (Italy), School of Earth Sciences. Doctor of Geology.
1982 Certificate in Active tectonics. Universitè Paris Sud, Prof. Jacques Mercier.
1985-86 Post-doc fellowship. Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH Zurich).
2001 Certificate in rock mechanic and rock stability analysis. University of Applied Science of Southern
Switzerland and University of Milano.
EMPLOYMENT RECORD
From 2006 To: date
Employer: University of Pavia, Italy
Positions held: Full Professor
From 2002 To : date
Employer: University of Applied Sciences of Southern Switzerland (SUPSI)
Positions held: Director of the Institute of Earth Sciences
From: 2000 To: 2006
Positions held: Associate Professor
Courses held: Structural Geology, Field Geology, Geological maps interpretation.
From: 1983 To: 2000
Positions held: Researcher
MEMBERSHIP OF PROFESSIONAL ASSOCIATIONS
•
•
•
•
•
From 2003 to date member of the board and Treasurer of the Italian Earth Sciences Federation
(FIST).
From 2000 to 2006 member of the board of the Italian Geological Society.
Swiss Society of Engineers and Architects (SIA), Italian Geological Society.
From 2002 to 2005 President of the ‘Soil protection’ Working Group of the Alpe Adria Community
(EU).
From 2006 to date member of the board of the Canton Tessin branch of Swiss Academy of Science.
PRESENT ACADEMIC ASSIGNMENTS
•
•
•
•
President of the PhD School in Earth Sciences at University of Pavia
Dean of Civil Engineering, University of Applied Sciences of Southern Switzerland
Responsible for the 3D Modelling Laboratory of the Department of Earth Sciences, University of
Pavia.
Responsible of continuing education programs on: rock mechanics, landslide hazard, seismic
hazard, seismic microzonation.
SCIENTIFIC RELATED ACTIVITIES
172
•
•
•
•
Since 2005 Member of the Council of DRM Europe, European branch of DRM Inc., a global network
of academic institutions dedicated to disaster risk reduction, created by the Board of the Swiss
Federal Institutes of Technology and Virginia Tech and supported by Swiss Re.
Since 1998, appointed in panel of experts of Italian National Research Fund (PRIN).
Since 1996 member of the commission for the evaluation of research projects for the Fund of
University of Pavia
Since 1996, appointed reviewer for Journal of Structural Geology, Terra Nova, Tectonophysics,
Computer and Geosciences, Bollettino della Società Geologica Italiana.
COLLABORATION WITH NON-UNIVERSITY ORGANISATIONS
The following is a list of the most recent activities conducted as the person directly responsible:
• ENI – Divisione AGIP (hydrocarbon exploration): three dimensional modelling of the geometry of
deformed geological structures below the ‘PO plain’ at the limit between the northern Appennine
chain and the Po Plain foreland.
• TotalFina Elf (hydrocarbon exploration): analogue modelling applied to compressive transfer zones
of deformation
• The Order of Lombardy Geologists: organisation of continuing education courses.
• National Institute of Geophysics and Vulcanology (INGV Rome headquarters) and Department
of Civil Protection, National Seismic service: seismic hazard assessment in Italy.
• Liguria region: geological maps (Italian national project “Geological map of Italy at 1:50.000 scale”).
RESEARCH ACTIVITIES
For more than twenty years Silvio Seno has carried out research activities in Structural geology and
Tectonics.
The main arguments developed are as follows:
Fundamental research in Structural geology
•
Studies on finite strain in rocks applied to the understanding of deformation mechanisms during
orogenetic processes carried out by way of mathematical models.
• Recent geo-dynamic evolution of the Alpine chain, its relationship with the Northern Apennine:
examination of the mantel-crust limit in the Liguria area has led to the creation of a new interpretative
model of the genesis and evolution of the aritime Alps arc in the area of an anti-clockwise postEocene rotation of the arc itself.
• Relationships between magmatism, sedimentation and tectonics in the Maritime Alps during the Late
Paleozoic: reconstruction of the geometry of Permo-Carboniferous graben and Permian intrusive
bodies basement-cover relationships.
• Tectonic inversion processes in the Maritime Alps
Support to hydrocarbon exploration activities:
•
Three dimensional reconstructions of tectonic structures found both in the Maritime Alps and on the
margins of the northern Apennine – Po Plain. These projects were linked to collaboration with the
ENI – Agip division;
• Laboratory analogue models reconstruction in sandbox in order to study the geometry and fracturing
of reservoir rocks.
Natural hazards risk mitigation
•
•
•
Rock slope stability, in particular studies linked to the establishment of a methodology to define
hazards and intervention priorities along the rock slope above communication axes (road and/or
railroad).
Three dimensional modelling and kinematics of large landslides (Sakungen)
Earthquake risk mitigation: analogue modelling applied to seismic hazard assessment in Southern
Italy; hazard assessment in the highly vulnerable Po Plain region.
G. TOSCANI, S. SENO, R. FANTONI & S. ROGLEDI (2006) – Geometry and timing of deformation
inside a structural arc: the case of the western Emilian folds (Northern Apennine front, Italy). Boll.
Soc. Geol. It., 125, 59-65.
D. DI BUCCI, A. RAVAGLIA, S: SENO, G. TOSCANI, U. FRACASSI & G. VALENSISE (2006).
Seismotectonics of the southern Apennines and Adriatic foreland: Insights on active regional E-W
shear zones from analogue modeling. Tectonics, 25, TC4015, doi:10.1029/2005TC001898.
A. RAVAGLIA, S. SENO, G. TOSCANI & R. FANTONI (2006) – Mesozoic extension controlling the
Southern Alps thrust geometry under the Po Plain, Italy: insights from sandbox models. Journal of
Structural Geology, 28, 2084-2096, doi: 10.1016/j.jsg.2006.07.011.
D. DI BUCCI, A. RAVAGLIA, S. SENO, G. TOSCANI, U. FRACASSI & G. VALENSISE (2007) –
Seismotectonics of the Southern Apennines and Adriatic foreland (Southern Italy): a short note on
173
active E-W shear zones from analogue modeling. Quaternary International, 171-172, 2-13, doi:
10.1016/j.quaint.2007.01.005.
G. TOSCANI, P. BURRATO, D. DI BUCCI, S. SENO & G. VALENSISE (2007) – Plio-Quaternary
tectonic evolution of the Northern Apennines thrust fronts along a Bologna-Ferrara section (Po
Plain, Italy), based on geological observations and analogue modelling: sesimotectonic
implications. Rend. Soc. Geol. It., 5(2), Nuova Serie, 223-225.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Seno Silvio
Professore
straordinario
Toscani Giovanni
Ricercatore
Di Bucci Daniela
Ricercatore
Burrato
Pierfrancesco
Mohammad
Irfan
Amhad
Caputo Riccardo
TBD
Ricercatore
Ricercatore
Professore
Associato
borsista/dottora
ndo
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
1
1
3
3
2
2
2
2
Università di Pavia
Dipartimento della
Protezione Civile
Istituto nazionale di
Geofisica e Vulcanologia
6
Università di Ferrara
2
16
II fase
1
1
5
7.5
2
Totale
I fase
10
6
8.5
I fronti più esterni della catena Nord-Appenninica (Italia) sono sepolti sotto una spessa coltre di
sedimenti prevalentemente clastici che riempiono il bacino Padano e sono stati studiati
prevalentemente per scopi di esplorazione petrolifera con sezioni sismiche a riflessione e pozzi per
idrocarburi (e.g. Pieri & Groppi,1981). Questi dati mostrano un sistema di thrust ciechi Nord-Est
vergenti associati ad anticlinali che controllarono la deposizione dei potenti cunei clastici
sintettonici, dove i sedimenti di età Plio-Quaternaria raggiungono potenze dell’ordine dei 7-8 km
(e.g. BIGI et alii, 1990). La rapida sedimentazione (Bartolini et alii, 1996) nascose e tuttora
nasconde le strutture in crescita e di conseguenza le evidenze dirette di superficie di possibili
attività tettoniche recenti ed attuali dei thrust sepolti sono molto scarse. Tuttavia, evidenze di
attività recente ed attuale seppur debole sono fornite dalla sismicità registrata e dalle anomalie nel
drenaggio superficiale, intendendo con questa ultime deviazioni fluviali e repentini cambi nella
prevalente attività (deposizionale od erosiva) dei corsi d’acqua, in risposta alla presenza di
anticlinali sepolte in crescita (Castiglioni & Pellegrini, 2001; Burrato et alii, 2003). I cataloghi Italiani
della Sismicità Storica e Strumentale mostrano che la Pianura Padana meridionale è interessata
da una sismicità da bassa a moderata con Mmax fino a 5.8 (CPTI Working Group, 2004; Castello
et alii, 2006; DISS Working Group, 2007), caratterizzata da meccanismi focali
compressivi(Pondrelli et alii, 2006). I dati di breakouts e i meccanismi focali mostrano entrambi un
Shmax orientato perpendicolarmente all’andamento dei fronti Appeninici sepolti (Montone et alii,
2004). Anche i dati GPS mostrano, concordemente, un debole raccorciamento orientato SW-NE
apri a circa 1mm/a (Serpelloni et alii, 2005).
174
Bartolini C., Caputo, R. & Pieri, M. (1996) Pliocene-Quaternary sedimentation in the Northern
Apennine Foredeep and related denudation. Geological Magazine 133/3, 255-273.
Bigi G., Cosentino D., Parotto M., Sartori R. & Scandone P. (1990) – Structural model of Italy and
gravity map (1:500.000). CNR, Prog. Final. Geodinamica, Quad. Ric. Sci., 114 (3), 6 sheets,
S.EL.CA., Firenze.
Boccaletti M. & Martelli L. (Eds.) (2004) – Carta sismotettonica della Regione Emilia-Romagna.
Scala 1:250.000. RER, Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli.
Burrato P., Ciucci, F. & Valensise G. (2003) – An inventory of river anomalies in the Po Plain,
Northern Italy: evidences for active blind thrust faulting. Ann. Geophys., 46/5, 865–882.
Castello B., Selvaggi, G., Chiarabba, C. & Amato, A. (2006) – CSI Catalogo della sismicità italiana
1981-2002, versione 1.1. INGV-CNT, Roma http://www.ingv.it/CSI/
Castiglioni G.B. & Pellegrini G.B. (Eds.) (2001) – Note illustrative della Carta Geomorfologica della
Pianura Padanai. Geogr. Fis. Dinam. Quat., Suppl. to IV, pp. 207.
CPTI Working Group (2004) – Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani, version 2004 (CPTI04).
INGV, Milan, available from http://emidius.mi.ingv.it/CPTI/.
DISS Working Group (2007) – Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), Version 3.0.3:
A compilation of potential sources for earthquakes larger than M 5.5 in Italy and surrounding areas.
http://www.ingv.it/DISS/, © INGV 2005, 2007.
Montone P., Mariucci M.T., Pondrelli S. & Amato A. (2004) – An improved stress map for Italy and
surrounding regions (central Mediterranean). J. Geophys. Res., 109, doi: 10.1029/2003JB002703,
2004.
Pieri M. & Groppi, G. (1981) – Subsurface geological structure of the Po plain (Italy). Pubbl. PFGCNR, 414, 1-23.
Pondrelli S., Salimbeni S., Ekström G., Morelli A., Gasperini P. & Vannucci G. (2006) – The Italian
CMT dataset from 1977 to the present. Phys. Earth Planet. Int., 159, 3-4, 286-303,
doi:10.1016/j.pepi.2006.07.008.
Serpelloni E., Anzidei, M., Baldi, P., Casula, G. & Galvani, A. (2005) – Crustal velocity and strainrate fields in Italy and surrounding regions: new results from the analysis of permanent and nonpermanent GPS networks. Geophys. J. Int., 161, 861-880, doi: 10.1111/j.1365-246x.2005.02618.x,
1-20.
3a.2 Obiettivi
In questo contesto, gli obbiettivi del presente progetto sono: 1) studiare come la deformazione
risulta suddivisa e ripartita lungo i diversi fronti dei sovrascorrimenti Nord-Appenninici lungo diversi
transetti (Ravaglia et alii, 2004), 2) comprendere l’assetto strutturale dell'avampaese Padano, 3)
caratterizzare le principali strutture da un punto di vista sismotettonico cercando di capire quale/i
fra esse può essere sorgente di terremoti potenzialmente pericolosi. Per fare ciò, verrà effettuata
un’analisi integrata di dati geologici, strutturali e morfotettonici e verranno interpretate, convertite in
profondità e retrodeformate diverse sezioni sismiche a scala regionale, con prevalente andamento
Nord-Sud, grazie all’interpretazione di dati di sismica a riflessione, di dati provenienti da pozzi
profondi e di una dettagliata cartografia morfotettonica di aree selezionate. Lo studio della
ripartizione della deformazione e la retrodeformazione delle sezioni geologiche aiuterà nella
comprensione dell’evoluzione temporale della deformazione con particolare riferimento alla sua
storia recente (Plio-Quaternaria) ed attuale. La comprensione dell’evoluzione globale della catena
e specialmente dei suoi fronti esterni sepolti appare particolarmente utile per evidenziare quali
fronti (o tratti di fronti) siano ancora attivi e, di conseguenza, nel predire quali delle sorgenti
sismogenetiche attualmente conosciute e mappate potrebbero essere riattivate in futuro.
Ravaglia A., Turrini C. & Seno S. (2004) – Mechanical stratigraphy as a factor controlling the
development of a sand-box transfer zone: a three-dimensional analysis. Journ. of Struct. Geol., 26,
2269-2283, doi: 10.1016/j.jsg.2004.04.009.
3a.3 Attività
Per documentare l’attività tettonica dei fronti sepolti e delle anticlinali ad essi associate ed in
particolare la geometria e la profondità dei livelli di scollamento (principale scopo del filone di
ricerca in cui questo progetto si inserisce) sono previste le seguenti indagini: 1- Analisi dell’assetto
morfottettonico dell’area di studio, confrontando la posizione delle anomalie nel drenaggio con
175
quella delle strutture sepolte. Nel settore pedeappenninico romagnolo, saranno analizzati i terrazzi
fluviali dei principali corsi d'acqua (ed eventualmente quelli marini) per ricostruire i sollevamenti ed
i basculamenti occorsi nei diversi settori durante il Quaternario e, quindi, l'evoluzione tettonica
recente delle maggiori strutture sepolte. 2- La sismicità attuale verrà plottata sulle sezioni
geologiche per confrontare la distribuzione della prima con l’assetto strutturale generale e le
deformazioni dei depositi più recenti. Per investigare l’attività dei sovrascorrimenti sepolti e le
interazioni tra questa attività e la sedimentazione ed il riempimento del bacino Padano, verranno
realizzati alcuni modelli analogici in sand-box a regime compressivo al fine di riprodurre i
movimenti più recenti (Plio-Quaternari), lungo i transetti analizzati, spesso non espressi da
deformazioni fragili o non risolvibili dalla sismica a riflessione. Al termine del progetto, si auspica di
poter presentare una ricostruzione dettagliata dell’evoluzione tettonica Plio-Quaternaria dei fronti
Appenninici sepolti lungo i transetti che verranno presi in considerazione, ottenuta integrando i dati
ed i risultati provenienti dai diversi approcci proposti. Nei casi in cui i dati di sismica a riflessione lo
consentiranno, si tenterà di chiarire le interazioni possibili tra i fronti sepolti ad opposta vergenza
della catene Nord-Appenninica e Sud-Alpina, principalmente riproducendo l’assetto tettonico
osservato con esperimenti analogici realizzati in una scatola di taglio che consenta la riproduzione
contemporanea di due catene ad opposta vergenza. Il fine di questi tentativi è quello di capire
meglio quando e dove le due catene hanno iniziato ad influenzarsi vicendevolmente, come si
evidenzia in alcuni punti del sottosuolo della Pianura Padana (Sassone et al., 2004).
I. Sassone, S. Seno & G.Toscani (2004) – Age and kinematics of the Northern Apennine foreland
structures: insights from the subsoil of the Po Plain (Italy). 32nd IGC, Florence, August 20-28 2004,
Abstract volume.
3a.4 Metodologia
1. Raccolta ed omogeneizzazione dei dati pubblicati
2. Interpretazione sismica, conversione in profondità e retrodeformazione (ove necessario) di
profili sismici.
3. Analisi morfotettonica dei terrazzi fluviali (e marini) e del reticolo idrografico del settore
padano sudorientale (Romagna)
4. Ricostruzione 3D di alcuni orizzonti Plio-Quaternari)
5. Confronto tra sorgenti sismogenetiche e anomalie nel drenaggio fluviale
6. Realizzazione di modelli analogici per mettere in luce la cinematica delle strutture (in
particolare quelle più recenti) e le interazioni tra fronti ad opposta vergenza.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
Semestre
Raccolta ed omogeneizzazione dei dati
pubblicati
Interpretazione sismica, conversione in
profondità e retrodeformazione (ove necessario)
di profili sismici
Analisi morfotettonica dei terrazzi fluviali (e
marini) e del reticolo idrografico del settore
padano sudorientale (Romagna)
Ricostruzione 3D di alcuni orizzonti PlioQuaternari e confronto tra sorgenti
sismogenetiche e anomalie nel drenaggio
fluviale
176
1
II
2
1
2
Realizzazione di modelli analogici
Sintesi dei risultati
4a. Prodotti
Aggiornamento database DISS nell’area della Pianura padana centrale (fronti appenninici e
sudalpini), come risultato di:
• 2 nuove sezioni geologiche attraverso la Pianura Padana;
• ricostruzione, anche con l’ausilio della modellistica analogica, della cinematica dei thrust
sepolti Nord-Appenninici con particolare riguardo alle fasi tettoniche Plio-Quaternarie;
• carta morfotettonica dei terrazzi fluviali (e possibilmente marini) e del reticolo idrografico del
settore padano sudorientale (Romagna);
• interazioni tra fronti sepolti Sud-Alpini e Nord-Appenninici nel sottosuolo Padano;
• osservazioni sulla presenza e sulla profondità di piani di faglia e livelli di scollamento;
• accoppiamento di informazioni su geometrie di faglia derivanti da dati di sottosuolo con
evidenze morfologiche di superficie su movimenti recenti.
The outermost thrust fronts of the Northern Apennines fold-and-thrust belt (Italy) are buried under a
thick clastic cover that fills the Po Plain basin, and have been studied by means of seismic sections
and deep well logs acquired for oil exploration purposes (e.g. Pieri & Groppi,1981). These data
show a system of NE-verging blind thrusts and folds that controlled the deposition of very thick
syntectonic sedimentary wedges, with the Plio-Quaternary sequence locally up to 7-8 km thick
(e.g. Bigi et alii, 1990). The fast sedimentation (Bartolini et alii, 1996) hid the growing structures,
and as a consequence there are few direct surface evidences of the possible ongoing activity of
the thrusts. However, evidence for ongoing although weak tectonic activity is provided by
seismicity and drainage anomalies, the latter represented by river diversion and channel pattern
changes controlled by the growing buried anticlines (Castiglioni & Pellegrini, 2001; Burrato et alii,
2003). The historical and instrumental Italian seismic catalogues show that the southern Po Plain is
affected by low to moderate seismicity, with Mmax up to 5.8 (CPTI Working Group, 2004; Castello
et alii, 2006; DISS Working Group, 2007), characterised by contractional focal mechanisms
(Pondrelli et alii, 2006). The borehole breakouts and the focal mechanisms both show Shmax
oriented perpendicular to the trend of the buried thrust fronts (Montone et alii, 2004). GPS data
suggest a weak SW-NE shortening at a rate of less than 1 mm/a (Serpelloni et alii, 2005).
Bartolini C., Caputo, R. & Pieri, M. (1996) Pliocene-Quaternary sedimentation in the Northern
Apennine Foredeep and related denudation. Geological Magazine 133/3, 255-273.
Bigi G., Cosentino D., Parotto M., Sartori R. & Scandone P. (1990) – Structural model of Italy and
gravity map (1:500.000). CNR, Prog. Final. Geodinamica, Quad. Ric. Sci., 114 (3), 6 sheets,
S.EL.CA., Firenze.
177
Boccaletti M. & Martelli L. (Eds.) (2004) – Carta sismotettonica della Regione Emilia-Romagna.
Scala 1:250.000. RER, Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli.
Burrato P., Ciucci, F. & Valensise G. (2003) – An inventory of river anomalies in the Po Plain,
Northern Italy: evidences for active blind thrust faulting. Ann. Geophys., 46/5, 865–882.
Castello B., Selvaggi, G., Chiarabba, C. & Amato, A. (2006) – CSI Catalogo della sismicità italiana
1981-2002, versione 1.1. INGV-CNT, Roma http://www.ingv.it/CSI/
Castiglioni G.B. & Pellegrini G.B. (Eds.) (2001) – Note illustrative della Carta Geomorfologica della
Pianura Padanai. Geogr. Fis. Dinam. Quat., Suppl. to IV, pp. 207.
CPTI Working Group (2004) – Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani, version 2004 (CPTI04).
INGV, Milan, available from http://emidius.mi.ingv.it/CPTI/.
DISS Working Group (2007) – Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), Version 3.0.3:
A compilation of potential sources for earthquakes larger than M 5.5 in Italy and surrounding areas.
http://www.ingv.it/DISS/, © INGV 2005, 2007.
Montone P., Mariucci M.T., Pondrelli S. & Amato A. (2004) – An improved stress map for Italy and
surrounding regions (central Mediterranean). J. Geophys. Res., 109, doi: 10.1029/2003JB002703,
2004.
Pieri M. & Groppi, G. (1981) – Subsurface geological structure of the Po plain (Italy). Pubbl. PFGCNR, 414, 1-23.
Pondrelli S., Salimbeni S., Ekström G., Morelli A., Gasperini P. & Vannucci G. (2006) – The Italian
CMT dataset from 1977 to the present. Phys. Earth Planet. Int., 159, 3-4, 286-303,
doi:10.1016/j.pepi.2006.07.008.
Serpelloni E., Anzidei, M., Baldi, P., Casula, G. & Galvani, A. (2005) – Crustal velocity and strainrate fields in Italy and surrounding regions: new results from the analysis of permanent and nonpermanent GPS networks. Geophys. J. Int., 161, 861-880, doi: 10.1111/j.1365-246x.2005.02618.x,
1-20.
3b.2 Goals
In this framework, the major goals of this project are: 1) study how the deformation is partitioned
among the different Northern Apennines thrust fronts along different sections (Ravaglia et alii,
2004), 2) understand the structural setting of the Po Plain foreland, 3) characterize the principal
structures in terms of seismotectonic parameters and particularly which of them can be the source
of damaging earthquakes. To do this, we will carry out an integrated analysis of geological,
structural and morphotectonic data, and we will interpret, convert and restore different mostly N-S–
striking sections at regional scale using the interpretation of deep well logs, of seismic reflection
lines and detailed morphotectonic maps of selected areas. The study of deformation partitioning
and the restoration of geological cross sections will help us to understand the timing of deformation
and in particular its recent (Plio-Quaternary) and ongoing history. The comprehension of the
evolution of the chain (and especially the frontal sectors) is particularly useful to understand which
buried fronts are still active and, as a consequence, to predict which of the mapped seismogenic
sources will be possibly reactivated in the future.
Ravaglia A., Turrini C. & Seno S. (2004) – Mechanical stratigraphy as a factor controlling the
development of a sand-box transfer zone: a three-dimensional analysis. Journ. of Struct. Geol., 26,
2269-2283, doi: 10.1016/j.jsg.2004.04.009.
In order to highlight the activity of the buried thrust ramp anticlines and in particular the geometry
and depth of active faults and/or decollement layers, we planned the following investigations: 1Analysis of the morphotectonic setting of the study area, comparing the location of drainage
anomalies with that of the buried structures. In the Romagna foothills, the fluvial terraces of the
major valleys (and possibly the marine terraces) will be analyzed for reconstructing the uplift and
tilting occurred during Quaternary and hence the recent tectonic evolution of the blind structures. 2Plot the seismicity on the sections to compare their distribution with the reconstructed structural
setting and the tectonic deformation of the Quaternary deposits. In order to investigate the
evolution of the thrust fronts and its effects on the sedimentation, we will also develop and analyze
a set of sandbox models, which reproduce the Plio-Quaternary deformation along the analyzed
transects. Finally, we propose a refined reconstruction of the Plio-Quaternary tectonic evolution of
178
the Northern Apennines thrust fronts along the available transects, obtained integrating the
different results. Where seismic sections will make it possible, we will try to highlight the
interactions between the two opposite verging buried fronts (Northern Apennine and Southern
Alps) mainly reproducing the observed tectonic setting with analogue models with opposite
vergency. The goal of these trials is to better understand where and when the two chains started to
affect each other as there are evidences of interactions between them in the Po Plain subsoil
(Sassone et al., 2004)
I. Sassone, S. Seno & G.Toscani (2004) – Age and kinematics of the Northern Apennine foreland
structures: insights from the subsoil of the Po Plain (Italy). 32nd IGC, Florence, August 20-28 2004,
Abstract volume.
3b.4 Metodology.
1. Collection and homogeneization of published data
2. Seismic interpretation, depth convertion and restoration (where necessary) of new seismic
lines
3. Morphotectonic analysis of the fluvial terraces (and possibly marine ones) and the
hydrographic network of the southeastern Po Plain (Romagna)
4. 3D reconstruction of Plio-Quaternary horizons
5. Matching between seismogenic sources and drainage anomalies
6. Analogue models to highlight the kinematic of the structures, their state of activity,
interactions with the opposite verging fronts and their possible evolution
3b.5 Timetable
I
Phase
Semester
1
II
2
1
2
Collection and homogeneization of published
data
Seismic interpretation, depth convertion and
restoration (where necessary) of new seismic
lines
Morphotectonic analysis of the fluvial terraces
(and possibly marine ones) and the
hydrographic network of the southeastern Po
Plain (Romagna)
3D reconstruction of Plio-Quaternary horizons
and matching between seismogenic sources
and drainage anomalies
Analogue models
Final report
4b. Deliverables
•
•
•
•
2 new geological cross sections through the Po Plain (georeferenced and in a format
suitable for importing in common GIS and database programs)
geometries and depth of fault planes and decollement levels (in 2
geological cross sections trough the Po Plain)
morphotectonic map (fluvial terraces and hydrographic network anomalies) of the
southeastern Po Plain (Romagna area);
179
•
•
•
GIS based representation of subsurface faults data coupled with geo-morphological
evidences of present activity in the central Po Plain.
updating the DISS database in the central Po Plain (Apennine and
Southern Alps fronts)
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1250
4000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
5400
0
uso
600
1250
Totale
12500
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1550
4000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
7900
0
uso
500
1550
Totale
15500
180
Finanziato
c = a-b
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2800
8000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
13300
0
uso
1100
2800
Totale
28000
181
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 3.13 - Zonno Gaetano
(Task C)
Titolo
Mappa di riferimento dello scuotimento per il territorio italiano
Reference ground-shaking map of the Italian territory
1. Responsabile UR
Cognome Nome:
Zonno Gaetano
Attuale posizione
INGV MI-PV; Primo Ricercatore (fascia V)
Riferimenti
[email protected]
phone: +39 02 23699286
fax:
+39 02 23699458
Breve Curriculum Vitae
Dati generali
Zonno Gaetano, nato a Verona, 12/12/1948
Titolo di studio: Laurea in FISICA (21 marzo 1975) presso Università degli Studi di Milano
Incarichi recenti
dal 2005
Membro del gruppo referente (G. Iannaccone, A. Rovelli e G. Zonno) obiettivo
Specifico 4.1. “Metodologie sismologiche per l’ingegneria sismica” nell’ambito dell’obiettivo
generale “Comprendere e affrontare i rischi naturali”;
2003 - 2004 Responsabile delle attività dell’Unità Funzionale “Scenari di scuotimento sismico”
per il periodo 1.06.2003 - 30.09.2004;
2003 Membro del Gruppo di Coordinamento per la “Redazione della Mappa di Pericolosità
Sismica, prevista dall’Ordinanza PCM del 20 marzo 2003, n. 3274, All. 1.;
2002 – 2004 Membro del collegio di struttura del Gruppo Nazionale Difesa dai Terremoti (GNDT),
Delibera n. 4.2.1.02 del Presidente dell’INGV Prof. Enzo Boschi.
Principali temi di ricerca sviluppati
a)
determinazione dei parametri focali dei terremoti, tecniche di analisi del segnale sismico,
analisi di dati strong motion, tecniche di simulazioni stocastiche del moto di riferimento al bedrock
basate sull’uso di faglia estesa, studi parametrici per valutare la variabilità del moto e la
corrispondente incertezza;
b)
valutazione della pericolosità sismica: stima delle caratteristiche delle zone sorgenti, stima
dei parametri delle relazioni di attenuazione, trattamento dell'incertezza dei dati, modelli
probabilistici, redazione della mappa di pericolosità sismica “Redazione della Mappa di Pericolosità
Sismica, prevista dall’Ordinanza PCM del 20-3 2003, n. 3274, All.1”;
c)
danno atteso da stime alternative di pericolosità sismica, scenari sismici (intesi come
probabilità di superamento di una certa intensità al sito) a partire direttamente dai campi
macrosismici, integrazione di sistemi esperti e sistemi informativi territoriali per la valutazione della
vulnerabilità sismica, messa a punto di una procedura per la valutazione del rischio sismico a
diverse scale.
Pubblicazioni significative
Carvalho, A., G. Zonno, G. Franceschina, J. Serra Bilè, A. Campos Costa (2007). Earthquake
shaking scenarios for the mertropolitan area of Lisbon, Soil Dynamics and Earthquake
Engineering, in press http://dx.doi.org/10.1016/j.soildyn.2007.07.009
182
Montaldo V., E. Faccioli, G. Zonno, A. Akinci and L. Malagnini, (2005). Treatment of ground-motion
predictive relationships for the reference seismic hazard map of Italy, J. Seismology (2005) 9: 295316.
Pacor F., G. Zonno, G. Cultrera, A. Cirella, A. Herrero, E. Tinti, D. Albarello, V. D’Amico, Emolo A.,
Gallovic F and R. Basili (2007). Potenza – Deliverables D17 Bedrock Shaking Scenarios, Progetto
DPC-INGV S3, http://esse3.mi.ingv.it/deliverables/Deliverables_S3_D17.pdf
Rotondi R., G. Zonno (2004). Bayesian analysis of a probability distribution for local intensity
attenuation. Annals of Geophysics, 47, 5, 1521-1540. http://hdl.handle.net/2122/848
Zonno, G. and Carvalho, A., 2006. Modeling the 1980 Irpinia Earthquake by stochastic simulation.
Comparison of seismic scenarios using finite-fault approaches, Poster, presented to the 1st
ECEES - Session Approaches to Model Seismic Scenarios in Geneva, Switzerland, 3-8
September, 2006. http://hdl.handle.net/2122/2509
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Primo
Ricercatore
INGV MI-PV
5
5
Musacchio Gemma Ricercatore
INGV MI-PV
4
4
Augliera Paolo
Primo
Ricercatore
INGV MI-PV
1
1
Basili Roberto
Ricercatore
INGV Roma1
0.5
0.5
Mai Martin
Senior Scientist
ETH - Zurigo
0.5
0.5
Imperatori Walter
PhD student
ETH - Zurigo
0.5
0.5
Martin Silvana
Prof. Ordinario
UNI-Insubria
0.5
0.5
Viganò Alfio
Dottorando
UNI-Insubria
1
1
Zonno Gaetano
I fase
II fase
I terremoti sono la conseguenza dell’accumulo di stress tettonico su faglie a geometria spesso
complessa dove i dettagli del processo di rottura - nucleazione, propagazione ed arresto - sono
processi fisici altamente non lineari. Tuttavia la conoscenza della sorgente sismica, la sua
posizione, dimensione, la magnitudo potenziale e le caratteristiche di rottura della faglia sono
importanti punti di partenza per l’analisi della pericolosità sismica. In particolare i suddetti parametri
permettono di definire la regione dove gli effetti della radiazione sismica del near-field e far-field
possono essere distinte. Analogamente, le mappe di “Massimo Scuotimento Osservabile” (MOS)
in funzione di un singolo parametro puntuale o integrale (ad esempio PGA o intensità di Housner),
possono essere considerate un riferimento per la valutazione della pericolosità sismica locale. Noi
usiamo il termine “Osservabile” e non osservato poiché la stima è fatta attraverso una
modellazione che non è in grado di riprodurre l’alto grado di variabilità del moto del suolo. Lo
scuotimento espresso in termini di intensità macrosismica lega concettualmente le MOS alle
mappe di “massima intensità osservabile” (PFG, ING/SGA) prodotte nel passato in Italia.
In Italia le MOS possono essere calcolcolate a partire dalla banca dati “Database of Individual
Seismogenic Sources version 3 (DISS)” (http://www.ingv.it/DISS/; Basili et al., 2008) che contiene
tutte le sorgenti relative ai terremoti di magnitudo Mw > 5.5. Una estensione del livello informativo
del DISS potrebbe essere il potenziale delle sorgenti individuali espresso in termini di scuotimento
183
(parametri di interesso ingegneristico) e una delimitazione delle aree di “near field” rispetto alle
principali strutture sismogenetiche.
La modalità di rottura della sorgente è un parametro molto critico nelle simulazioni dello
scuotimento ed è anche molto problematico da stimare. La banca dati SRCMOD (finite-Source
Rupture MOdel Database, Mai, 2004) contiene i modelli di rottura del piano di faglia di molti
terremoti, localizzati nelle diverse aree sismiche del mondo, per diversi tipi di meccanismo focale e
differenziati livelli di magnitudo Mw (e.g. Mai et al, 2005). Quindi l’analisi del database SRCMOD è
il punto di partenza per fare simulazioni di scuotimento ottenuti con l’uso di modelli più fisici nella
stima delle distribuzioni dello slip sul piano di faglia.
Questo lavoro può essere considerato anche come uno studio di fattibilità per futuri addizionali
livelli informativi alla versione attuale del DISS.
3a.2 Obiettivi
Lo scopo principale di questo progetto è la definizione di più livelli informativi quali (1) livello del
potenziale sismogenetico contenuto nel DISS in funzione del MOS, (2) limiti delle aree “near-field”
rispetto alle strutture sismogenetiche principali. Il risultato di questo lavoro fornirà nuovi strumenti
ai ricercatori per meglio vincolare la valutazione della pericolosità sismica locale e permetterà agli
addetti ai lavori di quantificare la variabilità dello di scuotimento con dei parametri di interesse
ingegneristico.
Obiettivo n°1: mappe di Massimo Scuotimento Osservabile (MOS) calcolate per differenti
parametri di scuotimento al fine di caratterizzare il potenziale sismogenetico delle
sorgenti individuali e areali contenute nel DISS;
Obiettivo n°2: delimitazione delle aree di “near field” rispetto alle strutture sismogenetiche
principali. Questo limite sarà ottenuto usando un metodo semplificato, all’interno di
un range di frequenza di 0.5-1 Hz, e con un valore di Mw derivato dal DISS.
3a.3 Attività
3a3.1 Attività legata all’obiettivo n° 1
Si produrranno 2 famiglie di mappe di scuotimento: PGA (Peak Ground Acceleration) e SI
(Response Sperctum Intensity, Housner Intensity). Nelle simulazioni verrà fatta una selezione dal
DISS di tutti i parametri di faglia (strike, dip, geometria e Mw) delle sorgenti individuali e delle aree
sorgenti mentre saranno tenuti fissi tutti gli altri parametri fisici (spreading geometrico,
attenuazione con la frequenza, Q(f), ecc) del mezzo. Si considererà uno slip sul piano di faglia di
tipo random ed uniforme e sarà esplorata la possibilità di tener conto in modo più accurato del
processo fisico della rottura.
Verrà quindi fatto un test del calcolo delle mappe MOS in due aree distinte (possibili
sorgenti potrebbero essere il terremoto di Messina (1908) e la zona delle Alpi Centro-Meridionali).
Il calcolo delle MOS a livello nazionale (PSA e SI) verrà effettuato prima usando solo le sorgenti
individuali ed in un secondo tempo usando anche le sorgenti areali. L’ultimo passo consisterà nella
rappresentazione grafica delle mappe MOS calcolate su una griglia di 0.02°.
3a3.2 Attività legata all’obiettivo n° 2
Si analizzerà la possibilità di definire il “limite” tra il near-field e far-field della radiazione sismica in
un range di frequenze di riferimento e data una Mw per ogni singola sorgente. Teoricamente
questo “limite” non esiste in senso stretto poiché la zona dove il termine di near-field domina sul
quello del far-field è transizionale e dipendente dalla frequenza. Tuttavia noi crediamo che buone
approssimazioni di tale limite, basato su semplici assunzioni, possano essere sufficienti per
applicazioni di ingegneria. Poiché il limite di near-field è strettamente legato alle coordinate spaziali
(x, y e z) e alla geometria della sorgente noi studieremo la criticità e l’influenza, nell’area di nearfield, di un possibile errore di posizionamento della faglia.
L’attività sarà organizzata nelle seguenti fasi (vedi cronoprogramma): implementazione di
un metodo semplice per il tracciamento dei limiti di near-field; calibrazione del metodo sui diversi
tipi di meccanismi focali (strike slip, normal and thrust fault); test del metodo su sorgenti
184
individuali; incertezza spaziale del piano di faglia e limite near-field e visualizzazione grafica dei
limiti near-field
3a.4 Metodologia
3a.4.1. Metodologia per l’Attività 1
Le mappe di MOS saranno calcolate utilizzando un metodo stocastico a faglia finita (EXSIM,
Motazedian and Atkinson 2005). Il metodo richiede la definizione di un insieme di parametri di
input in relazione (1) alla geometria della faglia (lunghezza, larghezza, strike, dip, numero delle
suddivisioni della faglia e profondità del tetto del piano di faglia), (2) ai parametri sorgente
(momento sismico, distribuzione dello slip, stress drop statico, punto di nucleazione e velocità di
rottura), e (3) ai parametri fisici della crosta nella regione in esame (spreading geometrico e
attenuazione anelastica, Q(f), ecc). Il nostro approccio comporterà la variazione solo dello slip in
funzione di una distribuzione random e uniforme e verrà fatto il calcolo per le sorgenti individuali ed
areali descritte nel DISS. In funzione della fattibilità considereremo altresì l’utilizzo di altre tecniche
di simulazione.
3a.4.2. Metodologia per l’Attività 2
Essendo il decadimento del near-field della radiazione sismica significativamente differente ad
quello del far-field, è possibile individuare in modo semplice il limite dove il termine di near-field
diventa trascurabile. Il metodo che proponiamo non tiene conto delle frequenze proprie di
oscillazione di edifici ed infrastrutture sollecitate dal terremoto. Verrà calcolato il rapporto tra i
termini di near-/far-field (NF/FF) della soluzione dell’equazione delle onde (Green’s function, Aki
and Richards, 1980) e rappresentato in funzione della distanza dalla sorgente. Il rapporto NF/FF è
dipendente dalla frequenza e, poiché la radiazione varia con la Mw, anche il rapporto cambia con
la Mw. Verrà proposto un metodo per quantificare l’influenza dell’incertezza nel posizionamento
del piano di faglia in x,y e separatamente in z, sul limite del near-field.
Bibliografia essenziale
Aki Keiiti and P. G. Richards (1980) “Quantitative Seismology – Theory and Methods”, Volume I
and Volume II, ISBN 0-7167-1058-7(v.1), Copyright, 1980 by W.H. Freeman and Company.
Basili, R., G. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, M. M. Tiberti, and E.
Boschi (2008). The Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3: summarizing
20 years of research on Italy’s earthquake geology. Tectonophysics (in press),
http://hdl.handle.net/2122/2090.
Mai, P. M., P. Spudich, and J. Boatwright (2005). “Hypocenter locations in finite-source rupture
models”. Bull. Seis. Soc. Am 95(3): 965-980.
Mai (2004). Online database of finite-source rupture models (http://www.seismo.ethz.ch/srcmod).
Motazedian D., Atkinson G. M. (2005) “Stochastic Finite-Fault Modeling Based on a Dynamic
Corner Frequency”, Bull. Seismol. Soc. Am, Vol. 95, No. 3, pp. 995–1010, June 2005.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
Semestre
Attività 1
Massimo Scuotimento Osservabile (MOS)
Selezione dal DISS di tutti i parametri di faglia (strike, dip,
geometria e Mw) delle sorgenti individuali e delle aree
sorgenti
185
1
X
II
2
1
2
-
-
-
Preparazione
dell’input
necessario
(spreading
geometrico, attenuazione con la frequenza, Q(f), ecc) per
la simulazione stocastica a faglia finita dello scuotimento
Test del calcolo delle mappe MOS in due aree distinte.
Possibili sorgenti potrebbero essere il terremoto di
Messina (1908) e la zona delle Alpi Centro-Meridionali
Calcolo delle MOS a livello nazionale (PSA e SI) usando
solo le sorgenti individuali
X
-
-
-
-
X
-
-
X
Calcolo delle MOS a livello nazionale (PSA e SI) usando
le sorgenti individuali ed areali
X
Rappresentazione grafica a livello nazionale delle mappe
MOS (PSA e SI)
X
Rappresentazione a livello regionale delle mappe MOS
(PSA e SI) calcolate su una griglia di 0,02°.
Attività 2
Definizione dei limiti di Near-field
Implementazione di un metodo semplice per il
tracciamento dei limiti di near-field
Calibrazione del metodo sui diversi tipi di meccanismi
focali (strike slip, normal and thrust fault)
X
X
-
-
-
X
X
Test del metodo su sorgenti individuali
Incertezza spaziale del piano di faglia e limite near-field
X
X
Visualizzazione grafica dei limiti near-field
4a. Prodotti
1:
2:
3:
Mappe MOS d’Italia:
1.1. mappa della PGA usando le sorgenti individuali del DISS
1.2. mappa della SI usando le sorgenti individuali del DISS
1.3. mappa della PGA usando le sorgenti individuali e areali del DISS
1.4. mappa della SI usando le sorgenti individuali e areali del DISS
Mappe MOS regionali (griglia 0.02°):
2.1. mappa della PGA usando le sorgenti individuali e areali del DISS
2.2. mappa della SI usando le sorgenti individuali e areali del DISS
Mappe dei limiti di near-field
5.1. Interazione con ETH di Zurigo (si veda la tabella 2: personale dell’UR)
La collaborazione sarà centrata sull’aspetto metodologico per entrambe le attività valutazione del
MOS e definizione delle aree di near-field. Verranno effettuati, ove possible, confronti tra gli
approcci cinematici e pseudo-dinamici per la simulazione dello scuotimento. In particolare per
alcuni eventi verrà affrontata la tematica inerente la possibilità di definire la distribuzione dello slip
sul piano di faglia tenendo conto del processo fisico della rottura.
5.2. Interazione con l’Università dell’Insubria (si veda la tabella 2: personale dell’UR)
La collaborazione riguarderà principalmente l’area del Nord Italia dove esiste la rete
accelerometrica gestita dalla sezione INGV MI-PV (http://accel.mi.ingv.it/accel/). Si vaglierà la
possilità dell’utilizzo di eventi a bassa magnitudo (3.0-3.5 M), registrati dalla rete a partire dal 2006,
per studiare il processo fisico della rottura specifico dell’area.
186
Il naturale collegamento di questa Unità di Ricerca è con il progetto DPC-S2 in quanto essa
fornisce un prodotto omogeneo a scala nazionale utile ai fini della valutazione della pericolosità
sismica.
Altre possibili interazioni sul piano metodologico riguardano la produzione delle shakemaps
inquadrata nel progetto DPC-S3 e la caratterizzazione geologica degli effetti del sito contenuta nel
progetto DPC-S4. Tuttavia nel produrre le MOS, questa unità di ricerca non considera prioritari gli
obiettivi del tempo reale e dell’utilizzo degli effetti di sito; pertanto essa si colloca dal punto di vista
scientifico nell’ambito del razionale legato alla sismogenesi (DPC-S1). Attraverso le MOS si vuole
infatti fornire una stima del potenziale sismogenico ed un’indicazione delle aree di near-field
rispetto alle strutture sismogeniche principali. I prodotti di questa UR sono di diretta fruibilità, oltre
che della protezione civile, anche degli addetti allo sviluppo e mantenimento del DISS.
Earthquakes are a consequence of tectonic stress accumulation resolved on geometrically
complex faults embedded in geologically complex structures. The details of the rupture process –
nucleation, propagation and arrest – are governed by highly nonlinear physics of friction and
fracture. However, general knowledge of seismogenic sources, their location, dimension, potential
magnitude and finite-source rupture characteristics are important starting points for seismic hazard
analysis; in particular these parameters allow to define the region in which near-field and far-field
seismic radiation effects can be distinguished. Similarly, Maximum Observable Shaking (MOS)
maps can help to express the seismogenic potential and can be a reference for local seismic
hazard evaluation. We use the term “observable” and not “observed” because the simulated
shaking is model dependent and site effects are initially not considered (but could be included at a
later stage) . The MOS maps are conceptually connected to the Maximum Observable Intensity
maps (PFG, ING/SGA) produced in Italy in the past.
In Italy MOS maps can be based on the Database of Individual Seismogenic Sources (DISS)
(http://www.ingv.it/DISS/, (Basili et al. 2008)) that includes a rich amount of data on Mw > 5.5
earthquakes. However, the DISS would profit strongly from an extension, serving in particular the
engineering community and decision makers, that contains maps of maximum ground-shaking
potential. Because the slip distribution on fault plane is crucial to ground shaking simulation, we will
consider the possibility of using simulated physics-based rupture mechanisms or detailed rupture
models of appropriate past earthquakes as provided by the SRCMOD database (Mai, 2004). This
source-model database has been used for a variety of earthquake-related studies (e.g. Mai et al,
2005), and constitutes a natural starting point for ground-motion simulations for scenario events on
target faults using realistic source-rupture characterizations.
The proposed work is a feasibility study to complement an extended version of DISS with
simulated “shake maps” of maximum ground-motions that consider the complexity of the
earthquake rupture process.
3b.2 Goals
The main goal of this project is to produce a multi-layer map that include (1) seismicity in terms of
maximum ground shaking, (2) near-field/far-field boundaries. The results of this work will provide
advanced decision making tools for seismic hazard analysts and engineers to assess the groundmotion level and variability for potential future earthquakes.
Objective n°1: Maximum Observable Shaking (MOS) maps will be computed using different
shaking parameters to investigate the potential effect of seismogenic sources
included in the DISS;
Objective n° 2: definition of near-field areas surrounding major seismogenic sources will be done
in a simple way within a frequency range of 0.5-1 Hz and using Mw derived from
DISS.
187
3b.3 Activity
3b3.1 Activity for objective n° 1
We will produce 2 sets of maps: PGA (Peak Ground Acceleration) and SI (response Spectrum
Intensity, Housner Intensity) considering different seismic scenarios in terms of slip distribution
(uniform slip; slip of past earthquakes; randomized slip) while fixing the properties of the crust (i.e.:
geometric spreading and attenuation, Q(f), etc). We will also investigate the possibility of using
physics-based rupture parameters (in terms of the temporal rupture evolution) for specific cases.
We will set up and test the procedure in two selected areas (the possible sources could be
the 1908 Messina earthquake and Central-Southern Alps - Garda lake).
On a national scale we will compute the maps using first only DISS individual sources, and include
area sources later on. At last we will visualize graphically the MOS maps on a regional scale (0,02
grid).
3b3.2 Activity for objective n° 2
We will investigate the possibility of defining the boundary between near-field and far-field seismic
radiation for a reference frequency range and a given Mw for each single source. Theoretically, this
“boundary” does not exist in a strict sense since the transition from where near-field radiation
dominates to far-field radiation is gradual and frequency dependent. However, we believe that
approximations to this boundary, based on simplifying assumptions, are useful for earthquake
engineering purposes. Because the near field is strictly dependent on the spatial coordinates and
geometry of the source we will study the influence and significance of a fault displacement in the
near field area.
The different steps will be as follow (see timetable): a theoretical method to approximate the
near-field limit; calibration of the method on the different focal mechanisms (strike slip, normal and
thrust fault); test the method on individual sources; faults plane spatial uncertainties and near-field
limit and graphic visualization of the near-field limit
3b.4 Methodology
3b.4.1. Objective 1
The MOS maps will be computed using a finite-fault stochastic approach (i.e. EXSIM, Motazedian
and Atkinson 2005). The finite-fault stochastic approach needs model parameters of (1) the faultplane geometry (length, width, strike, dip, number of sub-faults considered, and depth to the upper
edge), (2) of the source parameters (seismic moment, slip distribution, stress drop, nucleation
point, rupture velocity), and (3) of the crustal properties of the region (geometrical spreading
coefficient and anelastic attenuation). In our approach we will vary only slip according to a random
and uniform distribution and we will consider individual sources as well as seismogenic areas.
Depending on progress we consider using other ground-motion simulation techniques as well, to
compute the complete seismic response.
3b.4.1. Objective 2
Because near and far field seismic radiation have a significantly different decay with distance we
can approximate where the near-field terms become negligible. The method does not take into
account the characteristic frequency of buildings and infrastructures. We will calculate the ratio
between the near/far-field term (NF/FF) of the solution for elasto-dynamic Green’s function (Aki
and Richards, 1980) and plot the contour lines as a function of the distance from the fault. The
NF/FF ratio is frequency dependent and, since the downward radiation changes with Mw, the ratio
also changes with Mw. We will consider also the influence of the top of the fault plane to estimate
whether the near-field limit is shifted to a distance greater than the displacement of the fault.
188
Main references
Aki Keiiti and P. G. Richards (1980) “Quantitative Seismology – Theory and Methods”, Volume I
and Volume II, ISBN 0-7167-1058-7(v.1), Copyright, 1980 by W.H. Freeman and Company.
Basili, R., G. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, M. M. Tiberti, and E.
Boschi (2008). The Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3: summarizing
20 years of research on Italy’s earthquake geology. Tectonophysics (in press),
http://hdl.handle.net/2122/2090.
Mai, P. M., P. Spudich, and J. Boatwright (2005). “Hypocenter locations in finite-source rupture
models”. Bull. Seis. Soc. Am 95(3): 965-980.
Mai (2004). Online database of finite-source rupture models (http://www.seismo.ethz.ch/srcmod).
Motazedian D., Atkinson G. M. (2005) “Stochastic Finite-Fault Modeling Based on a Dynamic
Corner Frequency”, Bull. Seismol. Soc. Am, Vol. 95, No. 3, pp. 995–1010, June 2005.
3b.5 Timetable
I
Phase
Semester
Activity 1
Maximum Observable Shaking (MOS)
Individual sources and area sources faults parameters
(strike, dip, geometry and Mw) selection from the DISS
database
Definition of the input (geometric spreading and
attenuation, Q(f), etc) to be used in finite fault stochastic
simulation program
Test of MOS map in two selected areas. The possible
sources could be the Messina earthquake (1908) and
Central-Southern Alps (Garda lake).
Computation of MOS maps (PSA and SI) on a national
scale using only DISS individual sources
Computation of MOS maps (PSA and SI) on a national
scale using only DISS individual sources and area
sources
Graphic visualization of the MOS maps (PSA e SI) on a
national scale
Graphic visualization of the MOS (PSA e SI) on a regional
scale (0,02 grid)
Activity 2
Delimitation of Near-field boundaries
A theoretical method to approximate the near-field limit
Calibration of the method on the different focal
mechanisms (strike slip, normal and thrust fault)
1
2
1
2
-
-
-
X
-
-
-
-
X
-
-
X
X
X
X
X
X
-
-
-
X
X
Test the method on individual sources
X
Faults plane spatial uncertainties and near-field limit
X
Graphic visualization of the near-field limit
4b. Deliverables
1:
II
MOS maps of Italy:
1.1. PGA map using individual sources of DISS
189
2:
3:
1.2. SI (Housner) map using individual sources of DISS
1.3. PGA map using individual sources and area sources of DISS
1.4. SI (Housner) map using individual sources and area sources of DISS
MOS regional maps (0.02° grid):
2.1. PGA map using individual sources and area sources of DISS
2.2. SI (Housner) map using individual sources and area sources of DISS
Near-field limits maps
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
800
0,00
1600
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
3200
0
uso
1600
800
Totale
0,00
0,00
0,00
0,00
8000 Euro
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
700
0,00
2500
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2600
500
0
uso
0
700
Totale
7000 Euro
190
0,00
0,00
0,00
0,00
7.3. Totale
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
7000
0,00
1500
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
4100
0
5800
uso
500
1600
Totale
15000 Euro
191
0,00
0,00
0,00
0,00
RU 4.01 - Lavecchia Giusy
(Task B)
Titolo Seismogenic sources of major earthquakes of the Maiella and Abruzzo foothill areas:
constraints from macroseismic field simulations and regional seismotectonic data
1. Responsabile
Giusy Lavecchia, prof. Ordinario di Geologia Strutturale, Università G. d’Annunzio, Chieti
Qualifications
1977 Degree in Geological Science at the University of Naples, with result 110/110 cum lode
Post-graduated grant in Structural Geology given from the Italian National Council of Research
1980 Master Course in Structural Geology at Imperial College, London.
1981-1986
Research Position in Structural Geology at the Earth Science Department of
Perugia, Italy
1984
Associate Professor in Structural Geology at the Department of Geology and
Geophysics of Berkeley (U.S.A)
1987-1994
Associate Professor in Structural Geology at the Earth Science Department of
Perugia, Italy
1995-2008
Full Professor of Structural Geology at the Earth Science Department of Chieti, Italy
1997-2008
Head of the Geodynamic and Seismogenesis Laboratory, at the Earth
Science Department of Chieti
Specialization
Structural geology, tectonics, geodynamics, earthquake geology, seimotectogenesis ad
mamatogensis
Areas of Interest
Tyrrhenian sea, peninsular Italy, Sicily
5 papers
LAVECCHIA G. (1988)- The Tyrrhenian-Apennines system: structural setting and
seismotectogenesis. Tectonophysics, 147, 263-296.
LAVECCHIA G., BROZZETTI F., BARCHI M., KELLER J.V.A. & MENICHETTI M. (1994) Seismotectonic zoning in east-central Italy deduced from an analysis of the Neogene to Present
deformations and related stress fields. BULL. SOC. GEOL. AM., 106, 1107-1120.
Lavecchia G., Boncio P., Brozzetti F., Stucchi M. & LESCHIUTTA I. (2002) - New criteria for a 3-D
seismotectonic zoning of Central Italy. Boll. Soc. Geol. It, volume speciale 1, 881-890.
Pace B., Boncio P. & Lavecchia G. (2002) - The 1984 Abruzzo earthquake: an example of
seismogenic process controlled by interaction between differently oriented synkinematic faults.
Tectonophysics, 350, 237-254.
Pace B., Peruzza L., Lavecchia G. & Boncio P. (2006) – Layered Seismogenic Source Model and
Probabilistic Seismic-Hazard Analyses in Central Italy. Bulletin of the Seismological Society of
America, Vol. 96, 107-132.
192
Nominativo
(Cognome e
Nome)
Lavecchia
Giuseppina
Mesi/Persona
(personale non a
carico del
progetto)
I fase
II fase
Qualifica
Ente/Istituzione
Prof. Ordinario
Università di Chieti
1.5
1.5
1
1
1
1
Brozzetti
Francesco
Prof.
Associato
Prof.
Associato
Pace Bruno
Ricercatore
0.5
0.5
Visini Francesco
Ass. Ricerca
0.5
0
Milana Giuliano
Ricercatore
INGV - Roma
0.5
0.5
Galadini Fabrizio
Dirigente di
Ricerca
INGV - Milano
0
0
de Nardis Rita
Funzionario
DPC
1
0
Marcucci Sandro
Funzionario
DPC
1
0
Da definire
Assegnista
Boncio Paolo
Mesi/Persona
(personale a
carico del
progetto)
I fase
II fase
4
7
Le aree sismiche del pede-appennino abruzzese e della massiccio della Maiella sono localizzate in
una posizione intermedia tra la provincia sismotettonica distensiva intra-appenninica e quella
compressiva costiera adriatica (Pace et al., 2006). I terremoti storici della Maiella 1706 (I=IX-X; Maw
=6.6) e1933 (I=VIII-IX; Maw=5.7), Abruzzo meridionale 1881 (I=VIII; Maw=5.6) e 1882 (I=VII;
Maw=5.3) ed il terremoto del Gran Sasso 1950 (I=VIII; Maw =5.7) hanno interessato aree che si
estendono esternamente rispetto ai più orientali sistemi di faglie normali a direzione NNO-SSE ed
internamente rispetto al fronte compressivo attivo a direzione NNO-SSE. Questi terremoti sono
stati attribuiti a fagliazione inversa (es. Pace et al., 2006), a fagliazione normale della crosta
superiore e solo alcuni a thrust (Galadini et al., 2006; Pizzi et al., 2006),o ancora a fagliazione
trascorrente su strutture Est-Ovest (Fracassi and Valensise, 2007; Basili et al., 2008). Negli ultimi
anni l’area è stata affetta solo da una sismicità sparsa e di bassa magnitudo. La non ottimale
configurazione locale della rete sismica nazionale ed i dati strumentali disponibili sono inadeguati
per capire l’entità e la cinematica della deformazione nell’area della Maiella. L’assenza di
microsismicità nell’area della Maiella è stata confermata in un recente studio di Bagh et al., (2007),
grazie all’utilizzo di una rete temporanea locale. Tuttavia l’assetto tettonico superficiale e profondo
è abbastanza ben conosciuto (Scisciani et al., 2002 cum biblio; Patacca et al., 2008) ed inoltre
sono disponibili i dati macrosismici dei terremoti menzionati (Stucchi et al., 2007). L’integrazione
dei dati geologici e macrosismici, insieme alla valutazione degli effetti di amplificazione locale,
potrebbe quindi essere d’aiuto nel discriminare tra le differenti interpretazioni sismotettoniche
proposte. L’utilizzo del dato macrosismico è un argomento altamente dibattuto nella letteratura
scientifica. Negli ultimi 50 anni molti autori hanno proposto differenti approcci per quantificare i
parametri di sorgente sismica da terremoti storici. L’idea ha la sua origine nel lavoro di
Kovesligethy, (1907); successivamente con le relazioni di Blake (1941) e successive derivazioni
(Sponheuer, 1960; Shebalin, 1973) si è tentato di calcolare la profondità dei terremoti
considerando essenzialmente la forma e l’estensione del campo macrosismico. A fronte di un
193
generale successo nell’applicazione di tali formulazioni, i limiti di questi approcci, dovuti al non
considerare gli effetti di sito e della propagazione, sono ben noti. In realtà Gasparini et al. (1999)
ha mostrato che se esiste una buona documentazione storica dell’evento, le informazioni
epicentrali possono essere studiate con buona approssimazione e le caratteristiche essenziali
quali geometria e magnitudo della sorgente di forti terremoti possono essere debitamente stimate.
Un recente e comune approccio allo studio di eventi storici è basato sulla modellizzazione della
intensità macrosismiche generate da sorgenti di geometria nota, utilizzando varie tecniche, quali,
ad esempio, la simulazione del campo di onde sismiche per stimare i parametri di movimento del
suolo di interesse ingegneristico (picchi in accelerazione o in velocità). Vari autori (Zollo et al.,
1999; Gentile et al., 2003; Emolo et al., 2004), partendo da uno o più modelli di sorgente disponibili
in letteratura, hanno sia calcolato gli accellerogrammi in punti attorno la sorgente, sia stimato i
picchi di accelerazione e velocità usando relazioni empiriche e quindi discusso i risultati ottenuti
presentando le differenze tra le intensità osservate e calcolate. Altri Autori (Pettenati and Sirovich,
2003) stimano invece direttamente i parametri della sorgente (geometria e cinematica) dai dati di
intensità secondo un metodo di inversione globale con il quale viene esplorato l’intero spazio dei
parametri dei modelli.
Recentemente, de Nardis (2008) ha proposto un metodo che può essere considerato un ibrido tra
le due filosofie descritte. Attraverso una procedura d’inversione, strettamente vincolata ad
informazioni geologiche, viene simulato il campo di onde nei punti dove sono note le intensità
macrosismiche. L’inversione viene eseguita ricercando il minimo di una funzione obiettivo (L1
normalizzato) in uno spazio limitato di parametri del modello.
Bagh, S., Chiaraluce L., De Gori P., Moretti M., Govoni A., Chiarabba C., Di Bartolomeo P.,
Romanelli M., 2007 Background seismicity in the Central Apennines of Italy: The Abruzzo region
case study. Tectonophysics, 444, 80-92.
Basili, R., Valensise G,. Vannoli P, Burrato P., Fracassi U., Mariano S., Tiberti M. M., 2007. The
Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3: summarizing 20 years of research
on Italy’s earthquake geology. Tectonophysics, in press
Beresnev I. A., Atkinson G. M.; 1997. Modelling finite-fault radiation from the omega**n spectrum.
BSSA., 87, 67-84.
Beresnev I. A., Atkinson G. M.; 1998. Stochastic finite-fault modeling of ground motions from the
1994 Northridge, California, earthquake. I. Validation on rock sites. BSSA, 88, 1392-1401.
Blake A., 1941. On the estimation of focal depth from macroseismic data. BSSA 31, 225–231.
de Nardis R., 2008. Il contributo dei dati sismologici, storici e strumentali, alla definizione di
province e strutture sismogenetiche compressive in due segmenti del fronte appenninicomagrebide in Italia centrale e Sicilia. PhD Thesis, Università di Chieti,
Emolo A., Iannaccone G., Zollo A., Gorini A., 2004. Inferences on the source mechanisms of the
Irpinia (Southern Italy) earthquake from simulations of the kinematic rupture process. Annals of
Geophysics, 47, 1743-1754.
Fracassi U., Valensise G., 2007. Unveiling the Sources of the Catastrophic 1456 Multiple
Earthquake: Hints to an Unexplored Tectonic Mechanism in Southern Italy. BSSA, Vol. 97, No. 3,
pp. 725–748, June 2007, doi: 10.1785/0120050250
Galadini F., Mastino F., Pizzi A., Savarese F., Scisciani V., Tertulliani A.; 2006: Il terremoto del 10
settembre 1881 e la sismicità del settore “esterno” della regione abruzzese. GNGTS, 25°
convegno nazionale, 28-30 Novembre 2006, Roma
Gasperini P., Bernardini F., Valensise G., Boschi E., 1999. Defining seismogenic sources from
historical felt reports, BSSA, 89, 94-110.
Gentile F., Pettenati F., Sirovich L., 2003. Validation of the Automatic Source Inversion of the U. S.
Geological Survey Intensities of the Whittier Narrows, 1987 Earthquake. BSSA, 5, 1737-1747
Kirkpatrick S., Gelatt C. D. Jr., Vecchi M. P., 1983. Optimization by simulated annealing. Science,
220, 671-680
Kovesligethy R., 1907. Seismicher Starkegrad und Intensitat der Beben. Gerlands Beitr. z.
Geophysik 8, 363–366.
Mosegaard K., Sambridge M., 2002. Inverse Problems 18:3, R29
Pace B., Peruzza L., Lavecchia G., Boncio P., 2006. Layered Seismogenic Source Model and
Probabilistic Seismic-Hazard Analyses in Central Italy. BSSA, 96, 107-132.
194
Patacca E., Scandone P., Di Luzio E., Cavinato G.P., Parlotto M., 2008. Structural architecture of
the central apennines. Interpretation of the CROP11 seismic profile from the adriatic cosat to the
orographic divide. Tectonics, in press
Pettenati F., Sirovich L., 2003. Tests of Source-Parameter inversion of the U.S. Geological Survey
Intensities of the Whittier Narrows 1987 Earthquake. BSSA, 93, 47-60.
Pizzi A., Falcucci E., Gori S., Galadini F., Messina P., Di Vincemmo M., Esestime P., Giaccio B.,
Sposato A.; 2006: Faglie attive nell’area del massiccio della Maiella (Appennino abruzzese, Italia
centrale). GNGTS, 25° convegno nazionale, 28-30 Novembre 2006, Roma
Scisciani V., Tavarnelli E., Calamita F.; 2002: The interaction of extensional and contractional
deformations in the outer zone of the Central Apennines, Italy. J. Struct. Geology, 24, 1647-1658.
Shebalin N.V., 1973. Macroseismic data as information on source parameters of large
earthquakes. Physics of the Earth and Planetary Interiors 6, 316–323.
Sponheuer W., 1960. Methoden zur Herdtiefenbestimmung in der Makroseismik. Freiburg
Forschung-Hoschule 88, 117pp.
Stucchi M., Camassi R., Rovida A., Locati M., Ercolani E., Meletti C., Migliavacca P., Bernardini F.,
Azzaro R.; 2007: DBMI04, il database delle osservazioni macrosismiche dei terremoti italiani
utilizzate per la compilazione del catalogo parametrico CPTI04. Available from
http://emidius.mi.ingv.it/DBMI04/
Zollo A., Emolo A., Herrero A., Improta L., 1999. High frequency strong motion modelling in the
Catania area associated with Ibleo-Maltese fault system. J. Seismology, 3, 279-288.
3a.2 Obiettivi
L’obiettivo principale della nostra unità sarà quello di definire la possibile geometria 3D e la
cinematica delle sorgenti sismogenetiche individuali responsabili dei forti terremoti nell’area della
Maiella e del pede-appennino abruzzese.
Per poter valutare realisticamente i parametri della sorgente implementeremo e applicheremo il
metodo di inversione descritto in de Nardis (2008). L’approccio consiste nell’applicare le tecniche
di modellizzazione stocastiche proposte in Beresnev and Atkinson (1997) per generare forme
d’onda sintetiche del movimento del suolo da faglie di dimensione finita nei siti attorno la sorgente.
Verrà utilizzato il codice FINSIM (Beresnev and Atkinson,1998) per risolvere il problema diretto, nel
quale sono previste semplici forme funzionali degli effetti di sito e di percorso. L’approccio proposto
è particolarmente utile per simulare le alte frequenze del movimento del suolo, che sono le
principali responsabili dei danneggiamenti degli edifici (f > 1 Hz).
Ciascun modello di sorgente è selezionato sulla base di vincoli geologici e geofisici ed i valori di
intensità sono calcolati attraverso relazioni empiriche tra picchi di accelerazione e/o velocità ed i
valori di intensità.
Partendo da un set complesso di possibili sorgenti sismiche, derivate da informazioni geologichegeofisiche, selezioniamo le soluzioni più realistiche per ciascun terremoto, confrontando il campo
macrosismico osservato con quello calcolato. Il metodo sarà applicato ai dibattuti terremoti del
1706, 1881, 1882, 1933 e 1950.
La definizione in tre dimensioni delle sorgenti sismogenetiche di questi terremoti ci aiuterà nel
definire i confini delle province sismotettoniche nella regione investigata.
3a.3 Attività
Primo anno
1) Indagini di sismica passiva per la valutazione degli effetti di amplificazione locale (individuazione
di risposte di sito anomale) con il metodo di Nakamura. In tutti i paesi fortemente danneggiati (I>
IX) dal terremoto del 1706 saranno installate temporaneamente stazioni per l'acquisizione di
misure di rumore di fondo e/o per la registrazione della microsismicità. In 22 località campagne di
misure sono state già effettuate; per avere un quadro completo di tutti i siti che hanno riportato un
grado di danneggiamento con intensità > IX ci si propone di estendere le misure ad altre località.
2) Analisi di dati geologico strutturali e geofisici per la ricostruzione delle geometrie 3D delle
possibili sorgenti sismogenetiche del terremoto del 1706 ed applicazione del codice d’inversione .
Secondo anno
195
3) Analisi dei vincoli geologici e geofisici per la ricostruzione delle geometrie 3D delle possibili
sorgenti sismogenetiche dei principali terremoti storici della Maiella e del pede-Appennino
abruzzese (1881, 1882, 1933, 1950) ed applicazione del codice d’inversione.
4) Identificazione e parametrizzazione delle sorgenti sismogenetiche investigate e proposta di una
zonazione sismotettonica dell'area.
3a.4 Metodologia
La definizione dei modelli di sorgente è il primo passo nel percorso metodologico che intendiamo
proporre. Ricostruiamo la geometria 3D delle possibili sorgenti partendo da dati geologici di
superficie integrati con informazioni di geologia regionale e di sezioni sismiche disponibili in
letteratura. Successivamente l’inversione è eseguita minimizzando la norma L1 attraverso due
approcci: una ricerca uniforme su una griglia ed un inversione globale come il simulated annealling
(Kirkpatrick et al., 1983; Mosegaard and Malcolm, 2002). Anche se il metodo di ricerca su griglia
non è raccomandabile per risolvere questo tipo di problema inverso, a causa del tempo speso nel
calcolo, una ricerca uniforme diventa necessaria negli studi preliminari se si vuole meglio
caratterizzare la norma L1 nello spazio dei parametri del modello. La migliore soluzione, o le
migliori soluzioni, sono selezionate considerando i valori minimi di L1 calcolati rispetto a tutti i dati
macrosismici osservati e quindi rispetto alle classi di intensità. Un’analisi delle proprietà ed una
discussione dei risultati ottenuti sarà comunque effettuata poiché, anche se viene individuata la
miglior soluzione, corrispondente ad un minimo globale di una funzione obiettivo calcolata con un
algoritmo sofisticato, questa può essere priva di alcun significato se non viene opportunamente
discussa considerando gli errori nei parametri di input. La funzione L1, se rappresentata sui
parametri del modello potrebbe mostrare un minimo unico, ma piatto. Di conseguenza, una
rappresentazione grafica, in termini di isolinee di L1 delle migliori soluzioni, può aiutare nel
localizzare geograficamente la possibile enucleazione del terremoto. La stretta interpretazione dei
dati geologici s.l. e macrosismici, specialmente quando vengono valutati gli effetti di amplificazione
locale, può aiutare nel discriminare tra differenti interpretazioni sismotettoniche.
Riassumendo, i passi essenziali del percorso metodologico sono:
a) Definizione della geometria 3D delle varie ed alternative possibili sorgenti sismiche individuali in
associazione ad uno stesso terremoto
b) Valutazione dei possibili effetti locali sul campo macrosismico (solo per l’area della Maiella)
c) Stima degli scenari sismici in termini di intensità macrosismica, calcolando accellerogrammi
sintetici da differenti configurazioni e profondità dei modelli di sorgente, con una modellizzazione
stocastica a faglia-finita del movimento del suolo;
d) Selezione del miglior modello di sorgente per ciascun terremoto e loro inquadramento in un
contesto sismotettonico regionale.
3a.5 Cronoprogramma
Fase
Semestre
Valutazione degli effetti locali sul campo macrosismico
del terremoto della Maiella del 1706
Analisi di dati geologico-strutturali e geofisici per la
ricostruzione delle geometrie 3D delle possibili sorgenti
sismogenetiche del terremoto del 1706; inversione delle
varie sorgenti e selezione del modello migliore
Ricostruzione delle geometrie 3D ed inversione sorgenti
del 1881, 1882, 1933, 1950
Definizione del contesto sismotettonico dei terremoti
analizzati
196
I
1
II
2
1
2
X
X
X
X
4a. Prodotti
Identificazione della geometria 3D e della cinematica delle possibili sorgenti sismogenetiche dei
terremoti storici studiati (1706, 1881,1882, 1933, 1950), con definizione dei parametri di sorgente e
del contesto sismotettonico regionale
Previste presentazioni a convegni e pubblicazioni su riviste internazionali
È prevista la continuazione di collaborazioni già avviate con ricercatori del Dipartimento di
Protezione Civile e dell’INGV
The Abruzzo foothill seismic area and the Maiella massif are geographically located in an
intermediate position between the intra-Apennine extensional seismotectonic province and the
Coastal Adriatic compressional seismotectonic province (Pace et al., 2006). In fact, the Maiella
1706 (I=IX-X; Maw =6.6) and 1933 (I=VIII-IX; Maw=5.7), the Abruzzo meridionale 1881 (I=VIII;
Maw=5.6) and 1882 (I=VII; Maw=5.3) and the Gran Sasso 1950 (I=VIII; Maw=5.7) earthquakes
stroke areas extending outward of the easternmost, NNW-SSE striking, active normal fault
alignment and inward of the NNW-SSE striking active thrust front. These earthquakes have been
attributed either to thrust faulting (e.g. Pace et al., 2006) or to upper crust normal faulting and partly
to thrust faulting (Pizzi et al., 2006; Galadini et al., 2006) or to E-W strike slip faulting (Basili et al.,
2007; Fracassi and Valensise, 2007). In the recent past, the area has been only affected by minor
and sparse seismicity. The poor local configuration of the national seismic network and of the
available seismic instrumental data are inadequate to constrain the active deformation pattern of
the Maiella area and its kinematics. Moreover, recent employment of a temporal seismic network,
located in the Abruzzo region, confirmed the absence of microseismicity in the Maiella area (Bagh
et al., 2007). On the other hand, the shallow and deep tectonic setting of the area is rather well
known (Scisciani et al., 2002 and references therein; Patacca et al., 2008) and macroseismic data
of the afore-mentioned earthquakes are available on DBMI04 (Stucchi et al., 2007).
The integration of geological and macroseismic field data, together with the evaluation of local
amplification effects, may help to discriminate among different proposed seismotectonic
interpretations. The use of macroseismic data is an highly debated topic in literature. In the past 50
years many authors proposed various algorithms to quantify the source parameters of historical
events with different approaches. The idea has its origin in the work of Kovesligethy, (1907);
successively the Blake’s formula (1941) and its derivations (Sponheuer, 1960; Shebalin, 1973)
permitted to compute the depth of historical events considering essentially the shape and
extension of macroseismic field. In spite of the overall success, the limit of such an approach, that
does not consider the effect of propagation path and site effects, are well known.
If a reliable historical documentation exists, epicentre information can be deduced with a good
approximation as described by Gasparini et al. (1999) who proposed a method to asses the
location, geometry and magnitude of the source of large historical earthquakes stressing that with
these data it is possible to evaluate only these essential characteristics.
A recent common approach to study historical earthquakes is based on modelling macroseismic
intensity generated by sources of known geometry with various technique: i.e. simulating the
seismic waves field in the estimation of ground motion parameters that are of engineering interest
197
(peak of acceleration or velocity). Several authors (Zollo et al., 1999; Gentile et al., 2003; Emolo et
al., 2004) starting from one or more source models, available in the literature, computed time
histories at various points around the sources, estimated the peak of acceleration or velocity using
empirical relationships and discussed the obtained results in terms of differences between the
calculated and observed intensities. Other authors (Pettenati and Sirovich, 2003) inferred directly
source parameters (geometric and kinematic information) from intensity data by using a global
inversion technique which explores the entire space of the model parameters.
Recently, de Nardis (2008) proposed a method that can be considered as an hybrid approach in
relation with the afore described ones. It is a geologically constrained inversion procedure that
consists in the simulation of wave field in many points corresponding to the known intensity values.
The inversion was performed searching the minimum of an objective function (L1 norm) on a
limited space of the model parameters.
Bagh, S., Chiaraluce L., De Gori P., Moretti M., Govoni A., Chiarabba C., Di Bartolomeo P.,
Romanelli M., 2007 Background seismicity in the Central Apennines of Italy: The Abruzzo region
case study. Tectonophysics, 444, 80-92.
Basili, R., Valensise G,. Vannoli P, Burrato P., Fracassi U., Mariano S., Tiberti M. M., 2007. The
on Italy’s earthquake geology. Tectonophysics, in press
Beresnev I. A., Atkinson G. M.; 1997. Modelling finite-fault radiation from the omega**n spectrum.
BSSA., 87, 67-84.
Beresnev I. A., Atkinson G. M.; 1998. Stochastic finite-fault modeling of ground motions from the
1994 Northridge, California, earthquake. I. Validation on rock sites. BSSA, 88, 1392-1401.
Blake A., 1941. On the estimation of focal depth from macroseismic data. BSSA 31, 225–231.
de Nardis R., 2008. Il contributo dei dati sismologici, storici e strumentali, alla definizione di
province e strutture sismogenetiche compressive in due segmenti del fronte appenninicomagrebide in Italia centrale e Sicilia. PhD Thesis
Emolo A., Iannaccone G., Zollo A., Gorini A., 2004. Inferences on the source mechanisms of the
Irpinia (Southern Italy) earthquake from simulations of the kinematic rupture process. Annals of
Geophysics, 47, 1743-1754.
Fracassi U., Valensise G., 2007. Unveiling the Sources of the Catastrophic 1456 Multiple
Earthquake: Hints to an Unexplored Tectonic Mechanism in Southern Italy. BSSA, Vol. 97, No. 3,
pp. 725–748, June 2007, doi: 10.1785/0120050250
Galadini F., Mastino F., Pizzi A., Savarese F., Scisciani V., Tertulliani A.; 2006: Il terremoto del 10
settembre 1881 e la sismicità del settore “esterno” della regione abruzzese. GNGTS, 25°
convegno nazionale, 28-30 Novembre 2006, Roma
Gasperini P., Bernardini F., Valensise G., Boschi E., 1999. Defining seismogenic sources from
historical felt reports, BSSA, 89, 94-110.
Gentile F.; Pettenati F.; Sirovich L., 2003. Validation of the Automatic Source Inversion of the U. S.
Geological Survey Intensities of the Whittier Narrows, 1987 Earthquake. BSSA, 5, 1737-1747
Kirkpatrick S., Gelatt C. D. Jr., Vecchi M. P., 1983. Optimization by simulated annealing. Science,
220, 671-680
Kovesligethy R., 1907. Seismicher Starkegrad und Intensitat der Beben. Gerlands Beitr. z.
Geophysik 8, 363–366.
Mosegaard K., Sambridge M., 2002. Inverse Problems18:3, R29
Pace B., Peruzza L., Lavecchia G., Boncio P., 2006. Layered Seismogenic Source Model and
Probabilistic Seismic-Hazard Analyses in Central Italy. BSSA, 96, 107-132.
Patacca E., Scandone P., Di Luzio E., Cavinato G.P., Parlotto M., 2008. Structural architecture of
the central apennines. Interpretation of the CROP11 seismic profile from the adriatic cosat to the
orographic divide. Tectonics, in press
Pettenati F., Sirovich L., 2003. Tests of Source-Parameter inversion of the U.S. Geological Survey
Intensities of the Whittier Narrows 1987 Earthquake. BSSA, 93, 47-60.
Pizzi A., Falcucci E., Gori S., Galadini F., Messina P., Di Vincemmo M., Esestime P., Giaccio B.,
Sposato A.; 2006: Faglie attive nell’area del massiccio della Maiella (Appennino abruzzese, Italia
centrale). GNGTS, 25° convegno nazionale, 28-30 Novembre 2006, Roma
Scisciani V., Tavarnelli E., Calamita F.; 2002: The interaction of extensional and contractional
deformations in the outer zone of the Central Apennines, Italy. J. Struct. Geology, 24, 1647-1658.
198
Shebalin N.V., 1973. Macroseismic data as information on source parameters of large
earthquakes. Physics of the Earth and Planetary Interiors 6, 316–323.
Sponheuer W., 1960. Methoden zur Herdtiefenbestimmung in der Makroseismik. Freiburg
Forschung-Hoschule 88, 117pp.
Stucchi M., Camassi R., Rovida A., Locati M., Ercolani E., Meletti C., Migliavacca P., Bernardini F.,
Azzaro R.; 2007: DBMI04, il database delle osservazioni macrosismiche dei terremoti italiani
utilizzate per la compilazione del catalogo parametrico CPTI04. Available from
http://emidius.mi.ingv.it/DBMI04/
Zollo A., Emolo A., Herrero A., Improta L., 1999. High frequency strong motion modelling in the
Catania area associated with Ibleo-Maltese fault system. J. Seismology, 3, 279-288.
3b.2 Goals
Main goal of our unit will be to constrain the likely 3D geometry and kinematics of the individual
seismogenic sources responsible for the major earthquakes of the Maiella and Abruzzi foothills
area.
In order to evaluate reliable source parameters for these earthquakes we will apply the inversion
method elaborated by de Nardis (2008). The approach consists in applying the stochastic
modelling technique proposed by Beresnev and Atkinson (1997, 1998) to generate synthetic
ground motion waveforms from finite fault, at several site around the source. The FINSIM code
(Beresnev and Atkinson 1998) is used in order to solve the forward problem, which also
incorporates into simple functional forms the path and site effects. The proposed approach is
particularly useful for simulating the higher-frequency ground motion, mainly responsible for
earthquake damages in masonry and low raise concrete buildings (f >1 Hz).
Each input source model is selected on the basis of geological and geophysical constraints and the
calculated intensities are evaluated using the empirical relationships relating peak ground
acceleration and/or velocity to intensity values.
Starting from a complex set of possible seismic sources derived from geological and geophysical
information, we select the most reliable source of each earthquake by comparing the observed
macroseismic field with the calculated intensity data points. The method will be applied to the
debated 1706, 1933, 1881, 1882 and 1950 earthquakes.
The definition of the 3D seismogenic sources of such earthquakes will also help to define the
surface boundary of homogenous seismotectonic province in the investigated region.
First year
2) Field survey of the Maiella area aimed to estimate local amplification effects (or only an
evaluation of anomalous site responses) using Nakamura’s approach. It will be collected tremor
data in all sites where the 1706 earthquake have caused severe damages (an intensity value
grater than IX). 22 localities were already investigated; we will perform further measurements in
other sites.
2) Analysis of geological-geophysical constraints for reconstruction of the 3D geometry of the
various possible sources of the 1706 earthquake (e.g. thrust, normal fault, strike slip); application
of the inversion code and selection of the best model.
Second year
3) Analysis of geological-geophysical constraints for the reconstruction of the 3D geometry of the
source of other major historical earthquakes of the Maiella and Abruzzi foothill area (1881, 1882,
1933, 1950) and application of the inversion code to these earthquakes.
4) Definition of the regional seismotectonic setting of the Maiella and Abruzzo foothill area, with
paremerisation of the sources of the major historical earthquakes.
3b.4 Methodology
The definition of seismic source models is a first step in the methodological flow of our proposed
approach. We reconstructed the likely 3D geometry of the possible seismic sources starting from
geological field data integrated with regional geological data and seismic sections available in the
literature. Successively, the inversion is carried out minimizing the L1 norm, using two approaches:
199
uniform search on a grid and a global inversion method as the simulated annealing (Kirkpatrick et
al., 1983; Mosegaard and Malcolm, 2002). Even if the grid-search method is not recommended to
solve this kind of inverse problem, because it is very time-consuming, the uniform search is
necessary in this preliminary studies in order to better characterize the L1 norm in the space of the
model parameters. The best solution (or best solutions) is selected considering the minimum
values of L1 norm calculated respect to all macroseismic data and the minimum value of L1 norm
calculated respect to intensity classes. A property analysis and discussion of results is performed
because even the best solution (corresponding to a global minimum of an objective function
calculated with sophisticate algorithm) can be meaningless if not opportunely discussed
considering the error of the input data. The L1 norm function, if represented versus the model
parameters, might show a unique but flat minimum. Consequently a graphical representation in
terms of L1 contour of the best solutions is given in order to locate geographically the possible
nucleation of the earthquake that represents the best fit of the constrained inversion to
macroseismic data.
The close interpretation of geological s.l. data with macroseismic field data, especially when also
evaluating the local amplification effects, may help to discriminate among different proposed
seismotectonic interpretations.
Summarizing the essential methodological steps are:
a) definition of the 3D geometry of all the alternative, geologically plausible, individual seismogenic
sources for any considered earthquake;
b) evaluation of possible local effects on the macroseimic field data (only for the Maiella Massif
area);
c) estimation of seismic scenario in terms of macroseismic intensity, calculating synthetic strong
motion time histories starting from different configurations and depths of the seismogenic source
models, with a stochastic finite-fault modeling of ground motion;
d) selection of the best source model for each considered earthquake and proposal of a regional
seismotectonic zoning.
3b.5 Timetable
Phase
Semester
Evaluation of local effects on the Maiella 1706
macroseimic field
Analysis of geological-geophysical constraints for
reconstruction of the 3D geometry of the various possible
sources of the 1706 earthquake;application of an
inversion code and selection of the best source
Geologically constrained-inversion of the 1881, 1882,
1933 and 1950 earthquakes
Regional seismotectonic analysis of the Maiella and
Abruzzo foothills areas
I
1
II
2
1
2
X
X
X
X
4b. Deliverables
Source parameters on the likely seismogenic sources of the studied historical earthquakes (1706,
1881,1882, 1933, 1950); constraints on the regional seismotectonic context.
The results will be presented at national and international congresses and will be submitted for
publication on international magazines.
200
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato
Finanziato
dal
Dipartimento e
c=
b
a-b
0,00
3) Costi Amministrativi (solo per
4) Spese per studi, ricerche e
prestazioni professionali
2500
0,00
7000
0,00
0,00
6) Spese per materiale tecnico durevole
e di uso
0,00
500
Totale
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
0,00
10000,00
7.2. II fase
Finanziato
Finanziato
dal
Dipartimento e
c=
b
a-b
0,00
500
0,00
9000
0,00
0,00
e di uso
0,00
500
Totale
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
0,00
10000,00
7.3. Totale
Finanziato
Finanziato
dal
Dipartimento e
c=
b
a-b
0,00
3000
201
0,00
16000
0,00
e di uso
Totale
0,00
0,00
1000
0,00
202
20000,00
0,00
Progetto S1 - RU 5.01 - Aoudia Abdelkrim
(Task A)
Titolo Short-term behavior of the Polino-Castrovillari fault system and transient deformation
1. Responsabile UR
Abdelkrim Aoudia, Research Scientist
Earth System Physics Section
Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics
Strada Costiera 11, 34100, Trieste
Education:
1991: State Engineer in soil - rock mechanics, University of Algiers, Algeria
1998: PhD in Geophysics, University of Trieste, Italy
Research interest and main activities:
kinematics and dynamics of the continental deformation blending GPS, Seismology, Geology, tied
through realistic numercial modelling;
structure and rheology of the earth using surface-wave tomography and non-linear inversion along
with petrological and geochemical dataset;
fault & earthquake mechanics (studies on specific earthquakes looking at different geometries of
faulting and related complexities);
local and regional (country-wide) earthquake hazard assessment.
Honors and Services
1991: Majeur de Promotion (School major)
1992: Winner of the 1992 Algerian Foreign Ministry - British Embassy PhD fellowship
1994: TRIL – ICTP Fellowship (Training and Research in Italian Laboratory Program)
1999 - 2004: Member of the advisory board for Continuous GPS (Italian Space Agency)
1999 – 2003: European Geophysical Society principal Convenor
1999 – 2001: European Geophysical Society Program Committee member
2001: Member of the Commission of the Italian Ministry of foreign affairs visiting India after the
Bhuj earthquake
2000 - 2002: Officer of the European Geophysical Society
2003: Officer of the Asia Oceania Geosciences Society
2003: Advisor of the Algerian Presidency for earthquake risk reduction measures
2004: Member, Review Panel, Global Monitoring for Environment and Security (GMES), European
Space Agency
2005: Winner of the Italian national vacancy call for the position of “Primo Ricercatore” at the
National Institute for Oceanography and Experimental Geophysics (INOGS)
2005: Member of the Scientific Council of the Algerian Space Agency
2005: Coordinator of the Earth System Physics Diploma Course
2005: Member of the UNESCO-IOC working group on the Indian Ocean Tsunami Early Warning
System
2006: Member of the EU commission – Alpine Space Framework Programme (2007 – 2013)
203
2006: Principal Organiser of the Conference “Today’s Alps Tomorrow” at the First Alpine Space
Summit – Stresa (19-20 June 2006)
Aoudia, A., Sarao’, A., Bukchin, B. and Suhadolc, P., 2000. The 1976 Friuli (NE Italy) thrust faulting
earthquake: A reappraisal 23 years later, Geophysical Research Letters, vol. 27, 573-576.
Riva, R., Aoudia A., Vermeersen, L. L. A., Sabadini, R. and Panza, G. F., 2000. Crustal vs
asthenospheric relaxation and postseismic deformation for shallow normal faulting earthquakes:
The Umbria-Marche (Central Italy) case, Geophysical Journal International, vol 141, 1-5.
Aoudia, A., Borghi, A., Riva, R., Barzaghi, R., Ambrosius, B. A. C.; Sabadini, R.; Vermeersen, L. L.
A.; Panza, G. F. 2003. Postseismic deformation following the 1997 Umbria-Marche (Italy)
moderate normal faulting earthquakes, Geophysical Research Letters, v. 70, 1390-1393.
Riva R. A. Borghi, A. Aoudia, B. Barzaghi, R. Sabadini & G.F. Panza. 2007. Viscoelastic relaxation
and long-lasting after-slip following the 1997 Umbria-Marche (Central Italy) earthquakes.
Geophysical Journal International, 169, 534-546, 2007.
Chimera, G., Aoudia, A., Sarao’, A., and Panza, G.F., 2003. Active Tectonics in Central Italy:
constraints from surface wave tomography and source moment tensor inversion. Physics of the
Earth and Planetary Interior (PEPI), 138: 241-262.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Borghi Alessandra
Della Via Giorgio
Aoudia Abdelkrim
Qualifica
Ente/Istituzione
Collaboratrice di INOGS: c/o Politecnico di
ricerca
Milano
Collaboratore di
Universita’ di Milano
ricerca
Research
ICTP
Scientist
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
2
2
1
3
2
2
I fase
II fase
Una comprensione adeguata della pericolosita’ sismica richiede una buona conoscenza del
comportamento a breve termine delle faglie sismogenetiche durante la loro fase intersismica. Le
tecniche geodetiche assieme ad una modellistica geofisica permettono il monitoraggio e lo studio
della deformazione della crosta terrestre e delle sue diverse scale temporali e spaziali. Questo uso
integrato della geodesia e della geofisica verra’ messo in opera nella zona sismogenetica del
Polino-Castroviallri caratterizzata da un anomalo stato quiescente dell’attivita’ sismica (Cinti et l.,
2000).
Si fara’ uso delle stazioni GPS Cat-Scan assieme ad una rete locale a torno alla faglia del Polino
composta da 10 siti (2003-2007) per monitorare e modellare la componente asismica della
deformazione lungo la faglia del Polino.
L’importanza di tali studi sta nella comprensione del bilancio nel momento della deformazione che
avra’ ricadute dirette sulla quantificazione della pericolosita’ sismica. I spostamenti asismici
ridistribuiscono i sforzi nella crosta terrestre dunque possono vincolare il locus dei prossimi eventi
sismici. Mappare i spostamenti asismici su i piani di faglie aiuta a meglio vincolare le legge di
attrito.
3a.2 Obiettivi
Mappare la distribuzione della velocita’ asismica a breve termine, e altre possibili deformazioni
transitorie sul piano di faglia;
204
Confrontare le velocita’ a breve termine con quelle ricavate dalla paleosismologia;
Monitorare deformazioni transitorie a scala regionale usando dati Cat-Scan CGPS;
Confrontare le velocita’ a breve termine con le velocita’ tettoniche ricavate a scala regionale;
Risvolto sulla pericolosita’ sismica nella zona del Polino.
3a.3 Attività
Attivita’ 1Secondo la disponibilita’ finanziaria e la sicurezza (contro vandali o furti) per spiegamento di 2 o 3
stazioni GPS permanenti al posto dei siti mobili sia sul hanging che foot walls della faglia; altrimenti
una misura della rete mobile sara’ eseguita.
Attivita’ 2Analisi dati Cat-Scan CGPS usando una procedura innovativa;
Attivita’ 3Modellazione dei dati GPS e calcolo della velocita’ asismica nel tempo e nello spazio lungo la
faglia del Polino.
3a.4 Metodologia
Analisi dati GPS CatScan per deformazioni transitorie
Per individuare eventuali discontinuità nelle serie temporali GNSS senza conoscere l’epoca alla
quale sono avvenute, si può applicare l’approccio Bayesiano descritto in [de Lacy et al., 2008]. Il
metodo proposto dagli autori consiste nel trovare discontinuità in segnali lisci (y0), come quelli
modellizzabili con regressioni polinomiali multiple, applicando la teoria bayesiana. Le epoche (τ)
alle quali corrisponde una discontinuità possono essere ricavate dalla loro distribuzione marginale
a posteriori p(τ | y0) e stimate come i valori con la più alta probabilità a posteriori (MAP). Fissate le
epoche corrispondenti ai salti, la loro ampiezza (k) può essere ricavata dalla distribuzione a
posteriori p(k| τ, y0).
de Lacy M.C., Reguzzoni M., Sansò F. and Venuti G. (2008) - The Bayesian detection of
discontinuities in a polynomial regression and its application to the cycle-slip problem – Journal of
Geodesy , DOI 10.1007/s00190-007-0203-8
Modellazione della velocita’ asismica
si fara’ uso di: 1- una modellazione diretta tramite “Okada elastic half-space” per il calcolo
delle velocita’ in superficie dovute ad un spostamento nel tempo sul piano di faglia, e di un
inversione usando il metodo “Occam” minimizzando le differenze nelle ampiezze degli spostamenti
fra i vari quadri di suddivisione della faglia; il metodo Occam verra’ usato nella sua versione
lineare.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Analisi dati Cat-Scan CGPS
X
X
X
-
Calcolo della distribuzione della velocita asismica sul
piano della faglia del Polino
-
-
X
X
4a. Prodotti
Velocita’ asismica di scorrimento a breve termine della faglia del Polino
Deformazioni transitorie e distribuzione nello spazio e nel tempo della velocita’ di scorrimento
Deformazioni transitorie nei dati GPS Cat-Scan
205
A key issue in our understanding of the earthquake hazard is the behaviour of an active fault
system at plate boundaries during their inter-seismic phase. Geodetic techniques, together with
geophysical modelling, make possible monitoring and modelling the deformation of the Earth at
different lengths and time scales. Displacements over the fault plane at the local scale, which in
turn is embedded at depth within a regional plate boundary scale, are imaged from geodetic data.
Such an integrated geophysical and geodetic approach will be brought to bear on the slowly
deforming, normal faulting Pollino-Castrovillari quiescent and seismogenic zone (Cinti et al., 2000),
within the Africa-Eurasia plate boundary in Southern Italy.
We will make use of the CatScan continuous GPS stations along with an existing campaign GPS
network made of 10 sites spanning the time period 2003-2007 to monitor and model the short term
aseismic creeping behaviour of the Polino-Castrovillari normal fault. There are numerous important
reasons for engaging in detailed studies of the aseismic deformation on seismogenic faults.
Aseismic slip can have a strong influence on the moment budget of faults which needs to be
quantified for accurate seismic hazard estimates. Aseismic slip also redistributes stress in the crust
affecting the locations of future earthquakes. Finally, imaging aseismic slip may help constrain fault
zones constitutive laws.
3b.2 Goals
Image the short-term aseismic slip rates over the Polino-Castrovillari fault along with possible
transients;
Compare the short-term rates with the paleoseismological rates;
Chase transient deformation at the regional scale on the continuous Cat-Scan GPS stations
Compare the short –term rates with the tectonic rates at the scale of the plate-boundary;
Implications on the earthquake hazard of the Polino area.
Activity 1If funding allows and if necessary security conditions for GPS deployment are met, we will occupy
in a continuous fashion, and as long as we can, two or three selected campaign sites, on both fault
hanging and foot walls. Otherwise a GPS campaign will be done over the existing network.
Activity 2Reduce the nearby Cat-Scan continuous GPS using a sophisticated data reduction procedure
(Project start- End First Phase)
Activity 3Model the GPS data and retrieve the time-dependent slip rate distribution over the Castrovillari
fault: (Second Phase-onwards)
3b.4 Metodology
Continuous GPS data reduction for transient deformation:
To investigate unknown GNSS time series discontinuities, the Bayesian approach described in [de
Lacy et al., 2008] can be applied. The method proposed by the authors consists in finding
discontinuities in smooth signal (y0), i.e. in a signal that can be reasonably modelled by a multiple
polynomial regression, using the Bayesian theory. The epochs (τ) corresponding to discontinuities
206
can be computed by their marginal posterior distribution p(τ | y0) and obtained as the highest
posterior probability. Fixed the jump epochs, their amplitude (k) can be estimated by posterior
distribution p(k| τ, y0).
de Lacy M.C., Reguzzoni M., Sansò F. and Venuti G. (2008) - The Bayesian detection of
discontinuities in a polynomial regression and its application to the cycle-slip problem – Journal of
Geodesy , DOI 10.1007/s00190-007-0203-8
Aseismic Slip rate Modelling:
The fault slip rate modelling will be based on the forward Okada elastic half-space model, to
evaluate surface velocities due to slip velocities on the fault, and on the Occam inversion method,
building on the concept of minimization of the roughness or differences in the slip amplitude among
the various patches in which the fault will be subdivided; Occam method will be used within its
linearized version, due to the elastic properties of the Earth’s crust.
3b.5 Timetable
I
Phase
Semester
Reduce the nearby Cat-Scan continuous GPS -X
II
1
2
1
-X
retrieve the time-dependent slip rate distribution
over the Polino-Castrovillari fault
2
X
-
-X
-X
4b. Deliverables
Short term (decadal) slip rate of the Castrovillari fault
Transient and time-dependent slip rate distribution over the Castrovillari fault plane
Transients in the Cat-Scan CGPS
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
1500
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
5000
0,00
0
0,00
0
0,00
0
0,00
6500
207
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
1500
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
2000
0,00
0
0,00
0
0,00
0
0,00
3500
7.3. Totale
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0
0,00
3000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
7000
0,00
0
0,00
0
0,00
0
0,00
10000
208
Progetto S1 - RU 5.02 - Crescentini Luca
(Task A)
Titolo Conseguenze dell'utilizzo di stratificazioni crostali standard nell'inversione di dati di
deformazione cosismica.
1. Responsabile UR
Luca Crescentini, Professore Associato confermato, Dipartimento di Fisica Università di Salerno
1981: Diploma di Laurea in Fisica, Università di Pisa; Diploma di Licenza in Fisica, Scuola Normale
Superiore di Pisa.
1987: Dottorato di Ricerca in Fisica, Università di Roma "La Sapienza".
Dal 1985 al 1998 è stato ricercatore di Geofisica presso l'Università dell'Aquila; dal 1 novembre
1998 al 31 ottobre 2004 è stato professore associato di Geofisica
della Terra Solida presso l'Università di Camerino; dal 1 novembre 2004 è professore associato di
Geofisica della Terra Solida presso l'Università di Salerno. In
passato ha effettuato ricerche su varie applicazioni, soprattutto geofisiche, dell'ottica classica e
quantistica, progettando e realizzando della stazione interferometrica del Gran Sasso, finalizzata a
misure di deformazione della crosta terrestre di grande sensibilità (fino a 1 picostrain) in un
intervallo di frequenze che si estende da alcuni herz fino al continuo. Ha lavorato in questo
progetto sin dai suoi inizi; ne è stato responsabile di
unità locale dal 1989 ed è responsabile nazionale dal 1992. Attualmente lavora in varie
problematiche relative alle deformazioni del suolo, sia per lo studio dei processi di frattura delle
faglie e dei rilassamenti postsismici, che per lo studio dei movimenti del magma in aree vulcaniche.
In questo ambito, si è occupato dei maggiori eventi sismici del secolo scorso (Messina 1908,
Fucino 1925, Irpinia 1980) e della crisi flegrea del 1982-1984.
1) AMORUSO A, CRESCENTINI L., SCARPA R. (2002). Source parameters of the 1908 Messina
Straits, Italy, earthquake, from geodetic and seismic data. JOURNAL OF GEOPHYSICAL
RESEARCH. vol. 107, pp. 2080-- ISSN: 0148-0227. doi:10.1029/2001JB000434.
2) AMORUSO A., CRESCENTINI L., C. FIDANI. (2004). Effects of crustal layering on source
parameter inversion from coseismic geodetic data. GEOPHYSICAL JOURNAL INTERNATIONAL.
vol. 159, pp. 353-364 ISSN: 0956-540X. doi:10.1111/j.1365-246X.2004.02389.
3) AMORUSO A., CRESCENTINI L., R. SCARPA. (2005). Faulting geometry for the complex 1980
Campania-Lucania earthquake from leveling data. GEOPHYSICAL JOURNAL INTERNATIONAL.
vol. 162, pp. 156-168 ISSN: 0956-540X. doi:10.1111/j.1365-246X.2005.02652.x.
4) AMORUSO A, CRESCENTINI L., D'ANASTASIO E, AND DE MARTINI P. M. (2005). Clues of
postseismic relaxation for the 1915 Fucino earthquake (central Italy) from modeling of leveling
data. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS. vol. 32, pp. L22307-- ISSN: 0094-8276.
doi:10.1029/2005GL024139.
5) AMORUSO A, CRESCENTINI L. (2007). Inversion of leveling data: How important is error
treatment?. GEOPHYSICAL JOURNAL INTERNATIONAL. ISSN: 0956-540X. doi:10.1111/j.1365246X.2007.03585.x.
209
Nominativo
(Cognome e Nome)
Amoruso Antonella
Crescentini Luca
Qualifica
Ricercatore
Confermato
Prof. Associato
Confermato
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
I fase
II fase
Dip. Fisica Univ. Salerno
2
2
0
0
Dip. Fisica Univ. Salerno
2
2
0
0
Negli ultimi anni, un numero sempre maggiore di eventi sismici è stato studiato anche attraverso
l'analisi delle deformazioni cosismiche registrate mediante livellazioni, GPS, SAR, ecc. L'analisi dei
dati di deformazione cosismica fornisce un quadro complementare a quello dato dall'analisi dei dati
sismici: permette di introdurre vincoli su forma e posizione della sorgente e sulla distribuzione dello
scorrimento, ed è potenzialmente in grado di rilevare la presenza di aree della faglia che hanno
subito scorrimenti troppo lenti per generare onde sismiche registrabili. L'insieme di tali informazioni
ha rilevanti conseguenze sulla stima della pericolosità sismica, per esempio in termini di variazioni
dello stato di sforzo nelle aree circostanti la sorgente dell'evento sismico.
La presenza di eterogeneità nelle caratteristiche del mezzo e della topografia modifica in maniera
a volte rilevante il segnale di deformazione. I codici di inversione dei dati di deformazione sono
necessariamente basati sulle tecniche Monte Carlo, che rappresentano l'unico metodo efficiente di
campionamento dello spazio dei parametri del modello e quindi di stima dei valori più probabili dei
parametri ma soprattutto delle loro distribuzioni di probabilità (ad es. Amoruso et al., 2005). Le
tecniche Monte Carlo richiedono però il calcolo di un grande numero di modelli diretti e rendono
poco adatto l'uso al loro interno dei codici agli elementi finiti (FEM) che, pur permettendo di
modellare le deformazioni cosismiche in modo abbastanza realistico tenendo per esempio conto
della presenza di eterogeneità 3D o della topografia, richiedono un lungo tempo di calcolo.
Varie tecniche semi-analitiche (ad es. Pollitz, 1996; Wang et al., 2003) permettono di calcolare le
deformazioni cosismiche in approssimazione di terra stratificata in modo abbastanza rapido da
permetterne l'introduzione nei codici di inversione dei dati geodetici. Negli ultimi anni abbiamo
sviluppato un codice (ANGELA) in grado di invertire dati di deformazione in una terra stratificata
per alcuni tipi di sorgente, di interesse soprattutto in ambiente vulcanico (Amoruso et al., 2007;
Amoruso et al., 2008; Crescentini et al., 2008).
Amoruso, A., L. Crescentini, A. T. Linde, I. S. Sacks, R. Scarpa, and P. Romano (2007), A
horizontal crack in a layered structure satisfies deformation for the 2004-2006 uplift of Campi
Flegrei, Geophys. Res. Lett., 34, L22313, doi:10.1029/2007GL031644.
Amoruso, A., L. Crescentini and G. Berrino (2008), Inversion of gravity changes in a layered
structure evidences magma intrusion during the 1982-1984 Campi Flegrei unrest (under revision)
Crescentini, L., A. Amoruso, and M. Carpentieri (2008), ANGELA: a new package for the near-realtime inversion of geodetic data in layered media, in Marzocchi W., Zollo A.(Eds.) "Conception,
verification, and application of innovative techniques to study active volcanoes". ISBN: 978-8889972-09-0. (in stampa)
Pollitz, F. F. (1996), Coseismic deformation from earthquake faulting on a layered spherical Earth,
Geophys. J. Int., 125, 1-14.
Wang, R., F. Lorenzo Martin, and F. Roth (2003), Computation of deformation induced by
earthquakes in a multi-layered elastic crust - FORTRAN programs EDGRN/EDCMP, Computers &
Geosciences, 29, 195-207.
210
3a.2 Obiettivi
Lo studio è finalizzato alla quantificazione delle conseguenze dell'utilizzo di modelli stratificati
standard nella determinazione delle caratteristiche della sorgente da dati di deformazione
cosismica, in situazioni geologiche comuni per l'Appennino.
3a.3 Attività
Semestre n.1: introduzione in ANGELA della possibilità di stimare la distribuzione di scorrimento
sul piano di faglia in presenza di stratificazione, utilizzando per l'inversione l'algoritmo per problemi
ai minimi quadrati con vincoli di Lawson and Hanson (1995), analogamente a quanto fatto in
passato per un semispazio omogeneo (Amoruso et al., 2002).
Semestre n.2: introduzione in ANGELA di faglie listriche, sia a scorrimento uniforme (con stima di
tutti i parametri) sia a scorrimento disomogeneo.
Semestri 3 e 4: utilizzo di ANGELA per inversioni "blind" (con stratificazioni standard) di dati
sintetici di deformazione ottenuti in situazioni realistiche di eterogeneità elastiche mediante l'uso di
tecniche FEM (in collaborazione con A. Megna, INGV).
3a.4 Metodologia
ANGELA utilizza diversi metodi di ottimizzazione della funzione di costo (Adaptive Simulated
Annealing, Neighbourhood Algorithm) e di stima della distribuzione di probabilità dei parametri del
modello (bootstrapping, NA-Bayes). Nel calcolo dei modelli diretti, utilizza le funzioni di Green di
quattro sorgenti puntiformi fondamentali in un semispazio stratificato (Wang et al. 2006). Le
funzioni di Green dipendono solo dal tipo di stratificazione utilizzata e quindi possono essere
generate indipendentemente dai dati sperimentali e prima della loro inversione. Le caratteristiche
della stratificazione sono date a priori, sulla base della tomografia sismica e di analisi geologiche.
In ANGELA è possibile tenere conto sia degli errori non correlati dei dati sperimentali che degli
errori correlati, particolarmente importanti nel caso di misure di livellazione (ad es. Amoruso &
Crescentini, 2007) e di immagini SAR (ad es. Fukushima et al., 2005). La matrice di covarianza
risultante è diagonalizzata mediante una matrice di rotazione, che a sua volta trasforma i dati in
una forma indipendente. Gli autovalori della matrice di covarianza forniscono le incertezze dei dati
indipendenti trasformati. Questo procedimento puo' essere utilizzato anche in caso di
minimizzazioni con norme diverse da L2 (Amoruso & Crescentini, 2007).
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
Semestre
Introduzione in ANGELA della possibilità di stimare la
distribuzione di scorrimento sul piano di faglia in presenza
di stratificazione
Introduzione nel codice prodotto in I.1 della possibilità di
inversione per faglie listriche, sia a scorrimento uniforme
che disomogeneo
Inversioni "blind" di dati sintetici di deformazione ottenuti
tenendo conto delle caratteristiche geologiche tipiche
dell'ambiente appenninico, utilizzando stratificazioni
standard
II
1
2
1
2
X
-
-
-
-
X
-
-
-
-
X
X
4a. Prodotti
Relazione tecnica (di diretto interesse per DPC) corredata da tabelle e grafici, relativa alle
inversioni "blind" di dati sintetici di deformazione ottenuti tenendo conto delle caratteristiche
geologiche tipiche dell'ambiente appenninico, utilizzando stratificazioni standard. Per ogni test,
saranno riportate le caratteristiche delle eterogeneità elastiche e della sorgente utilizzate per la
211
generazione dei dati sintetici, la stratificazione utilizzata per le inversioni e le distribuzioni di
probabilità dei parametri della sorgente ottenute dalle inversioni stesse. Si evidenzieranno le
principali discrepanze.
RU 5.03 (A. Megna): generazione dei dati sintetici con modellazione agli elementi finiti
During last years, more and more seismic events have been studied also by analyzing coseismic
deformation data from levellings, GPS, SAR, etc. Coseismic deformation data give complementary
information with respect to seismic data. Their analysis allows to constrain the source shape,
position, and slip distribution, and is potentially able to enlighten the existence of fault patches
undergoing slow slips. The overall information is of great importance for the seismic hazard
assessment, e. g. as regards stress variation in areas surrounding the seismic source.
The presence of heterogeneities in the elastic properties of the medium as well as of topography
can modify surface deformation, sometimes heavily. Deformation data inversion codes are
necessarily based on Monte Carlo techniques, which are the only efficient tool for sampling the
model parameter space and consequently assessing the most probable parameter values, and
(what is much more important) the parameter probability density function (e. g. Amoruso et al.,
2005). Monte Carlo techniques require computing a huge number of forward models; consequently
the use of Finite Element Modelling (FEM) should be avoided because of its long computing time,
even if FEM allows taking into account realistic features like 3D heterogeneities and topography.
A few semi-analytic techniques (e. g. Pollitz, 1996; Wang et al., 2003) allow computing coseismic
deformations in a layered medium. They are sufficiently fast to be included into inversion codes of
geodetic data. We have recently developed a numerical code (ANGELA) able to invert deformation
data in a layered medium for different sources, mainly of interest when studying active volcanic
areas (Amoruso et al., 2007; Amoruso et al., 2008; Crescentini et al., 2008).
Amoruso, A., L. Crescentini, A. T. Linde, I. S. Sacks, R. Scarpa, and P. Romano (2007), A
horizontal crack in a layered structure satisfies deformation for the 2004-2006 uplift of Campi
Flegrei, Geophys. Res. Lett., 34, L22313, doi:10.1029/2007GL031644.
Amoruso, A., L. Crescentini and G. Berrino (2008), Inversion of gravity changes in a layered
structure evidences magma intrusion during the 1982-1984 Campi Flegrei unrest (under revision)
Crescentini, L., A. Amoruso, and M. Carpentieri (2008), ANGELA: a new package for the near-realtime inversion of geodetic data in layered media, in Marzocchi W., Zollo A.(Eds.) "Conception,
verification, and application of innovative techniques to study active volcanoes". ISBN: 978-8889972-09-0. (in stampa)
Pollitz, F. F. (1996), Coseismic deformation from earthquake faulting on a layered spherical Earth,
Geophys. J. Int., 125, 1-14.
Wang, R., F. Lorenzo Martin, and F. Roth (2003), Computation of deformation induced by
earthquakes in a multi-layered elastic crust - FORTRAN programs EDGRN/EDCMP, Computers &
Geosciences, 29, 195-207.
3b.2 Goals
We aim to quantify the effects of using standard layerings when assessing source features from
coseismic deformation data, in geological environments typical of the Apennines.
212
1st Semester: ANGELA improvement, by adding the capability to invert data for the slip distribution
on the source fault in a layered medium, using the algorithm for the least squares problem with
linear inequality constraints of Lawson and Hanson (1995).
2nd Semester: further ANGELA improvement, by adding the capability to deal with listric faults,
both uniform- and nonuniform-slipping.
3rd and 4th Semesters: blind tests using ANGELA and standard layerings to invert synthetic
coseismic deformation data computed taking into account realistic features by means of FEM (in
cooperation with A. Megna, INGV)
3b.4 Metodology
The cost function is optimized in ANGELA by using Adaptive Simulated Annealing or
Neighbourhood Algorithm. Parameter probability density functions are estimated by using
bootstrapping or NA-Bayes. Forward models are computed using the Green functions for four
fundamental point sources in a layered medium (Wang et al. 2006). Green functions depend on
layering only and are generated independently of experimental data before performing inversions.
Layering is given a priori, from seismic tomography and geology.
It is possible to take into account both uncorrelated and correlated errors, which are particularly
important in case of levelings (e. g. Amoruso & Crescentini, 2007) and SAR images (e. g.
Fukushima et al., 2005). The data covariance matrix is reduced to diagonal form by means of a
rotation matrix, which transforms data to independent form. The eigenvalues of the covariance
matrix give uncertainties of rotated independent data. This procedure can be used also for norms
other than L2 (Amoruso & Crescentini, 2007).
3b.5 Timetable
I
Phase
1
Semester
Addition (to the ANGELA code) of the capability to invert
geodetic data in a layered medium for the slip distribution
on planar faults
Addition (to the code from I.1) of the capability to deal
with listric faults, both uniform- and nonuniform-slipping.
Blind inversions (using standard layerings) of synthetics
computed taking into account realistic features typical of
the Apennines.
II
2
1
2
X
-
-
-
-
X
-
-
-
-
X
X
4b. Deliverables
Technical report on the blind inversions (using standard layerings) of synthetics computed taking
into account realistic features typical of the Apennines. For each test, the report will contain tables
and plots showing features of the elastic heterogeneities and the source used to generate
synthetics, layering used for the inversions and the probability density function of source
parameters as obtained from the inversions. Main discrepancies will be stressed.
213
7.1. I fase
Importo
previsto
a
Categoria di spesa
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
500
0,00
2500
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
0
0,00
0
0,00
1500
0,00
500
0,00
5000
7.2. II fase
Importo
previsto
a
Categoria di spesa
Finanziato dal
Dipartimento
b
500
3000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
0
0
uso
1000
500
Totale
5000
7.3. Totale
Importo
previsto
a
Categoria di spesa
Finanziato dal
Dipartimento
b
1000
5500
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
0
214
Finanziato
c = a-b
professionali
0
0
uso
2500
1000
Totale
10000
215
Progetto S1 - RU 6.01 - Barbano M. Serafina
(Task D)
Titolo Studio dei depositi di tsunami a terra (off-fault paleoseismology) e a mare (Marine
Paleoseismology), ai fini di studi di pericolosità in Sicilia Orientale e Calabria Meridionale.
1. Responsabile UR
Maria Serafina Barbano, Professore Associato; Dipartimento di Scienze Geologiche, Università di
Catania; Corso Italia 55, 95129 Catania; email: [email protected]; tel: 095-7195729; fax: 0957195712.
Prof. Ass. Gruppo GEO/10-Geofisica della Terra Solida, Facoltà di Scienze Mat. Fis. Nat., insegna
Fisica della Terra Solida, Geofisica Marina e Geotermia. Fa parte del collegio docenti del dottorato
in "Evoluzione geologica di orogeni di tipo mediterraneo”.
L'attività scientifica principale è indirizzata in ricerche volte alla definizione della pericolosità
sismica del territorio nazionale e soprattutto di quello siciliano. Si occupa di:
Analisi di sequenze sismiche e studio di terremoti forti per la definizione di zone e strutture
sismogeniche (Italia nord-orientale, Italia meridionale, Sicilia). Quantificazione di terremoti storici e
compilazione di cataloghi. Definizione di storie sismiche al sito, pericolosità e scenari sismici.
Individuazione di faglie attive dell’Etna, studio del loro comportamento e delle relazioni con la
struttura del vulcano. Correlazioni statistiche tra sismicità e processi eruttivi. Sismotettonica e
sismogenesi. Paleosismologia off-fault.
È stata responsabile scientifico di vari progetti e partecipato a gruppi di ricerca nazionali e
internazionali. La sua attività è documentata da più di 70 pubblicazioni, parecchie delle quali su
riviste internazionali.
Barbano M.S., D. Pantosti, P.M. De Martini, A. Smedile, F. Gerardi and C. Pirrotta, 2007.
Historical, archaeological and geological records of strong earthquakes at Capo Peloro (southern
Italy), XXVI Convegno GNGTS. Extended Abstract Volume, pp. 211-215.
De Martini P. M., Pantosti D., Barbano M., Gerardi F., Smedile A., Azzaro R., Del Carlo P., 2006.
Joint contribution of historical and geological data for tsunami hazard assessment in Gargano and
eastern Sicily (Italy). 100th Anniversary Earthquake Conf. Comm. the 1906 San Francisco
earthquake. April 18-22, San Francisco, CA.
Gerardi F., Barbano M.S., De Martini P.M., Pantosti D., 2008. Discrimination of the nature of
tsunami sources (earthquake vs. landslide) on the basis of historical data in eastern Sicily and
southern Calabria. BSSA, in stampa
Pantosti D., Barbano M.S., Smedile A., De Martini P.M., Tigano G., 2008. Geological Evidence of
Paleotsunamis at Torre degli Inglesi (northeast Sicily). Geophysical Research Letters,
doi:10.1029/2007GL032935, in press
Smedile A., De Martini P.M., Barbano M.S., Gerardi F., Pantosti D., Pirrotta C., Cosentino M., Del
Carlo P., Guarnieri P., 2007. Identification of paleotsunami deposits in the Augusta Bay area
(eastern Sicily, Italy): paleoseismological implication. XXVI Convegno GNGTS. Extended Abstract
Volume, pp. 207-211.
216
2. Personale dell'UR
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Barbano M. Serafina
Professore
associato
Cosentino Mario
Ricercatore
Zanini Angela
Ricercatore
Pirrotta Claudia
Borsista
dottorato
Gerardi Flavia
Borsista
Bourgeois Joanne
Associate
professor
Guarnieri Pierpaolo
Dottore di
Ricerca
Ente/Istituzione
Dip.to Scienze
Geologiche - Univ.
Catania
Dip.to Scienze
Geologiche - Univ.
Catania
Dip.to Scienze
Geologiche - Univ.
Catania
Dip.to Scienze
Geologiche - Univ.
Catania
Dip.to Scienze
Geologiche - Univ.
Catania
Dep. Earth and Space
Sciences - Univ.
Washington
Collaboratore Esterno
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
4
4
4
0
3
3
3
3
I fase
II fase
12
1
1
1
1
3a.1 Stato dell'arte.
Questo progetto nasce da un’idea condivisa da De Martini P.M., INGV-Roma; Prof. Barbano M.S.,
Università di Catania; Dott. Polonia A., ISMAR-CNR Bologna; Prof. Tinti S., Università di Bologna;
Prof. Mastronuzzi G., Università di Bari.
La proposta di ricerca intende affrontare in particolare i punti relativi a: “Studio dei depositi di
Tsunami”, “Sismologia storica e macrosismica inclusi i maremoti”.
Lo studio delle tracce sedimentarie e morfologiche lasciate da paleotsunami e tsunami storici lungo
le coste è un elemento fondamentale per la definizione del tasso di ricorrenza dei grandi eventi nel
medio-lungo periodo e quindi per fornire stime più accurate della pericolosità associata ai
maremoti. La ricerca in questo campo si avvale necessariamente sia dell’apporto della geologia,
della sismologia storica che di esperti di idrodinamica.
L’esperienza maturata dai proponenti negli ultimi anni, anche nell’ambito della Convenzione 200406 INGV-DPC Progetto S2 (http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/ Sismologici/S2.htm) ha
permesso di individuare 4 aree di grande potenziale per lo studio diretto dei maremoti storici (AD
1908, 1905, 1836, 1783, 1693, 1169, 365) e preistorici che hanno interessato le coste della Sicilia
orientale e della Calabria meridionale.
Per lo “Studio dei depositi di Tsunami”, oltre all’approccio classico, che prevede indagini
geomorfologiche, carotaggi a mano ed a motore, studi sedimentologici-stratigrafici, macro e micropaleontologici (De Martini et al., 2003; Mastronuzzi & Sansò, 2004; Pantosti et al., 2008), sono
state sviluppate ed in parte testate tecniche sperimentali d’individuazione e caratterizzazione dei
depositi di tsunami anche grazie all’integrazione di dati in-land e off-shore. L’ambiente marino, più
conservativo di quello litorale, presenta il vantaggio di un record sedimentario generalmente più
continuo e potenzialmente più rappresentativo degli eventi anomali come terremoti e tsunami. Il
recente progresso delle tecnologie geofisiche nello studio dell’ambiente sommerso ha permesso di
ottenere risultati promettenti per la nuova disciplina della Marine Paleoseismology (Polonia et al.,
2004).
217
Per la “Sismologia storica e macrosismica inclusi i maremoti” è già disponibile un database sugli
tsunami del 1169, 1693, 1783 e 1908. Questi dati storici sono già stati utilizzati sia per indirizzare
la ricerca dei depositi di tsunami sia per discriminare le sorgenti tsunamigeniche (Gerardi et al.,
2008). Il data base sarà implementato con l’inserimento delle informazioni sugli tsunami storici
calabresi.
In conclusione, l’idea di base è quella di estendere indietro nel tempo la raccolta delle informazioni
storiche sulla ricorrenza degli tsunami tramite un approccio combinato di tipo geofisico-geologico. I
risultati sinora conseguiti ci suggeriscono di restringere le aree d’investigazione e di dettagliare
maggiormente gli studi volti all’individuazione ed alla caratterizzazione dei suddetti depositi.
3a.2 Obiettivi
Questo progetto nasce da un’idea condivisa da dott.De Martini P.M., INGV-Roma; Prof. Barbano
M.S., Università di Catania; Dott. Polonia A., ISMAR-CNR Bologna; Prof. Tinti S., Università di
Bologna; Prof. Mastronuzzi G., Università di Bari.
In generale, noi proponiamo di costruire un database georeferenziato di informazioni storiche e
geologiche che includa stime dei massimi run-up, massima distanza di penetrazione, ricorrenza
degli tsunami, dettagliata batimetria in prossimità delle coste per ogni area selezionata al fine di
fornire un sostanziale contributo alle stime di pericolosità locale e alla modellazione di maremoti.
In dettaglio:
a) riconoscimento e caratterizzazione dei depositi di maremoto e loro datazione al fine di valutare i
tempi di ricorrenza degli eventi sito per sito (sia in-land che off-shore);
b) ricostruzione della distribuzione delle tsunamiti, al fine di individuare le aree di massima
ingressione delle onde di maremoto;
c) implementazione del database del Catalogo degli Tsunami Italiani (Tinti et al., 2007).
Aree di studio proposte:
- Sicilia orientale, area di Priolo-Augusta, dove una importante quantità di dati è stata ottenuta nel
biennio passato sia su eventi storici (maremoti del 1693 e del 1169) che preistorici (tre possibili
eventi nell’intervallo 2500 BC-100 BC). Si fa notare inoltre che, ai fini di Protezione Civile il Golfo di
Augusta è un importante sito industriale e militare.
- Sicilia orientale, area di Portopalo-Marzamemi, dove durante una prima campagna di studio sono
state collezionate interessanti informazioni da approfondire anche alla luce di recenti lavori di
modellazione numerica di sorgenti tsunamigeniche della zona di subduzione ellenica occidentale
(Lorito et al., 2008a).
- Calabria meridionale, aree di S. Eufemia e di Gioia Tauro, dove sono potenzialmente
riconoscibili depositi legati a tsunami generati dalle importanti strutture sismogenetiche locali
(eventi del 1905 e 1783) così come dagli eventi che caratterizzano l’attività e l’evoluzione delle
Isole Eolie (EMERGEO-Team report, 2003).
- Calabria meridionale, aree dello Stretto di Messina e Piana di Sibari, dove si prevede di studiare
gli eventi del 1908, 1836, 365.
3a.3 Attività
L’Unità di Ricerca dell’Università di Catania si occuperà prevalentemente di:
A1) Ricerca storica: analisi delle fonti storiche dei cataloghi disponibili e ricerca di nuove fonti
primarie per la raccolta di informazioni dettagliate sugli tsunami del 1836 e 1905 e
l’implementazione dei dati degli tsunami del 1169, 1693, 1783 e 1908.
A2) Studio geomorfologico di dettaglio con elaborazione di modelli digitali del terreno per
l’individuazione dei siti più favorevoli all’attuazione di carotaggi esplorativi.
A3) Esecuzione di carotaggi a mano e a motore sino ad una profondità massima di circa 7-8 metri.
Scavo di trincee esplorative per meglio definire la geometria delle tsunamiti.
A5) Elaborazione mappe con distanze di ingressione, run-up, etc.; Stime dei tempi di ricorrenza
tsunami
3a.4 Metodologia
Analisi delle fonti storiche dei cataloghi disponibili e ricerca di nuove fonti primarie.
218
Indagini geomorfologiche, carotaggi a mano ed a motore, scavo di trincee esplorative, studi
sedimentologici-stratigrafici, macro e micro-paleontologici.
References
De Martini P.M., P. Burrato, D. Pantosti, A. Maramai, L. Graziani and H. Abramson (2003).
Identification of tsunami deposits and liquefaction features in the Gargano area (Italy):
paleoseismological implication, Annals of Geophysics, 46 (5) 883-902.
EMERGEO TEAM, A. Maramai and L. Graziani (2003): Relazione sintetica sull’attività del gruppo
Emergeo durante l’emergenza Tsunami delle Isole Eolie, Full Technical Report available at:
http://legacy.ingv.it/%7ezwwemergeo/
Gerardi F., M.S. Barbano, P.M. De Martini, D. Pantosti, 2008. Discrimination of the nature of
Mastronuzzi G., Sanso’ P. (2004). Large Boulder Accumulations by Extreme Waves along the
Adriatic Coast of southern Apulia (Italy). Quaternary International,120, 173-184.
Pantosti D., M.S. Barbano, A. Smedile, P.M. De Martini, G. Tigano (2008), Geological Evidence of
Paleotsunamis at Torre degli Inglesi (northeast Sicily), Geophysical Research Letters, in stampa.
Polonia A., Gasperini L., Amorosi A., Bonatti E., Bortoluzzi G., Çagatay N., Capotondi L., Cormier
M.-H., Gorur N., McHugh C., Seeber L., 2004. Holocene slip rate of the North Anatolia Fault in the
Marmara Sea. /Earth and Planetary Science Letters/, v. 227, n.3/4, p. 411-426.
Tinti S., Maramai A., Graziani L. (2007). The Italian Tsunami Catalogue (ITC), Version 2. Available
on-line at: http://www.ingv.it/servizi-e-risorse/BD/catalogo-tsunami/catalogo-degli-tsunami-italiani.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
-
-
Attività 2
X
X
-
-
Attività 3
X
X
X
X
X
X
Attività 5
Title Combined in-land (off-fault paleoseismology) and off-shore (Marine Paleoseismology)
tsunami deposits studies, for hazard assessment in Eastern Sicily and Southern Calabria
4a. Prodotti
DPC: Aggiornamento del database del Catalogo degli Tsunami Italiani (Tinti et al., 2007)
DPC: Tabelle dei massimi run-up, massima distanza di penetrazione, ricorrenza degli tsunami (in
collaborazione con UR De Martini, UR Mastronuzzi)
DPC: Tabella degli tsunami storici studiati (in collaborazione con UR Barbano)
DPC: Tabella dei paleotsunami (in collaborazione con UR De Martini, UR Tinti)
Logs dei carotaggi e delle trincee esplorative (in collaborazione con UR De Martini, UR
Mastronuzzi)
219
INGV Roma: Campagne di sondaggi, gestione database, elaborazione log
ISMAR Bologna: Trattamento dati chirp, elaborazione log, analisi di laboratorio
3b1 State of the art
This project is based on a common idea developed by De Martini P.M., INGV-Roma; Prof. Barbano
The proposed research is focused in particular on “Tsunami deposits study”, “Historical seismology
and macroseismicity, included tsunamis”.
The study of sedimentary and morphological prints left by paleo- and historical tsunamis along the
coast is a fundamental ingredient for the medium- long-term definition of large events recurrence
rate and thus to estimate better the tsunami hazard. The research within this field necessarily
needs the contribution of geology, historical seismology as well as hydrodynamics experts. The
experience developed by the UR researchers in the past years, also within Project S2, part of the
2004-06 INGV-DPC Agreement (http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/Sismologici/S2.htm)
allowed the definition of 4 areas with a significant potential in terms of direct study of historical (AD
1908, 1905, 1836, 1783, 1693, 1169, 365) and paleo-tsunamis that affected the coasts of Eastern
Sicily and Southern Calabria. On the “Tsunami deposits study”, apart from the standard approach
which
results
in
geomorphological
investigation,
hand
and
engine
coring,
sedimentologic/stratigraphic and macromicropaleontologic studies (De Martini et al., 2003;
Mastronuzzi & Sansò, 2004; Pantosti et al., 2008), new experimental techniques for the
identification and characterization of tsunami deposits have been developed and tested also
thanks to the integration of in-land and off-shore data. The marine environment, more preservative
with respect to the littoral one, presents the advantage of a sedimentary record generally more
continuous and potentially more sensible to anomalous events like earthquakes and tsunamis. The
recent progresses of the geophysical technologies for the study of the oceans allowed obtaining
promising results in the new discipline of Marine Paleoseismology (Polonia e al., 2004).
About the “Historical seismology and macroseismicity, included tsunamis”, a database on the
1169, 1693, 1783, 1908 tsunamis is already available. These historical data were used both to
guide in the field the tsunami deposits identification and to discriminate the tsunami sources
(Gerardi et al., 2008). The database will be implemented with new data on the Calabrian historical
tsunamis. In conclusion, the basic idea is to extend back in time the historical information on
tsunami recurrence by means of a combined geophysical-geological approach. The results
obtained up to now tend to suggest reducing the study areas and to detail better the research
focused on the identification and characterization of the tsunami deposits.
3b.2 Goals
Overall, we propose to build an historical and geological tsunami geo-referenced database,
including maximum run-up estimate, maximum in-land inundation distance, tsunami recurrence,
and possibly detailed near-shore bathymetry for each selected area in order to furnish a significant
contribution to the estimate of the local hazard assessment and to the tsunami wave modeling.
In detail:
a)Tsunami deposit identification, characterization and dating in order to estimate the inundation
recurrence time site by site.
220
b) Tsunami deposit in-land distribution, in order to identify the tsunami waves maximum inundation
distance.
c) Upgrading the Catalogo degli Tsunami Italiani (Tinti et al., 2007).
Study areas
Eastern Sicily, Priolo-Augusta area, where an important amount of data was collected in the past
two years both on historical events (1693 and 1169 tsunamis) and on pre-historic events (three
possible inundations in the 2500 BC – 100 BC time interval). It is noteworthy
to mention that for civil protection purposes, the Augusta Gulf is an important industrialized and
navy site. Eastern Sicily, Portopalo-Marzamemi area, where during a preliminary campaign
interesting and promising data were collected in-land and in our opinion it should be investigated
more in detail taking into account recent works on numerical modeling of western Greek
subduction tsunamigenic sources (Lorito et al., 2008a).
Southern Calabria, S. Eufemia and Gioia Tauro areas, where it should be possible to identify the
tsunami deposits related to the activity of important local seismogenic sources (1905 and 1783
events) as well as those linked to the activity and evolution of the Eolian Islands (EMERGEO-Team
report, 2003).
Southern Calabria, Messina Straits and Sibari Plain, where we plan to study the tsunami deposits
related to the 1908, 1836 and 365 tsunamigenic earthquakes.
3b.3 Activity
The UR of the University of Catania si occuperà prevalentemente di
A1) “Historical seismology and macroseismicity, included tsunamis” (Sicily-Calabria): analysis of
the records available from the historical catalogues and search for new contemporary sources to
collect detailed data on the 1836 and 1905 tsunamis and to upgrade the information available on
the 1169, 1693, 1783 and 1908 events.
A2) (Sicily-Calabria): Detailed geomorphologic investigation, including EDM models to select best
sites suitable for exploratory cores in southern Calabria .
A3) (Sicily-Calabria): Hand and engine exploratory coring, down to maximum depth of 7-8 m.
Excavation of exploratory trenches to define better the tsunami deposits geometry.
A5) (Sicily-Calabria):Elaboration of inundation, run-up maps, etc; Tsunami occurrence time
estimate
3b.4 Methodology
Analysis of the records available from the historical catalogues and search for new contemporary
sources.
Geomorphological
investigation,
hand
and
engine
coring,
exploratory
trenches,
sedimentologic/stratigraphic and macromicropaleontologic studies.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
X
-
-
Activity 2
X
X
-
-
Activity 3
X
X
X
X
X
X
Activity 5
221
4b. Deliverables
DPC: Upgrading the Catalogo degli Tsunami Italiani (Tinti et al., 2007)
DPC: Tables: maximum run-up, maximum inundation distance, tsunami recurrence (SicilyCalabria).
DPC: Studied historical tsunami table (Sicily-Calabria).
DPC: Paleo-tsunamis table (Sicily-Calabria).
Core and trench logs (Sicily-Calabria)
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0000,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
3000
0,00
18000
0,00
0,00
uso
Totale
2000
0,00
900
0,00
23900
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
Totale
3000
0,00
2000
0,00
3000
0,00
3000
0,00
1100
0,00
12100
222
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
Totale
6000
0,00
20000
0,00
3000
0,00
5000
0,00
2000
0,00
36000
223
Progetto S1 - RU 6.03 - Mastronuzzi Giuseppe
(Task D)
Paleoseismology), ai fini di studi di pericolosità in Sicilia Orientale e Calabria Meridionale
1. Responsabile UR
Giuseppe Mastronuzzi, Professore Associato, Dipartimento di Geologia e Geofisica, Università
degli Studi, Bari.
È docente di Geografia Fisica e di Geomorfologia applicata e GIS. Ha condotto studi, anche come
parte dell’equipaggio scientifico di navi oceanografiche, oltre che in Italia, in Canada, Francia,
Antille Olandesi, Grecia ed Albania. Si occupa di evoluzione e dinamica dello spazio costiero con
particolare attenzione per le dinamiche indotte in ambiente costiero dalle variazioni del livello del
mare. In collaborazione con ricercatori di Enti di ricerca e di Università italiane si occupa
dell’impiego dei markers morfologici di stazionamento del livello del mare per ricostruire la storia
tettonica della fascia costiera nel Pleistocene medio-superiore e nell’Olocene. Tema delle ricerche
più recenti sono le variazioni relative del livello del mare dovute a movimenti cosismici e i
maremoti. Attraverso ricerche sul terreno si sono potute conoscere situazioni morfodinamiche
differenti tanto rispetto alle dinamiche endogene che rispetto a quelle esogene. Queste ricerche
sono mirate a definire le modalità di manifestazione dei fenomeni - quali tempi di ritorno e
caratteristiche dimensionali -, e i parametri di pericolosità e vulnerabilità che concorrono a definire
il rischio in ambiente costiero rispetto a fenomeni di inondazione. A tal fine, è stata messa a punto
una metodologia per discriminare gli effetti di ondazioni eccezionali da mareggiata rispetto a quelle
da tsunami sulla base del rilievo geomorfologico e per stimare l’inondazione su base di dati
morfologici. Per definire i tempi di ritorno ha approfondito studi teorici e sperimentali per la
validazione di datazioni 14C ed OSL. In quest’ultimo decennio è stato delegato italiano in progetti
IGCP di UNESCO – IUGS, è stato coordinatore di un Gruppo di Lavoro nazionale sulla morfologia
costiera, ha organizzato il Congresso finale di IGCP 437 ad Ostuni (Puglia) e il Congresso
STREMAH 2007 a Praga (Repubblica Ceca). È co-organizzatore del 2nd International Tsunami
Field Symposium (Ostuni (Puglia) – Lefkada (Grecia) 22/28.09. 2008). Sistematicamente è
chiamato a svolgere attività di refe raggio per riviste nazionali ed internazionali.
Gravina A., Mastronuzzi G., Sansò P. (2005). Historical and prehistorical evolution of the Fortore
River coastal plain and the Lesina Lake area (southern Italy). Mediterraneé, 1-2, 107-117.
Mastronuzzi G., Sansò S. (2006). Coastal geomorphology and tsunami vulnerability. The case
study of Apulia region (Italy). Geografia Fisica e Dinamica Quaternaria, 29 (2), 83-91.
Mastronuzzi G., Pignatelli C., Sansò P. (2006). Boulder Fields: A Valuable Morphological Indicator
of Paleotsunami in the Mediterranean Sea. Zeitschrift für Geomorphologie, NF Suppl.-Bd. 146:
173-194.
Mastronuzzi G., Pignatelli C., Sansò P., Selleri G. (2007). Boulder accumulations produced by the
20th February 1743 tsunami along the coast of southeastern Salento (Apulia region, Italy). Marine
Geology, 242, 191-205.
224
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Mastronuzzi
Giuseppe
Professore
Associato
Pignatelli Cosimo
Assegnista
Sansò Paolo
Prof. Associato
Cacciapaglia
Giuseppe
Tecnico
Iurilli Vincenzo
Tecnico
Ente/Istituzione
Dipartimento di Geologia
e Geofisica, Università di
Bari
Bari
Dipartimento di Scienza
dei Materiali, Università
di Lecce
Bari
Bari
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
3
3
3
3
2
2
2
2
2
2
I fase
II fase
L’esperienza maturata dai proponenti negli ultimi anni, anche nell’ambito della Convenzione 200406 INGV-DPC ProgettoS2 (http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/Sismologici/S2.htm) ha
2004).
calabresi.
225
3a.2 Obiettivi
In dettaglio:
- Calabria meridionale, aree di S. Eufemia e di Gioia Tauro, dove sono potenzialmente
- Calabria meridionale, aree dello Stretto di Messina e Piana di Sibari, dove si prevede di studiare
gli eventi del 1908, 1836, 365.
3a.3 Attività
L’Unita di Ricerca si propone di contribuire al progetto eseguendo:
A1) Rilievo geomorfologico e morfobatimetrico delle aree di rinvenimento di accumuli di blocchi o
materiali fuori sequenza con elaborazione di modelli digitali del terreno per l’individuazione dei siti
idonei all’attuazione di carotaggi esplorativi.
A2) Carotaggi a mano e/o a motore sino ad una profondità massima di circa 7-8 metri.
Realizzazione di trincee esplorative per meglio definire la geometria delle tsunamiti e per
individuare i depositi da sottoporre a datazione;
A3) Analisi di laboratorio: Sedimentologiche, paleontologiche, Datazioni C14, OSL;
A4) Elaborazione modelli morfodinamici ed idrodinamici.Elaborazione mappe con distanza di
ingressione, run-up, etc, e stima dei tempi di ricorrenza tsunami.
3a.4 Metodologia
La metodologia da seguire prevede che si proceda ad effettuare: rilievo topografico,
geomorfologico e morfobatimetrico con ausilio di tecniche Laser scanner, multibeam e immersioni;
carotaggi a mano e/o a motore; scavo di trincee esplorative; studi sedimentologici-stratigrafici;
macro e micro-paleontologici; datazioni OSL e 14C.
References
http://legacy.ingv.it/emergeo/
Lorito, S., M.M. Tiberti, R. Basili, A. Piatanesi and G. Valensise (2008a), Earthquake-generated
tsunamis in the Mediterranean Sea: Scenarios of potential threats to Southern Italy, J. Geophys.
Res., 113, B01301, doi:10.1029/2007JB004943.
Lorito, S., A. Piatanesi and A. Lomax (2008b): Rupture process of the April 18, 1906 California
earthquake from near-field tsunami waveform inversion, Bull. Seismol. Soc. Am., 98(2), in press.
226
Piatanesi, A. and S. Lorito (2007): Rupture process of the 2004 Sumatra-Andaman earthquake
from tsunami waveform inversion, Bull. Seismol. Soc. Am., 97(1), 223-231,
doi :101785/0120050627.
Piatanesi A. and Tinti S., (2002): Numerical modeling of the September 8, 1905 Calabrian
(southern Italy) tsunami, Geophys. J. Int., 150, 271-284.
Tinti S., Piatanesi A. and Maramai A. (1997): Numerical simulations of the 1627 Gargano tsunami
(Southern Italy) to locate the earthquake source, Perspective on Tsunami Hazard Reduction:
Observation, theory and planning, G.T. Hebenstreit (Ed.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht,
The Netherlands, 115-131.
on-line at: http://www.ingv.it/servizi-e-risorse/BD/catalogo-tsunami/catalogo-degli-tsunami-italiani
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
-X
-X
-
-
Attività 2
-
-X
-X
-
Attività 3
-
-X
-X
-X
Attività 4
-
-
-X
-X
4a. Prodotti
DPC: Aggiornamento del database del Catalogo degli Tsunami Italiani (Tinti et al., 2007).
DPC: Tabella dei massimi run-up, massima distanza di penetrazione, direzione dei flussi,
ricorrenza (in collaborazione con UR Barbano, UR De Martini).
DPC: Tabella della successione dei paleotsunami (in collaborazione con UR Barbano, UR De
Martini).
Logs dei carotaggi e delle trincee esplorative (in collaborazione con UR Barbano, UR De Martini).
Questo progetto nasce da un’idea condivisa da: Dott. De Martini P.M., INGV-Roma; Prof. Barbano
227
Sicily and Southern Calabria.
On the “Tsunami deposits study”, apart from the standard approach which results in
geomorphological investigation, hand and engine coring, sedimentological/stratigraphical and
macro- /micro-paleontological studies (De Martini et al., 2003; Mastronuzzi & Sansò, 2004;
Pantosti et al., 2008), new experimental techniques for the identification and characterization of
tsunami deposits have been developed and tested also thanks to the integration of in-land and offshore data. The marine environment, more preservative with respect to the littoral one, presents
the advantage of a sedimentary record generally more continuous and potentially more sensible to
anomalous events like earthquakes and tsunamis. The recent progresses of the geophysical
technologies for the study of the oceans allowed obtaining promising results in the new discipline
of Marine Paleoseismology (Polonia e al., 2004).
(Gerardi et al., 2008). The database will be implemented with new data on the calabrian historical
tsunamis.
In conclusion, the basic idea is to extend back in time the historical information on tsunami
recurrence by means of a combined geophysical-geological approach. The results obtained up to
now tend to suggest reducing the study areas and to detail better the research focused on the
identification and characterization of the tsunami deposits.
3b.2 Goals
Overall, we propose to build an historical and geological tsunami data geo-referenced database,
contribution to the estimate of the local hazard assessment and to the tsunami wave modeling. In
detail:
a) Tsunami deposits identification, characterization and dating in order to estimate the inundation
b) Tsunami deposits in-land distribution, in order to identify the tsunami waves maximum
inundation distance.
Study areas
Southern Calabria, S. Eufemia and Gioia Tauro areas, where it should be possible to identify the
tsunami deposits related to the activity of important local seismogenic sources (1905 and 1783
228
events) as well as those linked to the activity and evolution of the Eolian Islands (EMERGEO-Team
report, 2003).
Southern Calabria, Messina Straits and Sibari Plain, where we plan to study the tsunami deposits
related to the 1908, 1836 and 365 tsunamigenic earthquakes.
The Research Unit will perform:
A1): Southern Calabria: geomorphological and morpho-bathymetric surveys of areas characterized
by presence of out-of-size and out-of-place landforms aimed to individuate by mean of EDM
models the useful areas for coring;
A2) Southern Calabria: hand and engine coring up to 7-8 m deep below land surface and
excavation of trenches to define better the tsunami deposits geometry; age determinations of
samples;
A3) Southern Calabria: laboratory analyses: Sedimentary, Palaeontological, C14-OSL dating;
A4) Southern Calabria: elaboration of morpho-dynamic model, flood direction, elaboration of
inundation, run-up maps, etc; Tsunami occurrence time estimate.
3b.4 Methodology
Topographic, geomorphological and morpho-bathymetric field surveys will be performed using
Laser Scanner, Multibeam and/or scuba diving methodology. The available data will be used: ì - to
characterise the impacting waves; ìì – to reconstruct the morpho- dynamic and hydrodynamic
models; ììì – to individuate the flood direction and maximum flooding.
Hand and engine coring, and exploratory trenches will be aimed: ì - to define the geometry of
tsunami sedimentary bodies; ìì - to perform sedimentological/stratigraphical studies; ììì - to collect
samples useful for micro- and macro- paleontological analyses; ìv – to perform OSL and 14C age
determinations; v – to reconstruct the tsunami sequence.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
-X
-X
-
-
Activity 2
-
-X
-X
-
Activity 3
-
-X
-X
-X
Activity 4
-
-
-X
-X
4b. Deliverables
DPC: Upgrading the Catalogo degli Tsunami Italiani (Tinti et al., 2007).
DPC: Tables: maximum run-up, maximum inundation distance, tsunami recurrence (Calabria).
DPC: Studied historical tsunami table (Calabria).
DPC: Paleo-tsunamis table (Calabria).
Core and trench logs (Calabria).
229
7.1. I fase
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
-
-
2000
Categoria di spesa
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Totale
2000
10110
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
B
Finanziato
c = a-b
-
-
-
2000
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
7.2. II fase
Categoria di spesa
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
Totale
00-2000
2000
1000
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
-
-
-
4000
-
-
7.3. Totale
Categoria di spesa
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
230
professionali
-
-
-
-
-
-
-
-
uso
Totale
4000
231
Progetto S1 - RU 6.05 - Tinti Stefano
(Task D)
Progetto S1
1. Responsabile UR
Stefano Tinti
Professore Straordinario
Dipartimento di Fisica, Settore Geofisica, Università di Bologna
Breve CV
Il Professor Stefano Tinti è autore di oltre 180 pubblicazioni, di cui quasi 130 su riviste scientifiche,
libri o contributi a diffusione internazionale. E' stato responsabile di numerosi progetti di ricerca e
coordinatore di progetti internazionali finanziati dalla UE (GITEC, GITEC-TWO). Ha partecipato al
progetto europeo 3HAZ-Corinth (2004-2007) relativo ad uno studio di hazard multidisciplinare nel
Golfo di Corinto. E'attualmente coordinatore del progetto europeo TRANSFER (2006-2008) a cui
partecipano 27 partner europei, mirante alla mitigazione del rischio-maremoto nella zona EuroMediterranea. E' presidente dell'ICG/NEAMTWS, organismo intergovernativo dell'IOC-UNESCO
per l'installazione del sistema d'allarme maremoti nella zona Euro-Mediterranea. A partire dal 1972
ha sviluppato i seguenti argomenti di geofisica: 1) maremoti generati da terremoti, da eruzioni
vulcaniche e frane con sviluppo della relativa modellistica per propagazione e
impatto, e dinamica delle frane; 2) spostamenti cosismici, deformazioni e sforzi con modelli agli
elementi finiti; 3) sismicità, cataloghi di terremoti e di maremoti, serie storiche; 4) modellistica di
frane a diversa reologia.
1. MARAMAI A., GRAZIANI L., TINTI S. (2007). Investigation on tsunami effects in the central
Adriatic Sea during the last century – a contribution. Natural Hazards and Earth System Sciences,
7, 15 – 19.
2. GRAZIANI L., MARAMAI A., TINTI S. (2006). A revision of the 1783-1784 Calabrian (southern
Italy) tsunamis. Natural Hazards and Earth System Sciences, 6, 1053 – 1060.
3. GUTSCHER M.-A., ROGER J., BAPTISTA M.-A., MIRANDA J.M., TINTI S. (2006). The source
of the 1693 Catania earthquake and tsunami (Southern Italy): New evidence from tsunami
modeling of a locked subduction fault plane. Goephysical Research Letters, 33, L0830933,
doi:10.1029/2005GL025442.
4. TINTI S., MARAMAI A., ARMIGLIATO A., GRAZIANI L., MANUCCI A., PAGNONI G.,
ZANIBONI F. (2006). Observations of physical effects from tsunamis of December 30, 2002 at
Stromboli volcano. Bulletin of Volcanology, 68, 450 – 461.
Tinti S., Maramai A., Graziani L. (2004) The new catalogue of the Italian tsunamis, Natural
Hazards, 33, 439-465.
232
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
MesiPersona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
1
1
Università di Bologna
3
1
Assegnista
3
1
Manucci Anna
Assegnista
4
2
Da determinare
Borsista
Alberto Armigliato
CoCoCo
0
0
Filippo Zaniboni
CoCoCo
0
0
Dottorando
0
0
Paolo Pontrelli
CoCoCo
0
0
Lidia Bressan
Dottorando
0
0
Professore
Straordinario
Pagnoni Gianluca
Assegnista
Tonini Roberto
Tinti Stefano
Sara Gallazzi
I fase
II fase
3
3
Tsunami”, “Sismologia storica e macrosismica inclusi i maremoti”
L’esperienza maturata dai proponenti negli ultimi anni, anche nell’ambito della Convenzione 200406 INGV-DPC Progetto S2 (http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/Sismologici/S2.htm) ha
2004).
tsunami del 1169, 1693, 1783 e 1908 e può essere arricchito con nuovi dati (v. ad es. Graziani et
al., 2006). Questi dati storici sono già stati utilizzati sia per indirizzare la ricerca dei depositi di
tsunami sia per discriminare le sorgenti tsunamigeniche (Gerardi et al., 2008). Il data base sarà
implementato con l’inserimento delle informazioni sugli tsunami storici calabresi.
233
3a.2 Obiettivi
In dettaglio:
Sicilia orientale, area di Priolo-Augusta, dove una importante quantità di dati è stata
ottenuta nel biennio passato sia su eventi storici (maremoti del 1693 e del 1169) che preistorici (tre
possibili eventi nell’intervallo 2500 BC-100 BC). Si fa notare inoltre che, ai fini di Protezione Civile il
Golfo di Augusta è un importante sito industriale e militare.
Sicilia orientale, area di Portopalo-Marzamemi, dove durante una prima campagna di studio
sono state collezionate interessanti informazioni da approfondire anche alla luce di recenti lavori di
Calabria meridionale, aree di S. Eufemia e di Gioia Tauro, dove sono potenzialmente
Calabria meridionale, aree dello Stretto di Messina e Piana di Sibari, dove si prevede di
studiare gli eventi del 1908, 1836, 365.
3a.3 Attività
3a.4 Metodologia
Bibliografia
Graziani L., Maramai A., Tinti S. 2006. A revision of the 1783-1784 Calabrian (southern Italy)
tsunamis. Natural Hazards and Earth System Sciences, 6, 1053 – 1060.
Mastronuzzi G., Sanso’ P., 2004. Large Boulder Accumulations by Extreme Waves along the
234
on-line at: http://www.ingv.it/servizi-e-risorse/BD/catalogo-tsunami/catalogo-degli-tsunami-italiani
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
X
X
4a. Prodotti
DPC: Tabelle dei massimi run-up, massima distanza di penetrazione, ricorrenza degli tsunami
Sicilia e Calabria (in collaborazione con UR Barbano, UR Mastronuzzi)
DPC: Tabella degli tsunami storici studiati (Sicilia-Calabria) (in collaborazione con UR Barbano,
UR Tinti)
DPC: Tabella dei paleotsunami studiati (Sicilia-Calabria) (in collaborazione con UR Barbano, UR
Mastronuzzi)
Logs dei carotaggi e delle trincee esplorative (Sicilia-Calabria) (in collaborazione con UR Barbano,
UR Mastronuzzi)
Istituto per L’Ambiente Marino e Costiero – IAMC-CNR-Napoli - Dott. Marina Iorio, per la
determinazione delle proprietà fisiche dei campioni prelevati tramite carotaggi.
Laboratorio di Micropaleontologia – Università di Roma 3- Prof. Elsa Gliozzi, per lo studio e la
preparazione di campioni prelevati tramite carotaggi.
235
geomorphological investigation, hand and engine coring, sedimentologic/stratigraphic and macromicropaleontologic studies (De Martini et al., 2003; Mastronuzzi & Sansò, 2004; Pantosti et al.,
2008), new experimental techniques for the identification and characterization of tsunami deposits
have been developed and tested also thanks to the integration of in-land and off-shore data. The
marine environment, more preservative with respect to the littoral one, presents the advantage of a
sedimentary record generally more continuous and potentially more sensible to anomalous events
like earthquakes and tsunamis. The recent progresses of the geophysical technologies for the
study of the oceans allowed obtaining promising results in the new discipline of Marine
Paleoseismology (Polonia e al., 2004).
1169, 1693, 1783, 1908 tsunamis is already available and can be enhanced with new findings (see
e.g. Graziani et al. 2006). These historical data were used both to guide in the field the tsunami
deposits identification and to discriminate the tsunami sources (Gerardi et al., 2008). The database
will be implemented with new data on the Calabrian historical tsunamis.
3b.2 Goals
In detail:
Study areas
Eastern Sicily, Priolo-Augusta area, where an important amount of data was collected in the
past two years both on historical events (1693 and 1169 tsunamis) and on pre-historic events
(three possible inundations in the 2500 BC – 100 BC time interval). It is noteworthy to mention that
for civil protection purposes, the Augusta Gulf is an important industrialized and navy site.
Eastern Sicily, Portopalo-Marzamemi area, where during a preliminary campaign
Southern Calabria, S. Eufemia and Gioia Tauro areas, where it should be possible to
identify the tsunami deposits related to the activity of important local seismogenic sources (1905
and 1783 events) as well as those linked to the activity and evolution of the Eolian Islands
(EMERGEO-Team report, 2003).
Southern Calabria, Messina Straits and Sibari Plain, where we plan to study the tsunami
deposits related to the 1908, 1836 and 365 tsunamigenic earthquakes.
236
A1) “Historical seismology and macroseismicity, included tsunamis”: (Sicily-Calabria): analysis of
the 1169, 1693, 1783 and 1908 events.
3b.4 Methodology
sources.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
X
X
X
4b. Deliverables
DPC: Tables: maximum run-up, maximum inundation distance, tsunami recurrence (SicilyCalabria) (in cooperation with RU Barbano and RU Mastronuzzi)
DPC: Studied historical tsunami table (Sicily-Calabria) (in cooperation with RU Barbano and RU
Tinti)
DPC: Paleo-tsunamis table (Sicily-Calabria) (in cooperation with RU Barbano and RU Mastronuzzi,
UR Tinti)
Core and trench logs (Sicily-Calabria) (in cooperation with RU Barbano and RU Mastronuzzi)
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
700
1819010,00
2000
0,00
0
--
3300
0,00
300
0,00
0
0,0--0
700
0,00
7000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
Totale
0002220,00
237
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
700
0,00
2000
0,003
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
3300
0,00
300
0,00
0
0,00
700
0,00
Totale
0,00
7000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1400
0,00
4000
0,00
7.3. Totale
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
6600
0,00
600
0,00
0,00
0,00
238
1400
0,00
14000
0,00
Progetto S1 - AU A - Piatanesi Alessio
Titolo Administration of RU 1.03 (D’Agostino), RU 3.06 (Mariucci), RU 3.09 (Pucci), RU 6.02 (De
Martini) and RU 6.04 (Piatanesi)
1. Responsabile AU
- Alessio Piatanesi, Ricercatore, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione
Sismologia e Tettonofisica, Via di Vigna Murata, 605, 00143, Roma, Italy.
- Alessio Piatanesi is Research Scientist at INGV. Graduated in Physics at University of Bologna
and PhD in Geophysics at Institut de Physique du Globe de Paris. His main interests are
earthquake and tsunami mechanics. He has several years experience in tsunami research,
including tsunami generation by earthquakes and landslides, tsunami propagation and impact,
development and application of numerical models and tsunami data inversion. He also worked in
forward and inverse modelling of geodetic and strong motion data for seismic source
determination. He was involved in EU projects on tsunamis (GITEC, GITEC-TWO, TRANSFER).
He was Editor of a special volume on tsunamis published in Journal of Physics and Chemistry of
the Earth (1999) and convenor of a session on tsunamis for the XXIII General Assembly of the
European Geophysical Society (1998). He was referee of many papers published on international
journals (including J. Geophys. Res., Geophys. Res. Lett.,Geophys. J. Int., Bull. Seismol. Soc.
Am.). He is co-author of about 30 papers in international journals.
- Lorito, S., F. Romano, A. Piatanesi and E. Boschi (2008a): Source process of the September 12,
2007 MW 8.4 Southern Sumatra earthquake from tsunami tide gauge record inversion, Geophys.
Res. Lett., 35, L02310, doi:10.1029/2007GL032661.
- Lorito, S., A. Piatanesi and A. Lomax (2008b): Rupture process of the April 18, 1096 California
- Piatanesi, A. and S. Lorito (2007) : Rupture process of the 2004 Sumatra-Andaman earthquake
doi:101785/0120050627.
- Piatanesi A. and Tinti S. (1998): A revision of the 1693 eastern Sicily earthquake and tsunami, J.
Geophys. Res., 103, B2, 2749-2758.
- Piatanesi A. and Tinti S., (2002): Numerical modeling of the September 8, 1905 Calabrian
2. Goals
The purpose of this AU is to administer RU 1.03 (D’Agostino), RU 3.06 (Mariucci), RU 3.09 (Pucci),
RU 6.02 (De Martini) and RU 6.04 (Piatanesi). The goals, methodology, activity, products, and
economical tables are found in the related RU forms. In the following tables a synthesis of the
financial plan including all the RU is presented.
239
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
4650
11200
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
11000
0
uso
15000
4650
Totale
46500
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
6650
14600
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
38600
0
uso
0
6650
Totale
66500
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
11300
25800
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
49600
0
240
Finanziato
c = a-b
uso
15000
11300
Totale
113000
241
Progetto S1 - RU 1.03 - D'Agostino Nicola
(Task A; AU A)
Progetto S1
Titolo: Strain-rate and block modeling of dense GPS velocity fields
1. Responsabile RU 1.03
Nicola D’Agostino
Ricercatore II livello, Sezione Sismologia Tettonofisica Roma1
Istituto Nazionale Geofisica Vulcanologia
[email protected]
tel ++39 06 51860537
nato a Roma il 15 marzo 1964
1992 – Laurea in Scienze Geologiche, Università di Roma La Sapienza (voto 110/110).
1998 – Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra (X ciclo), Università degli Studi La Sapienza.
Attuale posizione: Ricercatore di II livello presso Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia,
sezione di Roma1 Sismologia e Tettonofisica dal 2004/02/01.
1998 - Post-Doc, Bullard Laboratories, University of Cambridge
2001 – Fullbright visitors, NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena.
Interessi scientifici: Studio del campo di deformazione attiva dell’area mediterranea con metodi
geodetici. Accumulo di deformazione sulle strutture sismogenetiche dell’area italiana. Meccanismi
di deformazione della litosfera continentale. Analisi dati GPS da reti permanenti e discrete.
Responsabilità di coordinamento all’interno dell’INGV:
Referente della Sezione Roma per TTC6 (Rete Nazionale GPS).
Referente Obiettivo Specifico 3.2 (Tettonica Attiva).
Responsabile sviluppo rete GPS di monitoraggio della faglia Alto-Tiberina nell’ambito del progetto
AIRPLANE (M. Cocco, A. Amato).
D'Agostino, N., R. Giuliani, M. Mattone, and L. Bonci (2001), Active Crustal Extension in the
Central Apennines (Italy) Inferred from GPS Measurements in the Interval 1994-1999, Geophys.
Res. Lett., 28(10), 2121-2124.
D’Agostino N., G. Selvaggi (2004), Crustal motion along the Eurasia-Nubia plate boundary in the
Calabrian Arc and Sicily and active extension in the Messina Straits from GPS measurements, J.
Geophys. Res., 109, B11402, doi:10.1029/2004JB002998.
D'Agostino N., D. Cheloni, S. Mantenuto, G. Selvaggi, A. Michelini, D. Zuliani (2005), Strain
accumulation in the southern Alps (NE Italy) and deformation at the northeastern boundary of Adria
observed by CGPS measurements, Geophys. Res. Lett., 32, L19306, doi:10.1029/2005GL024266.
Giuliani, R., Anzidei, M., Bonci, L., Calcaterra, S., D'Agostino, N., Mattone, M., Pietrantonio, G.,
Riguzzi, F., Selvaggi, G. Co-seismic displacements associated to the Molise (Southern Italy)
earthquake sequence of October–November 2002 inferred from GPS measurements,
Tectonophysics 432 (2007) 21–35.
Hunstad, I., G. Selvaggi, N. D'Agostino, P. England, P. Clarke, and M. Pierozzi, 2003, Geodetic
strain in peninsular Italy between 1875 and 2001, Geophys. Res. Lett., 30(4), 1181,
doi:10.1029/2002GL016447.
242
2. Personale della RU
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Giorni/Persona
Giorni/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
INGV
4841
44
Ricercatore
INGV
4
4
Avallone Antonio
Ricercatore
INGV
2
2
D’Anastasio
Elisabetta
Ricercatore
INGV
2
2
Borsista
INGV
1
1
Devoti Roberto
Primo
Tecnologo
INGV
0
0
Pietrantonio Grazia
Ricercatore
INGV
0
0
Cheloni Daniele
Borsista
INGV
0
0
Mantenuto Sergio
Borsista
INGV
0
0
Giuliani Roberta
Ricercatore
DPC
0
0
Calcaterra Stefano
Ricercatore
APAT
0
0
D’Agostino Nicola
Primo
Ricercatore
Serpelloni Enrico
Cavaliere Adriano
I fase
II fase
Il rapido progresso avvenuto nelle tecniche di geodesia spaziale, e nel GPS in particolare,
forniscono ai ricercatori una grande quantità di dati sui movimenti crostali a scale spaziali variabili
dalla cinematica delle maggiori placche (~103 km) all’accumulo di deformazione elastica sulle
singole strutture sismogenetiche (~100 kms). Questi dati stanno quindi determinando un rapido
aumento delle conoscenze sui processi geodinamici a scale variabili dalla deformazione
cosismica alle modalità di deformazione della crosta continentale. Lo sforzo tecnologico dell’INGV
per sviluppare una rete GPS per la geodinamica (RING, http://ring.gm.ingv.it) e la raccolta dei dati
delle reti GPS regionali, ha aumentato in maniera significativa la base dei dati con cui vincolare la
cinematica crostale nella zona italiana. Il campo di velocità GPS fornisce un’istantanea della
deformazione crostale che convertita in tassi di accumulo di deformazione, fornisce una stima del
potenziale rilascio sismico futuro. La densificazione della rete GPS con progetti specifici di
acquisizione su particolari strutture sismogeniche (vedi progetto S5 DPC) permetterà studi di
dettaglio relativi alle caratteristiche di accumulo di deformazione intersismica sulle faglie (es.
D’Agostino et al., 2005) fornendo contributi importanti per la comprensione del ciclo sismico ed il
rilascio della deformazione accumulata, ed un miglioramento delle stime di pericolosità.
In questo progetto proponiamo l’applicazione di due diversi approcci modellistici per l’analisi e
l’interpretazione della deformazione a partire da campi di velocità GPS per il territorio italiano ed
aree circostanti. Applicheremo due diversi approcci che, a partire da campi di velocità GPS, si
pongono come obiettivo lo studio della deformazione crostale. Questi approcci complementari
forniranno un contributo alla comprensione dei processi deformativi in termini di tassi di slip su
faglie a lungo termine ed in termini di valutazione del campo del tensore di strain rate. Il primo
approccio si basa sulla meccanica dei continui nell’assunzione di una deformazione continua della
litosfera (Haines and Holt, 1993; Kreemer and Hammond, 2007). Nel secondo approccio la
litosfera viene considerata come un insieme di blocchi separati da discontinuità costituite da faglie
ed i dati geodetici vengono utilizzati per invertire i poli dei rotazione dei blocchi ed i tassi di slip
243
sulle faglie che meglio riproducono le osservazioni (Reilinger et al., 2006; Meade and Hager,
2005). Questi due approcci rappresentano gli “end-members” con cui viene descritta la
deformazione continentale, ed il confronto tra i risultati ottenuti dalla loro applicazione sullo stesso
set di velocità GPS fornirà un importante contributo per la comprensione della cinematica della
regione Italiana.
3a.2 Obiettivi
Gli obiettivi del progetto possono essere riassunti come segue:
- Raccolta e processamento omogeneo di tutti i dati GPS disponibili da stazioni permanenti e da
reti episodiche con software GAMIT e GIPSY.
- Elaborazione di mappe del tensore di strain rate. Il tensore di strain-rate verrà inoltre convertito
in tasso di accumulo di deformazione geodetica per la valutazione del potenziale sismico.
- Calcolo dei tassi di slip-rate e spessore strato elastico (locking-depth) per le faglie ai margini dei
blocchi crostali, e poli di rotazione dei blocchi crostali utilizzati.
- Confronto tra le stime geodetiche di strain rate e fault-slip rate con risultati di analisisi
sismologiche e paleosismologiche.
3a.3 Attività
Questa Unità di ricerca (UR) sarà divisa in due attività:
A. Questa attività svilupperà un campo di velocità attraverso l’utilizzo del software GIPSY e
applicherà le metodologie per il calcolo del campo di strain rate (strain rate modeling). Il campo
di strain rate sarà convertito in tasso di momento geodetico usando la formula di
Kostrov(1974), fornendo una stima del campo di deformazione crostale potenzialmente
rilasciabile in maniera sismica in futuro. Le attività di A sono così suddivise:
A1. Elaborazione delle soluzioni goirnaliere e analisi delle serie temporali con GIPSY.
A2. Creazione della griglia ed analisi dello strain.
A3. Calcolo momento geodetico e confronto con la deformazione sismica e geologica.
B. Questa attività elaborerà un campo di velocità con il sofware GAMIT e applicherà le
metodologie per la stima degli slip-rate e dei poli di rotazione dei blocchi riconosciuti nell’area
di interesse (block modeling), attraverso test-statistici per testare le eventuali configurazioni e
studi locali su trade-off tra slip-rate e locking-depth e inversione ottimale dei parametri
geometrici e cinematici per le aree in cui il numero di stazioni GPS attraverso le zone di faglia
sia tale da permettere questo tipo di analisi. Le attività di B saranno così suddivise:
B1. Elaborazione delle soluzioni giornaliere ed analisi delle serie temporali con GAMIT.
Popolamento del data-base e del “tool” GIS con i dati geofisici necessari per la definizione
della geometria del modello e delle faglie.
B2. Configurazione di diverse geometrie delle placche alla scala del Mediterraneo centrale ed
esecuzione di test statistici per la definizione della geometria ottimale. Stima dei poli di
rotazione e slip-rate regionali come prodotto intermedio
B3. Stima dei poli di rotazione dei blocchi e degli slip-rate delle faglie, creazione delle tabelle e
dei file di output.
B4. Analisi locali su particolari segmenti dove il numero di dati GPS consente di testare diverse
configurazioni geometriche e di verificare l’effetto delle strutture limitrofe e creazione di un
data-base dei risultati organizzato delle uscite dei modelli.
3a.4 Metodologia
Questa RU applicherà le seguenti metodologie:
- Processamento di dati rinex da stazioni GPS permanenti e discrete ed elaborazione di soluzioni
giornaliere attraverso i softwares GAMIT e GIPSY. L’uso ed il confronto tra diversi software
permetterà il confronto tra diversi approcci e la minimizzazione di possibili errori sistematici. La
soluzione finale di velocità sarà espressa in un sistema di riferimento Eurasiatico ottenuto
minimizzando le velocità orizzontali di una serie di siti (30-40) sulla porzione stabile della
placca eurasiatica.
- Modellazione dei campi di velocità con software specifici per ottenere campi continui del tensore
di strain-rate e stime degli slip-rate e locking-depths delle faglie. La stima del campo di strain
244
rate sarà effettuata con il software SPARSE sviluppato da J. Haines (Cambridge University)
mentre il block-modeling sarà effettuato con il software sviluppato da Brendan Meade
(University of Harvard).
Bibliografia
D'Agostino N., D. Cheloni, S. Mantenuto, G. Selvaggi, A. Michelini, D. Zuliani (2005), Strain
accumulation in the southern Alps (NE Italy) and deformation at the northeastern boundary of Adria
observed by CGPS measurements, Geophys. Res. Lett., 32, L19306, doi:10.1029/2005GL024266.
Haines, A.J. and W.E. Holt, A procedure to obtain the complete horizontal motions within zones of
distributed deformation from the inversion of strain rate data, J. Geophys. Res., 98, 12,057-12,082,
1993.
Kostrov, V. V. (1974). Seismic moment and energy of earthquakes, and seismic flow of rock, Earth
Phys. 1, 23–40.
Kreemer, C., and W.C. Hammond, Geodetic constraints on areal changes in the Pacific-North
America plate boundary zone: What controls Basin and Range extension?, Geology, 35, 943-946,
2007.
McCaffrey, R., Block kinematics of the Pacific - North America plate boundary in the southwestern
US from inversion of GPS, seismological, and geologic data, Journal of Geophysical Research
110, B07401, doi:10.1029/2004JB003307, 2005.
Meade, B. J. and B. H. Hager, (2005), Block models of crustal motion in southern California
constrained by GPS measurements, Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 110, B03403,
doi:10.1029/2004JB003209.
Reilinger R., et al. (2006), GPS constraints on continental deformation in the Africa-Arabia-Eurasia
continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions, J. Geophys. Res.,
111, B05411, doi:10.1029/2005JB004051.
3a.5 Cronoprogramma
I
Phase
1
Semester
Elaborazione delle
soluzioni goirnaliere e
analisi delle serie
temporali con GIPSY.
A1
Elaborazione delle
soluzioni giornaliere ed
analisi delle serie
temporali con GAMIT.
Popolamento del database e del “tool” GIS con
i dati geofisici necessari
per la definizione della
geometria del modello e
delle faglie.
A2
...
II
-
2
1
Creazione della griglia
ed analisi dello strain
Configurazione di
diverse geometrie delle
placche alla scala del
Mediterraneo centrale
ed esecuzione di test
statistici per la
definizione della
geometria ottimale.
Stima dei poli di
rotazione e slip-rate
regionali come prodotto
intermedio
-
Creazione della griglia ed
analisi dello strain.
Stima dei poli di rotazione
dei blocchi e degli slip-rate
delle faglie, creazione delle
tabelle e dei file di output.
-
2
Calcolo momento
geodetico e confronto con
la deformazione sismica e
geologica.
Analisi locali su particolari
segmenti dove il numero di
dati GPS consente di
testare diverse
configurazioni geometriche
e di verificare l’effetto delle
strutture limitrofe e
creazione di un data-base
dei risultati organizzato
delle uscite dei modelli.
-
4a. Prodotti
I prodotti forniti da questa RU saranno:
- A fornirà i valori del tensore di strain rate e del momento geodetico su griglie regolari ed irregolari
concordate con le altre componenti del progetto S1 in formati GIS tali da permettere il
confronto con le altre componenti di S1. In particolare fornirà i valori di eps_max, eps_min e
245
az_eps_max del tensore di strain rate ed i valori delle velocità angolari dei blocchi rigidi
riconosciuti nella zona di interesse con associate stime di incertezza.
- B fornirà geometria dei blocchi e delle faglie, poli di rotazione, assoluti e relativi, di tutti i blocchi
crostali che entrano nel modello, slip-rate di tutte le faglie incluse nel modello, in termini di dipslip rate e strike-slip rate in mm/anno ed errori associati ai poli di rotazione ed errori associati
agli slip-rate derivati dall’inversione ai minimi quadrati delle osservazioni GPS.
Il personale coinvolto in questa UR ha condotto a partire dal 1999 campagne periodiche GPS su
due reti discrete in Abruzzo e Molise con personale del SSN-DPC (Resp. Roberta Giuliani) e del
Servizio Geofisica dell’APAT. I risultati preliminari delle analisi dei due network sono stati pubblicati
e presentati recentemente a congressi italiani ed internazionali. Le analisi e le interpretazioni in
questo progetto si avvarrano quindi delle nuove misurazioni previste per il 2008-2009 e delle
interazioni e dalla continua collaborazione con il personale citato dei suddetti enti.
Questa UR interagirà e collaborerà con le seguenti componenti del progetto DPC:S1 –
Determinazione del potenziale sismogenetico
- UR “Misure del campo di deformazione geodetica nell’area italian”. In particolare verranno fornite
le soluzioni giornaliere elaborate con i softwares GIPSY e GAMIT per la combinazione destinata
alla creazione del campo di velocità GPS proposto in tale UR.
- S5 - Test sites per il monitoraggio multidisciplinare di dettaglio – Task 1 Faglia Alto Tiberina.
Task2 Messina. Le interazioni con tale UR saranno legate all’utilizzo dei dati della rete GPS ATF e
al confronto con i risultati intermedi e finali di tale progetti.
The rapid advance of space-geodesy techniques, and in particular of the GPS , is providing a
large amount of information on crustal motion at scales ranging from plate motion (~103 km) to
single-fault strain accumulation (~100 km). These new information are triggering a rapid
improvement in the understanding of different processes such as the sudden release of coseismic
deformation during earthquakes to the slow deformation of the continents. In the last years a
significant technological effort to develop a national GPS networks (RING, http://ring.gm.ingv.it) for
geodynamics and to integrate the data from several regional GPS networks, has tremendously
increased the density of the resulting velocity field over the Italian territory and surrounding
regions. This velocity field now shows a snaphsot of the contemporary crustal deformation which,
translated into rates of strain accumulation, will provide an important tool to evaluate the potential
seismic activity. The densification of the national GPS networks and specific projects which are
targeting detailed monitoring and data acquisition (see project DPC S5 test sites), allows the evaluation
of interseismic strain accumulation on specific active fault systems (e.g. D’Agostino et al., 2005). These
studies provide important contributions to the understanding of the seismic cycle on seismogenic
structures which are likely to release their accumulated deformation in future earthquakes, thus
improving our estimates of seismic hazard.
In this project we propose two innovative approaches to analyse and interpret the dense GPS
velocity field of the Italian territory and surrounding regions. These complementary approaches will
increase our undersanding of the contemporary crustal deformation in terms of long-term slip rates
on faults and diffuse strain rates. In order to relate the geodetic velocities to crustal deformation
246
rates we will adopt two different approaches. In the first approach (Haines and Holt, 1993; Kreemer
and Hammond, 2007) we model the crustal horizontal strain rate field under the assumption that
the crust deforms as a continuum. In the second approach (McCaffrey, 2007; Meade and Hager,
2005) we divide the region in fault-bounded blocks and solve for the rotation of the blocks and the
magnitude of the style of slip on the bounding faults. One advantage of the continuum strain rate
modeling approach is that no knowledge of the location and geometries of blocks and faults is
needed, and a smooth estimate of the deformation field is provided. The drawaback of the
continuum approach is that many processes including earthquakes, may be constrained to faults.
3b.2 Goals
The goals of this project can be summarized as follows:
- Collect GPS raw data from various permanent networks and episodic surveys, process the data
with GAMIT and GIPSY software and derive dense GPS velocity fields.
- Develop maps of continuous strain rate fields. This strain rate fields will be translated in geodetic
moment rates to evaluate potential seismic activity.
- Estimates of slip-rates on known active faults. Both the strain rate fields and the geodetic
estimates of fault slip-rates will be compared to the seismic moment release calculated from
earthquakes catalogues and active faults databases.
The UR will be divided in two activities.
A. This activity will apply a strain modeling approach to the study of the GPS velocity field and will
derive maps of the continuous strain rate fields. The strain rate field will be translated in
geodetic moment rates using the Kostrov(1974) formula which, giving an estimate of the
accumulation of seismic moment, provide an estimate the budget of crustal deformation to be
released in future eartquakes and compared with the historical and instrumental seismic
histories. Activities of A are subdivided in this way:
A1. Production of daily solutions with GIPSY and time-series analysis.
A2. Development of the irregulard grid and strain-rate analysis.
A3. Estimates of geodetic moment rate and comparison of deformation rates from
seismological and geological data.
B. This activity will apply a discrete block-modeling approach which enphasizes the role of
discontinuities and faults in the crust. This approach will provide estimates of long-term fault
slip rates which will be compared with geological fault slip-rates. Activities of B are subdivided
in this way:
B1. Production of daily solutions with GAMIT and time-series analysis. Development of GIS
interface and data collection for the definition of model fault geometry.
B2. Mediterranean scale block model and statistical tests for the defintion of optimal geometry.
Estimates of Eulerian poles and fault slip rates as intermediate deliverables.
B3. Eulerian poles and fault slip rates estimates and preparation of output deliverables.
B4. Detailed analysis on target areas where site densification allows to test different
configuration and geometries. Database of model results.
3b.4 Metodology
This UR will apply the following methodologies:
- Processing of raw rinex files to calculate daily positions of GPS sites. For the reduction of GPS
raw data we will use the following softwares: GAMIT (http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/),
developed and mantained at MIT (Massachustes Institute of Technology), and GIPSY
(https://gipsy-oasis.jpl.nasa.gov/), developed and mantained by the JPL (NASA Jet
PropulsionLaboratory). The use of different softwares will allow a comparison between different
approaches and the minimization of systematic errors. Daily time series will be analyised to
derive linear site velocities and associated realistic uncertainties. Final velocities will be
expressed in an Eurasian reference frame obtained by minimizing the horizontal velocities of
an homogeneously distributed set (at least 30-40) of GPS sites in the stable part of the
Eurasian plate.
247
- Modelling of the velocity fields to derive continuous strain rate fields and long-term fault slip rates
(see State of the Art). For the strain-rate modeling we will use the SPARSE softwares
developed by John Haines (Cambridge University) and collegues, and the block-modeling
software developed by Brendan Meade (Harvard).
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
A
A1.Production of daily
solutions with GIPSY and
time-series analysis
B
B1 Production of daily
solutions with GAMIT and
time-series analysis.
Development of GIS
interface and data
collection for the definition
of model fault geometry
B2. Mediterranean scale
block model and
statistical tests for the
defintion of optimal
geometry. Estimates of
Eulerian poles and fault
slip rates as ntermediate
deliverables.
-
-
...
A2. Development of the
irregulard grid and
strain-rate analysis.
2
A2. Development of the
irregulard grid and strainrate analysis
A3.Estimates of geodetic
moment rate and
comparison of deformation
rates from seismological
and geological data
B3. Eulerian poles and
fault slip rates estimates
and preparation of output
deliverables
B4. Detailed analysis on
target areas where site
densification allows to test
different configuration and
geometries. Database of
model results.
-
-
4b. Deliverables
This RU will provide maps of strain rate and fault slip-rates with geographic referenced values in
vector format which will allow the integration in the project GIS database and the comparison
with other products and deliverables of the project. In particular:
- A1 will provide values of the Eulerian poles of the major statistically-rigid blocks within the study
area, and values of the strain rate tensor (eps_max, eps_min, az_eps_max) for regular and
irregular grids in agreement with the others participants of the S1 project.
- A2 will provide values of block eulerian poles, fault locking depths and long-term fault slip-rates
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
-
0,00
0,00
uso
0,00
0,00
248
Totale
0,00
0,00
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2000
0,00
7.2. II fase
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
-
16000
0,00
0,00
uso
0,00
2000
0,00
Totale
0,00
20000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2000
0,00
7.3. Totale
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
-
16000
0,00
uso
Totale
0,00
0,00
0,00
249
2000
0,00
20000
0,00
Progetto S1 - RU 3.06 - Mariucci M.Teresa
(Task C; AU A)
Titolo: Aggiornamento del database sul campo di stress attivo in Italia da dati di perforazioni
profonde
1. Responsabile UR
Maria Teresa Mariucci
Ricercatore, INGV – Sezione di Sismologia e Tettonofisica
Breve CV
Education: Master degree in Geology, University “La Sapienza”, Rome, Italy (1992).
Positions held: fellowship holder and consultant, INGV, Rome, Italy (1995-1999); consultant,
Enterprise Oil Italiana S.p.A. (1997); Researcher, INGV, Rome, Italy (since 1999); Visiting scientist,
Geophysical Institute, University of Karlsruhe, Germany (2000); Member of the Expert Panel within
the ENI-INGV Agreement, on geomechanics (since 2004).
Scientific activity: Her main research activity focuses on the application and development of
methods to study the active stress field. In particular she analyses active stress indicators such as
borehole data, but also earthquake focal mechanisms and active faults data. These researches,
aimed to characterize and understand the crustal stress in Italy and its relationship with the
seismogenic structures, contribute to the "World Stress Map Project”. She worked on tectonic
regime estimates from rock strength and borehole breakout occurrence at depth and on stress
magnitude evaluation from leak off test data. Relationships between local stress field and tectonic
structures were investigated and a technique to find out active faults at depth from breakouts data
was set up. She performed the elaboration and analysis of "smoothed" stress maps to get reliable
stress orientations in areas where data lack or are poor. She got the “1999 Young Scientists’
Publication Award” for Solid Earth Geophysics from European Geophysical Society. She was
involved in the EC project “GeoModAp”, in two GNDT projects (coordinated by Dr. Amato and Dr.
Cocco, INGV) and was responsible of UR9 within INGV-DPC V3.1 project (2005-07).
Pubblicazioni
Pierdominici S., Mariucci M.T., Montone P. and Cesaro M. (2005)- Comparison between active
stress and tectonic structures in northern Italy, Lombardia region. Annals of Geophysics, 48, 6,
129-142.
Montone P., Mariucci M.T., Pondrelli S. and Amato A. (2004)– An improved stress map for Italy
and surrounding regions (central Mediterranean). J. Geophys. Res., 109, B10410,
doi:10.1029/2003JB002703.
Mariucci M.T. and Müller B. (2003)- The tectonic regime in Italy inferred from borehole breakout
data. Tectonophysics, 361, 21-35.
Mariucci M.T., Amato A., Gambini R., Giorgioni M. and Montone P. (2002)- Along-depth stress
rotations and active faults: an example in a 5-km deep well of Southern Italy. Tectonics, 21 (4),
1021, doi:10.1029/2001TC001338.
Mariucci M.T., Amato A. and Montone P. (1999)- Recent tectonic evolution and present stress in
the Northern Apennines (Italy). Tectonics, 18 (1), 108-118.
250
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Giorni/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Mariucci M.Teresa
Ricercatore
INGV – Roma 1
2.5
3
Montone Paola
Dirigente di
Ricerca
INGV – Roma 1
2
2
Pierdominici
Simona
Ricercatore
INGV – Roma 1
2
2
I fase
II fase
Da molti anni ormai in Italia si studiano le informazioni che le perforazioni profonde ci forniscono
sul campo di stress attuale (Montone et al., 1992). La conoscenza dettagliata dell’orientazione e
grandezza degli sforzi ci permette di valutare quali strutture attive possono muoversi piu’
facilmente. Quindi i dati relativi al campo di stress attivo contribuiscono direttamente alla
definizione della pericolosità sismica di un’area.
Attualmente il database del campo di stress attivo, aggiornato al 2003, comprende 329 dati
derivanti dall’analisi di breakout, 186 da meccanismi focali di terremoti con M>4.0, 20
dall’inversione di dati di sequenze sismiche e 7 dati di faglie attive (Montone et al., 2004).
3a.2 Obiettivi
Nell’ambito di questo progetto proponiamo di incrementare la banca dati riguardante le orientazioni
degli sforzi sul piano orizzontale, ricavabili dall’analisi di breakout nelle perforazioni profonde.
Analizzeremo 65 dati relativi ad altrettanti pozzi, con un incremento di oltre il 20% del dataset,
ubicati prevalentemente in Italia meridionale e Sicilia. In particolare le perforazioni sono ubicate: 13
in Sicilia, 5 in Calabria, 6 lungo il margine tirrenico laziale, 19 in catena tra la Campania e la
Basilicata, 15 lungo l’avanfossa appenninica tra le Marche e il Golfo di Taranto, 4 nell’off-shore
adriatico, 2 nell’off-shore dell’Emilia-Romagna e 1 in Pianura Padana. I pozzi sono profondi da un
minimo di 1300m ad un massimo di 5900m. In aree peculiari è previsto un dettaglio analitico
maggiore. Una volta terminata l’analisi dei singoli dati verranno costruite le mappe di interpolazione
delle orientazioni di Shmin utilizzando diversi parametri (griglie, parametri di smoothing, raggio di
ricerca, ecc). Tali mappe permetteranno di avere informazioni sulla direzione dello stress anche in
quelle zone non coperte da alcun tipo di dato. I risultati ottenuti potranno essere integrati con dati
nuovi provenienti dall’analisi dei meccanismi focali effettuate da altri gruppi di ricerca. Se si riuscirà
ad avere un dataset completo, aggiornato almeno al 2008, questo potrà essere utilizzato per la
costruzione di modelli crostali integrati, elaborati in collaborazione ad altri gruppi.
3a.3 Attività
L’attività dell’UR può essere sinteticamente riassunta in tre parti principali che si susseguono nel
tempo. Una prima fase di pianificazione del lavoro comporta l’acquisto e la messa a punto del
software necessario, il controllo dei dati a disposizione e l’eventuale richiesta di dati integrativi.
Seguirà la fase di analisi vera e propria secondo una progressione per aree omogenee. Infine
l’elaborazione della nuova mappa aggiornata di stress attivo e di mappe di interpolazione dei dati
per una loro migliore interpretazione.
3a.4 Metodologia
L’analisi dei dati di perforazioni profonde con il metodo dei breakout è metodologia ben conosciuta.
Si tratta di analizzare i log (cartacei e digitali) acquisiti dallo strumento denominato dipmeter per la
definizione della direzione di sforzo minimo sul piano orizzontale. Il confronto di questa analisi con
eventuali altri log effettuati in foro a disposizione permette di vincolar meglio e interpretare
251
criticamente i risultati ottenuti. Per l’analisi dei dati digitali è necessario avvalersi di software
specifici (es. WellCad, GMI) che permettono l’integrazione dei vari log di pozzo e sono usati sia nel
campo della ricerca che in quello commerciale per l’elaborazione di questo tipo di informazioni. Per
le altre analisi proposte si possono utilizzare programmi sviluppati nell’ambito della ricerca che si
possono adattare alle esigenze specifiche.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
Semestre
Pianificazione (controllo dati, richiesta dati, sistemazione
software): tabella e mappa dei dati a disposizione per
l’analisi di breakout
Analisi dati: tabella con risultati preliminari dell’analisi di
breakout
Risultati: tabella dei risultati dell’analisi di breakout,
elaborazione mappe e interpretazioni
II
1
2
1
2
x
-
-
-
-
x
x
-
-
-
x
x
4a. Prodotti
-Tabella con i risultati delle analisi di breakout.
-Mappa del campo di stress attivo in Italia aggiornata al 2008.
-Mappe di stress interpolate.
I dati si stress confluiscono nel database del Word Stress Map Project, attualmente presso il GFZ
di Potsdam (Germania), quindi è prevista un’interazione con tale istituto.
Nelle mappe di stress sono compresi anche dati derivanti dall’analisi dei meccanismi focali dei
terremoti e dati di faglie attive, pertanto è possibile un’interazione con ricercatori che si occupano
di tali temi.
In Italy, we have been studying information about active stress field from deep wells for many
years (Montone et al., 1992). A detailed knowledge of stress orientation and magnitude allows to
estimate which structures can move easily. Then data on active stress field directly contribute to
define the seismic hazard of a region. Nowadays the active stress field database, updated to 2003,
includes 329 breakout data, 186 focal mechanisms of earthquakes with M>4.0, 20 formal
inversions of stress axes from seismic sequences and 7 active fault data (Montone et al., 2004).
3b.2 Goals
Within this project, we propose to increase the horizontal stress orientation database, that can be
inferred from breakout analysis from deep wells. We will analyse 65 well data increasing dataset
more than 20%, mainly located in southern Italy and Sicily. In detail the wells are located: 13 in
Sicily, 5 in Calabria, 6 along the Latium Tyrrhenian margin, 19 along the belt between Campania
252
and Basilicata, 15 along the apenninic foredeep between Marche and Taranto Gulf, 4 adriatic offshore, 2 Emilia off-shore and 1 in the Po plain. The wells are deep from a minimum depth of
1300m to a maximum of 5900m. In some specific areas more detailed analysis will be performed.
At the end of the well data analysis, Shmin orientation smoothed maps will be built using different
parameters (grids, search radius, degree of smoothing). These maps will allow to get information
on stress orientation also in areas without data. The results will be integrated with new data from
focal mechanism analysis performed by other research teams. If a complete dataset, updated at
least to 2008, is obtained it will be used to construct integrated crustal models, in collaboration with
other groups.
3b.3 Activity
The RU activity can be summarized in three main steps. The first one is relative to the software
aquisition and set up, the check of the available data and a possible request of supplementary
data. Data analysis of single wells will follow. At last, an updated active stress map and smoothed
maps of Italy will be elaborated.
3b.4 Metodology
The breakout analysis in deep boreholes is well known method. We analyse paper and digital logs
from a dipmeter tool to infer the Shmin direction. The comparison between this analysis and other
available geophysical logs allow to better constrain and critically interpret the results. To perform
the digital data analysis specific softwares (es. WellCad, GMI) are needed. These softwares, used
both in research and industry field, allow to integrate different well logs. For the other proposed
analysis it is possible to use software already existent sligthly modified for our specific applications.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
2
Planning (data check, data request, software setup): table
and map of available data to perform breakout analysis
x
-
-
-
Data analysis: table with preliminary results of breakout
analysis
-
x
x
-
Results: table with results of breakout analysis, map
elaboration and interpretations
-
-
x
x
4b. Deliverables
-Table with breakout analysis results.
-Active stress map of Italy updated to 2008.
-Smoothed stress maps of Italy.
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1300
0,00
2200
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
253
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
8200
0,00
1300
0,00
Totale
0,00
13000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
500
0,00
4000
0,00
7.2. II fase
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
0,00
500
0,00
Totale
0,00
5000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1800
0,00
6200
0,00
7.3. Totale
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
Totale
0,00
254
8200
0,00
1800
0,00
18000
0,00
Progetto S1 - RU 3.09 - Pucci Stefano
(Task C; AU A)
Titolo Deformazioni superficiali e profonde
Dr. Stefano Pucci
Ricercatore INGV
Sez. Sismologia e Tettonofisica
UF Tettonica Attiva
Data e luogo di nascita: 31 Agosto 1968 - Perugia
Residenza: 00194 Roma, via dei Duchi di Castro, 3
Campo d'interesse: Geologia dei terremoti, Paleosismologia, Geomorfologia Tettonica, Geologia
Strutturale, Cartografia Geologica
Educazione: Ph.D. in Geologia del Terremoto al Dipartimento di Scienze della Terra
dell'Università di Perugia, Italia. Tesi: “The Düzce segment of the North Anatolian Fault Zone
(Turkey): Understanding its seismogenic behaviour through earthquake geology, tectonic
geomorphology and paleoseismology"
Diploma di laurea in Scienze Geologiche, conseguito presso l'Università degli Studi di Perugia.
Tesi di Laurea in Geologia Strutturale: "Rilevamento geologico-strutturale ed inquadramento
sismo-tettonico dell'area interessata dal sisma di Colfiorito del Settembre 1997"
Attività di ricerca:
2006-presente. Ricercatore nell’ambito del progetto finanziato dal Dipartimento della Protezione
Civile Italiana nel gruppo di lavoro "Tettonica Attiva e Strutture Sismogenetiche” presso l'INGV.
2005-2006. Ricercatore nell’ambito del progetto della Commissione Europea (contratto n. 004043),
denominato “3HAZ-Corinth, Earthquakes, tsunamis and landslides in the Corinth rift, Greece. A
multidisciplinary approach for measuring, modelling, and predicting their triggering mode and their
effects”, presso l’INGV, Sezione “Sismologia e Tettonofisica”.
2002-2005. Ricercatore nell’ambito del progetto della Commissione Europea EVG1-CT-200200069, denominato “Relief- Large Earthquake Faulting and Implication for Seismic Hazard
Assessment in Europe: the Izmit-Duzce earthquake sequence of 1999, Turkey, Mw 7.4, 7.1”,
presso l’INGV, Sezione “Sismologia e Tettonofisica”.
2001-2002. Ricercatore nell’ambito del progetto GNDT (Gruppo Nazionale Difesa Terremoti)
“Terremoti probabili in Italia tra l’anno 2000 ed il 2030: elementi per la definizione di priorità degli
interventi di riduzione del rischio sismico”, presso l’INGV, Sezione “Sismologia e Tettonofisica”.
Nov-Dic 2000. Titolare di una borsa di studi presso l’ING, Sezione “Sismologia e Tettonofisica”
nell’ambito del progetto CEE n. ENV4-CT97-0528, denominato “FAUST Fault as Seismologists’
Tool”.
1999/2000. Titolare della borsa di studi post-laurea per lo svolgimento di attività di ricerca presso il
Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Perugia dal titolo “Studio delle strutture
sismogeniche nelle zone interessate dal terremoto umbro-marchigiano 1997/98.”, come contributo
alla revisione delle zone/strutture sismogenetiche dell'Italia centrale: revisione dei dati geologici di
superficie ed interpretazione di linee sismiche a riflessione. Attività dell’Unità di Ricerca
dell’Università di Perugia, inserita nei sottoprogetti 5.1.1 (Mappa delle zone sismogenetiche e
probabilità degli eventi associati) e 5.1.2 (Inventario delle faglie "attive" e dei terremoti ad esse
255
associabili), commissionata dal Gruppo Nazionale Difesa Terremoti per la valutazione a scala
nazionale della pericolosità sismica (Progetto Esecutivo 1998).
1999. Partecipazione, come collaboratore esterno al Dipartimento di Scienze della Terra
dell’Università di Perugia, ai seguenti progetti di cartografia geologica e relative attività di ricerca:
- "Geologia di superficie e del sottosuolo della parte centrale dell’area colpita dall’evento sismico
del 26/9/1997".
- “Cartografie geologiche e geotematiche delle aree terremotate finalizzate all’individuazione della
pericolosità sismica locale”.
Pubblicazioni:
-Pucci, S., P.M. De Martini, D. Pantosti (2008), Preliminary slip rates of the Duzce segment of the North
Anatolian
Fault
Zone
from
offsets
geomorphic
markers,
Geomorphology,
doi:10.1016/j.geomorph.2007.09.002.
-Pantosti, D., S. Pucci, P.M. De Martini, N. Palyvos, G. D’Addezio and C. Zabci (2007), Paleoseismological
investigation along the Duzce segment of the North Anatolian Fault Zone (Ms 7.1, Nov. 1999), Journal of
Geophysical Research-Solid Earth, 113, B01309, doi:10.1029/2006JB004679.
-Pucci, S., D. Pantosti, M. Barchi and N. Palyvos (2007), A Complex seismogenic shear zone: the Düzce
segment of the North Anatolian Fault Zone (Turkey), Earth Planetary Science Letters,
doi:10.1016/j.epsl.2007.07.038.
-Pucci, S., N. Palyvos, C. Zabci, D. Pantosti (2006): Coseismic ruptures and associated tectonic landforms
along the Duzce segment of the North Anatolian Fault Zone (Ms 7.1, Nov. 1999), Journal of Geophysical
Research-Solid Earth, 111, B06312, doi:10.1029/2004JB003578.
-Chiaraluce, L., M.R. Barchi, C. Collettini, F. Mirabella and S. Pucci (2005): Connecting seismically active
normal faults with Quaternary geological structures in a complex extensional environment: the Colfiorito
1997 case history (Northern Apennines, Italy), Tectonics, vol. 24, TC1002, doi:10.1029/2004TC001627
-Pucci, S., P. M. De Martini, D. Pantosti, G. Valensise (2003): Geomorphology of the Gubbio Basin (Central
Italy): understanding the active tectonics and earthquake potential, Ann. Geophysics, 46 (5), 837-864.
2. Personale del RU
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Istituto Nazionale di
Pucci Stefano
Ricercatore
4 (*)
4 (*)
- Roma
Dirigente di
Pantosti Daniela
1
1
ricerca
- Roma
De Martini Paolo
Ricercatore
1
1
Marco
- Roma
Dottore di
Collaboratore
Guarnieri Pierpaolo
Ricerca
Professionale
Ciaccio Maria Grazia
Ricercatore
2
2
- Roma
Barchi Massimiliano
Professore
Università di Perugia,
1
1
Rinaldo
ordinario
Dip.to Scienze della Terra
Pauselli Cristina
2
1
Ricercatore
Mirabella Francesco
1
1
Assegnista
*funded on the present INGV-DPC agreement but not requested in this specific project
256
I fase
II fase
2
2
Il personale del Work Package si occuperà di applicare sistematicamente due differenti approcci
metodologici volti alla definizione delle caratteristiche geologico-strutturali vincolanti l’attività
sismogenetica. Il RU ha due differenti obbiettivi (OBJ), e relative metodologie d’investigazione, volti
alla definizione dei due domini di deformazione cosismica, quello superficiale e quello profondo,
che, in quanto luoghi di differenti espressioni dell’attività delle faglie, contribuiscono alla
costruzione di un esaustivo quadro sismotettonico di un’area. In particolare i due obbiettivi si
interesseranno, l’uno della determinazione dei livelli di scollamento e della variazione degli strati
sismogenetici nella crosta superiore, l’altro della ricostruzione, datazione e stima delle velocità di
deformazioni Pleisto-Oloceniche osservabili dalla superficie crostale. L’applicazione delle relative
metodologie d’investigazione avverrà in aree chiave: La Sicilia Occidentale e l'Appennino centrosettentrionale.
In quest'ultima zona, in particolare, viene affrontato un approccio innovativo al fine di calibrare il
metodo e renderlo applicabile in zone meno note.
OBJ 1: Deformazione superficiale
3a.1.1 Stato dell'arte
Per quanto la sismicità strumentale e storica sia molto bassa, la Sicilia Occidentale è stata
interessata, nel Belice, dalla sequenza sismica del 1968, caratterizzata da sei scosse principali di
magnitudo da 5.0 a 5.4 (Anderson & Jackson 1978), che rappresentano i più forti eventi sismici
registrati in epoca storica (CPTI Gruppo di Lavoro 1999). Quale sia la sorgente sismogenetica
responsabile della sequenza sismica del Belice del 1968 è abbastanza controverso. Monaco et al.
(1996) ritengono possibile che la sorgente sismica sia una faglia inversa cieca, ad alto angolo ed
immergente verso Nord. Diversamente Michetti et al. (1995) e Tondi et al. (2006), riscontrano
evidenze di fagliazione superficiale recente ascrivibili a tettonica trascorrente, caratterizzate da
movimenti sia destri che sinistri lungo faglie orientate rispettivamente WNW-ESE e NNE-SSE. In
ogni caso, molto scarsi sono gli studi che hanno applicato metodologie appropriate alla definizione
della tettonica attiva. La Sicilia Occidentale lamenta la carenza e lascia spazio ad investigazioni
sistematiche dei depositi e delle forme del paesaggio Quaternari per la determinazione e la stima
delle deformazioni causate da faglie attive, che sono la base per stime del rischio sismico.
3a.2.1 Obiettivi
Studio preliminare per l’individuazione di deformazione superficiale indotta dalla tettonica attiva, ed
analisi delle sue principali caratteristiche. In particolare si ricercheranno degli indizi di superficie
utili per la ricostruzione delle deformazioni Pleisto-Oloceniche, sia regionali che locali, e loro
rapporti reciproci.
3a.3.1 Attività
1- Analisi “remote sensing images” e fotointerpretazione
2- Rilevamento geologico e geomorfologico
3- Produzione Cartografia scala 1:50.000
4- Rilevamento geologico strutturale e geomorfologico di dettaglio
5- Produzione Cartografia scala 1:10.000 o 1:5.000
6- Datazioni
7- Analisi geomorfologiche quantitative
8- Integrazione dati e risultati raccolti
3a.4.1 Metodologia
Integrazione ed analisi di dati di geologia strutturale, geomorfologia tettonica, geologia del
quaternario, geomorfologia quantitativa, geocronologia.
Investigazioni di dettaglio saranno affrontate in quelle aree per le quali saranno applicabili, con
buone probabilità di successo, tecniche di datazione assoluta per la determinazione dei parametri
di deformazione. Base di tale studio preliminare dovrà essere la produzione di una cartografia in
257
scala 1:50.000 dell'area di studio, focalizzata al riconoscimento ed alla mappatura dei depositi
continentali recenti, conseguita con tecniche di rilevamento geologico, di analisi strutturale e
remote sensing analysis, seguita da produzione di cartografia di dettaglio (in scala 1:10.000 o
1:5.000) per le aree di particolare interesse. Conseguentemente potranno essere investigati: 1)
architettura delle zone di faglia, per la ricostruzione dei campi di deformazione più recenti; 2)
depositi continentali Pleisto-Olocenici, per la determinazione dei principali processi morfogenici,
che hanno interessato l’area controllando ambienti di sedimentazione ed erosione; 3) interazione
paleo-paesaggi/sistemi di faglia e terrazzi marini, per l’individuazione di possibili movimenti
tettonici di lungo e breve termine, sia regionali che locali, attraverso la ricostruzione e la datazione
di markers geomorfologici; 4) evoluzione dei sistemi di drenaggio e dei bacini idrografici, per
l’individuazione di possibili movimenti tettonici di breve termine, applicando anche tecniche di
analisi geostatistica.
La necessità di determinazione dei parametri di deformazione superficiale recente, qualora se ne
riscontrasse ed ove possibile, implicherà l’impiego di tecniche di datazione assoluta sia
convenzionale (es. Radiocarbonio, paleomagnetismo) che non (es. OSL, intensità
paleomagnetiche, elementi cosmogenici), così come tecniche di ricostruzione dei paleostress (es.
anisotropia della suscettivita` magnetica -AMS).
L’intera gestione dei dati di base, dei dati raccolti durante i rilevamenti di campagna e di quelli
derivati da successive analisi sarà condotta con l’ausilio di un Sistema Geografico Informatizzato
(GIS)
OBJ 2 Deformazione profonda
3a.1.2 Stato dell'arte
L'esplorazione della crosta terrestre è stata affrontata negli ultimi anni in Italia grazie al progetto
CROP (CROsta Profonda nato nel 1986) mediante la tecnica della sismica a riflessione. I transetti
esplorati hanno fornito un enorme contributo alla conoscenza delle strutture crostali e di
conseguenza alla comprensione di alcune importanti strutture sismogenetiche dell'area Italiana
(Scrocca et al., 2003). Parallelamente, le reti di monitoraggio sismico sono notevolmente cresciute
sia come numero di stazioni installate che come tecnologia consentendo di ottenere una grande
quantità di dati relativi alla distribuzione della sismicità strumentale (Chiarabba et al., 2005).
In molti studi si è seguito un approccio multidisciplinare per tentare di approfondire le conoscenze
sulla sismotettonica del nostro paese: dati geologici e geofisici hanno dato il loro contributo per
vincolare nel miglior modo possibile le sorgenti sismiche e le caratteristiche reologiche delle rocce
interessate (Barchi et al.,1998; Barchi, 2002; Mirabella et al., 2004; Ciaccio et al., 2005; Mirabella
et al., 2008).
3a.2.2 Obiettivi
L'obiettivo principale è quello di verificare le relazioni geometriche e meccaniche tra i principali
livelli di scollamento della catena appenninica e i cut-offs della sismicita' attraverso l’integrazione di
dati sismici a riflessione, gravimetrici e sismologici. L'identificazione di importanti limiti
litologico/strutturali all'interno della crosta superiore permette la migliore definizione della
profondità e quindi dello spessore dello strato sismogenetico all'interno dello strato fragile della
crosta. Studi sismologici recenti hanno mostrato come lo spessore dello strato sismogenetico sia
variabile al di sotto del sistema appenninico: il nostro intento è quello di analizzare e correlare la
distribuzione della sismicità, lo spessore dello strato sismogenetico e la conseguente variazione
regionale del cut-off della sismicità con le eterogeneità litologiche crostali.
Proponiamo quindi, l'identificazione dei limiti litologico/strutturali, l'analisi del cut-off della sismicità
e lo studio della distribuzione delle anomalie di Bouguer (ulteriori indicatori della proprietà
reologiche della crosta) per contribuire alla definizione del limite tra rocce a comportamento fragile
e duttile (B/D transition) e all'analisi della sua variazione orizzontale e verticale.
3a.3.2 Attività
1 - Introduzione dei dati digitali dei profili di sismica a riflessione (due sezioni regionali
corrispondenti alla parte centrale dei transetti CROP03 -Appennino umbro-marchigiano- e
258
CROP11 -Appennino laziale-abruzzese-) nel software Landmark che permette una visualizzazione
ed analisi innovativa rispetto ai precedenti metodi di interpretazione e quindi una migliore
ricostruzione degli andamenti in profondità degli orizzonti sismici così individuati.
2 - Creazione di mappe relative alla distribuzione della sismicità e proiezione lungo i profili con
analisi dei meccanismi focali dei principali eventi registrati nell'area; integrazione, lungo le sezioni,
dei dati provenienti dall'analisi delle anomalie di Bouguer.
3 - Confronto tra i dati fin qui analizzati, interpretazioni finali e stesura delle relazioni conclusive.
3a.4.2 Metodologia
Per ricostruire la geologia del sottosuolo ci proponiamo di mettere a confronto dati provenienti
principalmente dall'interpretazione di profili sismici a riflessione di importanza regionale (CROP03,
CROP11), conoscenze di geologia di superficie ricavate dalla letteratura e distribuzione della
sismicità (proiezione in mappa e in profondità delle coordinate epicentrali ed ipocentrali, analisi dei
meccanismi focali e distribuzione degli assi P e T).
I profili di sismica a riflessione verranno inseriti in forma digitale all'interno di un software
(Seiswork®2D - http://www.halliburton.com) che permetterà un'ulteriore e più dettagliata
interpretazione dei principali orizzonti sismici (in tempo e profondità) che verranno, nell'ultima fase,
confrontati con la distribuzione delle anomalie di Bouguer.
*Anderson, H. & Jackson, J. 1978. Active tectonics of the Adriatic Region. Geoph. J. Royal Astr.
Soc., 91, 613-637.
*CPTI Gruppo di Lavoro 1999. Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani. ING, GNDT, SGA,
SSN, Bologna.
*Michetti, A. M., Brunamonte, F., & Serva, L. (1995). Paleoseismological evidence in the epicentral
area of the january 1968 earthquakes, belice, southwestern sicily; perspectives in
paleoseismology. Special Publication - Association of Engineering Geologists, 6, 127-139.
*Monaco, C., Mazzoli, S., & Tortorici, L. (1996). Active thrust tectonics in western sicily (southern
italy); the 1968 belice earthquake sequence. Terra Nova, 8(4), 372-381.
*Tondi, E., Zampieri, D., Giunta, G., Renda, P., Alessandroni, M., & Unti, M. et al. (2006). Active
faults and inferred seismic sources in the san vito lo capo peninsula, northwestern sicily, italy;
tectonics of the western mediterranean and north africa. Geological Society Special Publications,
262, 365-377.
*Barchi M., Minelli G. & Pialli G. (1998) The CROP 03 profile: a synthesis of results on deep
structures of the northern Apennines. Mem. Soc. Geol. It., 52, 383-400;
*Barchi M. (2002) - Lithological and structural controls on the seismogenesis of the Umbria Region:
observations from seismic reflection profiles. - Atti del Convegno "Evoluzione geologica e
geodinamica dell'Appennino", in memoria di Giampaolo Pialli, Boll. Soc. Geol. It., Vol.
Spec.1/2002, 855-864.
*Chiarabba C., Jovane L and Di Stefano R. (2005) A new view of Italian seismicity using 20 years
of instrumental recordings. Tectonophysics, 395, 251- 268;
*Ciaccio M. G., M. R. Barchi, C. Chiarabba, F. Mirabella (2005) Seismological, geological and
geophysical constraints for the Gualdo Tadino fault, Umbria-Marche Apennines (Central Italy).
Tectonophysics. - 233-247.
*Mirabella F., Ciaccio M.G., Barchi M. and Merlini S. (2004) The Gubbio fault (Central Italy):
geometry, displacement distribution and tectonic evolution. Journal of Structural Geology, 26,
2233-2249.
*Mirabella, F., M. Barchi, A. Lupattelli, E. Stucchi, and M. G. Ciaccio (2008), Insights on the
seismogenic layer thickness from the upper crust structure of the Umbria-Marche Apennines
(central Italy), Tectonics, doi:10.1029/2007TC002134, in press.
*Scrocca D., Doglioni C., Innocenti F., Manetti P., Mazzotti A., Bertelli L., Burbi L., D'Offizi S.
(Eds.): CROP Atlas: seismic reflection profiles of the Italian crust (2003) Memorie Descrittive Carta
Geologica Italiana, vol. LXII.
259
3a.5 Cronoprogramma
OBJ 1
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
-
-
-
Attività 2
X
X
-
-
Attività 3
-
X
-
-
Attività 4
-
X
X
-
Attività 5
-
-
X
-
Attività 6
-
-
X
-
Attività 7
-
-
-
X
Attività 8
-
-
-
X
OBJ 2
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
-
-
Attività 2
-
X
X
-
Attività 3
X
4a. Prodotti
1) Carta geologica-geomorfologica (scala 1:50.000) (Sicilia occidentale)
2) Carta dei depositi quaternari (scala 1:10.000 o 1:5.000) (Sicilia occidentale)
3) Carta strutturale (scala 1:10.000 o 1:5.000) (Sicilia occidentale)
4) Profili geo-strutturali e morfologici (scala 1:10.000 o 1:5.000) (Sicilia occidentale)
5) Carte tematiche geo-statistiche (versante, evoluzione del drenaggio, analisi bacini idrologici,
analisi morfometriche) (Sicilia occidentale)
6) Carta della ricostruzione palinspastica dei paleo-paesaggi Pleistocenici ed Olocenici (scala
1:10.000 o 1:5.000) (Sicilia occidentale)
7) Modello schematico concettuale della stima delle deformazioni Quaternarie (Sicilia occidentale)
8) Grafici dei valori e dei tassi di deformazione e loro distribuzione (Sicilia occidentale)
260
9) Ricostruzione dei principali orizzonti sismici presenti nella parte centrale dei profili regionali di
sismica a riflessione CROP03 -Appennino Umbro-Marchigiano- e CROP11 -Appennno LazialeAbruzzese10) Mappa di sismicità e delle anomalie di Bouguer presenti nell'area compresa tra i due profili
sismici (CROP03 e CROP11)
11) Profondità (variazioni orizzontali e verticali) della trasizione fragile/duttile (B/D transition)
nell'area inclusa tra i due transetti sismici CROP03 e CROP11
The activity of the Research Unit (RU) will systematically apply two different methodological
approaches for the definition of the geological-structural characteristics that have influences and
are expression of the seismic source activity. The RU is composed of two different objectives
(OBJ) whose methodologies of investigation explore the two domains of coseismic deformation,
the surface and the depth, which, locus of different expression of fault activity, contribute to depict
a comprehensive seismotectonic model of the study area. In particular, the two objectives will deal,
on one hand of the determination of the detachment horizons and of the variation of the
seismogenic thickness of the upper crust, on the other hand of the reconstruction, dating and
evaluation the Pleisto-Holocene deformational velocity detectable at the surface. The respective
methodologies will be applied in two different key areas: Western Sicily and Northern Apennines.
In particular, in the latter area, the innovative approach will focus on the calibration of the
methodology in order to make it applicable for less known areas.
OBJ 1
State of the art
Despite the on land instrumental and historical seismicity is very low, the western Sicily
experienced the 1968 Belice earthquake sequence, characterized by six main shocks with
magnitude of 5-5.4 (Anderson & Jackson 1978), that represents the strongest seismic event
recorded in historical times (CPTI Gruppo di Lavoro 1999). There is some controversy about the
seismogenic structure responsible for the 1968 Belice seismic sequence. Monaco et al. (1996)
discussed the possibility that the seismic source might be a blind steeply north-dipping reverse
fault, whereas Michetti et al. (1995) and Tondi et al. (2006), recognized surface faulting evidence
interpreted in terms of strike-slip tectonics associated with right-lateral and left-lateral faults, WNWESE and NNE-SSE striking, respectively. However, very few are the studies that apply appropriate
methodologies for active tectonics analysis. Western Sicily leaves room and claims for systematic
investigation of Quaternary deposits to assess and estimate fault-related deformation as basis for
SHA.
Goals
Preliminary study for the characterization of the surface deformation induced by active tectonics,
and analysis if its main parameters. In particular surface evidences suitable for the reconstruction
of the Pleisto-Holocene deformation, both regional and local and their relationships, will be
examinated.
The main goal is to verify the geometrical and mechanical relationships between the main
decollement levels of the apenninic chain and the cut-off of the seismicity.
261
Activity
1- Remote sensing images analysis and aerial-photo interpretation of the Belice area (Western
Sicily)
2- Geological and geomorphological field survey for determination of key areas of the Belice region
(Western Sicily)
3- Map production (scale 1:50.000) of the Belice area (Western Sicily)
4- Detailed geological, structural and geomorphological field survey of key areas of the Belice
region (Western Sicily) for geomorphic markers reconstruction
5- Detailed map production (scale 1:10.000 or 1:5.000) of key areas of the Belice region (Western
Sicily)
6- Dating for evaluation of the Pleisto-Holocene deformational rates of the Belice region (Western
Sicily)
7- Quantitative geomorphological analysis of digital elevation models of the key areas of the Belice
region (Western Sicily)
8- Integration of the collected surface data and results of the Belice region (Western Sicily)
Metodology
Dataset analysis and collection will be conducted by integration of structural geology, tectonic
geomorphology, Quaternary geology, quantitative geomorphology, geochronology. Detailed
investigations will be performed in key areas where dating methods would be useful to estimate
deformational parameters. As basis for such preliminary study, a 1:50.000-scale map of the area
will be carried out by means of conventional field survey, structural analysis and remote sensing
analysis, giving particular emphasis on the recognition of recent continental deposits.
Consequently, 1:10.000- or 1:5.000-scale map of the key areas will be provided. Such mapping will
be propedeutic for the investigation of: 1) fault zone architecture, for the reconstruction of the most
recent strain field; 2) Pleisto-Holocene continental deposits, for the determination of the main
morphogenic processes, that controlled the sedimentary and erosional environments of the area;
3) interaction paleo-landscape/fault system, marine terraces, for the description of possible longand short-term tectonic motions, both regional and local, through the reconstruction and dating of
deformed geomorphological markers; 4) drainage system and hydrographic basin evolution, for the
assessment of short-term tectonic movements, by means of
geostatistical
analysis
methodologies.
The necessary determination of the surface strain parameters, whenever detected and possible,
will imply applications of absolute dating methodologies, both conventional (eg. Radiocarbon,
paleomagnetism) and not standard (eg. OSL, paleomagnetic intensity, cosmogenic elements), as
well as methodologies for the paleostress reconstruction (eg. anisotropy magnetic susceptivity AMS).
The whole data base collected during the present work will be managed by means of a Geographic
Information System (GIS).
OBJ 2
State of the art
The identification of the important lithological/structural boundaries within the upper crust allow to
improve the definition of the depth and thickness of the seismogenic layer in the brittle part of the
crust.
The exploration of the Earth's crust have been handled, in the last years, by the CROP project
(CROsta Profonda born in the 1968) and the seismic reflection technique. The transects explored
provided a big contribution to the knowledge of the crustal structures and consequently to the
comprehension of some important seismogenic structures of the Italian region (Scrocca et al.,
2003).
At the same time, the earthquake monitoring networks are considerably developed both for the
station's number installed and for technology allowing to obtain a large quantity of data concerning
the distribution of the instrumental seismicity Chiarabba et al., 2005). A lot of studies followed the
multi-disciplinary approach to try to deepen the knowledge of the seismotectonic of Italy: geological
and geophysical data have given their contribute to better constrain the seismic sources and the
rheological characteristics of the involved rocks (Barchi et al.,1998; Barchi, 2002; Mirabella et al.,
2004; Ciaccio et al., 2005; Mirabella et al., 2008).
262
Goals
The main goal is to verify the geometrical and mechanical relationships between the main
decollement levels of the apenninic chain and the seismicity cut-off.
The identification of the important lithological/structural boundaries within the upper crust allow to
improve the definition of the depth and thickness of the seismogenic layer in the brittle part of the
crust.
New seismological studies showed that the seismogenic layer is complex and variable under the
apenninic system: our purpose is to analyze and correlate the distribution of seismicity, the
thickness of the seismogenic layer and the resulting regional variation of the seismicity cut-off with
the crustal lithological heterogeneity.
Therefore, we propose to identify the lithological/structural boundaries and the analysis of the
seismicity cut-off and the study of the distribution of the Bouguer anomalies (further indicator of the
crustal rheological properties) to contribute to definition of the boundary between brittle and ductile
behaviour (B/D transition) in the crust and the analysis of its horizontal and vertical variation.
Activities
1 – Loading of digital data of the seismic reflection profiles (two regional sections corresponding to
the central part of the CROP03 -Umbria-Marche Apennines- and CROP11 -Lazio-Abruzzo
Apennines-) in the Landmark software because it allows an innovative visualization and analysis in
respect to the former interpretation's methods, and a better reconstruction of the seismic horizons
in depth.
2 – Plotting of the seismicity distribution in map and depth and analysis of focal mechanisms of the
main events recorded in the Central and Northern Apennines. Integration along the section of data
coming from the analysis of Bouguer anomalies.
3 – Comparison between analyzed data of the Central and Northern Apennines, final
interpretations and writing of final conclusions.
Metodology
To reconstruct the subsurface geology we propose to compare data acquired mainly from the
interpretation of the regional seismic reflection profiles (CROP03, CROP11), knowledges of the
surface geology data coming from the literature and distribution of seismicity (projection in map
and depth of the epicentral and hypocentral coordinates, analysis of focal mechanisms and
distribution of P and T axes).
The seismic reflection profiles will be loaded in the Seiswork®2D software
(http://www.halliburton.com) for a better interpretation of the main seismic horizons (in time and
depth): in the last phase, they will be compared with the distribution of Bouguer anomalies.
*Anderson, H. & Jackson, J. 1978. Active tectonics of the Adriatic Region. Geoph. J. Royal Astr.
Soc., 91, 613-637.
*CPTI Gruppo di Lavoro 1999. Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani. ING, GNDT, SGA,
SSN, Bologna.
*Michetti, A. M., Brunamonte, F., & Serva, L. (1995). Paleoseismological evidence in the epicentral
area of the january 1968 earthquakes, belice, southwestern sicily; perspectives in
paleoseismology. Special Publication - Association of Engineering Geologists, 6, 127-139.
*Monaco, C., Mazzoli, S., & Tortorici, L. (1996). Active thrust tectonics in western sicily (southern
italy); the 1968 belice earthquake sequence. Terra Nova, 8(4), 372-381.
*Tondi, E., Zampieri, D., Giunta, G., Renda, P., Alessandroni, M., & Unti, M. et al. (2006). Active
faults and inferred seismic sources in the san vito lo capo peninsula, northwestern sicily, italy;
tectonics of the western mediterranean and north africa. Geological Society Special Publications,
262, 365-377.
*Barchi M., Minelli G. & Pialli G. (1998) The CROP 03 profile: a synthesis of results on deep structures of the
northern Apennines. Mem. Soc. Geol. It., 52, 383-400;
*Barchi M. (2002) - Lithological and structural controls on the seismogenesis of the Umbria Region:
observations from seismic reflection profiles. - Atti del Convegno "Evoluzione geologica e geodinamica
dell'Appennino", in memoria di Giampaolo Pialli, Boll. Soc. Geol. It., Vol. Spec.1/2002, 855-864.
*Chiarabba C., Jovane L and Di Stefano R. (2005) A new view of Italian seismicity using 20 years of
instrumental recordings. Tectonophysics, 395, 251- 268;
*Ciaccio M. G., M. R. Barchi, C. Chiarabba, F. Mirabella (2005) Seismological, geological and geophysical
constraints for the Gualdo Tadino fault, Umbria-Marche Apennines (Central Italy). Tectonophysics. - 233247.
263
*Mirabella F., Ciaccio M.G., Barchi M. and Merlini S. (2004) The Gubbio fault (Central Italy): geometry,
displacement distribution and tectonic evolution. Journal of Structural Geology, 26, 2233-2249.
*Mirabella, F., M. Barchi, A. Lupattelli, E. Stucchi, and M. G. Ciaccio (2008), Insights on the seismogenic
layer thickness from the upper crust structure of the Umbria-Marche Apennines (central Italy), Tectonics,
doi:10.1029/2007TC002134, in press.
*Scrocca D., Doglioni C., Innocenti F., Manetti P., Mazzotti A., Bertelli L., Burbi L., D'Offizi S. (Eds.): CROP
Atlas: seismic reflection profiles of the Italian crust (2003) Memorie Descrittive Carta Geologica Italiana, vol.
LXII.
3b Timetable
OBJ 1
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
-
-
-
Activity 2
X
X
-
-
Activity 3
-
X
-
-
Activity 4
-
X
X
-
Activity 5
-
-
X
-
Activity 6
-
-
X
-
Activity 7
-
-
-
X
Activity 8
-
-
-
X
OBJ 2
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
X
-
-
Activity 2
-
X
X
-
Activity 3
-
-
X
4b. Deliverables
1) Geological-Geomorphological map (scale 1:50.000) (western Sicily)
2) Map of the Quaternary deposits and landforms of the key areas (scale 1:10.000 or 1:5.000)
(western Sicily)
3) Structural maps of the key areas (scale 1:10.000 or 1:5.000) (western Sicily)
264
4) Geo-structural and morphological profiles of the key areas (scale 1:10.000 or 1:5.000) (western
Sicily)
5) Various geo-statistical thematic maps (slope, drainage evolution, hydrologic sub-basins
analysis, morphometric derivatives of digital terrain models, ecc.) (western Sicily)
6) Map of the palinspastic reconstruction of the Pleistocene and Holocene landforms of the key
areas (scale 1:10.000 or 1:5.000) (western Sicily)
7) Schematic conceptual model of the estimate of the Quaternary deformations (western Sicily)
8) Graphs of rates and values of the deformation and its distribution (western Sicily)
9) Reconstruction of main seismic horizons on the the central part of the CROP03 -Umbria-Marche
Apennines- and CROP11 -Lazio-Abruzzo Apennines- regional seismic reflection profiles
10) Map of seismicity and Bouguer anomalies of the area included between the two regional
seismic reflection profiles (CROP03 and CROP11)
11) Depth of the B/D transition in the area included between the two seismic transects (CROP03
and CROP11)
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1250
0,00
3000
0,00
7000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
uso
0,00
1250
0,00
12500
0,00
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1250
0,00
3000
0,00
7000
0,00
Totale
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
uso
0,00
265
1250
0,00
12500
0,00
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2500
0,00
6000
0,00
14000
0,00
Totale
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
uso
0,00
Totale
266
2500
0,00
25000
0,2200
Progetto S1 - RU 6.02 - De Martini Paolo Marco
(Task D; AU A)
1. Responsabile UR
Paolo Marco De Martini, Ricercatore, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di
Sismologia e Tettonofisica
- Si specializza negli studi di Tettonica Attiva, Geologia del Terremoto e Paleosismologia, con
particolare riguardo all'analisi di dettaglio di faglie sismogenetiche lavorando, oltre che in Italia,
anche in Iran, Grecia, Turchia, Australia, U.S.A. e Nicaragua. Queste collaborazioni con l'estero gli
permettono di estendere a contesti geodinamici molto differenti le tecniche di studio e di
elaborazione dei dati geologici e geomorfologici. Si interessa inoltre al possibile utilizzo dei dati di
Livellazione Geodetica per lo studio del comportamento pre- co- e post-sismico di singole strutture
sismogenetiche, ed anche per la definizione della componente verticale del tasso di deformazione
regionale, a breve termine, attraverso la catena Appenninica, in stretta collaborazione con L'Istituto
Geografico Militare Italiano. Queste ricerche, mirate alla quantificazione della deformazione
sismica, risultano essere utili ai fini delle valutazioni di pericolosita' sismica in Italia. Recentemente
sperimenta tecniche alternative per l'identificazione e l'analisi di depositi di Tsunami in Italia ed in
Grecia, utilizzabili nelle valutazioni della pericolosita' al sito. Nel corso degli anni si interessa anche
all'applicazione di tecniche di campionamento per la datazione assoluta di livelli geologici,
specializzandosi in particolare nel campionamento per datazioni al Radiocarbonio e
Termoluminescenza. Partecipa a numerosi corsi e scuole di specializzazione, sia in Italia che
all'estero. Si occupa dell'organizzazione di sessioni scientifiche in congressi internazionali e
partecipa a numerosi progetti nazionali ed internazionali riguardanti la Tettonica Attiva e le
valutazioni di Pericolosita' Sismica. Si dedica a varie attività di insegnamento e divulgazione
scientifica in italia ed all'estero oltre a svolgere la funzione di revisore scientifico per riviste
internazionali.
De Martini P. M., Pantosti D., Barbano M., Gerardi F., Smedile A., Azzaro R., Del Carlo P., 2006.
Joint contribution of historical and geological data for tsunami hazard assessment in Gargano and
eastern Sicily (Italy). 100th Anniversary Earthquake Conf. Comm. the 1906 San Francisco
earthquake. April 18-22, San Francisco, CA.
Barbano M.S., D. Pantosti, P.M. De Martini, A. Smedile, F. Gerardi and C. Pirrotta, 2007.
Historical, archaeological and geological records of strong earthquakes at Capo Peloro (southern
Italy), XXVI Convegno GNGTS. Extended Abstract Volume, pp. 211-215.
De Martini P.M., Barbano M.S., Smedile A., Pantosti D., Del Carlo P., Gerardi F., Guarnieri P.,
Pirrotta C., Gasperini L., Bellucci L., Polonia A. (2007) - Progetto S 2 - Valutazione del potenziale
sismogenetico e probabiltà dei forti terremoti in Italia UR 2.2b - Coordinatore: Paolo Marco De
Martini. Rendicontazione Scientifica finale convenzione DPC-INGV 2004-2006. Available at
http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/Sismologici/S2/Task_2.pdf in English.
Smedile A., De Martini P.M., Barbano M.S., Gerardi F., Pantosti D., Pirrotta C., Cosentino M.,
Del Carlo P., Guarnieri P., 2007. Identification of paleotsunami deposits in the Augusta Bay area
267
(eastern Sicily, Italy): paleoseismological implication. XXVI Convegno GNGTS. Extended Abstract
Volume, pp. 207-211.
Pantosti D., Barbano M.S., Smedile A., De Martini P.M., Tigano G., 2008. Geological Evidence of
Paleotsunamis at Torre degli Inglesi (northeast Sicily). Geophysical Research Letters,
doi:10.1029/2007GL032935, in press
Nominativo
(Cognome e Nome)
De Martini
Marco
Paolo
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
3
Ricercatore
INGV
3
Smedile Alessandra
Assegnista
INGV
0
Pantosti Daniela
Dirigente di
Ricerca
INGV
1
1
Del Carlo Paola
Ricercatore
INGV
1
1
Piatanesi Alessio
Ricercatore
INGV
0
0
Basili Roberto
Ricercatore
INGV
0.5
0.5
Tiberti Mara
Ricercatore
INGV
0
0
Maramai Alessandra
Primo
Ricercatore
INGV
1
1
Graziani Laura
Ricercatore
INGV
0
0
Lorito Stefano
Ricercatore
INGV
0
0
Borsista
INGV
0
0
Pucci Stefano
Ricercatore
INGV
2
2
Cavallo Andrea
Tecnologo
INGV
0
1
Romano Fabrizio
I fase
II fase
12
L’esperienza maturata dai proponenti negli ultimi anni, anche nell’ambito della Convenzione 200406 INGV-DPC Progetto S2 (http://legacy.ingv.it/progettiSV/Progetti/Sismologici/S2.htm) ha
geomorfologiche, carotaggi a mano ed a motore, studi sedimentologici-stratigrafici, macro e micro268
paleontologici (De Martini et al., 2003; Mastronuzzi & Sansò, 2004; Pantosti et al., 2008), sono
2004).
calabresi.
3a.2 Obiettivi
In dettaglio:
Sicilia orientale, area di Priolo-Augusta, dove una importante quantità di dati è stata
ottenuta nel biennio passato sia su eventi storici (maremoti del 1693 e del 1169) che preistorici (tre
possibili eventi nell’intervallo 2500 BC-100 BC). Si fa notare inoltre che, ai fini di Protezione Civile il
Golfo di Augusta è un importante sito industriale e militare.
Sicilia orientale, area di Portopalo-Marzamemi, dove durante una prima campagna di studio
sono state collezionate interessanti informazioni da approfondire anche alla luce di recenti lavori di
Calabria meridionale, aree di S. Eufemia e di Gioia Tauro, dove sono potenzialmente
Calabria meridionale, aree dello Stretto di Messina e Piana di Sibari, dove si prevede di
studiare gli eventi del 1908, 1836, 365.
3a.3 Attività
A2) Studio geomorfologico di dettaglio con elaborazione di modelli digitali del terreno per
l’individuazione dei siti più favorevoli all’attuazione di carotaggi esplorativi.
A3) Esecuzione di carotaggi a mano e a motore sino ad una profondità massima di circa 7-8 metri.
Scavo di trincee esplorative per meglio definire la geometria delle tsunamiti.
269
A4) Analisi di laboratorio: Sedimentologiche, Suscettività magnetica, RX-XRF, Proprietà fisiche;
Mineralogico-petrografiche-morfologiche con utilizzo del FE-SEM e della Microsonda; Datazioni
C14, Pb210, Cs137; Magnetostratigrafia; Tefrostratigrafia
A5) Elaborazione mappe con distanza di ingressione, run-up, etc, e stima dei tempi di ricorrenza
tsunami.
3a.4 Metodologia
Indagini geomorfologiche, carotaggi a mano ed a motore, scavo di trincee esplorative, studi
sedimentologici-stratigrafici, macro e micro-paleontologici.
Analisi di laboratorio.
References
De Martini P.M., P. Burrato, D. Pantosti, A. Maramai, L. Graziani and H. Abramson (2003). Identification of
tsunami deposits and liquefaction features in the Gargano area (Italy): paleoseismological implication,
Annals of Geophysics, 46 (5) 883-902.
EMERGEO TEAM, A. Maramai and L. Graziani (2003): Relazione sintetica sull’attività del gruppo Emergeo
durante l’emergenza Tsunami delle Isole Eolie, Full Technical Report available at:
Gerardi F., M.S. Barbano, P.M. De Martini, D. Pantosti, 2008. Discrimination of the nature of tsunami
sources (earthquake vs. landslide) on the basis of historical data in eastern Sicily and southern Calabria.
BSSA, in stampa
Mastronuzzi G., Sanso’ P. (2004). Large Boulder Accumulations by Extreme Waves along the Adriatic Coast
of southern Apulia (Italy). Quaternary International,120, 173-184.
Polonia A., Gasperini L., Amorosi A., Bonatti E., Bortoluzzi G., Çagatay N., Capotondi L., Cormier M.-H.,
Gorur N., McHugh C., Seeber L., 2004. Holocene slip rate of the North Anatolia Fault in the Marmara Sea.
/Earth and Planetary Science Letters/, v. 227, n.3/4, p. 411-426.
Tinti S., Maramai A., Graziani L. (2007). The Italian Tsunami Catalogue (ITC), Version 2. Available on-line at:
http://www.ingv.it/servizi-e-risorse/BD/catalogo-tsunami/catalogo-degli-tsunami-italiani
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
-X
-X
-
-
Attività 2
-X
-X
-
-
Attività 3
-X
-X
-X
-X
Attività 4
-X
-X
-X
-X
Attività 5
-
-
-
-X
4a. Prodotti
270
DPC: Tabelle dei massimi run-up, massima distanza di penetrazione, ricorrenza degli tsunami (in
collaborazione con UR Barbano, UR Mastronuzzi)
DPC: Tabella degli tsunami storici studiati (in collaborazione con UR Barbano, UR Tinti)
DPC: Tabella dei paleotsunami (in collaborazione con UR Barbano, UR Mastronuzzi)
Logs dei carotaggi e delle trincee esplorative (in collaborazione con UR Barbano, UR Mastronuzzi)
Istituto per L’Ambiente Marino e Costiero – IAMC-CNR-Napoli - Dott. Marina Iorio, per la
determinazione delle proprietà fisiche dei campioni prelevati tramite carotaggi.
Laboratorio di Micropaleontologia – Università di Roma 3- Prof. Elsa Gliozzi, per lo studio e la
preparazione di campioni prelevati tramite carotaggi.
geomorphological investigation, hand and engine coring, sedimentologic/stratigraphic and macromicropaleontologic studies (De Martini et al., 2003; Mastronuzzi & Sansò, 2004; Pantosti et al.,
2008), new experimental techniques for the identification and characterization of tsunami deposits
have been developed and tested also thanks to the integration of in-land and off-shore data. The
marine environment, more preservative with respect to the littoral one, presents the advantage of a
sedimentary record generally more continuous and potentially more sensible to anomalous events
like earthquakes and tsunamis. The recent progresses of the geophysical technologies for the
study of the oceans allowed obtaining promising results in the new discipline of Marine
Paleoseismology (Polonia e al., 2004).
(Gerardi et al., 2008). The database will be implemented with new data on the calabrian historical
tsunamis.
271
3b.2 Goals
In detail:
Study areas
Eastern Sicily, Priolo-Augusta area, where an important amount of data was collected in the
past two years both on historical events (1693 and 1169 tsunamis) and on pre-historic events
(three possible inundations in the 2500 BC – 100 BC time interval). It is noteworthy to mention that
for civil protection purposes, the Augusta Gulf is an important industrialized and navy site.
Eastern Sicily, Portopalo-Marzamemi area, where during a preliminary campaign
Southern Calabria, S. Eufemia and Gioia Tauro areas, where it should be possible to
identify the tsunami deposits related to the activity of important local seismogenic sources (1905
and 1783 events) as well as those linked to the activity and evolution of the Eolian Islands
(EMERGEO-Team report, 2003).
Southern Calabria, Messina Straits and Sibari Plain, where we plan to study the tsunami
deposits related to the 1908, 1836 and 365 tsunamigenic earthquakes.
A1) “Historical seismology and macroseismicity, included tsunamis”: (Sicily-Calabria): analysis of
the 1169, 1693, 1783 and 1908 events.
A2) (Sicily-Calabria): Detailed geomorphologic investigation, including EDM models to select best
sites suitable for exploratory cores.
A3) (Sicily-Calabria): Hand and engine exploratory coring, down to maximum depth of 7-8 m.
Excavation of exploratory trenches to define better the tsunami deposits geometry.
A4) Laboratory analyses: Sedimentary, Magnetic Susceptibility, RX-XRF, Physical Properties,
Mineralogy-Petrography-Morphology by means of FE-SEM and Microprobe, C14-Pb210-Cs137
dating, Magneto-stratigraphy, Tefro-stratigraphy.
A5) (Sicily-Calabria): Elaboration of inundation, run-up maps, etc; Tsunami occurrence time
estimate
3b.4 Metodology
sources.
Geomorphological
investigation,
hand
and
engine
coring,
exploratory
trenches,
sedimentologic/stratigraphic and macromicropaleontologic studies.
Laboratory analyses.
272
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
2
Activity 1
-X
-X
-
-
Activity 2
-X
-X
-
-
Activity 3
-X
-X
-X
-X
Activity 4
-X
-X
-X
-X
Activity 5
-
-
-
-X
4b. Deliverables
DPC: Tables: maximum run-up, maximum inundation distance, tsunami recurrence (SicilyCalabria).
DPC: Studied historical tsunami table (Sicily-Calabria).
DPC: Paleo-tsunamis table (Sicily-Calabria).
Core and trench logs (Sicily-Calabria)
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1000
0,00
4000
0,00
4000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
uso
0,00
Totale
0
273
1000
0,00
10000
0,00
7.2. II fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2200
0,00
2000
0,00
15600
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
uso
0,00
2200
0,00
Totale
0,00
22000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
3200
0,00
6000
0,00
19600
0,00
7.3. Totale
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
uso
Totale
0,00
0,00
274
3200
0,00
0,32000
0,00
RU 6.04 - PIATANESI ALESSIO
(TASK C; AU A)
(scheda Unità di Ricerca)
Progetto S1
Titolo Seismic source characterisation through tsunami data analysis: application to the Calabria
1905 and Messina 1908 earthquakes
1. Responsabile UR
- Alessio Piatanesi, Ricercatore, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Sismologia
e Tettonofisica, Via di Vigna Murata, 605, 00143, Roma, Italy.
- Alessio Piatanesi is Research Scientist at INGV. Graduated in Physics at University of Bologna
and PhD in Geophysics at Institut de Physique du Globe de Paris. His main interests are
earthquake and tsunami mechanics. He has several years experience in tsunami research,
including tsunami generation by earthquakes and landslides, tsunami propagation and impact,
development and application of numerical models and tsunami data inversion. He also worked in
forward and inverse modelling of geodetic and strong motion data for seismic source
determination. He was involved in EU projects on tsunamis (GITEC, GITEC-TWO, TRANSFER).
He was Editor of a special volume on tsunamis published in Journal of Physics and Chemistry of
the Earth (1999) and convenor of a session on tsunamis for the XXIII General Assembly of the
European Geophysical Society (1998). He was referee of many papers published on international
journals (including J. Geophys. Res., Geophys. Res. Lett.,Geophys. J. Int., Bull. Seismol. Soc.
Am.). He is co-author of about 30 papers in international journals.
Res. Lett., 35, L02310, doi:10.1029/2007GL032661.
- Piatanesi, A. and S. Lorito (2007): Rupture process of the 2004 Sumatra-Andaman earthquake
doi:101785/0120050627.
Geophys. Res., 103, B2, 2749-2758.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
275
II fase
I fase
II fase
Piatanesi Alessio
ricercatore
INGV-RM1
2
2
Lorito Stefano
ricercatore
INGV-RM1
0
0
Romano Fabrizio
dottorando
INGV-RM1
0
0
3. Descizione del contributo
3a. Versione italiana
E’ noto dalla letteratura che i dati di tsunami sono in grado di vincolare alcuni parametri della
sorgente sismica tsunamigenica. In particolare è stato dimostrato che anche osservazioni
qualitative relative a tsunami storici italiani (Gargano 1627, Sicilia orientale 1693, Calabria 1905 e
Messina 1908), come la polarità del primo arrivo delle onde di tsunami o l’altezza relativa raggiunta
lungo i tratti di costa interessati, possono fornire vincoli importanti sulla posizione e sulla geometria
della faglia sorgente (Tinti et al., 1997; Piatanesi and Tinti, 1998; Piatanesi et al., 1999; Piatanesi
and Tinti, 2002). Quando i dati di tsunami sono quantitativi (altezze di run-up misurate lungo la
costa e/o forme d’onda di tsunami registrate da mareografi) è allora possibile vincolare la
dimensione del piano di faglia e determinare la distribuzione della dislocazione. Studi di questo tipo
sono stati condotti sia su sorgenti di eventi recenti (e.g. Satake, 1989; Piatanesi et al., 1996;
Tanioka et al., 2004; Fuji and Satake, 2006; Piatanesi and Lorito, 2007; Lorito et al., 2008b) sia su
quelle di eventi meno recenti o storici (Satake and Sommerville, 1992; Johnson and Satake, 1997;
Hirata et al., 2003; Lorito et al., 2008a).
3a.2 Obiettivi
Si propone di studiare il meccanismo sorgente dei terremoti tsunamigenici della Calabria 1905 e di
Messina 1908. Il fatto che questi eventi siano avvenuti agli albori dell’epoca strumentale e che le
rispettive faglie siano localizzate in parte o del tutto in mare, ha reso difficoltosa la determinazione
dei parametri di sorgente. Questi due terremoti, a causa dell’elevata magnitudo (circa 7) e
dell’enorme numero di vittime e danni provocati (soprattutto in seguito all’evento del 1908)
rivestono una particolare rilevanza ai fini della determinazione del potenziale sismogenetico e del
calcolo della pericolosità sismica. A questo riguardo, una migliore conoscenza delle rispettive
sorgenti, in termini di estensione della zona di rottura e di distribuzione dello slip sulla faglia è di
fondamentale importanza.
3a.3 Attività
- Digitalizzazione dei mareogrammi relativi agli eventi del 1905 e del 1908.
- Acquisizione delle carte batimetriche e relativa digitalizzazione.
- Acquisizione dati del 1908: altezze di runup misurate lungo la costa siciliana e calabra; dati
geodetici della linea di livellazione.
- Analisi dell’evento di Messina 1908.
- Analisi dell’evento della Calabria 1905.
3a.4 Metodologia
Nonostante questi due terremoti siano stati oggetto di numerosi studi, esistono dati strumentali
relativi agli tsunami da essi generati non ancora utilizzati: si tratta di forme d’onda di tsunami
registrate da alcune stazioni mareografiche collocate nei porti di Palermo, Napoli, Civitavecchia,
Ischia e dell’isola di Malta. Si propone di digitalizzare le forme d’onda disponibili che si trovano
tutt’ora in formato cartaceo e di utilizzarle nelle procedure di modellazione diretta e inversa messe
a punto dai componenti di questa UR per ricavare l’estensione della zona di rottura e la
distribuzione dello slip sul piano di faglia. Per il terremoto del 1908, per il quale esistono anche
misure dell’altezza di run-up lungo un tratto della costa siciliana e calabra che si affaccia sullo
stretto di Messina, nonché dati relativi ad una linea di livellazione geodetica, si propone di
implementare una procedura di inversione congiunta dei dati di tsunami e geodetici.
276
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
Digitalizzazione dei mareogrammi
X
X
Acquisizione carte batimetriche e digitalizzazione
X
X
Acquisizione dati del 1908
X
X
Analisi dell’evento di Messina 1908
Analisi dell’evento della Calabria 1905
X
1
2
X
X
X
X
3b. English version
It is known from the literature that tsunami data are able to constrain some parameters of the
tsunamigenic seismic source. In particular, it has been demonstrated that even qualitative
observations of some historical Italian tsunamis (Gargano 1627, Sicilia orientale 1693, Calabria
1905 e Messina 1908), such as the polarity of the first arrival or the relative height of the tsunami
wave along the coast, can put important constraints on the position and geometry of the seismic
fault (Tinti et al., 1997; Piatanesi and Tinti, 1998; Piatanesi et al., 1999; Piatanesi and Tinti, 2002).
When the tsunami data are quantitative (run-up heights measured along the coast and/or tsunami
waveforms recorded by tide-gauges), then it is possible to constrain both the dimension of the fault
plane and the slip distribution. Such approaches have been applied to study the sources of both
recent (e.g. Satake, 1989; Piatanesi et al., 1996; Tanioka et al., 2004; Fuji and Satake, 2006;
Piatanesi and Lorito, 2007; Lorito et al., 2008b) and historical events (Satake and Sommerville,
1992; Johnson and Satake, 1997; Hirata et al., 2003; Lorito et al., 2008a).
3b.2 Goals
We propose to study the source mechanism of Calabria 1905 and Messina 1908 tsunamigenic
earthquakes. These events happened at the very beginning of the instrumental period;
furthermore, the causative seismic faults are located in the sea or very close to the coast. For
these reasons, the determination of the source parameters of the above earthquakes was an hard
task. These earthquakes, owing to their high magnitude (about 7) and to the very large deaths toll
and damage (especially following the 1908 Messina event), are particularly relevant for the
assessment of the seismogenic potential and of the seismic hazard.
- Digitising the tide-gauge records for the 1905 and 1908 events.
- Getting and digitising the bathymetric charts .
- Getting data for the 1908 event: runup heights along the coast of Sicily and calabria; levelling
data.
- Analysis of the 1908 event.
- Analysis of the 1905 event.
3b.4 Metodology
This two earthquakes have been already studied by many authors; nevertheless, there exist
instrumental data about the ensuing tsunamis still not used. We are dealing with tsunami
277
waveforms recorded by tide-gauge stations located in the harbours of Palermo, Napoli,
Civitavecchia, Ischia and Malta. We propose to digitise the available waveforms, which are still on
paper, and to use them in forward and inverse modelling procedures to retrieve the extension of
the rupture zone and the slip distribution on the causative fault. As the 1908 earthquake, for which
other data exist, such as runup heights along the coast of Sicily and Calabria and levelling data, we
propose to implement a technique for the joint inversion of tsunami and geodetic data.
References
- Fuji, Y. and K. Satake (2006) : Source of the July 2006 West Java tsunami estimaded from tide
gauge records, Geophys. Res. Lett., 33, 24, L24317.
- Hirata, K., E. Geist, K. Satake, Y. Tanioka and S. Yamaki (2003): Slip distribution of the 1952
Tokachi-Oki earthquake (M 8.1) along the Kuril Trench deduced from tsunami waveform inversion,
J. Geophys., Res., 108, B4.
- Johonson, J.M. and K. Satake (1997) : Estimation of seismic moment and slip distribution of the
April 1, 1946, Aleutian tsunami earthquake, J. Geophys. Res., 102, B6, 11765-11774.
Res. Lett., 35, doi:10.1029/2007GL032661, in press.
- Piatanesi, A. and S. Lorito (2007) : Rupture process of the 2004 Sumatra-Andaman earthquake
doi :101785/0120050627.
Geophys. Res., 103, B2, 2749-2758.
- Piatanesi A., Tinti S. and Gavagni I. (1996): The slip distribution of the 1992 Nicaragua
earthquake from tsunami run-up data, Geophys. Res. Lett., 23, 37-40.
- Piatanesi A., Tinti S. and Bortolucci E. (1999): Finite-element simulations of the 28 December
1908 Messina Straits (southern Italy) tsunami, J. Phys. Chem. Earth, 24, A, 145-150.
- Satake, K. (1989): Inversion of tsunami waveforms for the estimation of heterogeneous fault
motion of large submarine earthquakes: the 1968 Tokachi-oki and the 1983 Japan Sea
earthquakes, J. Geophys. Res., 94, 5627-5636.
- Satake, K. and P.G. Sommerville (1992): Location and size of the 1927 Lompoc, California,
earthquake from tsunami data, Bull. Seismol. Soc. Am. 82, 4, 1710-1725.
- Tanioka, Y., K. Hirata, R. Hino and T. Kanazawa (2004): Slip distribution of the 2003 Tokachi-oki
earthquake estimated from tsunami waveform inversion, Earth Planets space, 56, 373-376.
- Tinti S., Piatanesi A. and Maramai A. (1997): Numerical simulations of the 1627 Gargano tsunami
(Southern Italy) to locate the earthquake source, Perspective on Tsunami Hazard Reduction:
Observation, theory and planning, G.T. Hebenstreit (Ed.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht,
The Netherlands, 115-131.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
Digitising the tide-gauge records
X
X
Getting and digitising the bathymetric charts
X
X
278
1
2
Getting data for the 1908 event
X
Analysis of the 1908 event
X
X
Analysis of the 1905 event
X
X
X
X
4a. Prodotti
Meccanismo sorgente dei terremoti tsunami genici di Messina 1908 e Calabria 1905
4b. Deliverables
Source mechanism of the 1908 Messina and 1905 Calabria tsunamigenic earthquakes
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1100
0,00
2000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
precedenti voci)
Totale
6800
0,00
1100
0,00
11000
0,00
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
700
0,00
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
279
5600
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
00lll,00000
0,00
0,00
uso
precedenti voci)
0,00
700
0,00
7000
0,00
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1800
0,00
7600
0,00
Totale
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
precedenti voci)
Totale
280
6800
0,00
1800
0,00
18000
0,00
AU B - BASILI ROBERTO
(scheda Unità di Ricerca)
Progetto S1
Titolo Administration of RU 3.01 (Basili), RU 3.12 (Vannoli), RU 5.03 (Megna) and RU S.04 (De
Rubeis)
1. Responsabile AU
Roberto Basili, Ricercatore, INGV, Sezione di Sismologia e Tettonofisica, Via di Vigna Murata,
605, Roma, tel. 0651860516, e-mail: [email protected].
Roberto Basili è ricercatore all’INGV dal 1 ottobre 2000, presso la Sezione di Sismologia e
Tettonofisica di Roma. Si è laureato in Scienze Geologiche nel 1994 e dottorato in Geologia
Strutturale nel 1999. Ha partecipato a diversi progetti nazionali e internazionali tra i quali: “FAUST,
FAUlts as a Seismologist’s Tool” (1998-2000; EC); “SAFE, Slow Active Faults in Europe” (20012003; EC); “Terremoti probabili in Italia tra l'anno 2000 e il 2030: elementi per la definizione di
priorità degli interventi di riduzione del rischio sismico” (GNDT, Programma Quadro 2000-2002).
Ha svolto il ruolo di coordinatore scientifico di una unità di ricerca nel progetto “Studio delle
sorgenti sismogenetiche potenzialmente pericolose e degli effetti attesi a seguito di eventi sismici
lungo la fascia costiera marchigiana nei tratti Fano - Senigallia e Civitanova Marche - Pedaso”
(2003-2005; Regione Marche). Ha coordinato la UR1.1 e svolto il ruolo di responsabile del Task1
nel Progetto S2 “Valutazione del potenziale sismogenetico e probabilità dei forti terremoti in Italia“
(convenzione INGV-DPC 2004-2006). Oltre ad aver svolto ricerche ed essere autore di
pubblicazioni sull’identificazione e la caratterizzazione di strutture sismogenetiche, si è dedicato
attivamente alla realizzazione di banche dati sismologiche con l’obiettivo specifico di fornire uno
strumento per le valutazioni di pericolosità sismica a scala nazionale e locale.
Pubblicazioni
Basili R., G. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, M.M. Tiberti, E. Boschi (2008). The
on Italy’s earthquake geology, Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2007.04.014.
Meletti C., F. Galadini, G. Valensise, M Stucchi, R. Basili, S. Barba, G. Vannucci, E. Boschi (2008). A
seismic source zone model for the seismic hazard assessment of the Italian territory,
Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2008.01.003.
Lorito S., M. M. Tiberti, R. Basili, A. Piatanesi, G. Valensise (2008). Earthquake-generated tsunamis in the
Mediterranean Sea: scenarios of potential threats to Southern Italy, Journal of Geophysical
Research, 113, B01301, doi:10.1029/2007JB004943.
Basili R., S. Barba (2007). Migration and shortening rates in the northern Apennines, Italy: implications for
seismic hazard, Terra Nova, 19, 462-468, doi:10.1111/j.1365-3121.2007.00772.x.
Vannoli P., R. Basili, G. Valensise (2004). New geomorphic evidence for anticlinal growth driven by blindthrust faulting along the northern Marche coastal belt (central Italy). Journal of Seismology, 8, 297312.
281
2. Goals
The purpose of this AU is to administer RU 3.01 (Basili), RU 3.12 (Vannoli), RU 5.03 (Megna) and
RU S.04 (De Rubeis). The goals, methodology, activity, products, and economical tables are found
in the related RU forms. In the following tables a synthesis of the financial plan including all the RU
is presented.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
6700
15300
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
22700
1500
uso
14100
Finanziato
c = a-b
0
6700
Totale
67000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
5300
17000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
17300
2000
uso
6100
0
5300
Totale
53000
282
Finanziato
c = a-b
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
12000
32300
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
40000
3500
uso
20200
0
12000
Totale
120000
283
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 3.01 - Basili Roberto
(Task C; AU B)
Titolo Vincoli geologici e strumentali (InSAR) regionali per la stima della deformazione tettonica e
delle incertezze associate: implicazioni sulle stime di pericolosità sismica.
Regional geological and instrumental (InSAR) constraints to tectonic deformation and their
associated uncertainties: implications in seismic hazard estimates.
1. Responsabile UR
Roberto Basili, Ricercatore, INGV, Sezione di Sismologia e Tettonofisica, Via di Vigna Murata,
Roberto Basili è ricercatore all’INGV dal 1 ottobre 2000, presso la Sezione di Sismologia e
Tettonofisica di Roma. Si è laureato in Scienze Geologiche nel 1994 e dottorato in Geologia
Strutturale nel 1999. Ha partecipato a diversi progetti nazionali e internazionali tra i quali: “FAUST,
FAUlts as a Seismologist’s Tool” (1998-2000; EC); “SAFE, Slow Active Faults in Europe” (20012003; EC); “Terremoti probabili in Italia tra l'anno 2000 e il 2030: elementi per la definizione di
priorità degli interventi di riduzione del rischio sismico” (GNDT, Programma Quadro 2000-2002).
Ha svolto il ruolo di coordinatore scientifico di una unità di ricerca nel progetto “Studio delle
sorgenti sismogenetiche potenzialmente pericolose e degli effetti attesi a seguito di eventi sismici
lungo la fascia costiera marchigiana nei tratti Fano - Senigallia e Civitanova Marche - Pedaso”
(2003-2005; Regione Marche). Ha coordinato la UR1.1 e svolto il ruolo di responsabile del Task1
nel Progetto S2 “Valutazione del potenziale sismogenetico e probabilità dei forti terremoti in Italia“
(convenzione INGV-DPC 2004-2006). Oltre ad aver svolto ricerche ed essere autore di
pubblicazioni sull’identificazione e la caratterizzazione di strutture sismogenetiche, si è dedicato
attivamente alla realizzazione di banche dati sismologiche con l’obiettivo specifico di fornire uno
strumento per le valutazioni di pericolosità sismica a scala nazionale e locale.
Pubblicazioni
Basili R., G. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, M.M. Tiberti, E. Boschi (2008). The
on Italy’s earthquake geology, Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2007.04.014.
Meletti C., F. Galadini, G. Valensise, M Stucchi, R. Basili, S. Barba, G. Vannucci, E. Boschi (2008). A
seismic source zone model for the seismic hazard assessment of the Italian territory,
Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2008.01.003.
Lorito S., M. M. Tiberti, R. Basili, A. Piatanesi, G. Valensise (2008). Earthquake-generated tsunamis in the
Mediterranean Sea: scenarios of potential threats to Southern Italy, Journal of Geophysical
Research, 113, B01301, doi:10.1029/2007JB004943.
Basili R., S. Barba (2007). Migration and shortening rates in the northern Apennines, Italy: implications for
seismic hazard, Terra Nova, 19, 462-468, doi:10.1111/j.1365-3121.2007.00772.x.
Vannoli P., R. Basili, G. Valensise (2004). New geomorphic evidence for anticlinal growth driven by blindthrust faulting along the northern Marche coastal belt (central Italy). Journal of Seismology, 8, 297312.
284
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Akinci Aybige
primo
ricercatore
Balestra Francesca
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
INGV-RM1
1
1
dottoranda
INGV-RM1
0
0
Barba Salvatore
primo
ricercatore
INGV-RM1
1
1
Basili Roberto (resp.)
ricercatore
INGV-RM1
4
4
Burrato Pierfrancesco
ricercatore
INGV-RM1
1.5
1
Carafa Michele
dottorando
INGV-RM1
0
0
Centorame Valentina
laureanda
0
0
Fracassi Umberto
ricercatore
INGV-RM1/AIRPLANE
0
0
post-doc
Università di Ljubljana,
Slovenia
0
0
Megna Antonella
ricercatore
INGV-RM1
1
1
Scognamiglio Laura
ricercatore
INGV-CNT/NERIES
0
0
Stramondo Salvatore
ricercatore
INGV-CNT
1
1
Tiberti Mara Monica
ricercatore
INGV-RM1/FIRB
0
0
Tolomei Cristiano
ricercatore
INGV-CNT
1
1
Valensise Gianluca
dirigente di
ricerca
INGV-RM1
1
1
Vannoli Paola
ricercatore
INGV-RM1
1
1
Kastelic Vanja
I fase
II fase
I modelli di accadimento dei terremoti utilizzati nelle stime di probabilità stanno progressivamente
incorporando i dati sulle faglie attive e sulle velocità dei processi tettonici. Nel corso del Progetto
S2, INGV-DPC (2005-2007), la versione 3 del Database of Individual Seismogenic Sources
(DISS), che contiene una gran quantità di dati geologici e tettonici omogeneamente organizzati
(DISS Working Group, 2007; Basili et al., 2008) è stato utilizzato sistematicamente nelle analisi di
probabilità. Per un dato insieme di sorgenti sismogenetiche, tettonicamente coerente, le stime di
pericolosità sono maggiormente sensibili alle incertezze sullo slip rate e lo strain rate. In Italia, con
un numero di faglie individuali superiore a cento e un assetto tettonico spesso fuorviante, non è
pensabile di migliorare l’accuratezza sulle stime di slip rate una faglia alla volta. Le osservazioni
geologiche a scala regionale invece possono aiutare a vincolare i ratei di deformazione tettonica
su faglie o sistemi di faglie e migliorare l’utilizzo di dati paleosismologici puntuali. I recenti sviluppi
nell’analisi multitemporale di dati InSAR (e.g. Permanent Scatterers, Ferretti et al. 2000; SBAS,
Berardino et al., 2002; IPTA, Werner et al., 2003) offrono inoltre una nuova opportunità,
complementare ai dati GPS, per fornire stime accurate dei movimenti del suolo di breve termine.
285
3a.2 Obiettivi
Questa UR propone di affrontare vari aspetti delle stime di pericolosità – dalla raccolta dati ai
calcoli di probabilità. Sebbene lo scopo principlae è quello di migliorare la conoscenza sulla
deformazione tettonica a scala nazionale, saranno effettuate anche analisi mirate in aree chiave.
Segue una lista dettagliata degli obiettivi.
Revisione e miglioramento delle stime di slip rate delle sorgenti sismogenetiche nel DISS,
considerando la finestra temporale nella quale ricadono e l’età di attivatà delle faglie o dei sistemi
di faglia coinvolti; determinare le incertezze associate. Cercare strategie per l’uso di osservazioni
geologiche a scala regionale per vincolare i tassi di spostamento minimi e massimi dei sistemi di
faglia.
Stima dell’entità dei movimenti vertical di lungo termine nella Penisola di Crotone (Calabria
nordorientale) come contributo a vincolare il tasso di spostamento delle sue principlai strutture
sismogenetiche.
Analysis interferometrica multitemporale della Calabria nordorientale allo scopo di misurare
il tassi di sollevamento/subsidenza di breve termine a scala locale e regionale.
Analizzare e caratterizzare, in sinergia con progetti in corso a scala Europea e con
particolare riguardo agli slip rate, le sorgenti sismogenetiche di Croatia, Montenegro, Albania, e
Grecia settentrionale, alcune delle quali sono potenzialmente pericolose per l’Italia sudorientale
(specialmente la Puglia) ma non sono state incluse in precedenti analisi di pericolosità.
Effettuare un test di validazione delle sorgenti sismogenetiche del DISS attraverso l’analisi
di coerenza tettonica e di bilanciamento del momento sismico.
Calcolare le incertezze sulla probabilità di accadimento di terremoti con Mw>5.5 per le
sorgenti individuali incluse nel DISS per diversi periodi (30, 50 e 100 anni); applicare valori di strain
rate alle faglie per le stime di probabilità; verificare l’influenza delle incertezze sulle sorgenti nelle
probabilità di accadimento individuando i parametri del DISS più incerti e a cui sono più sensibili i
calcoli di probabilità; illustrare gli effetti sui modelli di accadimento dipendenti e non dipendenti dal
tempo delle incertezze sugli slip rate, magnitudo massime, e tempi di ricorrenza.
3a.3 Attività (con cronoprogramma per ogni fase)
A1) Slip rate delle sorgenti sismogenetiche italiane
Revisione critica dei metodi utilizzati nella stima degli slip rate geologici; preparazione di tabelle di
dati derivate dal DISS e dalla letteratura scientifica rigauardanti gli slip rate e le età di
attivazione/riattivazione delle faglie.
A2) Studi mirati in aree chiave
A2.1) Penisola di Crotone
A2.1.1) Analisi di foto aeree a diverse scale (già in possesso dell’INGV) per mappare terrazzi ed
elementi morfologici significativi. Rilevamento di terreno, cartografia geologica e campionamento di
depositi terrazzati; analisi geocronologica.
A2.1.2) Acquisizione e trattamento di immagini SAR, ERS1-2 o Envisat, del periodo 1992-2007.
Per l’estrazione della componente verticale degli spostamenti del suolo i dati SAR saranno
acquisiti lungo le orbite ascendenti e discendenti. L’applicazione della tecnica A-InSAR necessita
di almeno 5-6 immagini per anno. Ogni frame di 100x100 km verrà presumibilmente coperto da 7580 immagini.
A2.1.3) Confronto dei risultati ottenuti nelle due precedenti attività e loro interpretazione in termini
di processi tettonici attivi.
A2.2) Dinaridi-Albanidi-Ellenidi
Revisione critica di mappe e carte geologiche pubblicate, analisi della sismicità e delle soluzioni
MT di terremoti recenti, reinterpretazione di profili sismici a riflessione ove disponibili, possibili
rilevamenti di terreno.
286
A3) Coerenza tettonica e bilanciamento del momento sismico
Calcolo delle deviazioni dei vettori di slip utilizzando diversi dataset (faglie, meccanismi focali) e
determinazione dei tassi di rilascio di momento sismico su base geologica e su base storica.
A4) Incertezze sulla probabilità di accadimento dei terremoti
Selezione dei dataset di input: slip rate geologici e derivati da stime di strain; calcolo delle
distribuzioni di probabilità per diverse assunzioni del modello di base; stima delle incertezze.
3a.4 Metodologia
Questa UR è composta da un gruppo di ricercatori multidisciplinare. Metodi e approcci perciò
variano a seconda del tipo di attività pianificato. Ogni specialistà trarrà beneficio dalle
controdeduzioni degli altri per il conseguimento degli obiettivi.
Slip rate delle sorgenti sismogenetiche italiane
Questo studio si avvarrà dell’abbondanza delle informazioni contenute nelle pubblicazioni
scientifiche per revisionare criticamente i metodi di stima degli slip rate, mettendo in evidenza i loro
punti di forza e i punti deboli, e determinare le loro incertezze. Inoltre, sempre su base bibliografica
si cercherà di evidenziare i vincoli geologici, a scala regionale, ai tassi di deformazione tettonica. In
casi particolari, identificati nel corso del progetto, queste analisi potranno essere integrate da dati
originali di terreno.
Approfondimenti in aree chiave
1) Penisola di Crotone
Per questo studio pilota sulla Penisola di Crotone si cercherà di confrontare i tassi di lungo termine
(Pleistocene superiore-Olocene; 10-100 ka) e breve termine (10 a) dei movimenti tettonici verticali
analizzando congiuntamente dati geologici e InSAR multitemporale.
I dati geologici verranno raccolti tramite analisi di fotografie aeree e rilevamenti di terreno su
terrazzi costieri e alluvionali. Datazioni dei depositi si avvarranno di tecniche del radiocarbonio e
OSL. Per ottnere i tassi dei movimenti veritcali i terrazzi saranno correlati con le fasi di oscillazione
del livello marino.
La tecnica di analisi InSAR multitemporale (Berardino et al., 2002) si baserà sul processamento
congiunto di un gran numero di interferogrammi differenziali a piccola baseline. Questi ultimi
saranno combinati sulla base di un criterio a norma minima applicato alla velocità di deformazione
e l’applicazione della decomposizione a valori singolari (SVD). Questa tecnica è in grado di
generare mappe di velocità con una grande densità di punti coerenti (e.g. Stramondo et al., 2007)
e fornire le serie temporali per ognuna di esse.
2) Dinaridi-Albanidi-Ellenidi
Questo studio integrerà dati geologici e sismologici per meglio caratterizzare la geometria, la
cinematica e i tassi di deformazione dei sistemi di sovrascorrimento situati lungo la costa orientale
del Mar Adriatico. Si propone di reinterpretare sezioni geologiche basate su dati di sismica a
riflessione e analizzare le soluzioni MT basate su dati sismici a banda larga dei maggiori terremoti
recenti (post-2004).
Coerenza tettonica e bilanciamento del momento sismico
La coerenza cinematica delle sorgenti sismogenetiche sarà valutata tramite test statistici della
compatibilità geometrica dei vettori di slip sulle giunzioni di faglia singole e multiple (e.g. Gabrielov
et al., 1996) e le deviazioni angolari tra i versori di slip e gli indicatori del campo di stress (e.g. assi
P e T dei meccanismi focali). La completezza delle sorgenti sismogenetiche sarà stimata tramite il
bilanciamento del tasso di momento sismico geologico e storico all’interno di macroregioni
tettonicamente coerenti. Verrà inoltre stimata l’incertezza intrinseca nel bilanciamento tra area e
slip rate. Queste analisi formeranno il test di validazione del modello delle sorgenti
sismogenetiche.
287
Incertezze sulla probabilità di accadimento dei teremoti
In questo studio si modellerà il potenziale sismico di lungo termine delle faglie sotto l’assunzione di
comportamento “caratteristico” per le sorgenti individuali del DISS (altri modelli di comportamento
verranno analizzati in altre UR). Determineremo quanto l’applicazione di slip rate derivati da
modelli di strain possono diminuire la variabilità della probabilità di accadimento rispetto a quelle
ottenute da dati geologici e storici. Le distribuzioni di probabilità per i tassi di slip e strain si
otterrano con il metodo della probabilità posteriore bayesiana. Un approccio simile sarà inoltre
usato per gli intervalli di accadimento (Akinci et al., 2008). Le incertezze sulla probabillità di
accadimento in 30, 50 e 100 anni saranno stimate utilizzando una procedura di tipo Monte Carlo
per i casi dipendente e indipendente dal tempo variando o definendo la distribuzione statistica
della periodicità.
Bibliografia
Akinci, A., D. Perkins, A.M. Lombardi and R. Basili, (2008). Uncertainties in probability of occurrence of
strong earthquakes for fault sources in the Central Apennines, Italy. (Submitted to JOSE).
Basili R., G. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, M.M. Tiberti, E. Boschi (2008), The
Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3: summarizing 20 years of research on
Italy’s earthquake geology, Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2007.04.014.
Berardino P., G. Fornaro, R. Lanari, and E. Sansosti (2002). A new Algorithm for Surface Deformation
Monitoring based on Small Baseline Differential SAR Interferograms. IEEE Trans on Geosci. and
Remote Sensing, 40, 2375-2383.
DISS Working Group (2007). Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), Version 3.0.4: A
compilation of potential sources for earthquakes larger than M 5.5 in Italy and surrounding areas.
http://www.ingv.it/DISS/.
Ferretti A., Prati C. and Rocca F.; 2000: Non-linear subsidence rate estimation using permanent scatterers in
differential SAR Interferometry. IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, 38, 5.
Gabrielov A., V. Keilis-Borok, and D.D. Jackson (1996). Geometric incompatibility in a fault system. Proc.
Natl. Acad. Sci., 93, 3838-3842.
Stramondo S., M. Saroli, C. Tolomei, M. Moro, F. Doumaz, A. Pesci, F. Loddo, P. Baldi, E. Boschi (2007).
Surface movements in Bologna (Po Plain — Italy) detected by multitemporal DInSAR. Remote Sensing
of Environment, 110, 304-316.
Werner C., Wegmuller U., Strozzi T. and Wiesmann A.; 2003: Interferometric point target analysis for
deformation mapping. Proceedings of IGARSS '03, vol. 7. (pp. 4362−4364).
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
X
X
Attività 2.1.1
X
X
X
Attività 2.1.2
X
X
X
Attività 2.1.3
X
Attività 2.2
Attività 3
288
X
X
X
Attività 4
X
X
X
X
4a. Prodotti (i prodotti di diretto interesse per DPC sono sottolineati)
Rapporto tecnico sui risultati ottenuti nell’area della Penisola di Crotone sulla base dei dati
geologici e InSAR. Dati geologici: mappa dei terrazzi costieri e fluviali; mappa dei movimenti
verticali di lungo termine (100 ka). InSAR: mappa delle velocità al suolo misurata dalle orbite
ascendenti e discendenti; mappa della componente verticale della velocità al suolo; mappa della
componente Est-Ovest della velocità al suolo.
Database GIS a scala nazionale, con
1) i dati di slip rate relativi alle sorgenti sismogenetiche del DISS;
2) le sorgenti sismogenetiche nelle aree chiave (contribuendo al popolamento del DISS);
3) la probabilità di accadimento di terremoti generati da faglie individuali e dell’incertezza
associata;
4) i risultati delle procedure di validazione tettonica del modello di sorgente sismogenetica.
Lo studio delle sorgenti sismogenetiche situate sul lato orientale del Mar Adiatico, per quanto
riguarda in particolare l’analisi di sezioni geologico-strutturali, verrà svolto in collaborazione con il
Dott. D. Scrocca dell’Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria (IGAG), Sezione “La
Sapienza” di Roma, del CNR.
6. Possibili interazioni con altri Progetti DPC
Progetto S3: scambio dati relativi alla mappatura di sorgenti sismiche tsunamigeniche.
Models of earthquake occurrence used in assessing earthquake probabilities are progressively
incorporating data on active faults and tectonic rates. During the INGV-DPC Project S2 (20052007), version 3 of the Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), a large dataset of
homogenously organized geologic and tectonic data (DISS Working Group, 2007; Basili et al.,
2008) was systematically used in probabilistic analyses. For a given set of tectonically consistent
seismogenic sources, hazard estimates are most sensitive to uncertainties in slip and strain rates.
In Italy, with more than 100 individual faults and an often deceptive geologic setting, slip rate
accuracy cannot be expected to improve on a fault by fault basis. Regional geological data instead,
can help constrain tectonic deformation rates across faults or fault systems and make better use of
scattered point data from paleoseismology. Recent developments in the analysis of multitemporal
InSAR data (e.g. Permanent Scatterers, Ferretti et al. 2000; SBAS, Berardino et al., 2002; IPTA,
Werner et al., 2003) offer unprecedented opportunities to complement GPS data in estimating
accurate short-term rates of ground movements.
3b.2 Goals
This RU proposes to explore various aspects of seismic hazard evaluation - from data collection to
probability calculations. Although the main objective is to improve nation-wide knowledge of
tectonic deformation, purposeful analyses in key areas will also be carried out. Detailed list of
objectives follow.
Revise and improve slip rate estimates of seismogenic sources included in DISS
determining the time window for which they apply and the time span of activity of the relevant faults
289
or fault systems; address slip rate uncertainties. Seek strategies to use regional geological
observations to constrain min/max displacement rates of fault systems.
Estimate long-term vertical movements in the Crotone Peninsula (NE Calabria) to help
constrain the displacement rate of its large seismogenic structures.
Provide a multitemporal interferometric analysis of northeastern Calabria to measure shortterm uplift or subsidence rates at local/regional scale.
Explore and characterize seismogenic sources of Croatia, Montenegro, Albania, and
Northern Greece, in conjunction with other ongoing research efforts at European scale and with
special focus on slip rates. Some of these sources may pose significant hazard to southeastern
Italy (especially Apulia) but were not included in previous SHA efforts.
Perform a validation test of the seismogenic sources included in DISS by addressing their
tectonic consistency and seismic moment balance.
Calculate the uncertainties on the probability of occurrence of earthquakes Mw>5.5 for the
individual sources included in DISS for different periods (30, 50, and 100 years); apply strain rate
values directly to the faults for estimating the occurrence probability; check the influence of
uncertainties of source characterization on earthquake probabilities and provide feedback for the
most sensitive and uncertain parameters in calculations using DISS; show the effect of timedependent and -independent occurrence models together with uncertainty of slip rates, maximum
magnitudes, and recurrence intervals.
A1) Slip rates of Italian seismogenic sources
Critical review of methods used to estimate geological slip rates; preparation of data tables derived
from DISS and the scientific literature concerning slip rates and age of fault activation/reactivation.
A2) In-depth studies in key areas
A2.1) Crotone Peninsula
A2.1.1) Analysis of aerial photos at different scales (already acquired by INGV) to map terraces
and significant geomorphic features. Field reconnaissance, geological mapping and sampling of
terrace deposits, geochronological analysis.
A2.1.2) Acquisition and treatment of SAR images, either ERS1-2 or Envisat, to fully cover the
1992-2007 time span. To extract the vertical component of the surface displacement SAR data will
be acquired along ascending and descending pass. The application of A-InSAR technique needs
5-6 images each year at least. Each frame 100x100 km wide will be presumably covered by 75-80
images.
A2.1.3) Comparison of results obtained in the previous two activities and their interpretation in
terms of active tectonic processes.
A2.2) Dinarides-Albanides-Hellenides
Critical review of published geological sections and maps, analysis of seismicity and MT solutions
of recent earthquakes, reinterpretation of seismic reflection profiles where available, possible field
reconnaissance.
A3) Tectonic consistency and seismic moment balance of seismogenic sources
Calculations of slip vectors deviations using different dataset (faults, focal mechanisms) and
determination of geologic and historical seismic moment rates.
A4) Uncertainties on probabilities of earthquake occurrence
Selection of different sets of input data: geological and strain-derived slip rates; calculations of
probability distributions under different model assumptions; estimation of uncertainties.
290
3b.4 Methodology
This RU is formed by a multidisciplinary group of scientists. Methods and approaches thus vary
depending on the planned activity. Each different specialist will benefits from purposeful and timely
feedbacks of others.
Slip rates of Italian seismogenic sources
This study will exploit the wealth of information available in the scientific literature to critically
review slip rate determination methods, address their strengths and weaknesses, and better
assess slip rate uncertainties. In addition, previous studies will be used to seek regional geological
constraints to tectonic rates of deformation. Selected cases of interest, identified during the course
of the project, will be complemented with original field work.
In-depth studies in two key areas
1) Crotone Peninsula
For the pilot study of the Crotone Peninsula we will compare long-term (Late PleistoceneHolocene; 10-100 ky) and short-term (10 y) rates of vertical tectonic movements by jointly
analyzing geologic and multitemporal InSAR data.
Geologic data will be collected through aerial-photo analysis and field reconnaissance of raised
coastal and alluvial terraces. Dating of terrace deposits will rely on radiocarbon and OSL
techniques. To obtain vertical rates of tectonic movements, terraces will be correlated with sealevel stands.
The multitemporal InSAR technique (Berardino et al., 2002) will be based on the combined
processing of a large number of differential interferograms at small baseline. These latter are
combined with a minimum-norm criterion applied to the deformation velocity and based on the
application of a singular value decomposition (SVD). This technique leads to the generation of
highly dense velocity maps of coherent points (e.g. Stramondo et al., 2007) and provides a time
series for each of them.
2) Dinarides-Albanides-Hellenides
This study will integrate geological data and seismicity data to better characterize geometry,
kinematics, and rate of deformation of the thrust system running along the eastern coast of the
Adriatic Sea. Reinterpretation of geological cross sections based on seismic reflection profiles and
analysis of MT solutions based on broad-band seismic data of recent (post-2004) major
earthquakes will be carried out.
Tectonic consistency and seismic moment balance
The kinematic consistency of seismogenic sources will be evaluated by statistically testing the
geometrical compatibility of slip rate vectors at single and multiple fault junctions (e.g. Gabrielov et
al., 1996) and the angular deviations between slip unit vectors and stress field indicators (e.g. P
and T axes of focal mechanisms). The completeness of seismogenic sources will be estimated by
balancing geological and historical seismic moment rate within tectonically consistent macroregions. The uncertainty arising from the trade off between fault area and slip rate will also be
evaluated. These procedures will form the validation test of the seismogenic source model.
Uncertainties on probabilities of earthquake occurrence
In this study, the long-term seismic potential of faults will be modeled under the assumption of
“characteristic” behavior for the individual sources included in DISS (other behavior models will be
analyzed by other RUs). We will determine the extent to which the application of strain-derived slip
rates decreases the variability of fault occurrence probabilities obtained from geologic slip rates
and historical earthquakes. Probabilistic distributions for slip and strain rates will be obtained
through a Bayesian posterior slip rate distribution. A similar approach will also be used for the
occurrence intervals as defined by Akinci et al. (2008). Uncertainties of the 30, 50 and 100 years
probability of occurrence will be estimated using a Monte Carlo procedure for the time-independent
291
and the time-dependent cases by varying or defining a statistical distribution for the periodicity
parameter.
References
Akinci, A., D. Perkins, A.M. Lombardi and R. Basili, (2008). Uncertainties in probability of occurrence of
strong earthquakes for fault sources in the Central Apennines, Italy. (Submitted to JOSE).
Basili R., G. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, M.M. Tiberti, E. Boschi (2008), The
Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3: summarizing 20 years of research on
Italy’s earthquake geology, Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2007.04.014.
Berardino P., G. Fornaro, R. Lanari, and E. Sansosti (2002). A new Algorithm for Surface Deformation
Monitoring based on Small Baseline Differential SAR Interferograms. IEEE Trans on Geosci. and
Remote Sensing, 40, 2375-2383.
DISS Working Group (2007). Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), Version 3.0.4: A
Ferretti A., Prati C. and Rocca F.; 2000: Non-linear subsidence rate estimation using permanent scatterers in
differential SAR Interferometry. IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, 38, 5.
Gabrielov A., V. Keilis-Borok, and D.D. Jackson (1996). Geometric incompatibility in a fault system. Proc.
Natl. Acad. Sci., 93, 3838-3842.
Stramondo S., M. Saroli, C. Tolomei, M. Moro, F. Doumaz, A. Pesci, F. Loddo, P. Baldi, E. Boschi (2007).
Surface movements in Bologna (Po Plain — Italy) detected by multitemporal DInSAR. Remote Sensing
of Environment, 110, 304-316.
Werner C., Wegmuller U., Strozzi T. and Wiesmann A.; 2003: Interferometric point target analysis for
deformation mapping. Proceedings of IGARSS '03, vol. 7. (pp. 4362−4364).
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Activity 1
X
X
X
X
Activity 2.1.1
X
X
X
Activity 2.1.2
X
X
X
Activity 2.1.3
X
Activity 2.2
X
Activity 3
X
Activity 4
X
X
X
X
X
4b. Deliverables (deliverables of direct interest for DPC are underlined)
Technical report illustrating the results obtained in the Crotone Peninsula based on geological and
InSAR data. Geological: map of coastal and fluvial terraces; map of long-term (100 ky) vertical
movements. InSAR: ground velocity maps measured along both ascending and descending
satellite orbits; vertical component of the ground velocity; East-West ground velocity map.
GIS database, at national scale, with
1) slip rate data on seismogenic sources included in DISS;
292
2) seismogenic sources in the studied key areas (contributing to populate DISS);
3) probability of occurrence for earthquakes generated by individual faults and the associated
uncertainties;
4) results of tectonic validation for the seismogenic source model (DISS).
7.1. I fase
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2300
0,00
7000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
6000
0,00
0
0,00
5400
0,00
2300
0,00
Totale
0,00
23000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
2700
0,00
6000
0,00
7.2. II fase
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
0,00
293
14000
0,00
0
0,00
1600
0,00
2700
0,00
27000
0,00
7.3. Totale
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
5000
0,00
13000
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
uso
Totale
0,00
294
20000
0,00
0
0,00
7000
0,00
5000
0,00
50000
0,00
Progetto S1 - RU 3.12 - Vannoli Paola
(Task C; AU B)
Progetto S1
Titolo Aggiornamento DISS
Paola Vannoli, ricercatrice, INGV.
Nasce a Roma il 25 ottobre 1967. Consegue presso l’Università degli Studi di Roma “La Sapienza”
la laurea in Scienze Geologiche nel 1994 e il dottorato di ricerca in Scienze della Terra nel 2000.
Tra il 1994 ed il 2000 è consulente esterna del Laboratorio di Fotogeologia dell’Università “La
Sapienza” e svolge la libera professione, realizzando cartografia tematica su GIS tramite
fotointerpretazione e rilievi di campagna. Dal gennaio 2001 collabora con l’INGV usufruendo di
assegni di ricerca e, dal luglio 2004, è assunta con contratto di lavoro a tempo determinato.
La sua attività di ricerca è rivolta alla tettonica attiva, in particolare all’individuazione e
caratterizzazione di sorgenti sismogenetiche ed allo studio dell’interazione tra processi tettonici e
geomorfologici.
Ha svolto ricerche in diversi ambiti, quali: a) Progetto DPC 2000-04 Terremoti probabili in Italia tra
l’anno 2000 ed il 2030… (resp. dott. A. Amato); b) Progetto E.C.-SAFE-Slow Active Faults in
Europe…(coord. prof. M. Sebrier); c) conv. INGV-Regione Marche (coord. dott. G. Valensise); d)
Progetto DPC 2004-06 Valutazione del potenziale sismogenetico… (resp. dott. G. Valensise); e)
Programma PROSIS, Progetto di ricerca e sviluppo per la sismologia e l’ingegneria sismica,
finanziato dal MIUR (resp. dott. A. Rovelli).
All’interno dell’INGV, effettua i turni di sorveglianza sismica, svolge attività didattica e partecipa alle
attività del gruppo EmerGeo. Dal 2001 lavora continuativamente alla gestione, al potenziamento,
allo sviluppo ed alla diffusione del Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), ed è tra gli
autori principali della versione corrente.
DISS Working Group, 2007. Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), Version 3.0.4: A
http://www.ingv.it/DISS/. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.
Basili, R. G. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, M. M. Tiberti e E. Boschi, 2008. The
Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3: summarizing 20 years of research on Italy’s
earthquake geology, Tectonophysics (TECTO124102, in stampa).
Burrato, P., M. E. Poli, P. Vannoli, A. Zanferrari, R. Basili e F. Galadini, 2007. Sources of Mw 5+ earthquakes
in northeastern Italy and western Slovenia: an updated view based on geological and seismological
evidence, Tectonophysics (TECTO124103, in stampa).
Basili, R. P. Burrato, S. Mariano, F. Mirabella, A. Ravaglia, G. Valensise G. e P. Vannoli, 2007.
Identificazione e caratterizzazione delle sorgenti sismogenetiche. In: Scenari di pericolosità sismica della
fascia costiera marchigiana. La microzonazione sismica di Senigallia. A cura di M. Mucciarelli e P. Tiberi.,
Regione Marche e INGV, 316 pp.
Vannoli, P., R. Basili e G. Valensise, 2004. New geomorphic evidence for anticlinal growth driven by blindthrust faulting along the northern Marche coastal belt (central Italy). Journal of Seismology, 8, 297-312.
295
Nominativo
(Cognome e Nome)
Ente/
Istituzione
Qualifica
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
I fase
II fase
Basili Roberto
Ricercatore
INGV-RM1
1
1
-
-
Burrato Pierfrancesco
Ricercatore
INGV-RM1
1
1
-
-
CTER
INGV-A.C.
2
2
-
-
Fracassi Umberto
Ricercatore
INGV-RM1
0
0
-
-
Tiberti Mara Monica
Ricercatrice
INGV-RM1
0
0
-
-
Valensise Gianluca
INGV-RM1
2
2
-
-
INGV-RM1
3
4
-
-
De Santis Anna
ex Art. 23
ex Art. 23
Ricercatrice
Vannoli Paola
art. 1, commi 519 e 520,
legge 27/12/2006, n. 296
Il Database of Individual Seismogenic Sources (DISS) è stato concepito alla fine degli anni ’90 da
un gruppo di ricercatori dell’INGV; la sua struttura, il suo software originale e tutti i suoi contenuti
informativi sono stati elaborati da ricercatori dell’INGV. Il Database contiene una gran quantità di
materiale pubblicato e originale relativo alle principali sorgenti sismogenetiche italiane e di aree
limitrofe. L’estensione sistematica alle sorgenti del bacino del Mediterraneo centrale è finalizzata
ad ottenere più accurate valutazioni delle pericolosità sismica e da maremoto per il territorio
italiano. Il DISS è stato esplicitamente concepito come work in progress e come tale è
appositamente predisposto a continui ed auspicabili aggiornamenti e al conseguente rilascio di
nuove versioni.
L’attuale versione è stata sviluppata nell’ambito del Progetto S2, Valutazione del potenziale
sismogenetico e probabilità dei forti terremoti in Italia, convenzione INGV-DPC 2004-2006, ed è
disponibile online al sito http://www.ingv.it/DISS. La seguente tabella illustra l’evoluzione della
struttura e del principale contenuto informativo del Database, dalla sua prima implementazione su
GIS sino ad oggi:
CAIFA
Data
Nome
Luglio
1999
Catalogue of
Active Italian
FAults
DISS
1.0
DISS
2.0
Prototipo
DISS 3.0
DISS
3.0.0
DISS
3.0.1
DISS
3.0.2
DISS
3.0.3
DISS
3.0.4
Luglio
2000
Database of
Potential
Sources for
Earthquakes
Larger than
M 5.5 in Italy
Luglio
2001
Database of
Potential
Sources for
Earthquakes
Larger than
M 5.5 in Italy
Progetto EC
FAUST,
FAUlts as a
Seismologist
s' Tool
Settembre
2004
Gennaio
2005
Novembre
2005
Settembre
2006
Luglio
2007
Ottobre
2007
Database of
Italy’s
Seismogenic
Sources
Database of
Italy’s
Seismogeni
c Sources
Database of
Italy’s
Seismogeni
c Sources
Database of
Individual
Seismogenic
Sources
Database of
Individual
Seismogenic
Sources
Database of
Individual
Seismogenic
Sources
Progetto EC
“Scenario”
Contributi
esterni
Modalità
di diffusione
Standalone
Standalone
Note e/o
Principali
migliorie
Sorgenti
25
54
Standalone
DPC
2000-04
Terremoti
probabili
in
Italia tra l’anno
2000…
Standalone
Distribuiti
oltre 1000
CD-ROM.
Pubblicato
manuale su
Annals
of
Geophysics.
60
Migliorata
rappresentazion
e
faglia.
Introdotti
Qualifiers
&
Explanatory
Notes.
100
Progetto EC
SAFE
–
Slow Active
Faults
in
Europe.
Standalone
Web
Standalone
Web
Introdotte
Sorgenti
areali.
100
296
107
Standalone
Web
Google Earth
Introdotte
sorgenti
nel
bacino
del
Mediterraneo
115
Standalone
Web
Google Earth
115
DPC
2004-06
S2
Valutazione del
potenziale
sismogenet…
Standalone
Web
Google Earth
119
individuali
Sorgenti
areali
Dati
bibliografici
-
-
-
-
43
67
81
86
92
~500
715
1256
1720
1720
1944
2063
2063
2235
3a.2 Obiettivi
L’obiettivo di questa RU è di aggiornare e migliorare il contenuto informativo e le funzionalità del
DISS.
Nell’ambito del Progetto S1, il DISS potrà svolgere le seguenti funzioni:
1. fornire una visione sinottica (e contemporaneamente ricca di informazioni puntuali) della
sismogenesi dell’Italia e del bacino del Mediterraneo centrale;
2. permettere un rapido interscambio di dati tra i diversi gruppi di ricerca afferenti al Progetto,
favorendo l’interazione e la collaborazione in tempo reale;
3. fungere da collettore delle ricerche svolte da altre UR nell’ambito del Progetto S1 o di altri
Progetti;
4. fornire una base di dati omogenea, a scala nazionale, per la quantificazione della deformazione
tettonica e del potenziale sismogenetico.
3a.3 Attività
Le attività di questa RU saranno rivolte all’aggiornamento scientifico (a) ed allo sviluppo
tecnologico (b).
a. Aggiornamento scientifico
L’aggiornamento scientifico sarà volto all’identificazione di nuove sorgenti sismogenetiche
individuali ed areali e alla migliore caratterizzazione di quelle precedentemente identificate.
L’iniziale attività di questa RU consisterà nel completare i dati descrittivi delle sorgenti
sismogenetiche già presenti nel Database. Nel primo anno di Progetto la RU provvederà ad una
riorganizzazione delle modalità di presentazione della documentazione testuale e iconografica ed
al suo completamento. In particolare verrà completata la redazione di tutti i testi di supporto alle
sorgenti individuali ed areali, ed incrementata la documentazione iconografica (figure e mappe
originali o tratte dalla letteratura scientifica) che aiuterà la comprensione della sorgente stessa.
Nel secondo semestre del primo anno verrà introdotto un nuovo layer informativo contenente faglie
e/o indizi di fagliazione attiva che altri autori considerano potenziali sorgenti sismogenetiche; tale
materiale sarà adeguatamente corredato da sintesi di articoli scientifici, commenti e figure.
Durante i due anni di Progetto, la RU recepirà e collegherà alle sorgenti tutti i nuovi riferimenti
bibliografici significativi.
b. Sviluppo tecnologico
Lo sviluppo tecnologico si protrarrà nel corso dei due anni del Progetto e sarà finalizzato a
migliorare le interfacce di consultazione del DISS online. Sia la consultazione dei dati online che la
navigazione verranno rese più agevoli attraverso una riorganizzazione delle informazioni di
corredo alle sorgenti sismogenetiche e dei layers all’apertura del Database, e provvedendo a
sostituire i layers poco leggibili.
Verranno inoltre prodotti ed inseriti sul sito web nuovi tematismi che saranno di supporto alle
sorgenti (p.e. elementi geologici significativi) e/o che agevoleranno la lettura delle informazioni in
esse contenute (p.e. diverse rappresentazioni delle sorgenti).
Verranno aggiornate le procedure di upload della versione online e verrà migliorato il software di
sviluppo sulla piattaforma standalone. Verrà inoltre aggiornato e migliorato il portale web in cui
viene illustrata la documentazione generale del DISS e da cui è possibile scaricare tutti i dati
presenti nei vari formati GIS per uso standalone.
3a.4 Metodologia
La migliore comprensione delle strutture sismogenetiche italiane potrà essere raggiunta attraverso
l’analisi di nuovi dati geologici, paleosismologici, geodetici, di vincoli cinematici e geodinamici,
oppure attraverso la sperimentazione e la messa a punto di nuove tecniche di indagine. Il DISS
297
recepirà l’aumento delle conoscenze sulla sismogenesi italiana che sarà auspicabilmente
apportato alla comunità scientifica dalle molteplici attività svolte nell’ambito di questo Progetto e da
attività esterne.
Le principali attività di questa RU saranno svolte dal personale INGV sopra elencato, ma, per poter
adeguatamente raggiungere lo sviluppo tecnologico previsto, sarà indispensabile avvalersi delle
competenze di tecnici informatici esperti. Le precedenti versioni di DISS su web sono state curate
dall’IMteam, una società di informatica di Bergamo, che si continuerà ad occupare dello sviluppo
del Database.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Completamento materiale di supporto alle sorgenti presenti
X
X
-
-
Incremento bibliografia
X
X
X
X
Inserimento nuove sorgenti
-
-
-
X
Inserimento layer “faglie/aree dibattute”
-
X
-
X
Miglioramento/potenziamento interfaccia web
X
X
X
X
Creazione e inserimento nuovi tematismi sul sito online
-
X
-
X
Interazione tra UR del Progetto
X
X
X
X
4a. Prodotti
Il principale prodotto di questo RU sarà il rilascio della nuova versione del DISS contenente gli
aggiornamenti scientifici e tecnologici previsti dal Progetto. Il rilascio di tale versione avverrà
successivamente alla consegna del rapporto scientifico finale, sarà infatti necessario prevedere un
periodo di tempo per poter analizzare, validare e recepire nel DISS i dati forniti dalle UR.
Le nuove tabelle relative alle sorgenti sismogenetiche individuali e areali continueranno ad
essere disponibili e scaricabili dal sito internet nei più comuni formati GIS
6. Possibili interazioni con altri Progetti DPC
Questa RU favorirà l’interazione tra le diverse UR di tutto il Progetto S1, promuovendo un
interscambio in tempo reale dei diversi dati e fornendo tutto il supporto necessario. È attualmente
disponibile la versione 3.0.4 del DISS. Le sorgenti sismogenetiche, individuali ed areali, possono
essere scaricate dal sito Internet e utilizzate per le svariate elaborazioni e applicazioni previste dai
cinque Progetti Sismologici della Convenzione 2007-09.
298
The Database of Individual Seismogenic Sources (DISS) was conceived in the late ‘90s by a group
of scientists at INGV. Its structure, its original software and all associated texts and elaborations
were prepared by INGV researchers. DISS includes a large amount of original and published
material concerning the main seismogenic sources of Italy and surroundings areas. The sources of
the Circum Mediterranean area allow a more detailed assessment of seismic and tsunami hazard
in Italy.
DISS was designed as a “work in progress” database, and as such it is open to additions and to
further releases.
The current version was developed in the INGV-DPC 2004-2006 S2 Project, Assessing the
seismogenic potential and the probability of strong earthquakes in Italy, available at the website
http://www.ingv.it/DISS. The following table shows the improvements of the structure and of the
data of DISS, from its first implementation on GIS to today:
CAIFA
Date released
Name
July
1999
Catalogue of
Active Italian
FAults
DISS
1.0
DISS
2.0
DISS 3.0
Prototype
DISS
3.0.0
DISS
3.0.1
DISS
3.0.2
DISS
3.0.3
DISS
3.0.4
July
2000
Database of
Potential
Sources for
Earthquakes
Larger than
M 5.5 in Italy
July
2001
Database of
Potential
Sources for
Earthquakes
Larger than
M 5.5 in Italy
EC Project
FAUST,
FAUlts as a
Seismologist
s' Tool
Standalone
September
2004
January
2005
November
2005
September
2006
July
2007
October
2007
Database of
Italy’s
Seismogenic
Sources
Database of
Italy’s
Seismogeni
c Sources
Database of
Italy’s
Seismogeni
c Sources
Database of
Individual
Seismogenic
Sources
Database of
Individual
Seismogenic
Sources
Database of
Individual
Seismogenic
Sources
Standalone
Standalone
Web
EC Project
SAFE
–
Slow Active
Faults
in
Europe.
Standalone
Web
Over 1,000
DISS
distributed
through CDROM.
Manual
published on
Annals
of
Geophysics.
Improvements
on
representation
of seismogenic
sources.
Qualifiers
&
Explanatory
Notes assigned.
“Seismogeni
c
areas”
introduced.
EC Project
“Scenario”
Project
Standalone
Standalone
DPC-INGV
Seismological
Project
2000-04
Access mode
Notes
e/o
significant
improvement
Individual
sources
Seismogenic
areas
References
data
DPC-INGV
Seismological
Project
2004-06
Standalone
Web
Google Earth
Sources in the
Mediterranean
Sea added.
Standalone
Web
Google Earth
Standalone
Web
Google Earth
25
54
60
100
100
107
115
115
-
-
-
-
43
67
81
86
119
92
~500
715
1256
1720
1720
1944
2063
2063
2235
3b.2 Goals
The goal of this RU is to increase and update the content of DISS and to improve its functionality
and structure.
Within the framework of the S1 Project, DISS will:
1. be used to supply a synoptic view of seismogenesis in the central Mediterranean area;
2. be used as a tool to exchange quickly and easily data among different RUs;
3. gather all results from the S1 RUs and other Projects;
4. provide with a homogeneous database to quantify the tectonic strain and the seismogenic
potential at the national scale.
3b.3 Activity
The activities of this RU will be devoted to the (a) scientific update and (b) technological
development of DISS.
a. Scientific update
This task will focus on the identification and characterization of new Individual Seismogenic
Sources and Seismogenic Areas, and will implement background information of the already
existing sources. At the end of the first year a new layer containing information about debated
299
seismogenic faults and areas will be included, i.e. concerning tectonic structures believed by some
authors to be seismogenic and not yet included in DISS. This layer will contain the usual critical
review of the available bibliographic data.
During the first year of the Project the iconographic and textual background of each source will be
completed (i.e., concerning Individual Sources and Seismogenic Areas).
All new significant bibliographic data that can augment information about sources in DISS will be
included during the two years of the Project.
b. Technological development
The technological development will affect the two online DISS interfaces, during the two years of
the Project. Both data access and database navigation will be made easier via the restructuring of
auxiliary information associated with sources, a new organization of current layers and the
replacement of the poorly readable ones. This RU will produce further suitable thematic maps to be
made available online (e.g. geological maps, etc..).
This RU will also update the upload procedure of the online version, and will improve the software
running the standalone platform. Finally, this RU will update and improve the web portal that hosts
the general documentation concerning DISS and from which one can download the data under
various common GIS formats.
3b.4 Methodology
DISS will gather the knowledge increase concerning seismogenesis processes in Italy that can be
expected from the various activities to be held within the S1 Project and from the literature.
The main tasks of this RU will be carried out by the above mentioned INGV personnel. However, to
perform the necessary planned technological developments, the RU will be supported by IMteam,
a IT company based in Bergamo, that has already worked for the development of DISS in the past.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Support data (images and texts) of the v. 3.0.4 sources
X
X
-
-
Literature data
X
X
X
X
New seismogenic sources
-
-
-
X
“Debated seismogenic areas/faults” layer
-
X
-
X
Web interface improvements
X
X
X
X
New thematic maps online
-
X
-
X
Give support to use DISS within the RUs of the Project
X
X
X
X
.
4b. Deliverables
The main outcome of this RU will be a new version of DISS containing the scientific and
technological updates stemming from the Project. Data produced by the numerous RUs involved in
300
S1 will be analyzed and formatted immediately after the end of the Project to become part of the
new DISS release.
The new tables of seismogenic sources will be available for download from the website in the most
common GIS formats.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1500
2000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
10000
0
uso
0
1500
Totale
15000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
500
3000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
0
0
uso
Totale
1000
500
0,00
301
5000
Finanziato
c = a-b
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2000
5000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
10000
0
uso
Totale
1000
2000
0,00
302
,20000
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 5.03 - Megna Antonella
(Task A; AU B)
Titolo Caratterizzazione geofisica e modellazione numerica delle strutture sismogenetiche
1. Responsabile RU
Antonella Megna, ricercatrice INGV, Sezione di Sismologia e Tettonofisica, Via di Vigna Murata,
Antonella Megna è ricercatrice all’INGV dal 1 luglio 1999, attualmente fa parte della Sezione di
Sismologia e Tettonofisica di Roma. Si è laureata in Fisica nel 1994 ed ha conseguito il dottorato in
Scienze della Terra nel 2007. In questi anni ha partecipato a progetti nazionali e internazionali di
interesse da parte dell’INGV, tra i quali i diversi progetti stipulati dalla convenzione INGV-DPC e
“CAT/SCAN”
(Calabria-Apennine-Tyrrhenian/Subduction-Collision-Accretion
Network),
una
collaborazione tra il Lamont Doherty Earth Observatory (LDEO) della Columbia University e
l'INGV. Negli ultimi anni la sua attività di ricerca si è focalizzata sullo studio di modelli crostali agli
elementi finiti per l’Appennino Centrale, considerando sia le eterogeneità verticali che laterali, con
l’intento di valutare come le variazioni dei parametri elastici in profondità possono indurre variazioni
anche consistenti nel pattern dello spostamento.
Pubblicazioni
Megna A., S. Barba, S. Santini, M. Dragoni, 2008 – Effect of geological complexities on coseismic
displacement: hints from 2D numerical modelling, Terra Nova, in stampa.
Megna A., 2007 - Distribuzione ed evoluzione dello spostamento in sistemi di faglie: applicazione a
dislocazioni di faglia normale in un mezzo bidimensionale eterogeneo nell’Appennino CentroSettentrionale, PhD, pp. 106.
Megna A., S. Barba, S. Santini, 2005 – Normal-fault stress and displacement through finite-element analysis,
Annals of Geophysics, 48, 1009-1016.
Borraccini F., Di Bucci D., De Donatis M., Megna A., Nesci O., Santini S., Savelli D., Tramontana M., 2004,
Quaternary tectonics of the northern marche region and implications for active deformation in the
outer northern Apennines, Studi Geologici Camerti, Special Issue, 39-44, 2002 workshop COASTACTION 625.
Megna, A., S. Santini, F. Vetrano, S. Barba (2000)- Space-time variations of the Umbria-Marche region
instrumental seismicity, Annali di Geofisica, 43, 921-937.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
Balestra Francesca
assegnista
INGV-RM1
0
0
Barba Salvatore
primo
ricercatore
INGV-RM1
4
4
Basili Roberto
ricercatore
INGV-RM1
1
1
303
I fase
II fase
Bellani Stefano
ricercatore
CNR-IGG
2
1
borsista
INGV-RM1
6 (*)
6 (*)
Finocchio Debora
laureanda
0
0
Megna Antonella
ricercatore
INGV-RM1
6
6
Riguzzi Federica
primo
ricercatore
INGV-CNT
0.5
0.5
Carafa Michele M. C.
Lo slip-rate e lo strain-rate sono quantità fondamentali nel calcolo dei ratei di occorrenza dei
terremoti; la loro conoscenza alla scala dei pochi km è necessaria per una stima dell’hazard
sismico. Tali quantità dipendono dalle proprietà fisiche del materiale soggetto a deformazione. In
Italia, la variabilità su piccola scala delle condizioni geologiche, l’elevata deformabilità crostale, e la
presenza di molte faglie attive cieche ha reso sinora difficili da conoscere sperimentalmente lo sliprate e lo strain-rate con una risoluzione spaziale utile per le stime di pericolosità sismica. Le misure
dirette di slip-rate, infatti, sono state effettuate su pochissime faglie affioranti con metodi
paleosismologici. Tali misure non sono sufficienti per una stima di hazard a scala nazionale.
Nel progetto S2 “Valutazione del potenziale sismogenetico e probabilità dei forti terremoti in Italia”
(2005-2007) l’unità di modellazione numerica UR 3.1 ha prodotto come risultati a scala nazionale
lo strain rate e lo slip rate delle faglie integrando dati di diversa origine: velocità derivate da GPS,
orientazioni degli assi dello sforzo e regime tettonico. I risultati di slip-rate e strain-rate sono stati
trasformati in tassi di occorrenza dei terremoti tramite una Gutemberg-Richter troncata (Ward,
2007) in modo da essere confrontati con gli analoghi output dei modelli geodetici e geologici
(INGV-DPC Seismological projects – Final report of Project S2 –Appendix A, link del rapporto). A
differenza degli altri metodi, la modellazione numerica ha il vantaggio di poter essere vincolata da
osservazioni geofisiche anche sostanzialmente differenti; essa permette pertanto di individuare il
comportamento più probabile anche di aree coperte da informazioni parziali. È possibile migliorare
i risultati sinora ottenuti con una più accurata definizione della struttura litosferica e studiando
l’effetto di alcuni parametri (e.g. attrito di faglia, trazioni basali).
3a.2 Obiettivi
L’obiettivo di questa RU è di diminuire l’incertezza sia dello strain rate che dello slip rate
precedentemente calcolati sull’intera area nazionale al fine di ottenere risultati più accurati in
termini di tassi di occorrenza dei terremoti. Per far questo, saranno utilizzate al meglio le
informazioni di struttura della crosta e della litosfera e i nuovi dataset prodotti da altre RU nel
presente progetto.
Per conseguire questo obiettivo si intende seguire due direzioni, sia a scala nazionale (a, b) che di
dettaglio (c):
(a) ridurre ulteriormente il misfit tra le quantità calcolate (velocità, assi di sforzo, cinematica delle
faglie) e le osservazioni relative ai dataset precedentemente utilizzati (GPS, borehole breakouts,
meccanismi focali, regime tettonico), migliorando la definizione della geometria del modello e
studiando con maggiore accuratezza l’effetto di alcuni parametri, quali ad esempio l’attrito di faglia;
(b) calibrare i modelli sulla base di nuovi e differenti dataset (velocità verticali, pattern di sismicità,
slip rate);
(c) sviluppare modelli 3D di dettaglio per le zone in cui le assunzioni sinora utilizzate non abbiano
permesso di raggiungere un sufficiente grado di realismo nei risultati, cioè per le aree che
presentino dei misfit regionali sistematici nel modello su scala nazionale; in questi casi potrà
essere necessario considerare grandezze dipendenti anche dalla profondità (e.g. litologia, attrito,
scollamenti).
304
L’incertezza dei risultati è tanto minore quanto più è alto il numero e la qualità dei dati osservati in
ciascuna area mentre le analisi statistiche (deviazioni standard sui migliori modelli e test di
sensibilità) garantiscono il grado di “stabilità” del metodo utilizzato e dei risultati da esso
provenienti.
3a.3 Attività
1. Implementazione dei dataset di confronto.
2. Analisi dei residui dei modelli esistenti rispetto ai dataset disponibili.
3. Modellazione a scala nazionale - 1° fase: riduzione dei residui regionali e analisi dei parametri.
4. Modellazione a scala nazionale - 2° fase: calibrazione del modello con i nuovi dataset prodotti
all’interno del progetto attuale e ricostruzione del modello sulle nuove informazioni strutturali e
reologiche.
5. Modellazione regionale.
6. Analisi dei risultati tramite norme L1 e L2 per la scelta dei migliori modelli.
7. Calcolo dell’errore sul risultato e compilazione dei prodotti attesi.
8. Raccolta dati di misurazioni di temperatura e determinazione del gradiente geotermico profondo
(0 – 8 km).
9. Filtraggio regionale del flusso di calore e mappa aggiornata del flusso di calore.
3a.4 Metodologia
Utilizzeremo i codici agli elementi finiti SHELLS (Bird, 1999) e MARC (MSC.Software, 2006), il
primo per sviluppare modelli tridimensionali alla scala del Mediterraneo Centrale, il secondo per
sviluppare modelli di maggiore dettaglio. SHELLS adotta l’approssimazione “thin shell”; esso
permette di risolvere le equazioni dello stress e della conservazione della massa con determinate
reologie, densità e condizioni al contorno ottenendo come risultati le velocità in condizioni
anelastiche, quindi tettonica di lungo termine, lo stress e loro direzione. Il metodo iterativo su cui si
basa SHELLS prevede alcune assunzioni e approssimazioni: deformazione anelastica; proprietà
termiche costanti e conduzione verticale del calore; stress litostatico verticale; integrazione
verticale dello stress; litosfera continentale a due strati. Di notevole importanza è, quindi, lo studio
del flusso di calore, sia per individuare il comportamento reologico della litosfera che per una
corretta definizione dello strato sismogenetico. A questo fine è fondamentale un aggiornamento
della mappa del flusso di calore tramite una raccolta dati delle misurazioni di temperature e una
successiva interpolazione su base regionale.
I modelli possono essere confrontati con misurazioni dirette di stress in situ, velocità GPS (dopo la
correzione elastica), regime tettonico, velocità verticali e sismicità dell’area. Sia per le velocità
verticali che per la sismicità il metodo è in corso di sviluppo e in fase preliminare di test. Tali
dataset, prima di essere integrati nella modellazione, vanno analizzati per stabilirne i residui. A
seconda delle nuove informazioni disponibili, è possibile che la modellazione sia ricalibrata
all’inizio del secondo anno di progetto, sia costruendo una nuova griglia sia integrando nel modello
i nuovi dataset disponibili nel progetto, inclusi i dataset di cui esista almeno una versione
preliminare.
Nelle zone in cui sia necessario raggiungere un grado di realismo più elevato rispetto a quello
consentito dal programma agli elementi finiti SHELLS potranno essere realizzati modelli di
maggiore dettaglio utilizzando il software agli elementi finiti MARC. In questi casi, sarà possibile
integrare nel modello una struttura crostale più raffinata, un flusso di calore non stazionario, una
reologia non uniforme, e la presenza di scollamenti, tutto in funzione delle informazioni
effettivamente disponibili per l’area.
L’analisi dell’errore (in norma L1 o L2, dipendente dai dati) permetterà alla fine del progetto di
stabilire quali siano i migliori modelli, cioè quali modelli minimizzeranno le deviazioni fra i dati
calcolati dalla modellazione e gli osservabili.
Bird, P. [1999] Thin-plate and thin-shell finite element programs for forward dynamic modeling of
plate deformation and faulting, Computers & Geosciences, 25(4), 383-394.
MSC.Software Corporation Home Page, 2006. MSC.Software Corporation- 40 Years of Virtual
Product Development Expertise. 21 Jul. 2006 <http://www.mscsoftware.com/>.
305
Ward S. N. (2007). Methods for evaluating earthquake potential and likelihood in and around
California. Seism. Res. Lett., 78, 121-133.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
1
2
1
2
Implementazione dei dataset di confronto
X
-
-
-
Analisi dei residui dei modelli esistenti rispetto ai dataset
disponibili
X
-
-
-
Modellazione a scala nazionale - 1° fase
X
X
-
-
Modellazione a scala nazionale - 2° fase
-
-
X
X
Modellazione regionale
-
X
X
X
Analisi dei risultati tramite norme L1 e L2 per la scelta dei
migliori modelli
-
-
-
X
-
-
-
X
x
X
-
-
-
x
Semestre
Calcolo dell’errore sul risultato e compilazione dei prodotti
attesi
Raccolta dati di misurazioni di temperatura e
determinazione del gradiente geotermico profondo (0 – 8
km).
Filtraggio regionale del flusso di calore e mappa
aggiornata del flusso di calore
x
4a. Prodotti
Mappa flusso di calore
Campo di velocità orizzontali derivato dai modelli.
Campo di stress a scala nazionale derivato dai modelli.
Mappa dello strain rate derivato dai modelli.
Slip rate e cinematica predetta dai modelli (a) sui nodi delle faglie inserite nel modello e (b) medi
per le sorgenti sismogenetiche del DISS.
Incertezze su tutte le quantità calcolate.
CNR/IGG, reanalisi dei dati di temperatura dai pozzi esistenti e compilazione del dataset
aggiornato di temperatura e flusso di calore
S2- utilizzo dello strain rate e lo slip rate derivato dai modelli nelle stime di hazard.
306
Slip and strain rates are fundamental quantities to study earthquake occurrence; their knowledge
at the scale of few kilometers is important for the seismic hazard studies. These quantities depend
on the physical properties of the material being deformed. In Italy, the high variability of the
geological setting, and the highly deformable crust, together with the many blind faults prevented
slip and strain rates being determined experimentally at a useful spatial resolution for a realistic
seismic hazard estimation. Direct paleoseismological slip rate measurements are available only for
a limited number of exposed faults. These measurements are not enough for nation-wide hazard
estimations.
The numerical modeling UR 3.1 of the DPC project S2 ‘‘Valutazione del potenziale sismogenetico
e probabilità dei forti terremoti in Italia” (2004-2006) produced maps of strain and slip rates
integrating different geophysical observations such as GPS measurements, stress axes
orientations, and the tectonic regime. Slip and strain rates results were used to estimate
earthquake occurrence through a truncated Gutemberg-Richter (Ward, 2007) to be compared with
analogous outputs from geological and geodetic models (INGV-DPC Seismological projects – Final
report of Project S2 –Appendix A). The main distinctive advantage of numerical modeling is the
opportunity of using different geophysical datasets as constraints and of estimating the most likely
behavior of area with limited geophysical observations. Significant improvements in modeling can
be expected by including a more accurate characterization of the lithosphere and by investigating
the effects of a few parameters (e.g. fault friction, shear tractions).
3b.2 Goals
The goal of this RU is to reduce the uncertainty associated with strain and slip rates previously
calculated for the whole Italian territory to obtain more accurate rates of earthquake occurrence. To
this end, we will take advantage from results of other RUs of this project. We will work at both
national (a, b) and local (c) scales:
a) further reducing the misfit between model output (velocities, stress axes, fault kinematics) and
observations included in the used datasets (GPS, borehole breakouts, focal mechanisms, seismic
catalogue) by improving the model geometry and analyzing the effect of some parameters such as
fault friction;
b) calibrating models on the basis of new and different datasets (vertical velocity, seismicity
pattern, slip rate);
c) building detailed 3D models for areas where the adopted assumptions are insufficient to obtain
realistic results, i.e. in areas with systematic regional misfit in the nation-scale model; in these
areas, it could be useful to consider quantities that vary with depth (e.g. lithology, friction,
detachments).
A higher number of good quality observations in each area lower the uncertainty of results whereas
statistics analyses (such us standard deviations or sensitivity tests) increase confidence in the
“stability” of the used method and its outcomes.
1. Implementation of datasets for comparison.
2. Analysis of model residuals with respect to available comparison datasets.
3. Modeling at national scale - 1st phase: decrease regional misfits and analyze parameters.
4. Modeling at national scale - 2nd phase: model calibration with new data from this project and rebuilding of the model with the new structural and rheological information.
5. Modeling at local scale
6. Analysis of results through L1 and L2 norms to select the best models.
7. Calculation of errors on results and preparation of deliverables.
8. Collecting deep temperatures data and computing geothermal gradient.
9. Filtering heat flow data at regional scale and updating heat flow map.
307
3b.4 Metodology
We will use the finite-element codes SHELLS (Bird, 1999) and MARC (MSC.Software, 2006); the
first code to model the geodynamics of the Central Mediterranean, the second to build detailed
models at local scale. SHELLS adopts the thin-shell approximation while solving the stress and the
mass conservation equations with specified rheologies, densities, and boundary conditions.
Results are anelastic velocities, thus of long term tectonics, stress, and their orientations.
Approximations used in SHELLS are: anelastic deformation; constant thermal properties and
vertical heating conduction; lithostatic vertical stress; vertical integration of stress; two-layer
continental lithosphere. Therefore the knowledge of the deep temperatures and the surface heat
flow is required to determine the rheological behaviour and to compute the thickness of the
seismogenic layer. After collecting deep temperatures and heat flow data from existing well data in
collaboration with National Research Council if Italy (CNR/IGG) we will interpolate them to obtain
an updated map of the heat flow for the whole area.
Models can be compared with borehole breakout stress orientations, GPS velocities (after elastic
correction), tectonic regime, vertical velocities and seismicity of the area. As for vertical velocities
and seismicity the method is still under development and testing. Datasets used for comparison will
be analyzed to address residuals. Depending on possible new information that may become
available after the first year of the project, recalibration of the model may become necessary and a
new mesh to be built thereby incorporating the new datasets with at least one preliminary version.
In areas where more realistic modeling would be needed, with respect to that of SHELLS, we will
build more detailed models using MARC. In these cases, the model can incorporate a more
detailed crustal structure, non-stationary heat flow, non-uniform rheology, and the presence of
detachments, depending on the availability of information in the area.
By the end of the project, the error analysis (L1 or L2 norm, depending on data) will allow us to
select the best models, that is to say the models that minimize deviations between data computed
by the modeling and observations.
Bird, P. [1999] Thin-plate and thin-shell finite element programs for forward dynamic modeling of plate
deformation and faulting, Computers & Geosciences, 25(4), 383-394.
MSC.Software Corporation Home Page, 2006. MSC.Software Corporation- 40 Years of Virtual Product
Development Expertise. 21 Jul. 2006 <http://www.mscsoftware.com/>.
Ward S. N. (2007). Methods for evaluating earthquake potential and likelihood in and around California.
Seism. Res. Lett., 78, 121-133.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
datasets update and new datasets for the construction of
numerical models
X
-
-
-
residuals analysis of numerical deformation models with
respect to available datasets
X
-
-
-
X
X
-
-
-
-
X
X
numerical strain modeling at local scale
-
X
X
X
results analysis by L1 and L2 norms to select the best
deformation models
-
-
-
X
determination of the error associated to numerical strain
model for all the computed quantities
-
-
-
X
numerical deformation modeling at national scale:
decrease regional misfits and analyze parameters
numerical deformation modeling at national scale: model
calibration with new data, structural and rheological
information
308
Collecting deep temperatures data and computing
geothermal gradient
X
X
-
Filtering of heat flow data at regional scale and updating
heat flow map.
-
-
X
X
4b. Deliverables
Heat flow map
Model-derived horizontal velocities.
Model-derived stress map at national scale.
Model-derived strain-rate map.
Model-predicted slip rate and fault kinematics relative to (a) modeled faults and (b) DISS
seismogenic sources.
Uncertainties of all computed quantities.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2350
5300
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
6000
1500
uso
6000
2350
Totale
0,23500
309
Finanziato
c = a-b
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1650
7000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
3000
2000
uso
00
1200
1650
Totale
0,00
16500
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
4000
12300
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
Totale
310
Finanziato
c = a-b
9000
00
3500
00
7200
,00
4000
0,00
40000
,00
Progetto S1 - RU S.04 - De Rubeis Valerio
(Task B; AU B)
Titolo Caratterizzazione statistica spazio-temporale della sismicità in Italia
Space-time statistical characterization of seismicity in Italy
Responsabile UR
Valerio De Rubeis – primo ricercatore, INGV
BORN: Feb. 11, 1960, Rome, Italy.
E-mail: [email protected]
Education:
Laurea in Geological Sciences, University of Rome La Sapienza (1988).
Positions held:
Geochemical data analyser at RIMIN, ENI Group, Italy (1989-1990).
Research fellow at Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, INGV, Italy (1990-1992).
Research scientist at INGV (1992-2003).
Senior research scientist at INGV (2003-present).
Scientific Contributions:
Analysis of macroseismic data: development of statistical methods and their application;
Seismotectonics: assessing statistical relations between seismicity and geological-geophysical
settings in Italy;
Scale invariance in Seismology: quantification of fractal behaviour of seismicity in space and time,
development of a method for seismic signal detection involving fractal analysis.
Selected Bibliograpy:
Tosi P., De Rubeis V., Loreto V. and Pietronero L. (2008), Space-time correlation of earthquakes,
Geophys. J. Int., in printing.
De Rubeis V., Tosi P., Gasparini C. and Solipaca A. (2005), Application of Kriging Technique to
Seismic Intensity Data, Bull. Seism. Soc. Am., 95, 540-548.
Tosi P., De Rubeis V., Tertulliani A. and Gasparini C. (2000), Spatial patterns of earthquake
sounds and seismic source geometry, Geophys. Res. Lett., 27, 2749-2752.
De Rubeis V., Hallgass R., Loreto V., Paladin G., Pietronero L. and Tosi P. (1996) A Self-affine
Asperity Model (SAM) for earthquakes, Physical Review Letters, 76, 2599-2602.
De Rubeis V., Gasparini C. and Tosi P. (1992) Determination of the macroseismic field by means
of trend and multivariate analysis of questionnaire data, Bull. Seism. Soc. Am. 82, 1206-1222.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
De Rubeis Valerio
Primo ric.
Tosi Patrizia
Primo ric.
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
INGV
2
2
INGV
2
2
311
I fase
II fase
A seguito di un terremoto, la redistribuzione dello stress dovuta dalla sequenza sismica provoca
una redistribuzione dello stress nel mezzo. Tale interpretazione richiede una più attenta analisi per
determinati aspetti tra cui il triggering dei terremoti. Il triggering a corta distanza (dell’ordine delle
dimensioni della sorgente) può essere giustificato dalle variazioni di stress prodotte dall’evento
principale. Il triggering a lunga distanza costituisce un argomento controverso sia dal punto di vista
statistico che fisico. Alcuni autori hanno prodotto evidenze sperimentali dell’influenza a lunga
distanza (Hill et al., 1993), sia per aree geotermiche (Husen et al., 2004), ma anche per regioni
non vulcaniche (Brodsky et al., 2000). Godano et al. (1999) hanno mostrato, dal punto di vista
statistico, che un catalogo sismico declusterizzato per assumere un comportamento Poissoniano
deve avere rimossi eventi non solo a corta distanza, ma anche a distanze maggiori nel tempo
immediatamente successivo al main-shock. Altri autori hanno considerato spiegazioni fisiche come
modifiche dello stress di Coulomb (King et al., 1994; Stein et al., 1994; Stein, 1999, Melini et al.,
2002; Marzocchi et al., 2003), e trasferimenti di stress multipli (Ziv, 2006). Una classe di modelli
statistici è rappresentata dall’applicazione degli automi cellulari alla crosta (Bak and Tang, 1989).
Molti autori hanno cercato influenze spazio temporali per aree specifiche e su cataloghi del mondo.
Per distanze fino a 100 km si trovano relazioni (e.g., Gasperini and Mulargia, 1989; Reasenberg,
1999). Lomnitz (1996) per i terremoti più forti dello scorso secolo ha evidenziato interazioni a
grande distanza. Huc and Main (2003) e Marsan and Bean (2003) hanno analizzato la diffusione di
stress a livello globale. Hanno evidenziato che la distanza di trigger media incrementa nel tempo
(dal main-shock) in modo subdiffusivo. Marsan et al. (2000) ha trattato le relazioni di invarianza di
scala spazio-temporale per tre differenti cataloghi. Ne risulta che spazio e tempo vanno considerati
insieme con la correlazione spaziale che evolve nel tempo. Ciò implica una migrazione degli
aftershock dalla sorgente, modellata da una power law con esponente tipico di una subdiffusione.
Riguardo agli effetti sulla superficie, noi gestiamo la procedura basata sul web per registrare gli
effetti sulle persone e le cose dovuti agli eventi sismici da circa l’anno 2000. Ciò ha prodotto la
registrazione di una grande quantità di dati negli anni (in costante aumento). E’ quindi possibile
caratterizzare l’attenuazione degli effetti macrosismici in funzione della regione sismogenetica e
dell’assetto tettonico.
3a.2 Obiettivi
Non ostante il grande interesse dell’argomento e la ricchezza di interpretazioni prodotte in
letteratura, ci sono a tutt’oggi molti problemi aperti. L’influenza a grande distanza va considerata
come normale o è legata a particolari condizioni (presenza di fluidi) ? C’è un limite all’area di
influenza di un evento, come varia? Dipende dalla magnitudo e dal tempo trascorso dall’evento
principale? E’ corretta la tradizionale suddivisione della sismicità in main-after-shocks e sismicità di
fondo? E’ necessaria la corretta interpretazione del fenomeno sismico considerando in modo
simultaneo e combinato l’aspetto spaziale e temporale. Ci proponiamo di quantificare questo
aspetto per meglio descrivere i range spazio-tempo per trovare dei vincoli utili alla modellazione
del fenomeno.
I dati macrosismici,provenienti da questionari basati sul web, daranno informazioni utili alla
caratterizzazione dell’attenuazione del danno in funzione della magnitudo del terremoto, della
distanza e della struttura geologica e tettonica dell’area. Ci proponiamo di definire aree di
comportamento omogeneo nel territorio.
3a.3 Attività
In questo progetto applicheremo un nuovo metodo statistico di analisi (Tosi et al., 2008), adatto ai
point processes, e basato sulla correlazione spazio-temporale degli eventi. Analogamente agli altri
autori, non suddivideremo a priori la sismicita’ in main e after-shocks.
La sismicità verrà considerata come cataloghi sismici, sia a scala regionale che locale. Ogni
catalogo sarà verificato statisticamente per definirne i limiti di completezza. Le correlazioni spaziotemporali saranno stimate. Per gli eventi maggiori saranno analizzate le sequenze per definirne
312
l’evoluzione spazio temporale. I range di influenza saranno delineati per una quantificazione
spazio-tempo del trasferimento di stress. Analisi statistiche spaziali e multivariate saranno
sviluppate e applicate ai dati di intensità macrosismica. Tutti i risultati saranno confrontati con gli
assetti sismotettonici per fornire quantificazioni utili alla modellazione.
3a.4 Metodologia
Si definisce come integrale di correlazione combinato nello spazio e nel tempo la seguente:
Cc (r,τ ) =
((
N −1 N
2
∑
∑ Θ r − xi − x j
N ( N − 1) i=1 j=i+1
) ⋅ Θ (τ − t − t ))
i
j
.
Questa generalizzazione dell’integrale di correlazione si può applicare a qualsiasi fenomeno
descritto da un insieme di dimensioni non comparabili. L’applicazione alla sismicità implica a
un’analisi simultanea a quattro dimensioni (tre spaziali e una temporale) calcolandone le
interdistanze tra tutte le coppie possibili.
Si definiscono quindi le correlazioni combinate nello spazio e nel tempo rispettivamente (e le loro
local slope) come:
dt (r,τ ) =
( ), D (τ ) = lim d (r,τ )
∂ log Cc r,τ
∂ log τ
e come
ds (r,τ ) =
t
τ →0
t
( ), D (r) = lim d (r,τ )
∂ log Cc r,τ
∂ log r
s
r→0
s
d
d
Nell’ipotesi di eventi distribuiti random e senza connessioni tra spazio e tempo, t e s saranno
costanti nei loro range di definizione r e τ , pari ai valori dimensionali del loro embedding space.
Verrà usato il catalogo del bollettino INGV, anni 1983-presente.
Il kriging e la modellazione del semivariogramma sono stati applicati ai dati di intensità
macrosismica. L’attenuazione può essere valutata in modo più accurato per la separazione dei
componenti del segnale (rumore, corte e grandi distanze).
Il semivariogramma sperimentale (e.s.) si definisce come:
∑ ∑
γ (l) =
n
fi
i=1
j=1
⎡ I ( X i ) − I ( X j )⎤
⎣
⎦
2
2∑ i=1 f i
n
X
f
dove I è l’intensità macrosismica al punto X , l è la distanza tra i punti X i e j , i è il numero di
punti a distanza l da
relazione power-law,
X i e n è il numero totale dei punti. Se e.s. è approssimabile con una
γ (l) = kl α
i dati sono invarianti di scala nel range di distanza
D= E−
lmax
con la dimensione frattale D legata ad
α
α
2 , dove E = 3 è la dimensione dello spazio che contiene il fenomeno.
La stima dell’intensità derivante dal kriging Iö ad uno specifico punto nello spazio è data
da
essenzialmente dalla media dei dati disponibili nell’intorno:
n
Iö = ∑Wi I i
i=1
I
W
dove i è il peso del kriging assegnato al punto originale di intensità i e n è il numero dei dati
W
originali ad una certa distanza dal punto Iö. i derivano dal semivariogramma, risolvendo la
⎡ A⎤ ⋅ ⎡W ⎤ = ⎡ B ⎤
seguente equazione matriciale ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ , A e B derivano dal semivariogramma.
313
La stima del valore dal block kriging
Iöb è la media di tutti i m punti di kriging valutati nel blocco,
1 m
Iöb = ∑ Iök
m k =1
n
Gli errori della stima sono, rispettivamente per il kriging ordinario e block:
sb2 =
m
n
s 2 = ∑Wi ⎡⎣ I i − Iö⎤⎦
i=1
2
e
m
2
2
1
1
Wki ⎡⎣ I i − Iök ⎤⎦ + ∑ ⎡⎣ Iöb − Iök ⎤⎦
∑
∑
m k =1 i=1
m k =1
.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
Semestre
1
Attività 1
Definizione
cataloghi
sismici
Attività 2
Definizione
dati
macrosismici
...
II
2
1
2
Analisi
cataloghi
sismici
Analisi spazio
temporale delle
sequenze
Comparazione
dei risultati
con i partner
del progetto
Analisi dati
macrosismici
-
-
Definizione di
aree con
anomalie
dell’attenuazione
macrosismica
-
Scrittura
reports
-
4a. Prodotti
report e dati su:
Definizione delle sequenze principali: range spazio-temporali. Time period 1983-present.
Caratterizzazione spazio temporale della sismicità della regione italiana.
Caratterizzazione dell’attenuazione macrosismica: definizione di aree anomale.
-
-
Following a seismic event, stress is likely redistributed because a sequence occurrence brings the
medium to a new dynamic equilibrium. This interpretation requires clarification of several issues;
one of them is the triggering of earthquakes. Short-range triggering (at a distance of the order of
seismic-source dimension) may be sufficiently justified by stress changes induced by the mainshock. Long-range triggering is a more controversial topic, with arguments of both physical and
statistical nature. Experimentally, some authors have recognized long-range triggering in real data
314
(Hill et al., 1993), most cases come from geothermal sites (Husen et al., 2004), but there are even
examples in non-volcanic areas (Brodsky et al., 2000). Godano et al. (1999) have shown, through
a statistical approach, that for a seismic de-clustered catalogue to reach a complete Poissonian
behavior it is not sufficient to remove only seismic events close in space after a main event, but it is
necessary to exclude long-distance short-time seismic activity too. Others have proposed physical
explanations, including Coulomb-stress modifications (King et al., 1994; Stein et al., 1994; Stein,
1999, Melini et al., 2002; Marzocchi et al., 2003) and multiple stress transfer (Ziv, 2006).
Statistically, an interesting class of models has been proposed invoking, for example, a cellularautomata-like behavior of the crust, considered in a critical state (Bak and Tang, 1989). Several
authors have attempted to find space-time influence ranges after big main shocks in specific
regions and in worldwide catalogues. Influence regions of the order of 100 km from main shocks
are likely to occur (e.g., Gasperini and Mulargia, 1989; Reasenberg, 1999). Interestingly, for the
largest earthquake of last century, Lomnitz (1996) found very long-range correlation and a gap
around 300 km partly explained with a directional effect due to source geometry. Huc and Main
(2003) and Marsan and Bean (2003) addressed the issue of stress diffusion at global level. They
found that the mean triggering distance increases with time very slowly when compared with a
normal diffusion process. Marsan et al. (2000) investigated space-time relations of scale-invariance
of seismicity in three seismic catalogues differing in space and time ranges. They pointed out that
space and time should not be considered separately, but rather the spatial correlation structure is
evolving in time. This implies migration of aftershocks away from the main shock. It takes the form
of a power-law growth with a small diffusion exponent indicating a sub-diffusive process.
Regarding effects on surface, we manage the online procedure to collect information on effects felt
by people during a seismic event since 2000. This web based tool is able to collect a huge amount
of data over the years. It is possible to characterize areas of damages attenuation in function of the
seismogenic region and tectonic setting.
3b.2 Goals
Despite the wide interest and the richness of interpretations stimulated by these topics, there are
still open issues. Should long-range triggering be considered to be a normal process, or rather it is
a rare occurrence limited to particular conditions (as for example the presence of fluids)? Is there a
limit of the influence area of an event? Does it depend on the magnitude and elapsed time? Is the
traditional division of seismicity into main, after and background real or only necessary for a better
comprehension of the phenomenon? To address these questions it is important to consider the
spatial and temporal aspects of the seismic process simultaneously, in a combined way. We aim to
quantify the space-time range influence of seismic events in order to give more precise constrains
to physical modeling.
Macroseismic data, as collected through www based methods, will give information on the
characterization of damage attenuation in function of epicentral magnitude, distance and tectonic
setting of the area. We aim to define areas with homogeneous behavior in the region.
3b.3 Activity
In this project we apply a novel method of analysis (Tosi et al., 2008), suitable to point processes
and based on space-time correlations among earthquakes. Like the previously cited authors, we
do not separate seismicity into main and aftershocks.
Seismicity will be collected as seismic catalogues, both at regional scale that at local one. Each
catalogue will be statistically tested in order to set its limits of completeness. Space-time
correlation will be estimated for each catalogue. For most important events the sequences will be
statistically characterized, in order to define their space-time evolution. Influence ranges will be
delineated with quantification in space and time of the stress transfer. Spatial and multivariate
statistical analysis will be developed and applied to macroseismic intensity data.
All results will be compared with tectonic setting of the region to find quantitative constrains to
modeling.
3b.4 Metodology
We define the space-time combined correlation integral as:
315
((
N −1 N
2
∑ ∑ Θ r − xi − x j
N (N − 1) i=1 j=i+1
Cc (r,τ ) =
) ⋅ Θ (τ − t − t ))
i
j
.
This generalization of the correlation integral can be applied to every phenomenon described by a
set of dimensions with not comparable measurement units. The application to seismicity calls for a
simultaneous analysis of four coordinates: three spatial and one temporal. As a consequence it will
be possible to calculate inter-distances among events in both space and time units.
We define the time correlation dimension
dt (r,τ ) =
( ), D (τ ) = lim d (r,τ )
∂ log Cc r,τ
∂ log τ
t
and the space correlation dimension
ds (r,τ ) =
Dt and its local slope dt as:
τ →0
t
,
Ds with its local slope
( ), D (r) = lim d (r,τ )
ds
as:
∂ logCc r,τ
∂ log r
s
r →0
s
.
Under the hypothesis of events distributed randomly and without any connection between space
and time, both t and s would be constant for all r and τ , equal to the respective embedding
dimension values.
Kriging in connection with semivariogram modeling has been developed for macroseismic intensity
analysis. Attenuation can be evaluated with better accuracy due to separation of error content. The
experimental semivariogram (e.s.) is defined as:
d
∑ ∑
γ (l) =
d
n
fi
i =1
j =1
⎡ I ( X i ) − I ( X j )⎤
⎣
⎦
2
2∑ i = 1 f i
n
where I is the macroseismic intensity at the point X , l is the distance between the points
f
X
l
from
data are scale invariant inside the distance range
lmax
Xi
and j , i is the number of points at distance
e.s. can be well fitted with a power-law relation,
X i and n is the total number of points. If
γ (l) = kl α
D= E−
with fractal dimension D related to
α
α
2 , where E = 3 is the embedding dimension.
The interpolated kriging estimate Iö at a specific spatial location is essentially a weighted average
as
of known neighbouring observations:
n
Iö = ∑Wi I i
i =1
Wi is the kriging weight assigned to an original intensity point I i and n is the number of
W
data points inside a certain spatial distance from the location of Iö. i are derived from the
⎡⎣ A ⎤⎦ ⋅ ⎡⎣W ⎤⎦ = ⎡⎣ B ⎤⎦
where
semivariogram, resolving the following matrix equation
semivariogram.
The interpolated kriging block estimate
block,
Iöb
, A and B derive from the
is the average of all m kriging-point estimates within the
1 m
Iöb = ∑ Iök
m k =1
316
n
s 2 = ∑Wi ⎡⎣ I i − Iö⎤⎦
Estimation errors are, respectively for ordinary and block kriging:
sb2 =
m
n
m
i =1
2
and
1
1
∑ ∑W ⎡ I − Iö ⎤ + ∑ ⎡ Iö − Iö ⎤
m k =1 i=1 ki ⎣ i k ⎦ m k =1 ⎣ b k ⎦ .
2
2
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
2
Activity 1
Definition
seismic
catalogues
Analysis
seismic
catalogues
Space-time
analysis of
sequences
Comparison
results with
other
project’s
partners
Activity 2
Definition
macroseismic
data
Analysis
macroseismic
data
Anomalous
attenuation
macroseismic
areas
definition
Writing
reports
-
-
-
-
...
4b. Deliverables
Report and data files su:
Definition of main sequences: space/time ranges. Time period 1983-present
Spatio-temporal characterization of italian seismicity: definition of correlation and clustering ranges
Definition of anomalous macroseismic attenuation zones
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
550
1000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
700
0
uso
2700
550
Totale
5500
317
Finanziato
c = a-b
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
450
1000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
300
0
uso
2300
450
Totale
4500
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1000
2000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
1000
0
uso
5000
1000
Totale
10000
318
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - AU C - Chiarabba Claudio
Titolo: Administration of RU 2.01 (Chiarabba), RU 3.14 (Solarino) and RU 4.02 (Palombo)
1. Responsabile AU
Claudio Chiarabba, Dirigente di Ricerca, INGV
Curriculum vitae
Luogo e data di nascita: Roma, 20 Marzo 1966
Titolo di Studio: Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra presso l’Università di Roma La
Sapienza, PhD in Earth Science, Rome University ''La Sapienza''
Interessi di Ricerca:
- Geofisica e Sismologia di zone vulcaniche e geotermiche
- Sismogenesi e sismotettonica del Mediterraneo
- Geodinamica del Mediterraneo
- Tomografia sismica
- Strumentazione sismica, acquisizione ed elaborazione di dati digitali.
Esperienza di lavoro:
Dal Marzo 2000: Dirigente di Ricerca presso l’Istituto Nazionale di Geofisica (ora INGV)
Da Ottobre 1998 a Febbraio 2000: Primo Ricercatore presso l’ING (ora INGV)
Dal Maggio 1992 al 1998: Ricercatore a contratto presso l’ING (ora INGV)
Pubblicazioni significative:
Di Stefano R., C. Chiarabba, F. Lucente, and A. Amato,Crustal and uppermost mantle structure
in Italy from the inversion of P-wave travel times: Geodynamic implications, Geophysical Journal
Int., 139. 483-498, 1999.
Chiarabba C., Jovane L., Di Stefano R., A new look to the Italian seismicity: seismotectonic
inference, Tectonophysics, 395, 251-268, 2005.
Di Stefano, R., E. Kissling, F. Alderson, P. Baccheschi, C. Chiarabba, Automatic seismic phase
picking and consistent observation error assessment: application to Italian Seismicity, Geophys. J.
Int, 165(1), 121-134, 2006.
Bagh, S., L. Chiaraluce, P. De Gori, M. Moretti, A. Govoni, C. Chiarabba, P. Di Bartolomeo, M.
Romanelli (2007) Background seismicity in the Central Apennines of Italy:The Abruzzo region case
study, Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2007.08.009.
Chiarabba C., De Gori P., F. Speranza, The Southern Tyrrhenian Subduction Zone: Deep
geometry, magmatism and Plio-Pleistocene evolution, Earth and Planet. Sci. Lett., in press.
2. Goals
The purpose of this AU is to administer RU 2.01 (Chiarabba), RU 3.14 (Solarino) and RU 4.02
(Palombo). The goals, methodology, activity, products, and economical tables are found in the
related RU forms. In the following tables a synthesis of the financial plan including all the RU is
presented.
319
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2100
8700
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
5100
500
uso
2500
Finanziato
c = a-b
0
2100
Totale
21000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
2000
11000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
4500
500
0
uso
0
2000
Totale
20000
320
Finanziato
c = a-b
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto a
Finanziato dal
Dipartimento
b
4100
19700
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
9600
1000
uso
2500
0
4100
Totale
41000
321
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 2.01 - Chiarabba Claudio
(Task B; AU C)
Titolo: Aggiornamento del catalogo sismico italiano (2003-2007): Catalogo della Sismicità Italiana
CSI versione 2.0
1. Responsabile UR
Claudio Chiarabba, Dirigente di Ricerca, INGV
Curriculum vitae
Luogo e data di nascita: Roma, 20 Marzo 1966
Titolo di Studio: Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra presso l’Università di Roma La Sapienza, PhD in
Earth Science, Rome University ''La Sapienza''
Interessi di Ricerca:
- Geofisica e Sismologia di zone vulcaniche e geotermiche
- Sismogenesi e sismotettonica del Mediterraneo
- Geodinamica del Mediterraneo
- Tomografia sismica
- Strumentazione sismica, acquisizione ed elaborazione di dati digitali.
Esperienza di lavoro:
Dal Marzo 2000: Dirigente di Ricerca presso l’Istituto Nazionale di Geofisica (ora INGV)
Da Ottobre 1998 a Febbraio 2000: Primo Ricercatore presso l’ING (ora INGV)
Dal Maggio 1992 al 1998: Ricercatore a contratto presso l’ING (ora INGV)
Pubblicazioni significative:
Di Stefano R., C. Chiarabba, F. Lucente, and A. Amato,Crustal and uppermost mantle structure in
Italy from the inversion of P-wave travel times: Geodynamic implications, Geophysical Journal Int.,
139. 483-498, 1999.
Chiarabba C., Jovane L., Di Stefano R., A new look to the Italian seismicity: seismotectonic
inference, Tectonophysics, 395, 251-268, 2005.
Di Stefano, R., E. Kissling, F. Alderson, P. Baccheschi, C. Chiarabba, Automatic seismic phase
picking and consistent observation error assessment: application to Italian Seismicity, Geophys. J.
Int, 165(1), 121-134, 2006.
Bagh, S., L. Chiaraluce, P. De Gori, M. Moretti, A. Govoni, C. Chiarabba, P. Di Bartolomeo, M.
Romanelli (2007) Background seismicity in the Central Apennines of Italy:The Abruzzo region
case study, Tectonophysics, doi:10.1016/j.tecto.2007.08.009.
Chiarabba C., De Gori P., F. Speranza, The Southern Tyrrhenian Subduction Zone: Deep
geometry, magmatism and Plio-Pleistocene evolution, Earth and Planet. Sci. Lett., in press.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Chiarabba Claudio
Qualifica
Dir. Ric
Ente/Istituzione
INGV
322
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
2
2
I fase
II fase
Castello Barbara
Ric
INGV
5
5
Di Stefano Raffaele
Ric
INGV
3
3
De Gori Pasquale
Ric
INGV
2
2
Chiaraluce Lauro
Ric
INGV
1
3
Lombardi Anna Maria
Ric.
INGV
0
0
Catalli Flaminia
Ass. di ric.
INGV
0
0
Sgroi Tiziana
Ass. di ric.
INGV
1
1
La necessità di creare dei cataloghi di sismicità strumentale per il periodo post-80 nasce già nell’ ambito dei
progetti GNDT (Progetto esecutivo 1998, PE1998 e Programma Quadro 2000-2002-Terremoti probabili in
Italia tra l’anno 2000 e il 2030). Essi costituiscono i dati di base fondamentali usati in tutte le stime di
pericolosità e in tutte le valutazioni sull’andamento delle sequenze sismiche e i fenomeni di occorrenza. Il
Catalogo Strumentale dei Terremoti Italiani CSTI (PE1998) era la realizzazione di un catalogo degli eventi
sismici registrati sul territorio nazionale compresi tra il 1981 e il 1996. Tramite questo progetto si è arrivati al
coordinamento dei gestori delle reti sismometriche più importanti in Italia e quindi all’integrazione dei dati
afferenti da tutte le stazioni sismiche operanti sul territorio. Obiettivo importante nell’ambito del catalogo era
anche la rivalutazione della magnitudo per i terremoti italiani.
Il gruppo di lavoro per il Catalogo della Sismicità Italiana CSI, nel progetto successivo, ha implementato il
data-set fino al 2002 sviluppando delle procedure per il processamento e post-processamento dei dati
provenienti da tutte le reti sismiche, ai fini di nuove associazioni e localizzazioni. Ha inoltre acquisito il dataset delle Magnitudo Locali calcolate dal Med-Net data-center dal 1996 al 2002 come dato di base centrale
per la stima della magnitudo per i terremoti italiani e la rivalutazione della magnitudo da durata ai fini
dell’omogeneità del catalogo.
Attualmente il Catalogo della Sismicità Italiana CSI è aggiornato alla versione 1.1. Questa versione contiene
le localizzazioni ottenute dall’integrazione dei dati di arrivo delle fasi delle reti sismiche permanenti in Italia
(rete nazionale, reti regionali e locali) per gli anni 1981-2002 (Chiarabba et al. 2005). Le magnitudo del
catalogo includono ML calcolate da registrazioni Wood-Anderson sintetici di stazioni della rete MedNet e
magnitudo calcolate dalla durata del segnale attraverso regressione ML-durata calibrata sul data-set di ML e
stima di correzioni alle stazioni. (Castello et al. 2007). Per i terremoti profondi (h > 35 km) più forti, sono
attribuite Mw o Mb da cataloghi internazionali (ISC, NEIC).
L’aggiornamento del catalogo CSI al 2007 prevede come dati di partenza i bollettini dei vari istituti gestori
delle reti anni 2003-2006 , le ML calcolate in collaborazione con il MedNet data-centre, le ML calcolate dai
dati della Rete Sismica Nazionale, Mw o Mb provenienti dai cataloghi e bollettini internazionali di sismicità.
Il metodo attualmente prevede per la localizzazione degli eventi alcuni step:
1) conversione dei bollettini dei vari istituti nel formato unico PHS del programma Hypoellipse
2) associazione delle fasi
3) localizzazione con procedure ottimizzate
4) post- processamento degli ultimi due step per trovare errori di associazione
La stima della magnitudo è mirata ad ottenere il miglior grado di omogeneità all’interno del catalogo. A
questo scopo il data-set di partenza costituito da un numero elevato di ML MedNet (~5000 terremoti 19962002) ha permesso di calibrare una nuova regressione ML-durata per i dati del bollettino della Rete Sismica
Nazionale. Pertanto attualmente il metodo prevede:
1) ulteriore estrazioni dati ML-MedNet tramite procedure automatiche di calcolo di ML e successivo controllo
qualità del dato per gli anni 2003-2005
2) estrazione ML-Rete Sismica Nazionale dal Bollettino Sismico INGV per gli anni 2005-2007 ed eventuale
procedure di calcolo sui dati del 2003-2005 tramite recupero delle forme d’onda
3) aggiornamento delle stime di correzione alle stazioni della RSN per l’applicazione della regressione MLdurata
4) applicazione delle procedura di calcolo delle magnitudo da durata, tramite regressione, agli eventi crostali
della Rete Sismica Nazionale di cui non si ha una stima di ML calcolata
5) estrazione Mb o Mw per i terremoti profondi dai cataloghi internazionali
6) controlli incrociati con bollettini internazionali per verificare completezza M > 3.5
323
Castello B. , Olivieri M. , Selvaggi G.. (2007) "Local and duration magnitude determination for the Italian earthquake
catalogue (1981-2002)". Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 97, No. 1B, pp. 128-139,February2007.
Chiarabba C., Jovane L, and Di Stefano R. (2005) "A new view of Italian seismicity using 20 years of instrumental
recordings", Tectonophysics, Vol 395/3-4 pp 251-268.
3a.2 Obiettivi
- Aggiornamento del Catalogo della Sismicità Italiana CSI alla versione 2.0 (1981-2007)
- Procedure di conversione dei vari formati arrivi di fase, associazione, localizzazione e post-processamento
- Aggiornamento data-set correzioni di stazione per il calcolo Ml da durata alla configurazione attuale della
Rete Sismica Nazionale
- Completamento del data-set di ML calcolate da stazioni Broad Band (1996-2007) per i terremoti italiani
3a.3 Attività
1) Acquisizione dati
- acquisizione tempi di arrivo delle fasi alle stazioni delle reti permanenti regionali tramite mail o sito web
(preferibile)
- acquisizione dati ML-Mednet, ML-ReteSismicaNazionale
2) Procedure di associazione e localizzazioni:
- ottimizzazione delle procedure processamento dati
- ottimizzazione modelli di velocità 1D e localizzazioni
3) Calcolo della magnitudo
-verifica applicabilità della regressione ML-durata e della stima di correzione alle nuove stazioni della RSN
-applicazione procedure per il calcolo della magnitudo da regressione Ml-durata
-controlli incrociati ed estrazioni da cataloghi e bollettini internazionali per i terremoti profondi
4) Verifiche completezza del catalogo
3a.4 Metodologia
Sostanzialmente verranno utilizzati gli stessi metodi e passaggi descritti in precedenza (3a.1). Verranno
inoltre sviluppati e usati modelli di velocità 1D e residui di stazione regionali per migliorare le localizzazioni
dei terremoti e integrati dati di stazioni temporanee. Un ulteriore miglioramento verrà verificato attraverso
l’uso di modelli di velocità 3D a scala nazionale, una volta sperimentato la fattibilità in termini di tempi e costi
di ray-tracing tridimensionali.
Per il calcolo delle magnitudo verrà valutato inoltre il grado di incertezza associato alla stima di magnitudo.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
100
%-
-
-
-
Attività 2
30%-
80 %-
-
100%-
Attività 3
30%-
60 %-
90%
100%-
20 %-
40%
100%-
Attività 4
4a. Prodotti
1) Data-base del catalogo CSI 2.0 omogeneo rispetto alla struttura precedente.e relativi metadati
2) Creazione geodatabase in ArcGIS: aggiornamento Carta della Sismicità in Italia
3) ArcGIS-Geodatabase con applicazioni in ArcReader per il rilascio del catalogo: cd-rom
4) Annals of geophysics: articolo + cd-rom
324
5) Nuovo sito web del CSI
D1. 6 mesi: prima versione ottenuta per il periodo 2002-2007 con procedure omogenee di localizzazione e
calcolo magnitudo, da verificare all’interno del progetto
D2. 24 mesi: Catalogo sismico definitivo per il periodo 2002-2007: localizzazioni ipocentrali con modelli di
velocità regionali, magnitudo controllate
S4-Banca dati accelerometrica.
La qualificazione sismologica dei nuovi eventi inseriti nel data-base (2005-2007) prevede l’individuazione dei
parametri di localizzazione, magnitudo, sorgente associati alle registrazioni accelerometriche. Nel
precedente progetto DPC - Banca dati accelerometrica (1972-2004) già il CSI1.1 e la versione preliminare
CSI2.0 sono stati fonte primaria per l’individuazione dei suddetti parametri.
S5-Test sites per il monitoraggio multidisciplinare di dettaglio
Il catalogo CSI2.0 costituisce uno dei data-set di input per studi sul processo di genesi dei terremoti in Italia
e i loro tassi di occorrenza e base di confronto per studi di dettaglio di questi processi. Inoltre siccome il
catalogo CSI2.0 prevederà lo sviluppo di procedure di associazione di dati di reti temporanee, nel futuro
l’integrazione nel catalogo dei dati maturati in S5 sarà realizzabile.
The compilation of the Italian earthquake catalogue from early eighties up to nowadays is one objective
achieved in previous projects funded by the Italian Civil Protection (GNDT-Executive project, 1998 and
GNDT-Framework Program 2000-2002). Earthquake catalogues are the basic tools that furnish parametric
data for seismic hazard evaluation, studies on evolution of seismic sequences and earthquake occurrence.
The working group of the Italian earthquake catalogue CSTI (1981-1996) obtained the coordination of most
important institutions managing permanent seismic networks operating on Italian territory. Since this first
catalogue, it is possible to include P- and S-wave arrival times from national and regional seismic stations
networks to be used for earthquake location all over Italy. The aim of CSTI working group was also to
revaluate the Italian earthquakes magnitude.
Successively, the Italian Seismic Catalogue CSI working group updated the phase arrivals data-set up to
2002 and created new procedures to associate the huge phase-arrivals data-set coming from independent
permanent seismic networks. They also optimised a 1-D velocity model and parameters for earthquake
location. Besides the aim of the CSI working group was to collect the whole ML data-set of Italian
earthquakes computed from Mediterranean Very Broadband Seismographic Network (MedNet) data-centre
from 1996 up to 2002. They used these data as input for a new calibration of ML-signal duration regression
available for National Seismic Network seismic bulletin.
At present, the most updated version of the Italian Seismic Catalogue (CSI) includes earthquakes up to
2002. This last version of the catalogue contains earthquake location from P-and S-wave phase arrivals
obtained using all station readings of permanent networks in Italy, as the National Seismic Network and
other regional-local networks (Chiarabba et al. 2005). Local magnitude is computed from synthetic WoodAnderson recordings of MedNet seismic stations. Otherwise duration magnitudes is estimated from seismicsignal durations, from linear regression between local magnitude calculated from MedNet and the
corresponding seismic-signal durations at the National Seismic Network (RSN) with a station correction
factor (Castello et al. 2007). For strongest deep earthquakes (z > 35 km) Mb or Mw from international
catalogues (ISC, NEIC) are used.
In this project, we will update the CSI up to 2007 by using in order: seismic bulletins sent to INGV from all
institutions managing seismic networks during the period 2003-2007, ML computed in collaboration with the
325
MedNet data-centre, ML computed from the National Seismic Network recordings, Mw and Mb from
International catalogues for strongest deep earthquakes.
The methodology to locate earthquakes is at the present composed by different steps:
1) procedure to convert different file formats to PHS as input file of Hypoellipse program
2) procedure to associate phase arrivals from seismic stations
3) procedure to optimize location by using Hypoellipse program
4) procedures of post-processing to control the last two steps
In order to compile the most homogeneous magnitude catalogue the CSI working group used the huge dataset of ML MedNet (~ 5000 earthquakes from 1996 up to 2002) and revaluated the ML-signal duration
regression at National Seismic Network bulletin.
The methodology follows these steps:
1) automatic procedures to compute ML from the whole MedNet data set (routinely used for regional
earthquakes) and post-processing procedure for quality control (period 2003-2005)
2) extraction of ML from the Seismic Bulletin (routinely computed at INGV since 2005) and new computation
of ML from RSN stations (2003-2005)
3) upgrade of station corrections data-set for the new stations in order to apply ML-seismic duration
regression to crustal earthquakes (period 2003-2005)
4) extraction of Mb and Mw for strongest deep earthquakes from International catalogues
5) cross-checking with International catalogues to verify M > 3.5 completeness
Castello B., Olivieri M , Selvaggi G.. (2007) "Local and duration magnitude determination for the Italian earthquake
catalogue (1981-2002)". Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 97, No. 1B, pp. 128-139, February 2007.
Chiarabba C., Jovane L, and Di Stefano R. (2005) "A new view of Italian seismicity using 20 years of instrumental
recordings", Tectonophysics, Vol 395/3-4 pp 251-268.
3b.2 Goal
-Update the Italian Seismic Catalogue CSI up to 2007 (version 2.0)
-Procedures: different phase format conversion, phase association, location and post–processing controls
-Update station corrections for National seismic network (RSN)
-Complete data-set of ML computed on Broad Band stations for Italian earthquakes (1996-2007)
1) Data acquisition
2) Association and location procedures
3) Magnitude computation
4) Completeness of catalogue checking
3b.4 Methodology
The methodology we want to use is that described in 3a.1. Furthermore we will produce regional 1-D velocity
model and station residuals, to improve earthquake location. Also data from seismic temporary station will be
included. A further improvement will be the development of 3-D national velocity model as if possible in terms
of time cost of ray-tracing 3-D.
Uncertainties of magnitude estimates will be also included.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
Activity 1
100%
-
-
-
Activity 2
20%
80%
-
100%
Activity 3
30%
60%
90%
100%
20%
40%
100%
Activity 4
326
2
1
2
4b. Deliverables
D1. 6 months: preliminar version of 2002-2007 catalogue, with localization and magnitude procedures. This
result have to be verified within the project.
D2. 24 months: final version of seismic catalogue.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1000
3500
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
2500
0
uso
2000
1000
Totale
10000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2000
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
800
0,00
4400
0,00
0
3000
2000
0
uso
0
800
Totale
0,00
327
8000
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2000
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
1800
0,00
7900
0,00
0
3000
4500
0
uso
2000
1800
Totale
0,500000
328
18000
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Progetto S1 - RU 3.14 - Solarino Stefano
(Task C; AU C)
Titolo Definizione delle caratteristiche delle strutture sismogenetiche in Mar Ligure
1. Responsabile RU
Stefano Solarino, Primo Ricercatore INGV.
- Breve CV
Il dott. Stefano Solarino ha conseguito la laurea in Scienze Geologiche nel 1989 ed il titolo di
Dottore di Ricerca in Geofisica nel 1994. E’ stato visiting scientist (in vari periodi dal 1995 al 1997)
presso il United States Geological Survey di Menlo Park, California per completare uno studio sulla
attività sismica recente e sulle relazioni con i terremoti storici della Long Valley Caldera. È stato
ricercatore presso il Politecnico Federale di Zurigo dal 1998 al 1999. Ha ricoperto il ruolo di
ricercatore presso l’Università di Genova dal Novembre 2001 al Marzo 2004, periodo nel quale è
stato titolare dei corsi Sismologia e Sismologia applicata. Dal Marzo 2004 è Primo Ricercatore
presso il Centro Nazionale Terremoti dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia. E’ autore
di 37 pubblicazioni su riviste nazionali ed internazionali. Ha partecipato, anche in qualità di
responsabile per la strumentazione, a numerose campagne di acquisizione sismica in terra o in
mare. È stato tutore di numerose tesi di laurea e dottorato.
Una delle tesi per le quali ha
svolto la funzione di tutore ha vinto nel 2002 il premio intitolato alla memoria di Giampaolo Pialli.
Svolge attività di divulgazione scientifica, nell’ambito della quale ha organizzato due mostre
tematiche e ha partecipato a due edizioni di “Vedere la Scienza”. E’ stato responsabile della UR 18
nel progetto S2 DPC 2004-2006.
Solarino S., Eva C. (in press) “T waves in Western Mediterranean Sea after May 21, 2003 Algerian
earthquake”. Annals of Geophysics.
Cassinis R. and Solarino S. (2006). "Seismicity and crustal structure in the italian region; a new
review using a synthesis of DSS results and updated catalogues of earthquakes ". Bollettino di
Geofisica Teorica ed Applicata, 47, 3, 481-496
Cevasco A., Eva C., Solarino S., Spallarossa D. (2003) " Stime di amplificazione locale da misure
di microtremore sismico nella bassa Val Roja (Liguria Occidentale) " Italian Journal of Engineering
Geology and Environment. 1, 1-12
Eva E., Solarino S., Spallarossa D. (2001). "Seismicity and crustal structure beneath the western
Ligurian Sea derived from local earthquake tomography". Tectonophysics, 339, 495-510
Eva C., Augliera P., Eva E., Solarino S., Spallarossa D. (2000). "Sintesi delle conoscenze sulla
sismotettonica della Liguria Occidentale ed influenza sui parametri di hazard". In : Le ricerche del
GNDT nel campo della pericolosita’ sismica (1996-1999)
329
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Solarino Stefano
Primo
ricercatore
Eva Elena
Scafidi Davide
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
INGV - CNT
4
4
Ricercatrice
INGV - CNT
4
4
Assegnista
DipTeRis UNIGE
2
2
Pavan Mauro
Tecnico liv. D
DipTeRis UNIGE
2
2
Zunino Enzo
Tecnico liv. D
DipTeRis UNIGE
2
2
I fase
II fase
Il Mar Ligure è un bacino di recente oceanizzazione le cui caratteristiche tettoniche sono una
Moho molto superficiale, un margine molto ripido e inciso da numerosi canyon sottomarini e la
presenza di un sistema di faglie normali parallele alla costa (Eva et al., 1993).
Sia la sismicità storica che quella strumentale mostrano che gli epicentri sono soprattutto
concentrati nel settore occidentale e localizzati al piede del margine continentale. La più recente
classificazione sismica ha inserito 31 comuni dell’area dell’imperiese in classe 2
(S=9). Tra i terremoti più importanti occorre certamente citare il terremoto di magnitudo 6.2-6.4 del
23 Febbraio 1887 che fu seguito da un maremoto di intensità Ambraseys 3, parzialmente
documentato anche da dati mareografici (Eva e Rabinovich, 1997). Tuttavia anche l’attività recente
è stata caratterizzata da eventi sismici di una certa rilevanza (sisma del 19 Luglio 1963, M=6.0), e
studi preliminari sull’area hanno confermato la potenzialità della stessa. La struttura del Mar Ligure
si presta infatti sia ad attività sismica tettonica che indotta a causa della particolare struttura a
canyon della piattaforma continentale. Purtroppo gli studi sulla sismicità del Mar Ligure sono
ostacolati dalla difficoltà tecnica ed economica di installare stazioni sismiche di fondo marino
(Ocean Bottom Seismometers) e dalla scarsità di dati registrati dalle stazioni operanti in Corsica.
Di fatto viene così a mancare uno degli elementi necessari per la affidabilità di una localizzazione,
ovvero la omogenea copertura azimutale. Per ovviare a tale mancanza, è stata proposta una
campagna di acquisizione dati di sismica attiva e passiva condotta all’interno di una collaborazione
Italia-Francia. L’acquisizione dei dati sarà effettuata sia a terra che a mare e per un periodo
rispettivamente di 10 giorni per la campagna di sismica a rifrazione e 6 mesi per quella di sismica
passiva.
Eva C., Rabinovich A.B., 1997. The February 23, 1887 tsunami recorded on the Ligurian
coast, Western Mediterranean. Geophys. Res. Lett. , 24 : 2211-2214
Eva E., Chaumillon J., Deverchere J., 1993. Thickness of post-messinian sediments along the
western ligurian margin. Atti del 12° Convegno Nazionale GNGTS, 549-558
330
3a.2 Obiettivi
Le finalità principali dell’attività sono volte alla maggiore e più dettagliata conoscenza del Mar
Ligure ma anche delle caratteristiche dei fuochi sismici nelle aree di confine, che spesso a causa
di problemi nello scambio di dati risultano alquanto mal vincolati. In particolare sono obiettivi
principali del progetto:
- il modello mono-dimensionale di propagazione delle velocità P e S nel Mar Ligure occidentale
(correttamente calibrato per rispondere ai vincoli imposti dalla conoscenza a priori dei tempi e del
punto origine degli eventi sismici)
- la determinazione della posizione degli eventi sismici che si verificheranno nel periodo di
registrazione tramite l’utilizzo di tecniche di localizzazione di precisione (NONLINLOC e HypoDD),
sia in mare che nelle zone di confine
- il modello tomografico tridimensionale dell’area interessata dal progetto
- il calcolo dei meccanismi focali degli eventi registrati tramite la tecnica dei primi arrivi
- l’individuazione di possibili sorgenti tsunamogeniche
3a.3 Attività
L’attività prevede la registrazione di dati di sismica passiva ed attiva in una area di circa 100 x 100
chilometri centrata sul confine tra la Francia e l’Italia. L’energizzazione delle parte attiva verrà
svolta tramite scoppi di airgun lungo profili paralleli e perpendicolari alla costa, mentre la
registrazione avverrà tramite OBS installati lungo il tragitto della nave e tramite stazioni
(permanenti e mobili) installate nell’area di cui sopra. Al termine della fase attiva, una parte delle
stazioni (sia a mare che in terra) proseguirà la registrazione per altri 6 mesi allo scopo di
determinare le caratteristiche della sismicità passiva dell’area.
Una volta ottenuto il database complessivo (registrazioni a mare ed in terra per l’intero periodo
eventualmente completato con le registrazioni della rete nazionale e delle stazioni locali), sarà
intrapresa l’attività di ricerca descritta al punto precedente.
3a.4 Metodologia
Verranno applicate tecniche di inversione tomografica su terremoti locali, tecniche avanzate di
localizzazione (NonLinLoc e Hypo-DD), tecniche di calcolo di meccanismi focali, tecniche di raytracing.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Installazione di sismometri di fondo in mare e stazioni
sismiche in terra
X
X
-
-
Creazione del database
-
X
X
-
Applicazione delle tecniche tomografiche, calcolo delle
localizzazioni di precisione
-
-
X
-
X
X
Calcolo di meccanismi focali ed individuazione del regime
di stress
331
4a. Prodotti
Mappa delle localizzazioni, modelli mono e tri-dimensionali, elenco di meccanismi focali
Come già accennato, al progetto partecipano Istituti di ricerca ed Università italiane e francesi.
Nel dettaglio, sono coinvolti:
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
Università degli Studi di Genova
Géosciences Azur - CNRS
Université Pierre & Marie Curie Observatoire Océanologique de Villefranche
Géosciences Azur, CNRS/UNS/IRD/UPMC, Sophia Antipolis
The main tectonic characteristics of the recent oceanic basin of the Ligurian Sea are a very
shallow Moho, a very steep margin incised by numerous canyons and the presence of a normal
fault system parallel to the coast (Eva et al., 1993).
Both instrumental and recent seismicity show earthquake locations concentrated in the western
side and close to the continental margin. The most important earthquake in the area occurred on
February 23rd, 1887 : the magnitude for this event was estimated to be 6.2-6.4 and was then
followed by a tsunami the effects for which were also recorded by tide gauges (Eva e Rabinovich,
1997). However, a few recent events (July 19th, 1963, M= 6.0) are noteworthy.
The seismic potential of the Ligurian Sea is nowadays well accepted, and it is due to both tectonic
and induced activity, the latter linked to the presence of the many canyons which may contribute to
slumps and landslides. Unfortunately the exact position of the events is not known with precision
due to the lack of Ocean Bottom Seismometers and data recorded in Corsica, where only a few
seismic stations operate. The location of seismic events if thus biased towards the Ligurian coast.
To partly overcome these shortage, an experiment to collect data on land and sea is proposed
within a cooperation project between Italy and France. The experiment, that will consist in either an
active, refraction seismology part and a passive part will last about 6 months. Data will be recorded
by more than 30 stations, the half of which located in the sea.
Eva C., Rabinovich A.B., 1997. The February 23, 1887 tsunami recorded on the Ligurian coast,
Western Mediterranean. Geophys. Res. Lett. , 24 : 2211-2214
Eva E., Chaumillon J., Deverchere J., 1993. Thickness of post-messinian sediments along the
western ligurian margin. Atti del 12° Convegno Nazionale GNGTS, 549-558
3b.2 Goals
The main goals are a better and more detailed knowledge of the seismogenic structures of the
Ligurian Sea but some attention will also be devoted to seismic events occurring in between Italy
and france. In particular, the main expected results are:
- a one dimensional model of the P and S velocity propagation of the western Ligurian Sea,
properly constrained with the active data (time breaks and location of the shot)
- the location of seismic events occurring during the experiment by using precise location
techniques (Hypo-DD and LonLinLoc
- a three dimensional, tomographic model of the area of study
- the computation of focal mechanisms with the first onset
332
- the recognition of (possibly) tsunamogenic structures
The first semester of the first year of activity will be devoted to the installation of seismic stations
and the recording of data. The second semester will instead be used to merge the comprehensive
database (italian and french data, active and passive parts, including national and local networks).
The second year will be devoted to the research activity.
3b.4 Methodology
The main methodologies applied will be : inversion of one and three dimensional databases, ray
tracing, precise location techniques, computation of focal mechanisms.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
1
2
Installation of OBS in the Ligurian Sea and seismic
stations onshore
X
X
-
-
Merging of Italian and French OBS data with national and
local networks
-
X
X
-
One dimensional and three dimensional models, precise
earthquake locations
Computation of fault plane solutions and stress regime
X
-
-
X
X
4b. Deliverables
Table of earthquake data (phase readings) recorded during the OBS and land campaign in the
Ligurian Sea
Table of earthquake locations recorded during the OBS campaign in the Ligurian Sea (in
collaboration with RU 2.01
1-D and 3-D tomographic models of Ligurian Sea (in collaboration with RU 2.02)
Table of fault plane solutions
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
400
3200
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0
0
333
Finanziato
c = a-b
0
uso
0
400
Totale
0,00
4000
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
7.2. II fase
400
3200
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0
0
0
uso
0
400
Totale
4000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
800
6400
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
uso
800
Totale
8000
334
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU 4.02 - Palombo Barbara
(Task B; AU C)
Titolo Parametri di sorgente di terremoti storici italiani significativi elaborati dal Progetto SISMOS
Barbara Palombo, Ricercatore INGV
Curriculum vitae et studiorum
Luogo e data di nascita: Bologna, 18 Febbraio 1962.
Residenza e domicilio: Via dei Minatori n.10, 00143 Roma (RM), tel. +39 065015598.
Stato civile: nubile. Cittadinanza: italiana.
Diploma di laurea in Fisica.
Dal 1990 svolge attivita’ di ricerca presso INGV e dal 1999 svolge servizio a tempo indeterminato
con la qualifica di Ricercatrice (III livello), nell’ambito del progetto “SISMOS, dove attualmente
coordina le attivita’ di ricerca.
Partecipa al Servizio di Sorveglianza Sismica da marzo 2001.
E’ stata Responsabile del centro elaborazione dati dell’unità funzionale SISMOS dal 2001 al 2004.
Ha svolto Attività di Docenza nell’ambito del Corso di Formazione per O.T.P. del Progetto SISMOS
presso Finsiel, 4-5 giugno 2001.
Partecipa dal 2002 al progetto triennale: “Terremoti storici importanti in Italia: recupero,
riproduzione ed analisi di documenti e sismogrammi”.
Contribuisce alla realizzazione del programma TESEO2 per la vettorializzazione di sismogrammi
storici con reti neurali. Ha collaborato nei progetti Tromos ed Euroseismos
Partecipa al progetto INGV-DPC S4 nel 2006- 2007.
Pubblicazioni su riviste internazionali
Batllo’ J., Stich D., Palombo B., Macia R., Morales J. (2008). The 1951 , Mw
5.2 and 5.3, Jaen
(S-Spain) earthquake doublet revisited. n. 2007038 BSSA.
Pino, N. A., B. Palombo, G. Ventura, B. Perniola, and G. Ferrari (2008), Waveform modeling of
historical seismograms of the 1930 Irpinia earthquake provides insight on 'blind' faulting in
Southern Apennines (Italy), J. Geophys. Res., doi:10.1029/2007JB005211.
Giardini D., Palombo B., Pino N.A. (1995). Long-period modelling of MedNet waveforms for the
december 13, 1990 eastern Sicily earthquake. Annali di Geofisica, 38, n.2, 267-282.
Giardini D., Malagnini L., Palombo B., Boschi E. (1994). Broad-band moment tensor inversion
from single station, regional surface waves: the 1990, NW-Iran earthquake sequence. Annali di
Geofisica, 37, n.6, 1645-1657.
Giardini D., Boschi E., Palombo B. (1993). Moment tensor inversion from MedNet data (2) regional
earthquakes of the Mediterranean. Su Geophysical Research Letters, vol. 20, n. 4, 273-276
335
Nominativo
(Cognome e Nome)
Qualifica
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
(personale non a
carico del progetto)
Mesi/Persona
(personale a carico
del progetto)
I fase
II fase
I fase
II fase
Bernardi Fabrizio
Ricercatore
INGV
0
0
-
-
Ferrari Graziano
Dirigente di
Ricerca
INGV
1
1
-
-
Hunstad Ingrid
Ricercatore
INGV
3
3
-
-
Palombo Barbara
Ricercatore
INGV
3
4
-
-
Lo studio dei più forti terremoti ha permesso di chiarire le proprietà fondamentali della sorgente sismica e del
processo di propagazione delle onde sismiche. Tuttavia, a causa dei lunghi tempi di ricorrenza, i forti
terremoti italiani registrati in forma digitale comprendono soltanto una piccola frazione della totalità dei
terremoti registrati da strumenti sismici. Durante gli ultimi 20 anni la disponibilità di sistemi di registrazione
digitali ha cambiato radicalmente i metodi di analisi dei dati sismici. Grazie all’utilizzo di sofisticate tecnologie
di riproduzione digitale e di software specifici per la vettorializzazione e conversione in formati di uso
corrente (esempio SAC) delle forme d’onda analogiche cartacee, è oggi possibile lo studio dei maggiori
terremoti storici del XX secolo con le stesse tecniche applicate ai dati digitali. Tali tecniche si avvalgono di
combinazioni di hardware, software ed esperienze che a livello internazionale sono disponibili solo presso
SISMOS, dove sono attive da oltre 8 anni la raccolta e la scansione digitale sistematica di sismogrammi dei
maggiori terremoti italiani ed euro-mediterranei.
Bibliografia:
DISS Working Group (2006), Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), Version 3.0.2: A
compilation of potential sources for earthquakes larger than M 5.5 in Italy and surrounding areas,
Ferrari, G., and N.A. Pino (2003), Euroseismos 2002-2003, A project for saving and studying historical
seismograms in the euro-mediterranean area, Geophys. Res. Abs., 5, 05274.
Lomax, A. (2005), A reanalysis of the hypocentral location and related observations for the great 1906
California earthquake, Bull. Seismol. Soc. Am., 95, 861-877, doi:10.1785/0120040141.
Ritter, J.R.R. (2002), On the recording characteristics of the original Wiechert seismographs at Göttingen
(Germany), J. of Sesimol., 6, 477-486.
Snoke, J.A., (2003), FOCMEC: FOcal MEChanism determinations, in International Handbook of Earthquake
and Engineering Seismology, edited by W.H.K. Lee et al., Chapter 85.12, Academic Press, San Diego.
3a.2 Obiettivi
L’obiettivo dell'attività di ricerca del progetto SISMOS è quello di estrarre la massima informazione contenuta
nei dati strumentali storici per poter meglio studiare importanti terremoti del XX secolo.
Nella selezione degli eventi si terrà conto del numero e della qualità delle registrazioni disponibili nel
database di SISMOS. Verranno determinati i principali parametri degli eventi: localizzazione, magnitudo (Ms
e Mw) e meccanismo focale. S’intende prestare particolare attenzione anche alla stima della dimensione
della frattura, compatibilmente con la qualità delle registrazioni storiche disponibili nell’arco di durata del
progetto. Questo approccio permetterà di integrare e migliorare la conoscenza della sismogenesi delle aree
considerate, soprattutto dove la sola sismicità contemporanea non consente di evidenziare strutture
tettonicamente attive, e di studiare lo stile di deformazione e le proprietà di rilascio sismico delle aree in
studio. Lo studio si focalizzerà su alcuni degli eventi più significativi della storia sismica italiana, con
336
particolare riguardo alla fascia Adriatica, alla Calabria e al Lazio Centrale (terremoto di Anzio del 22 ottobre
1919).
3a.3 Attività
Attività 1 – Selezione terremoti da studiare
Attività 2 – Recupero sismogrammi e parametri strumentali
Attività 3 – Vettorializzazione
Attività 4 – Analisi dati e modellazione
3a.4 Metodologia
Dai sismogrammi registrati su supporto cartaceo si ottengono con appositi software e attrezzature e
immagini raster digitali che verranno successivamente vettorializzate (software Teseo2,
http://sismos.rm.ingv.it/teseo/) e trasformate in formato di uso corrente (es. formato SAC).
Viene poi effettuata la localizzazione di ogni evento selezionato utilizzando il programma NonLinLoc (Lomax
2005); stimata la magnitudo MS e la magnitudo momento considerando l’ampiezza spettrale dello
spostamento dedotto dalla correzione delle registrazioni disponibili (Brune 1970, 1971); calcolato il
meccanismo focale con le polarità a disposizione (FOCMEC, Snoke 2003).
3a.5 Cronoprogramma
Fase
I
Semestre
1
Attività 1
X
Attività 2
X
II
2
1
2
X
X
Attività 3
X
X
X
Attività 4
X
X
X
4a. Prodotti
Verranno fornite con cadenza semestrale tabelle dei principali parametri calcolati (localizzazione, magnitudo,
meccanismo focale, ratei di deformazione sismica e geodetica), accompagnate da una breve relazione sulla
affidabilità delle stime, in relazione alla quantità e alla qualità dei dati disponibili. Saranno inoltre indicate le
prospettive di miglioramento dei risultati attese nelle successive fasi del progetto.
Da definire
Da definire
337
The study of large earthquakes have shed light on fundamental properties of the earthquakes source and of
the wave propagation process. Due to their long occurrence time, however, strong earthquakes recorded in
digital form comprise only a small fraction of the bulk recorded by seismic instruments. During the past 20
years the availability of digital recording systems of seismological data has changed radically the methods of
analysis of numerical seismology. Thanks to highly sophisticated digitizing technologies, of specific software
for seismogram vectorization and conversion in binary format (ex. SAC format) of paper record
seismograms is nowadays possible the study of the largest historical earthquakes of the twentieth century
with the same techniques applied to digital data. These techniques use different hardware, software and
knowledge only available among the international scientific community in the SISMOS Center, where in the
last eight years have been retrieved and digitizing the analog recordings of major historical Italian and euromediterranean earthquakes.
Bibliografia:
DISS Working Group (2006), Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), Version 3.0.2: A
compilation of potential sources for earthquakes larger than M 5.5 in Italy and surrounding areas,
Ferrari, G., and N.A. Pino (2003), Euroseismos 2002-2003, A project for saving and studying historical
seismograms in the euro-mediterranean area, Geophys. Res. Abs., 5, 05274.
Lomax, A. (2005), A reanalysis of the hypocentral location and related observations for the great 1906
California earthquake, Bull. Seismol. Soc. Am., 95, 861-877, doi:10.1785/0120040141.
Ritter, J.R.R. (2002), On the recording characteristics of the original Wiechert seismographs at Göttingen
(Germany), J. of Seimol., 6, 477-486.
Snoke, J.A., (2003), FOCMEC: FOcal MEChanism determinations, in International Handbook of Earthquake
and Engineering Seismology, edited by W.H.K. Lee et al., Chapter 85.12, Academic Press, San Diego
3b.2 Goals
SISMOS main research aim is to exploit the information contained in the historical seismograms to study
important earthquakes of twentieth century. During the phase of event selection will be considered the
quantity and the quality of the available recordings in the SISMOS database. The main source parameters
will be estimated: localization, magnitude (Ms and Mw) and focal mechanism. The attention will be focused
on the estimate of the length of the fault, concerning the quality of the historical recordings available within
the duration of the project. This approach will allow a better understanding of the knowledge of the
seismogenesis of the considered areas, particularly where the contemporaneous seismicity is not able to
show tectonically active structures and to study the style of deformation and the properties of moment rate of
the studied area.
The study will focus on the more remarkable events of the Italian seismic history, with particular attention on
the Adriatic coast, Calabria and Central Latium (Anzio earthquake, October 22th 1919).
3b.3 Activity
Activity 1 – Selection of earthquakes to be studied
Activity 2 – Retrieving of paper recordings and instrumental parameter
Activity 3 –Seismograms vectorialization
Activity 4 – Data analysis and modeling.
3b.4 Metodology
From analog recordings raster images can be obtained through the use of specific software and scanner with
special
resolution.
These
images
will
eventually
vectorialized
(software
Teseo2,http://sismos.rm.ingv.it/teseo/) and converted in binary format (SAC). For each selected events the
localization will be calculated with the program NonLinLoc (Lomax 2005), the magnitude Ms will be
estimated, for the Mw estimate will be considered the displacement amplitude spectra (Brune 1970, 1971);
the focal mechanism will be calculated with the available polarities for both the instruments and the
seismograms (FOCMEC, Snoke 2003).
338
3b.5 Timetable
Phase
I
Semester
1
Activity 1
X
Activity 2
X
II
2
1
2
X
X
Activity 3
X
X
X
Activity 4
X
X
X
4b. Deliverables
Tables of the main estimated seismic parameters will be delivered every six months (location, magnitude,
focal mechanism, seismic and geodetic deformation rates), with a short report on the parameters reliability
dependent on the quantity and quality of the available data. The expected perspectives of improvement of
the results in the subsequent phases of the project will be indicated.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
700
2000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2600
500
uso
500
0
700
Totale
7000
339
Finanziato
c = a-b
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
800
3400
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2500
500
Finanziato
c = a-b
0
uso
0
800
Totale
8000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1500
5400
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
5100
1000
uso
500
0
1500
Totale
15000
340
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU S.01 - Gasperini Paolo
(Task B)
Titolo Studio delle proprieta’ statistiche di occorrenza dei terremoti in Italia
1. Responsabile UR
Paolo Gasperini, Professore straordinario, Dipartimento di Fisica, Universita’ di Bologna.
Nato il 2/9/1954. Laureato in Fisica all’Universita’ di Bologna. Nel 1982 entra in servizio come
Collaboratore Tecnico Professionale e successivamente come Ricercatore dell’Istituto Nazionale di
Geofisica. Dal 1992 e’ professore associato di Geofisica della Terra solida, prima all’Universita’ di
Firenze, quindi dal 1995, all’Universita’ di Bologna. Dal 2007 e’ professore straordinario della
stessa materia presso l’Universita’ di Bologna. E’ stato titolare dei corsi di insegnamento
universitari di Fisica Terrestre, Sismologia, Geofisica Marina, Sismologia Sperimentale e Geofisica
Computazionale. E’ membro del Collegio dei docenti del Corso di Dottorato in Geofisica presso
l’Universita’ di Bologna. E’ stato responsabile di numerose unita’ di ricerca in progetti MIUR 60%,
40%, Prin/Cofin, ASI e CNR. E’ stato Coordinatore di sottoprogetto del Gruppo Nazionale per la
Difesa dai Terremoti (GNDT) per i Progetti Esecutivi 97 e 98. E’ stato proponente e Coordinatore di
un progetto finanziato per complessivi 3 anni nell’ambito del Programma Quadro 2000-2002 del
GNDT. E’ autore di oltre 130 articoli scientifici che hanno ricevuto complessivamente oltre 700
citazioni (indice H=15).
Pubblicazioni piu’ significative per il progetto:
Gasperini P., Bernardini F., Valensise G. and Boschi E. (1999). Defining seismogenic sources from
historical felt reports, Bull. Seism Soc. Am., 89, 94-110.
Gasperini P, Local magnitude revaluation for the Italian recent earthquakes (1981-1996) (2002). J.
Seism., 6:, 503-524.
Vannucci G. e Gasperini P., A database of revised fault plane solutions for Italy and surrounding
regions (2003). Computers and Geosciences, 29/7, 903-909.
Gasperini P. e Lolli B. (2006). Correlation between the parameters of the aftershock rate equation:
implications for the forecasting of future sequences. Phys. Earth Plan. Int., 156/1-2, 41-58, 2006.
Pasolini C., D. Albarello, P. Gasperini, V. D’Amico, B. Lolli, (2008). The attenuation of seismic
intensity in Italy part II: modeling and validation, Bull. Seism Soc. Am., in stampa.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Gasperini Paolo
Qualifica
Prof. Straord.
Lolli Barbara
Assegnista
Vannucci
Gianfranco
Ricercatore
Ente/Istituzione
Dip. Fisica, Univ.
Bologna
Dip. Fisica, Univ.
Bologna
INGV Bologna
341
Mesi/Persona
Mesii/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
5
5
7
7
1
1
I fase
II fase
Tripone Daniele
Dottorando
INGV Bollogna
1
1
Dal Forno Giulio
Assegnista
1
1
L’occorrenza dei terremoti e’ descrivibile come un processo stocastico alimentato dai moti tettonici
in cui ogni evento altera lo stato del sistema ed in cui lo stato iniziale e’ sconosciuto. Su base
sperimentale la distribuzione dei terremoti nel tempo e nell’energia viene riconosciuta seguire leggi
di scala quali le leggi di Omori e Gutenberg-Richter. Queste evidenze suggeriscono che i terremoti
rappresentino un esempio di fenomeno criticamente auto-organizzato (SOC) che si evolve
spontaneamente in un processo globalmente stazionario ma localmente caratterizzato da
dinamiche non lineari (Main, 1996). I modelli teorici oggi disponibili (Dieterich, 1994) permettono
riprodurre approssimativamente alcune delle proprieta’ osservate ma non sono in grado di fornire
una descrizione complessiva del processo di occorrenza. Di conseguenza lo strumento piu’
adeguato per giungere ad una previsione della sismicita’ e’ rappresentato dall’analisi delle
proprieta’ statistiche degli eventi passati, nell’ipotesi che esse siano sostanzialmente costanti nel
tempo e quindi applicabili anche agli eventi futuri. La base di riferimento per ogni analisi statistica
e’ il catalogo parametrico dei terremoti. Tradizionalmente esso e’ costituito dall’elenco cronologico
delle localizzazioni ipocentrali, dei tempi origine e delle magnitudo, ma in alcune casi (soprattutto
in USA e in Giappone) esso include anche informazioni sul meccanismo focale. In Italia il catalogo
e’ particolarmente ricco ed esteso per quanto riguarda i dati storici ma presenta, rispetto ad altri
paesi sismici sviluppati, gravi lacune per quanto riguarda i dati strumentali. La raccolta sistematica
di questi dati data sostanzialmente dall’istituzione della Rete sismica Nazionale Centralizzata
dell’ING a meta’ degli anni ’80. Nel periodo precedente infatti tali informazioni venivano raccolte
sporadicamente e solo per gli eventi maggiori ed inoltre per alcuni periodi esse sono state
sostanzialmente smarrite o comunque non sono ora disponibili per analisi computerizzate. A
questo proposito potrebbe essere molto rilevante il ruolo del Progetto Sismos dell’INGV per il
recupero e la catalogazione sistematica di tali informazioni anche se fino ad ora esso non ha
fornito i risultati sperati. Per i dati storici non strumentali e’ attualmente avviato un processo di
periodico aggiornamento e revisione del catalogo (CPTI Working Group, 1999; 2004) che si basa
sulla grande mole di informazioni documentali (ancora solo parzialmente sfruttate) che sono
disponibili per l’italia grazie alla relativa continuita’ di un presidio culturale nel nostro paese negli
ultimi due millenni. Tale processo utilizza anche metodi di elaborazione dei dati macrosismici
particolarmente avanzati per quanto riguarda la determinazione dei parametri dei terremoti storici
(Gasperini, 1999). Per i dati strumentali, nonostante alcune iniziative recenti (CSTI Working Group,
2001; 2004; Castello et al., 2005), non si dispone ancora di un dataset soddisfacente nemmeno
per il periodo post 1980. I principali difetti riguardano la disomogeneita’ delle procedure utilizzate
per la localizzazione e soprattutto per il calcolo delle magnitudo nei diversi periodi. L’analisi
statistica delle serie sismiche oggi si avvale di metodi di massima verosimiglianza per la stima
della completezza dei dati e dei parametri dei modelli e di criteri di informazione (Akaike, 1974;
Schwarz, 1978), per la valutazione dell’adattamento ai dati. Tali metodi sono strettamente
collegati tra loro e sono facilmente utilizzabili oggi grazie alla potenza dei computer. In particolare i
metodi di informazione rappresentano la realizzazione quantitativa del celebre rasoio di Occam
secondo il quale la semplicita’ deve essere un criterio fondamentale nella scelta di un modello di
rappresentazione della natura.
Le valutazioni gia’ disponibili in letteratura sembrano indicare che i modelli ad hazard decrescente
(clustering) o costante (random) nel tempo sono una realta’ verificabile sia a breve che a lungo
termine, mentre i modelli ad hazard crescente (terremoto caratteristico, time- e slip-predictable)
sono molto raramente osservati nonostante essi siano stati talvolta adottati in alcune stime di
hazard probabilistico (Pace et al. 2006). Una particolare e ben nota proprieta’ di occorrenza
(clustering a breve termine), immediatamente applicabile alle stime di hazard e’ quella che
caratterizza le repliche dei forti terremoti. In California meridionale la probabilita’ di repliche viene
342
correntemente stimata e rappresentata su mappe disponibili sul web (Gestemberger et al., 2007)
sulla base essenzialmente del semplice modello di Omori . L’applicazione all’Italia di tale
metodologia all’Italia potrebbe utilizzare alcuni recenti studi sull’argomento (Lolli e Gasperini, 2003;
2006; Gasperini e Lolli, 2006) ed altri tuttora in corso, volti a definire in particolare l’applicabilita’ di
modelli di occorrenza alternativi e la definizione della produttivita’ e della durata delle sequenze di
repliche nel nostro paese.
Bibliografia
Akaike, H. (1974). A new look at the statistical model identification. IEEE Trans. On Automatic
Control AC, 19, 716-723.
Castello, B., G., Selvaggi, C., Chiarabba, and A., Amato (2005). Catalogo della sismicità italiana –
CSI 1.0 (1981-2002). Available at: http://www.ingv.it/CSI/.
CPTI Working Group (1999). Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (CPTI), Ed. Compositori,
Bologna (Italy), pp. 88, also available from:
http://emidius.mi.ingv.it/CPTI/home.html.
CPTI Working Group (2004). Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (CPTI04), INGV, Milan,
available at http://emidius.mi.ingv.it/CPTI04/.
CSTI Working Group (2001). Catalogo strumentale dei terremoti Italiani dal 1981 al 1996, Version
1.0, available at: http://ibogfs.df.unibo.it/user2/paolo/www/gndt/Versione1_0/Leggimi.htm.
Dieterich, J. (1994). A constitutive law for rate of earthquake production and its application to
earthquake clustering, J Geophys. Res., 99, 2601-2618.
Gasperini, P., F. Bernardini, G. Valensise, and E. Boschi (1999). Defining seismogenic sources
from historical earthquake felt reports, Bull. Seism. Soc. Am., 89, 94-110.
Gasperini P. and B. Lolli (2006). Correlation between the parameters of the aftershock rate
equation: Implications for the forecasting of future sequences, Phys. Earth Plan. Int., 156, 41-58.
Gerstenberger, M.C., L.M., Jones and S., Wiemer (2007). Short-term Aftershock Probabilities:
Case Studies in California, Seism. Res. Lett., 70, 66-77
Lolli B. and Gasperini P., (2003). Aftershocks hazard in Italy Part I: Estimation of time-magnitude
distribution model parameters and computation of probabilities of occurrence. J. Seismol., 7, 235257.
Lolli B., and P., Gasperini, (2006). Comparing different models of aftershock rate decay: The role
of catalog incompleteness in the first times after mainshock, Tectonophysics, 423, 43–59.
Main I, (1996). Statistical physics, seismogenesis, and seismic hazard, Rev. Geophys, 34, 433462.
Pace B., L., Per uzza, G. La vecchia and P. Boncio (2006). Layered Seismogenic Source Model
and Probabilistic Seismic-Hazard Analyses in Central Italy, Bull Seism. Soc. Am., 96, 107-132.
Schwarz, G. (1978). Estimating the dimension of a model. Annals of Statistics, 6, 461-464.
3a.2 Obiettivi
Catalogo strumentale Italiano, dal 1900 a oggi, il piu’ possibile omogeneo e completo ed integrato
con informazioni sul meccanismi focali.
Valutazione della completezza del catalogo Italiano (sia storico che strumentale) per diversi
intervalli temporali, aree geografiche e soglie di magnitudo .
Valutazione dell’applicabilita’ all’Italia dei diversi modelli di occorrenza proposti in letteratura.
Valutazione della produttivita’ e della durata delle sequenze sismiche in Italia in relazione a vari
modelli di occorrenza.
3a.3 Attività
1 Aggiornamento ed omogeneizzazione del catalogo strumentale.
2 Valutazione statistica di modelli di occorrenza/ricorrenza.
3 Stima della produttività sismica e della durata delle sequenze sismiche.
343
3a.4 Metodologia
Attivita’ 1
Recupero e ricalibrazione delle stime di magnitudo non utilizzate da CSTI dagli archivi ING.
Recupero di stime di magnitudo pre 1981 da bollettini e sismogrammi Sismos.
Calibrazione della magnitudo locale attraverso leggi di attenuazione regionalizzate
Omogeneizzazione del Bollettino INGV 2003-15/4/2005.
Calcolo di relazioni empiriche tra magnitudo momento ed altre stime di magnitudo attraverso
metodi diversi (regressioni ortogonali, chi-quadro ecc.)
Calibrazione complessiva della magnitudo momento per l’intero catalogo.
Analisi statistica della completezza attraverso la modellazione dell’intero range di magnitudo
(metodo EMR modificato).
Integrazione tra catalogo strumentale e database dei meccanismi focali del Mediterraneo (EMMA).
Integrazione del catalogo sismico del 1900 con localizzazioni e stime di magnitudo strumentali
attendibili.
Attivita’ 2
Valutazione statistica di modelli di occorrenza/ricorrenza sismica in area italiana (Terremoto
caratteristico, Time- e Slip-predictable, Brownian Passage Time, Strain acceleration etc. ).
Attivita’ 3
Sviluppo ed applicazione di metodi di massima verosimiglianza per la stima di modelli di
occorrenza delle repliche empirici (Omori, ETAS, Stretched Exponential, Band Limited Power Law)
e fisici (Dieterich) e valutazione della relativa efficienza attraverso criteri di informazione.
Sviluppo software per la rappresentazione in tempo quasi reale delle probabilita’ di occorrenza
delle repliche sismiche.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
2
Attività 1
X
X
-
-
Attività 2
-
X
X
Attività 3
X
X
X
X
4a. Prodotti
Catalogo strumentale omogeneo dal 1980 a oggi e possibilmente esteso a tutto il 1900.
Soglie di completezza dei cataloghi strumentale e storico per diversi intervalli temporali.
Validazione di modelli di occorrenza sismica per il catalogo italiano.
Codice di calcolo per la stima delle probabilita’ di occorrenza delle repliche in tempo quasi reale.
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Bologna (con il Dr. Gianfranco Vannucci)
344
Progetto S2 (validazione di modelli di occorrenza sismica sulla base del catalogo strumentale
rivalutato)
Progetto S4 (parametri ipocentrali e magnitudo degli eventi con registrazioni accelerometriche)
The occurrence of earthquakes can be described as a stochastic process induced by tectonics
where each event modifies the state of the system and the initial state is unknown. Basing on
empirical evidences, the distribution of earthquakes with time and energy was recognized to follow
the scaling laws of Omori and Gutenberg-Richter respectively. This suggests that earthquakes
represent an example of Self-Organized Critical (SOC) phenomenon, spontaneously evolving to a
globally stationary process that is locally characterized by non linear dynamics (Main, 1996).
Theoretical models presently available (Dieterich, 1994) allow to reproducing approximately some
of the observed properties but are not able to give a complete description of the process. Hence,
the most appropriate method to forecast the behavior of seismic activity is the analysis of the
statistical properties of past events, under the hypothesis that such properties are substantially
constant in time and then suitable to be applied to future events. The reference basis for any
statistical analysis is the parametric catalog of earthquakes. Usually it consists of the chronological
list of hypocentral locations, origin times and magnitudes, but in some cases (especially in USA
and Japan), it also includes the focal mechanisms. In Italy, the catalog is particularly rich and
extended for the historical data but shows some severe defects for what concerns the instrumental
data, when compared with catalogs of other developed countries. In fact, the systematic collection
of instrumental information in Italy dates back to the installation, at the ING, of the National
Centralized Seismic Network in the middle of eighties. Previously, such information was collected
sporadically and only for stronger events. Moreover in some time periods the data were lost or,
anyway, they are presently unavailable for computer analyses. For such data it could be very
important the role played by the Sismos Project of INGV for the recovery and the cataloguing of
historical seismograms and bulletins, although Sismos did not obtained significant results until
now. Concerning the non instrumental data, a periodical process of revision and upgrading is
ongoing presently (CPTI Working Group, 1999; 2004). It is based on the huge amount of
documentary information (only partially exploited until now), which is available for Italy due to the
relative continuity of cultural presence in the last two millennia in our country. Such process also
takes advantage of objective methods for the processing of macroseismic data to determine the
parameters of historical earthquakes (Gasperini et al., 1999). For the instrumental data,
notwithstanding some recent initiatives (CSTI Working Group, 2001; 2004; Castello et al., 2005),
we do not have at our disposal a satisfying dataset, neither for the period after 1980. The main
defects concern the unhomogeneity of the procedures used to locate earthquakes and particularly
to compute their magnitudes in the different periods. Statistical analysis of seismic series, now
mainly employs maximum likelihood methods to evaluating the completeness of datasets and
estimating model parameters as well as information criteria (Akaike, 1974; Schwarz, 1978) to
evaluating the goodness of fit. Such methods are strictly linked among each other and can now
easily applied even to large datasets due to the power of modern computers. In particular the
information criteria represent the quantitative implementation of the Occam rasor, according to
which the simplicity must be a fundamental criterion in choosing a model to representing the
Nature. The studies available in the literature seems to indicate that occurrence models with
decreasing (clustering) or constant (random) hazard with time are common and can be found both
at short and long time scale. On the contrary occurrence models with increasing hazard
(characteristic earthquake, time- and slip-predictable) are rarely observed although they are used
in some probabilistic hazard estimates (Pace et al., 2006). A particular kind of occurrence (short
term clustering), which can be immediately applicable to hazard estimates is that one followed by
the aftershocks of strong earthquakes. In Southern California the probability of aftershocks is
commonly estimated and displaced in near real-time maps (Gestenberger et al., 2007) on the basis
345
of the simple Omori model. The application to Italy of such methodology could take advantage of
some recently published studies (Lolli e Gasperini, 2003; 2006; Gasperini e Lolli, 2006) as well as
of other investigations, currently in progress, aimed to verifying the applicability of alternative
occurrence models (e.g. stretched exponential, band limited power law) as well as to defining the
productivity and the duration of the aftershock sequences in our country.
References
Akaike, H. (1974). A new look at the statistical model identification. IEEE Trans. On Automatic
Control AC, 19, 716-723.
Castello, B., G., Selvaggi, C., Chiarabba, and A., Amato (2005). Catalogo della sismicità italiana –
CSI 1.0 (1981-2002). Available at: http://www.ingv.it/CSI/.
CPTI Working Group (1999). Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (CPTI), Ed. Compositori,
Bologna (Italy), pp. 88, also available from:
http://emidius.mi.ingv.it/CPTI/home.html.
CPTI Working Group (2004). Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (CPTI04), INGV, Milan,
available at http://emidius.mi.ingv.it/CPTI04/.
Dieterich, J. (1994). A constitutive law for rate of earthquake production and its application to
earthquake clustering, J Geophys. Res., 99, 2601-2618.
Gasperini, P., F. Bernardini, G. Valensise, and E. Boschi (1999). Defining seismogenic sources
from historical earthquake felt reports, Bull. Seism. Soc. Am., 89, 94-110.
Gasperini P. and B. Lolli (2006). Correlation between the parameters of the aftershock rate
equation: Implications for the forecasting of future sequences, Phys. Earth Plan. Int., 156, 41-58.
Gerstenberger, M.C., L.M., Jones and S., Wiemer (2007). Short-term Aftershock Probabilities:
Case Studies in California, Seism. Res. Lett., 70, 66-77
Lolli B. and Gasperini P., (2003). Aftershocks hazard in Italy Part I: Estimation of time-magnitude
distribution model parameters and computation of probabilities of occurrence. J. Seismol., 7, 235257.
Lolli B., and P., Gasperini, (2006). Comparing different models of aftershock rate decay: The role
of catalog incompleteness in the first times after mainshock, Tectonophysics, 423, 43–59.
Main I, (1996). Statistical physics, seismogenesis, and seismic hazard, Rev. Geophys, 34, 433462.
Pace B., L., Per uzza, G. La vecchia and P. Boncio (2006). Layered Seismogenic Source Model
and Probabilistic Seismic-Hazard Analyses in Central Italy, Bull Seism. Soc. Am., 96, 107-132.
Schwarz, G. (1978). Estimating the dimension of a model. Annals of Statistics, 6, 461-464.
3b.2 Goals
Instrumental catalog of Italy, from 1900 to present, as most homogeneous and complete as
possible and integrated with available information on focal mechanisms.
Evaluation of the completeness of the Italian catalog (both historical and instrumental) for different
time periods, geographical areas and magnitude thresholds.
Evaluation of the applicability of occurrence models proposed in the literature to Italy.
Evaluation of the productivity and the duration of seismic sequences in Italy with relation to
different occurrence models.
1 Upgrading and homogeneization of the instrumental catalog of Italy
2 Statistical evaluation of occurrence/recurrence models
3 Estimate of the seismic productivity and duration of seismic sequences
346
3b.4 Metodology
Activity 1
Recovery from INGV archives and recalibration of magnitude estimates not used by the CSTI
catalog
Recovery from bulletins and seismograms (catalogued by Sismos) of magnitudes for earthquakes
occurred before 1981.
Calibration of local magnitude by regionalized attenuation laws.
Homogeneization of the INGV Bulletin from 2003 to 4/15/2005.
Computation of empirical relationships between moment magnitude and other magnitude
estimates by different methods (orthogonal or chi-square regressions etc.).
General calibration of moment magnitude for the entire catalog.
Statistical analysis of completeness by the modeling of the Entire Magnitude Range (modified EMR
method).
Integration between the instrumental catalog and the database of Earthquake Mechanisms of the
Mediterranean Area (EMMA).
Integration of the seismic catalog of the XX century with reliable instrumental localizations and
magnitude.
Activity 2
Statistical evaluation of seismic occurrence/recurrence models (Characteristic earthquake, Timeand Slip-predictable, Brownian Passage Time, Strain acceleration, etc.).
Activity 3
Development and application of maximum likelihood methods to the estimate of aftershocks
occurrence models (Omori, ETAS, Stretched Exponential, Band Limited Power Law) and
evaluation of their efficiency by information criteria.
Development of software for the representation of the probability of occurrence of aftershocks in
near real-time.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
Semester
1
2
Activity 1
X
X
Activity 2
Activity 2
-
X
X
1
-
2
-
X
X
X
X
4b. Deliverables
Homogenized instrumental catalog from 1980 to present (and possibly extended to the entire XX
century).
Completeness threshold of instrumental and historical catalog for different time intervals.
Validation of models of seismic occurrence for the Italian catalog.
Computing code for the estimate of the probability of occurrence of aftershocks in near real-time.
347
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1500
4000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
2000
2000
uso
4000
Finanziato
c = a-b
0
1500
Totale
15000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1500
3000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
7000
1000
uso
1000
0
1500
Totale
15000
348
Finanziato
c = a-b
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
3000
7000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
9000
3000
uso
5000
0
3000
Totale
30000
349
Finanziato
c = a-b
Progetto S1 - RU S.02 - Rotondi Renata
(Task B)
Titolo Sviluppo e confronto di modelli stocastici per la stima della probabilità di occorrenza di forti
terremoti in Italia
1. Responsabile UR
Renata Rotondi, Primo Ricercatore, C.N.R. – Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie
Informatiche, sez. Milano, Via Bassini 15, 20133 Milano,
[email protected], tel. 0223699528, fax: 0223699538
Curriculum Vitae
Dal 1995 è primo ricercatore presso l'Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche
del CNR. Laureata a pieni voti in matematica, divide i suoi interessi di ricerca tra la statistica
matematica, seguendo in particolare l'approccio bayesiano, e l'analisi di
modelli stocastici per la loro applicazione in particolare in ambito geofisico. Il suo interesse per tutti
gli elementi che contribuiscono alla valutazione della pericolosità sismica è testimoniato dalla lunga
collaborazione a gruppi di ricerca nazionali e internazionali sull'argomento. Nel 1990 partecipa al
Progetto di Azione Integrata Spagna - Italia nel cui
contesto propone un modo per trattare l'incertezza nell'assegnazione dell'intensità macrosismica e
introduce il processo di Poisson composto nel calcolo della pericolosità. Dal 1991 al 1998 è
responsabile di UR in vari progetti del GNDT e dal 1997 al 2000 partecipa al progetto ASPELEA
(Assessment of Seismic Potential in European Large Earthquake Areas) finanziato dalla Comunità
Europea. Nell'ambito del Programma Quadro 2000-2002 del GNDT ha partecipato al progetto
coordinato dal Dott. Amato "Terremoti probabili in Italia tra l'anno 2000 e l'anno 2030: elementi per
la definizione di priorità
degli interventi di riduzione del rischio sismico". Nell’ambito della Convenzione 2004-2006 tra DPC
e INGV ha coordinato unità di ricerca nei progetti S1 e S2. Alla luce di queste esperienze il suo
interesse principale è ora rivolto alla formulazione di nuovi modelli probabilistici non stazionari per
sequenze di forti terremoti e all'esame delle problematiche relative alla loro inferenza in ambito
dinamico. Per i suoi interessi interdisciplinari collabora come referee a riviste sia di statistica
matematica: Ann. the Institute of Statistical Mathematics, J. American Statistical Association, J.
Computational and Graphical Statistics, J. Statistical Planning and Inference, Tecnometrics, sia di
geofisica: Ann. Geophysics, J. Seismology, Natural Hazard, Nonlinear Processes in Geophysics,
Pure and Applied Geophysics, Tectonophysics.
- Rotondi R. (2007); Scientific report of Task 4, S2 Project: Assessing the seismogenic potential
and the probability of strong earthquakes in Italy, Resp. Slejko D. e Valensise G., disponibile su
http://www.earth-prints.org/handle/2122/3090
Rotondi R. e Varini E. (2007); Bayesian inference of stress release models applied to some Italian
seismogenic zones, GJI, 169, 1, 301-314.
Rotondi R. e Varini, E. (2006); Bayesian analysis of marked stress release models for timedependent hazard assessment in the western Gulf of Corinth", Tectonophysics, 423, 107-113.
Rotondi R. e Varini E. (2003); Bayesian analysis of a marked point process: Application in seismic
hazard assessment, Statistical Methods & Applications, 12, 79-92,
350
http://dx.doi.org/10.1007/BF02511585
Agostinelli C. e Rotondi R. (2003); Using Bayesian belief networks to analyse the stochastic
dependence between interevent time and size of earthquakes, J. Seismology, 7, 3, 281-299.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Rotondi Renata
Barba Salvatore
Qualifica
Primo
ricercatore
Primo
ricercatore
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
progetto)
I fase
II fase
5
5
I.N.G.V.
0.5
0.5
0.5
0.5
2
2
C.N.R. – I.M.A.T.I.
Basili Roberto
Ricercatore
I.N.G.V.
Betrò Bruno
Dirigente di
ricerca
C.N.R. – I.M.A.T.I.
Da determinare
Mesi/Persona
del progetto)
pers. a contratto
I fase
II fase
12
12
I modelli competitivi nella stima della pericolosità sismica sul medio-lungo termine appartengono
sostanzialmente a due classi: quella dei modelli basati sull’evidenza empirica e quella dei modelli
basati su teorie, o per meglio dire, congetture fisiche, poiché non si tratta di affermazioni
rigorosamente dimostrabili essendo spesso coinvolte grandezze non direttamente osservabili
come, ad esempio, lo stress. Tra i primi annoveriamo i modelli descrittivi: ETAS (Epidemic Type
Aftershock-Sequence), legge di Omori, e in generale quelli che dall’esame di sequenze di eventi
inferiscono sull’esistenza di fenomeni di clustering spazio-temporale. Nati per descrivere sequenze
di scosse secondarie questi modelli sono poi stati estesi allo studio dell’attività sismica in generale
di una regione. Sono caratterizzati da una funzione hazard decrescente a tratti, cioè l’hazard
aumenta rapidamente quando avviene un terremoto e diminuisce col passare del tempo, in altre
parole più tempo è trascorso dall’ultimo evento e minore è la probabilità che ne accada un altro.
Nell’ambito delle teorie fisiche quella del rimbalzo elastico proposta da Reid ha dato vita alla classe
di modelli di tipo self-correcting che vanno sotto il nome di modelli di rilascio di sforzo (SR) e che,
come casi particolari, includono anche i modelli time- e slip-predictable. Contrariamente ai
precedenti questi modelli sono caratterizzati da una funzione hazard crescente a tratti, cioè la
probabilità di occorrenza cresce al trascorrere del tempo dall’ultimo evento e diminuisce
bruscamente quando avviene un terremoto. La versione denominata linked del modello di rilascio
di sforzo prende in esame la possibilità di interazione tra faglie o strutture sismogeniche. In questa
ottica Borovkov and Bebbington (2003) hanno proposto un modello di trasferimento di stress fra
due nodi modificando la struttura del modello di rilascio di sforzo così da modellare sequenze di
aftershocks e quindi ottenere una funzione hazard decrescente il cui valore atteso, si dimostra,
approssima il tasso di decadimento degli aftershocks derivato dalla legge costitutiva di Dieterich.
A parte questo caso particolare le due classi di modelli suddette rimangono essenzialmente
contrapposte per quanto riguarda l’andamento dell’hazard; l’analisi di diversi insiemi di dati non ha
fornito chiara evidenza in favore di una classe rispetto all’altra. Questo fa pensare che ognuno di
351
loro rappresenti una sfaccettatura del fenomeno, e che il nostro grado di conoscenza trarrebbe
beneficio dalla loro integrazione.
Bibliografia
- Bebbington, M. e Harte, D.S. (2003) The linked stress release model for spatio-temporal
seismicity: formulations, procedures and applications, GJI, 154, 3, 925-946.
- Borovkov, K. e Bebbington, M.S. (2003) A stochastic two-node stress transfer model reproducing
Omori’s law, Pure and Applied Geophysics, 160, 1429-1445.
- Ogata, Y. (1999) Seismicity analysis through point-process modeling: a review, In Seismicity
Patterns, Their Statistical Significance and Physical Meaning (eds. M. Wyss, K. Shimazaki and A.
Ito) (Birkhäuser, Basel), Pure and Applied Geophysics, 155, 471-507.
- Wang, A.L., Vere-Jones, D. e Zheng, X. (1991) Simulation and estimation procedures for stress
release models. In: Stochastic Processes and Their Applications, Vol. 370, pp 11-27, eds
Beckmann, M.J., Gopalan, M.N., Subramanian, R., Springer Lecture Notes in Economics and
Mathematical Systems.
- Zheng, X. e Vere-Jones D. (1991) Applications of stress release models to historical earthquakes
from North China, Pure and Applied Geophysics, 135, 559-576.
3a.2 Obiettivi
Intendiamo arricchire modelli stocastici di tipo self-correcting, fondati su conoscenze fisiche, con
nuovi risultati raggiunti dalle ricerche in campo geofisico e dal potenziamento dei mezzi di
misurazione, ad esempio, di spostamenti GPS. La significatività di tali modelli sarà valutata
confrontando il loro adattamento a particolari insiemi di dati con quello di altri modelli (modelli di
rilascio di sforzo e modelli di rinnovo).
Studieremo forti terremoti estratti dal catalogo CPTI04 o forniti da esperti; per la suddivisione
spaziale considereremo le otto regioni (MR) in cui è stato suddiviso il territorio italiano sulla base di
processi tettonici dal progetto S2 nella convenzione DPC-INGV 2004-2006, e le aree
sismogeniche (SA) della base dati DISS3 in esse contenute. La validazione dei modelli considerati
sarà anche condotta simulando il tempo del prossimo evento e confrontando la previsione “in
avanti” con eventuali nuovi dati raccolti o “all’indietro” su opportuni intervalli di tempo assunti come
periodi test e quindi esclusi dall’insieme di dati usato per l’aggiornamento dei parametri del
modello.
Useremo come modello di riferimento il modello stazionario di Poisson caratterizzato da un tasso
di sismicità costante nel tempo, che stimeremo in ciascuna delle suddette regioni e/o aree
sismogeniche.
3a.3 Attività
Sintetizziamo l’attività prevista nei seguenti passi:
- acquisizione e organizzazione di dati (esprimere gli eventi associati a ogni regione tettonica in
termini di spostamento sismico invece di magnitudo ed eventuale associazione di nuovi eventi alle
aree sismogeniche e/o alle regioni (I fase, I semestre);
- formulazione e stima di un nuovo modello stocastico per lo spostamento sismico a scala
regionale (I fase) e nazionale (II fase);
- stima di modelli di rilascio di sforzo a scala regionale (I fase) e nazionale (II fase);
- stima della distribuzione del tempo di ricorrenza in ciascuna area sismogenica SA (II fase);
- confronto dei vari modelli considerati sulla base di criteri statistici di validazione (II fase);
- simulazione della distribuzione di probabilità del tempo di attesa del prossimo evento previsto dai
vari modelli nelle regioni MR della suddivisione dell’Italia su base tettonica (II fase);
- stima del tasso di sismicità nelle suddette regioni MR e/o aree sismogeniche SA, e valutazione
della probabilità di occorrenza in accordo al processo di Poisson (I fase, II semestre).
3a.4 Metodologia
Per raggiungere gli obiettivi proposti si seguiranno metodi di statistica bayesiana che consentono
di esprimere l’incertezza su ogni variabile stimata attraverso la rispettiva distribuzione di
352
probabilità a posteriori. Da queste distribuzioni estrarremo campioni per stimare i quantili e i
principali sintetizzatori di una distribuzione, quali: media, varianza, mediana.
Sono anche previsti metodi di simulazione stocastica per la previsione del tempo del prossimo
evento in ciascuna regione al variare del modello stocastico considerato.
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
Semestre
Analisi di processi di punto self-correcting basati su
rilascio di stress e misurazioni di spostamento regionale
Stima di tassi sismità per ogni regione tettonica, confronto
tra modelli stocastici stazionari e dipendenti dalla storia
passata
Modelli con un passo di memoria (processi di rinnovo) già
implementati nel progetto S2, conv. DPC-INGV 2004-06
ed applicati a nuovi insiemi di dati in questo progetto
II
1
2
1
2
X
X
X
X
-
X
-
X
X
X
4a. Prodotti
- Probabilità di occorrenza in regioni tettoniche MR in accordo al modello di spostamento sismico
(tabelle di valori numeri e rappresentazioni grafiche)
- Probabilità di occorrenza in regioni tettoniche MR e aree sismogeniche SA con numero
sufficiente di dati in accordo al modello di rilascio di sforzo
- Probabilità di accadimento istantaneo (hazard rate) e funzione hazard cumulata per futuri
intervalli di tempo in aree sismogeniche SA secondo il modello di rinnovo
- Simulazione del tempo del prossimo evento con intervalli di credibilità secondo il modello di
rilascio di sforzo per regioni MR e aree SA con numero sufficiente di eventi
- Probabilità di accadimento per il modello di Poisson in regioni MR e aree SA con numero
sufficiente di dati su diversi orizzonti previsivi
- INGV, Roma, sez. Sismologia e Tettonofisica – acquisizione dati e discussioni su aspetti del
processo sismico
- UR statistiche del progetto – confronto dei risultati sulla probabilità di occorrenza di forti terremoti
The competing models in the seismic hazard estimation in the middle-long term essentially belong
to two classes of models: those based on empirical evidence and those based on physical
theories, or to say better, on conjectures because they are not strictly demonstrable statements as
often not directly observable quantities are involved like, for instance, the stress. Among the
formers we count the descriptive models: ETAS (Epidemic Type Aftershock-Sequence), Omori law,
353
and in general those that deduce the existence of spatial-temporal clustering from the exam of
sequences of events. Born to describe sequences of secondary shocks, these models were then
widened to the study of the general seismic activity of a region. They are characterized by a stepwise decreasing hazard rate function, that is, the hazard abruptly increases when an earthquake
occurs and decreases when the time goes by; in other words, the longer the time elapsed since the
last event, the less the probability that another event occurs.
Among the physical theories the one of the elastic rebound, proposed by Reid, has inspired the
class of self-correcting models which are named stress release models. As particular cases they
also include the time- and slip-predictable models. Contrary to the above-mentioned ones these
models are characterized by a step-wise increasing hazard rate function, that is, the occurrence
probability increases when the time elapses from the last event and abruptly jumps down when an
earthquake occurs. The version called linked of the stress release model takes into account the
possibility of interaction between faults or seismogenic structures. In this framework Borovkov and
Bebbington (2003) have proposed a two-node stress transfer model modifying the structure of the
stress release model so as to model aftershocks sequences and hence to obtain a decreasing
hazard function, the expected value of which, it is proved, approximates the aftershock decay rate
derived from Dieterich’s constitutive law.
Apart this particular case the above two classes of models remain essentially contrasting as far as
the hazard trend is concerned; the analysis of several data sets has not shown clear evidence in
favour of one class with respect to the other. This fact leads to think that both the classes describe
a real facet of the phenomenon, and that our degree of understanding would benefit from their
integration.
References
- Bebbington, M. and Harte, D.S. (2003) The linked stress release model for spatio-temporal
seismicity: formulations, procedures and applications, GJI, 154, 3, 925-946.
- Borovkov, K. and Bebbington, M.S. (2003) A stochastic two-node stress transfer model
reproducing Omori’s law, Pure and Applied Geophysics, 160, 1429-1445.
- Ogata, Y. (1999) Seismicity analysis through point-process modeling: a review, In Seismicity
Patterns, Their Statistical Significance and Physical Meaning (eds. M. Wyss, K. Shimazaki and A.
Ito) (Birkhäuser, Basel), Pure and Applied Geophysics, 155, 471-507.
- Wang, A.L., Vere-Jones, D. and Zheng, X. (1991) Simulation and estimation procedures for
stress release models. In: Stochastic Processes and Their Applications, Vol. 370, pp 11-27, eds
Beckmann, M.J., Gopalan, M.N., Subramanian, R., Springer Lecture Notes in Economics and
Mathematical Systems.
- Zheng, X. and Vere-Jones D. (1991) Applications of stress release models to historical
earthquakes from North China, Pure and Applied Geophysics, 135, 559-576.
3b.2 Goals
We intend to enrich the models based on physical knowledge by means of new results provided by
researches in geophysics and by the progress in the measurement tools, for instance, of GPS
displacements. The significance of these models will be evaluated by comparing their fitting to
specific data sets with that of other models (stress release and renewal models).
We will consider strong earthquakes drawn from the catalog CPTI04 or provided by field experts;
as for the spatial subdivision of the Italian territory we will consider the eight regions that are one of
the deliverables of the project S2, 2004-2006 DPC-ING agreement, identified on the basis of
tectonic processes, and the seismogenic areas of DISS3 data base included in those regions.
The validation of the models will be also carried out simulating the probability distribution of the
time from the next event and comparing the forecast “forward” on possible new recorded data or
“backward” on suitable time intervals assumed as test periods and therefore excluded by the data
set used in updating parameters.
We shall use the stationary Poisson process as reference model characterized by constant
occurrence rate; to this end the time-independent seismicity rate of each region MR and/or
seismogenic area SA will be estimated.
354
We summarize the activity planned in the following steps:
- data acquisition and organization (scheduling a data set of seismic slips for each tectonic region
with possible association of further events to the seismogenic areas and/or to the regions (I phase,
I semester);
- formulation and estimation of a new stochastic model for the seismic slip at regional (I phase) and
national scale (II phase);
- estimation of stress release models at regional (I phase) and national scale (II phase);
- estimation of the probability distribution of the recurrence time for each seismogenic area SA (II
phase);
- comparison among the various considered models on the basis of statistical validation criteria (II
phase);
- simulation of the probability distribution of the waiting time of the next event forecast according to
the different models for each Italian tectonic region MR (II phase);
- estimation of the seismicity rate in the above-mentioned regions MR and/or seismogenic areas
SA, and evaluation of the occurrence probability according to the Poisson (I phase, II semester).
3b.4 Methodology
To reach the appointed goals we will follow methods of Bayesian statistics which allow us to
express the uncertainty on each estimated variable through the corresponding a posteriori
probability distribution. From these distributions we will draw samples in order to estimate quantiles
and the main summaries of a distribution like: mean, variance, median.
Stochastic simulation methods are also in program in order to forecast the time of the next event in
each tectonic region varying the stochastic model under study.
3b.5 Timetable
I
Phase
Semester
Analysis of self-correcting point processes based on
stress release and measurements of regional seismic slip
Estimation of seismicity rates of each tectonic region,
comparison among stochastic stationary and historydependent processes
Models with one-step memory (renewal processes)
implemented in the project S2, 2004-06 DPC-INGV
agreement, and applied to new data sets in this project
II
1
2
1
2
X
X
X
X
-
X
-
X
-
-
X
X
4b. Deliverables
- Occurrence probability in tectonic regions MR according to the seismic slip model
(tables with numerical values and graphical representations)
- Occurrence probability in tectonic regions MR and areas SA with sufficient data according to the
stress release model
- Instantaneous occurrence probability (hazard rate) and cumulative hazard function on future time
intervals in seismogenic areas SA according to the renewal model
- Simulation of the time of the next event with credible intervals according to the stress release
model in regions MR and areas SA with sufficient data
- Occurrence probability for the Poisson model in regions MR and areas SA with sufficient events
on different forecasting horizons
355
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
22000
Finanziato
c = a-b
,00
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
0,00
0,00
Totale
0,00
0,00
0,00
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
23000
0,00
7.2. II fase
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
Totale
0,00
0,00
0,00
356
0,00
0,00
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
45000
0,00
8.0000,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
Totale
0,00
0,00
0,00
357
0,00
0,00
Progetto S1 - RU S.03 - Slejko Dario
(Task B)
Titolo Stima del potenziale sismogenetico delle sorgenti sismiche italiane
1. Responsabile UR
- Dario Slejko, dirigente di ricerca, OGS, Trieste
- Nato a Trieste l'1 agosto 1949 si è laureato in matematica presso l'Università degli Studi di
Trieste. Lavora dal 1972 presso OGS prima con le mansioni di sismologo, poi di primo ricercatore
e nel 1993 di dirigente di ricerca. Ha svolto le funzioni di dirigente della sezione Sismologia (19821985) e di direttore del dipartimento Centro di Ricerche Sismologiche (1996-2000). E' stato
presidente della sottocommissione Ingegneria Sismica dell'European Seismological Commission
(1996-2002), esperto nel progetto Pegasos (2001-2004) e revisore della carta di pericolosità
sismica d’Italia secondo l’Ord. 3274 (2003-2004). Dal 1997 è direttore responsabile del Bollettino di
Geofisica Teorica ed Applicata. Dal 1998 è direttore del Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra
Solida. E' autore di oltre 100 pubblicazioni scientifiche.
1) Slejko D., Peruzza L. and Rebez A.; 1998: Seismic hazard maps of Italy. Annali di Geofisica, 41,
183 – 214.
2) Garcia J., Slejko D., Alvarez L., Peruzza L. and Rebez A.; 2003: Seismic hazard maps for Cuba
and surrounding areas. Bull. Seismol. Soc. Am., 93, 2563-2590.
3) Rebez A. and Slejko D.; 2004: Introducing epistemic uncertainties into seismic hazard
assessment for the broader Vittorio Veneto area (N.E. Italy). Boll. Geof. Teor. Appl., 45, 305-320.
4) Bragato P.L. and Slejko D.; 2005: Empirical ground-motion attenuation relations for the Eastern
Alps in the magnitude range 2.5 - 6.3. Bull. Seism. Soc. Am., 95, 252-276.
5) Musson R.M.W., Toro G.R., Coppersmith K.J., Bommer J.J., Deichmann N., Bungum H., Cotton
F., Scherbaum F., Slejko D. and Abrahamson N.A.; 2005: Evaluating hazard results for
Switzerland and how not to do it: A discussion of “Problems in the application of the SSHAC
probability method for assessing earthquake hazards at Swiss nuclear power plants” by J-U Klugel.
Engineering Geology, 82, 43-55.
Nominativo
(Cognome e Nome)
Slejko Dario
Caporali Alessandro
Qualifica
Direttore di
ricerca
Professore
associato
Ente/Istituzione
Mesi/Persona
Mesi/Persona
del progetto)
progetto)
I fase
II fase
OGS
2
3
Università di Padova
1
1.5
Riggio Anna
ricercatore
OGS
3
3
Renner Gianfranco
ricercatore
OGS
0.5
0.5
358
I fase
II fase
Santulin Marco
ricercatore
OGS
2
2
Garcia Pelaez Julio
ricercatore
OGS
0.5
0.5
Petrini Riccardo
Professore
associato
2.5
2
Slejko Francesca F.
ricercatore
2
2.5
Approcci diversi possono venir utilizzati nel calcolo della pericolosità sismica in funzione del livello
di conoscenza disponibile. Nel passato sono stati utilizzati approcci collegabili al probabilismo
storico ed al probabilismo sismotettonico. Questi ultimi hanno utilizzato ampiamente informazioni di
tipo tettonico e sismologico, anche alternative fra loro. Solo recentemente si è visto che
informazioni sullo stile tettonico e sui tassi di deformazione, ottenuti da osservazioni geodetiche
raccolte con continuità, possono vincolare le stime di pericolosità ottenute a partire dai dati
sismologici (p.es.: Jenny et al., 2006). L’utilizzo di modelli basati su dati geologici, geodetici o
sismologici è stato proposto da Ward (2007): i diversi risultati ottenuti possono essere riuniti in un
modello combinato per la stima della pericolosità.
Il database delle sorgenti sismogenetiche italiane (DISS) contiene numerose informazioni sulla
geometria e cinematica delle faglie riconosciute. Considerando che la catalogazione delle faglie
attive non risulta esaustiva, DISS è stato integrato con l’introduzione delle aree sismogenetiche,
intese come elementi sismogenetici per i quali le conoscenze attuali non permettono una precisa
suddivisione in faglie.
Nell’ambito del progetto DPC-INGV 2005-2007 S2, sono già iniziate delle elaborazioni atte a
stimare la probabilità di occorrenza di forti terremoti nelle aree sismogenetiche a partire sia dal
campo regionale di deformazione, ottenuto dalle osservazioni geodetiche, che dai valori puntuali
dello stesso, derivati da modelli geofisici tramite adeguate applicazioni della relazione di Kostrov
(1974) e l’applicazione di metodo statistico di partizione delle aree sismogenetiche in ipotetiche
faglie (vedi report S2 e Stirling et al., 2007).
Sono state, anche, osservate variazioni del chimismo delle acque in alcune sorgenti dell’Italia
nord-orientale in corrispondenza di eventi sismici seppure di bassa magnitudo (Slejko et al., 2007),
come già osservato da Nishizawa et al. (1998) e da Tsunogai e Wakita (1995) e Rojstaczer et al.
(1995) per eventi di elevata magnitudo: risulta interessante valutare possibili loro correlazioni con
lo stato di deformazione crostale.
Riferimenti bibliografici
Jenny S., Goes S., Giardini D. and Kahle H.-G.; 2006: Earthquake recurrence parameters from
seismic and geodetic strain rates in the eastern Mediterranean. Geophys. J. Int., 157, 1331-1347.
Kostrov V.V.; 1974: Seismic moment and energy of earthquakes, and seismic flow of rock. Izv.
Earth Physics English Transl., 1, 13-21.
Nishizawa S., Igarashi G. and Sano Y.; 1998: Radon, Cl- and SO42- anomalies in hot spring water
associated with the 1995 earthquake swarm off the east coast of the Izu Peninsula, central Japan.
Applied Geochemistry, 13, 89-94.
Rojstaczer S., Wolf S. and Michel R.; 1995: Permeability enhancement in the shallow crust as a
cause of earthquake-induced hydrological changes. Nature, 373, 237-239,
Slejko F.F., Petrini R., Carulli G.B., Italiano F. and Ditta M.; 2007: Preliminary geochemical and
isotopic data on springs along the Fella-Sava fault zone (NE Italy). Boll. Geof. Teor. Appl., 48, 423434.
Stirling M.W., Peruzza L., Slejko D. and Pace B.; 2007: Seismotectonic modelling in northeastern
Italy. GNS Science Consultancy Report 2007/84, GNS Science, Wellington, 22 pp.
Tsunogai U. and Wahita H.; 1995: Precursory chemical changes in ground water: Kobe
earthquake, Japan. Science, 269, 61-63.
359
Ward S.N.; 2007: Methods for evaluating earthquake potential and likelihood in and around
California. Seismol. Res. Letters, 78, 121-133.
3a.2 Obiettivi
Gli obiettivi dello studio proposto consistono nella calibrazione del potenziale sismico delle sorgenti
sismogenetiche a partire da osservazioni geodetiche e nella stima della probabilità di occorrenza di
forti terremoti nelle stesse sorgenti. Oltre a questo, si intende individuare correlazioni positive o
negative fra lo stato di deformazione della crosta e variazioni nel chimismo dei fluidi nell’Italia nordorientale.
3a.3 Attività
Attività 1. Si propone di caratterizzare la sismicità delle sorgenti sismiche italiane (faglie, aree,
zone estese) in termini di massima magnitudo e/o magnitudo caratteristica, frequenza di
occorrenza, distribuzione delle magnitudo, ecc., da dati sismologici e calibrazioni con dati geodetici
al fine di produrre stime di probabilità di occorrenza di forti terremoti.
Attività 2. Il tasso di deformazione determinato dalle osservazioni delle stazioni GPS verrà usato
per validare i paramentri a e b della legge di Gutenberg e Richter appropriata per ciascuna regione
della quale si conosca la geodesia e la sismicità. La stima della massima magnitudo attesa, ipotesi
sul tempo di ricorrenza e stime del bloccaggio sismico di ciascuna zona saranno anche il risultato
atteso dalla sinergia tra geodesia e sismicità statistica.
Attività 3. Il metodo statistico di partizione delle aree sismogenetiche in ipotetiche faglie verrà
impiegato per ottenere nel dettaglio stime di probabilità di occorrenza di terremoti caratteristici
nelle aree meglio conosciute.
Attività 4. Si intende, inoltre, analizzare le variazioni spazio-temporali del chimismo dei fluidi e
confrontarle con lo stato di deformazione crostale. A tale scopo, verranno monitorate emissioni
gassose di CO2 e Radon in suolo ed alcuni parametri chimico-fisici già definiti come sensibili (T,
pH, Eh, conducibilità , SO42-, HCO3-, Cl- e Radon) nelle acque di alcune sorgenti nelle Alpi orientali
in prossimità di faglie principali dove sono già state osservate variazioni del chimismo delle acque
in corrispondenza di eventi sismici.
3a.4 Metodologia
La stima del tasso di deformazione di un’area richiede che detta area sia coperta da almeno 4-5
stazioni permanenti GPS che abbiano operato con continuità per almeno 3 anni, così da disporre
di affidabili velocità. Il calcolo viene effettuato confrontando le variazioni relative delle velocità
all’interno dell’area considerata, e trasformando il tensore gradiente di velocità nel sistema degli
assi principali (autovalori e autovettori). Nel passato progetto S2 è stato fatta una prima
elaborazione che non sempre ha soddisfatto i sismologi perché le aree eleggibili per il calcolo del
tasso di deformazione GPS non necessariamente coincidevano con le aree sismogenetiche. In
questo progetto si cercherà di fare di meglio, grazie all’apporto delle stazioni GPS della rete RING
dell’INGV e di altre stazioni che nel frattempo hanno maturato una sufficiente anzianità di
funzionamento per fornire affidabili stime delle velocità. Verrà inoltre curata l’interfaccia con la
modellistica 3D, che necessita dei dati di tasso di deformazione per la validazione dei parametri di
modello. Il confronto fra tasso di deformazione e sismicità osservata, sia a livello regionale che
puntuale in corrispondenza di strutture tettoniche note, verrà fatto a partire dalle osservazioni delle
stazioni GPS operanti con continuità sul territorio nazionale e i dati del catalogo dei terremoti
italiani. Tale confronto offrirà indicazioni sul frazionamento della deformazione accumulata in
potenziale sismico e asismico.
L’applicazione ragionata della formula di Kostrov permetterà la trasformazione della deformazione
in potenziale sismico (momento sismico). Non trattandosi soltanto di uno studio su faglie di
geometria ben definita, l’aspetto più intrigante di questa trasformazione risiede nella corretta
individuazione dell’area della regione soggetta a deformazione e nelle ipotesi di frazionamento
della deformazione stessa fra la componente sismica e quella asismica. Il metodo statistico di
partizione delle aree sismogenetiche in ipotetiche faglie (vedi report S2) permette di formulare
ipotesi sulla presenza di faglie all’interno delle aree sismogenetiche sulle quali è possibile
suddividere la deformazione accumulata e, conseguentemente, stimarne il potenziale sismico.
360
3a.5 Cronoprogramma
I
Fase
II
Semestre
1
2
1
Attività 1
x
x
x
Attività 2
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Attività 3
Attività 4
x
2
4a. Prodotti
1) Scheda delle sorgenti sismogenetiche contenente la magnitudo massima e/o caratteristica e la
probabilità di attivazione con relative stime di attendibilità (quantitativa o qualitativa).
2) Database delle misure geochimiche.
Il presente progetto consiste nella collaborazione fra OGS, Università di Padova e Università di
Trieste.
Si prevede un’interazione con alcune UR del progetto S2 relativamente alla stima del potenziale
sismogenetico delle aree sismogenetiche da utilizzare nei calcoli di pericolosità.
Different approaches to seismic hazard assessment can be applied according to the
seismotectonic information available. They span from the use of seismological data only (historical
probabilism), to the integration of seismological and tectonic data (seismotectonic probabilism).
More recently, constraints on tectonic style and deformation rates from geodetic and geologic data
were introduced in seismic hazard assessment in addition to the traditional seismological
constraints derived from earthquake catalogues (e.g.: Jenny et al., 2006). The use of models
based either on geologic, or geodetic, or seismological data was proposed by Ward (2007): the
separate results can be then assembled in a combined model. The advantage of these approaches
is that the contribution of the different pieces of information can be properly balanced and a
quantitative estimate of the uncertainties associated to the final results can be assessed.
The database of the Italian seismogenic sources (DISS) contains information about the geometry
and kinematics of the known faults. The seismogenic areas are seismogenic elements for which
the present knowledge does not allow us to subdivide them into actual faults and were introduced
into DISS to overcome the lack of the faults not yet identified and catalogued.
361
Some preliminary assessments of the occurrence probability of strong earthquakes in the
seismogenic areas were tentatively done in the frame of the DPC-INGV 2005-2007 S2 project. We
used the regional strain field, obtained from the geodetic observations, as well as some punctual
values of the strain field, derived by geophysical modelling (see the S2 report) and applied the
Kostrov (1974) relation and the statistical method to hypothetically identify faults inside
seismogenic areas (see the S2 report and Stirling et al., 2007).
Chemistry variations in water were observed in relation to low magnitude earthquakes in NE Italy
(Slejko et al., 2007), similarly to what found for low and strong events (Nishizawa et al., 1998;
Tsunogai and Wakita, 1995; Rojstaczer et al., 1995): it is interesting to investigate on possible
relations with the strain state of the crust.
References
Jenny S., Goes S., Giardini D. and Kahle H.-G.; 2006: Earthquake recurrence parameters from
seismic and geodetic strain rates in the eastern Mediterranean. Geophys. J. Int., 157, 1331-1347.
Kostrov V.V.; 1974: Seismic moment and energy of earthquakes, and seismic flow of rock. Izv.
Earth Physics English Transl., 1, 13-21.
Nishizawa S., Igarashi G. and Sano Y.; 1998: Radon, Cl- and SO42- anomalies in hot spring water
associated with the 1995 earthquake swarm off the east coast of the Izu Peninsula, central Japan.
Applied Geochemistry, 13, 89-94.
Rojstaczer S., Wolf S. and Michel R.; 1995: Permeability enhancement in the shallow crust as a
cause of earthquake-induced hydrological changes. Nature, 373, 237-239,
Slejko F.F., Petrini R., Carulli G.B., Italiano F. and Ditta M.; 2007: Preliminary geochemical and
isotopic data on springs along the Fella-Sava fault zone (NE Italy). Boll. Geof. Teor. Appl., 48, 423434.
Stirling M.W., Peruzza L., Slejko D. and Pace B.; 2007: Seismotectonic modelling in northeastern
Italy. GNS Science Consultancy Report 2007/84, GNS Science, Wellington, 22 pp.
Tsunogai U. and Wahita H.; 1995: Precursory chemical changes in ground water: Kobe
earthquake, Japan. Science, 269, 61-63.
Ward S.N.; 2007: Methods for evaluating earthquake potential and likelihood in and around
California. Seismol. Res. Letters, 78, 121-133.
3b.2 Goals
The goal of this project is to calibrate the seismic potential of the seismogenic sources on the basis
of geodetic observations and to compute the occurrence probability of strong earthquakes in the
same sources. Moreover, we will look for positive or negative correlations between the strain state
of the crust and chemical variations in the springs located in NE Italy.
Activity 1. We propose to characterize the seismicity of the Italian seismogenic sources (faults,
seismogenic areas, wide zones) in terms of maximum and/or characteristic magnitude, occurrence
frequency, magnitude distribution etc., from seismological data calibrated on geodetic
observations. Some estimates on the occurrence probability for strong earthquakes will be, then,
derived.
Activity 2. The strain rate, derived from the data recorded by the GPS stations will be used give an
upper bound to the a- and b-values of the Gutenberg-Richter law in the regions where seismicity
and geodesy are known. Estimates of the maximum expected magnitude, of recurrence times, and
of seismic blocking for each zone will be provided by the joint use of seismological and geodetic
data.
Activity 3. The statistical method to hypothetically identify faults inside seismogenic areas will be
applied to assess occurrence probabilities for strong earthquakes in the best known seismogenic
areas.
Activity 4. Moreover, the space-time variations of the fluid chemistry will be analyzed and
compared with the strain state in the crust. CO2 and Radon in soil and some physical-chemical
parameters (T, pH, Eh, conductivity , SO42-, HCO3-, Cl- and Radon) in the water of springs located
close to the main faults in NE Italy will be monitored.
362
3b.4 Methodology
The estimate of the strain rate in a region requests the presence there of 4-5 permanent GPS
stations continuously recording for 3 years at least. The computation consists in comparing the
relative variations of velocity inside the study region and transforming the velocity gradient tensor
into the system of principal axes (autovalues and autovectors). The use of additional stations (e.g.:
those of the INGV RING network), with respect to the DPC-INGV 2005-2007 S2 project, will drive
to accurate velocity estimates on more detailed areas. A close cooperation will be established with
the teams developing geophysical 3D models based on strain data and their results will be used.
The comparison between the strain rate and the observed seismicity, in wide regions as well as by
known tectonic structures, will be based on data of the permanent GPS stations and of the
earthquake catalogue. This analysis will give indications on the partition of the stored strain into
seismic and aseismic components. A special attention will be payed to the transformation of the
strain rate into moment rate by the application of the Kostrov relation because the examined area
does not correspond always to a single fault. The statistical method of partioning seismogenic
areas gives indications on the probabilistic distribution of faults inside the seismogenic areas and
of the related seismic moment.
3b.5 Timetable
I
Phase
II
1
Semester
2
1
2
Activity 1
x
x
x
Activity 2
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Activity 3
Activity 4
x
4b. Deliverables
1) Form for the seismogenic sources reporting the maximum and/or characteristic magnitude and
the occurrence probability with related quantitative or qualitative confidences.
2) Water geo-chemistry database.
7.1. I fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1000
7000
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0,00
0,00
363
0,00
uso
Totale
1000
0,00
1000
0,00
10000
7.2. II fase
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
Finanziato
c = a-b
5400
0,00
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
0,00
0,00
uso
Totale
1000
0,00
600
0,00
7000
7.3. Totale
Categoria di spesa
Importo
previsto
a
Finanziato dal
Dipartimento
b
1000
12400
3)
Costi
Amministrativi
(solo
per
professionali
Finanziato
c = a-b
0,00
0,00
0,00
uso
Totale
2000
0,00
1600
0140892,00
17000
364

Progetto S1 Schede di UR - L`Istituto

Transcript

Documenti analoghi

TOPAZIO Sonia - Tecnologo INGV di ROMA e del NORD Candidata

to get the file - L`Istituto

interrogazione della blundo in senato, ``l`ingv va

scuole secondarie di secondo grado - L`Istituto

Ancora paura: alle 11.49 scossa di terremoto di

Presentation by Dr. A. Magrin

Monumento in memoria dello tsunami. Kamala, isola di Phuket

ANSALDO NUCLEARE Argomenti per tesi-dottorati

brochure - Ingv - Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia