Individuato, durante lo sciame sismico iniziato a dicembre 2013 nell’area dell’Alta Valle del Tevere, un segnale di deformazione lenta (distensione di 5 mm in circa 6 mesi), importante per la valutazione del potenziale sismico. Sono i risultati dello studio condotto da INGV, Università di Bologna e Caltech (USA) e pubblicato su Geophysical Research Letters
Durante lo sciame sismico, iniziato a dicembre 2013 nell’area dell’Alta Valle del Tevere, sono stati individuati, grazie a reti sismiche e geodetiche ad alta risoluzione, segnali di deformazione transiente correlati con l’attività di faglie in Appennino Settentrionale. Lo studio “Aseismic deformation associated with an earthquake swarm in the northern Apennines”, condotto dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), in collaborazione con Università di Bologna e California Institute of Technology Caltech (USA), è stato pubblicato su Geophysical Research Letters ().
“La stima della componente di scorrimento asismico delle faglie e la comprensione del ruolo di questi movimenti nel favorire o ritardare l’attivazione di forti terremoti”, spiega Enrico Serpelloni, ricercatore dell’INGV, “è oggetto di grande interesse da parte della comunità scientifica internazionale”.
Generalmente le faglie scorrono in modo istantaneo durante forti terremoti, liberando l’energia accumulata nei secoli o millenni precedenti. Tuttavia, alcune porzioni di faglia scorrono in modo quasi continuo e non in concomitanza di forti terremoti; in questo caso si parla di scorrimento asismico. Ve ne sono, infine, altre che scorrono, in prevalenza, durante forti terremoti ma che occasionalmente, o con cadenza quasi periodica, scorrono in modo asismico, durante i cosiddetti terremoti lenti (o slow earthquakes). Questi episodi sono ben noti nelle zone di subduzione della cintura Pacifica, meno, invece, nelle zone caratterizzate da bassi tassi di deformazione, come l’area Mediterranea.
“Reti di monitoraggio ad alta densità permettono di ottenere una elevata risoluzione spaziale e temporale delle deformazioni del suolo e della sismicità anche per faglie relativamente piccole e in contesti caratterizzati da bassi tassi di deformazione tettonica”, prosegue Serpelloni.
Una tecnica di analisi statistica multivariata, Variational Bayesian Independent Component Analysis (Gualandi et al., 2016), è stata applicata alle serie temporali di spostamento del suolo, registrate dalle stazioni della rete GPS (Global Positioning System) dell’INGV installate a cavallo della faglia Altotiberina e integrate con altre reti regionali, nell’ambito dell’osservatorio denominato TABOO - The AltotiBerina near fault Observatory (che fa parte della rete di Near Fault Observatories - osservatori geofisici densi vicino alle faglie attive - del progetto European Plate Observing System - EPOS; Figura 1).
“Grazie alla densità spaziale e temporale dei dati a disposizione”, aggiunge il ricercatore, “è stato possibile individuare un transiente di deformazione, ossia una deviazione non-lineare nelle serie temporali di spostamento (che generalmente mostrano un segnale di spostamento lineare nel tempo, oltre a variazioni stagionali dovute a processi non tettonici), in corrispondenza di uno sciame sismico iniziato alla fine di dicembre 2013 e durato circa un anno, localizzato nell’area della faglia Altotiberina (Figure 2 e 3a)”.
Lo sciame ha avuto come evento di magnitudo massima ML 3.8 il 22 dicembre 2013, ma ha fatto registrare migliaia di altri piccoli terremoti (Fig. 1 e 2).
“I risultati”, conclude il ricercatore, “mostrano che nei 6 mesi iniziali dello sciame sismico questo settore dell’Appennino ha subito una distensione di 5 mm in direzione SW-NE (Figura 3c), in accordo con la distensione tettonica di lungo termine (Figura 1). Lo scorrimento ha interessato due piccoli segmenti di faglia posti nel volume di crosta sopra il piano della faglia Altotiberina (Figura 1), confinati entro i primi 5 km di profondità. La parte superficiale (fino a 2 km di profondità) ha ospitato uno scorrimento asismico, mentre la parte più profonda (da 2 km a 5 km di profondità) ha dato luogo ad un comportamento misto sismico-asismico. Questo studio dimostra come sia possibile, disponendo di dense reti di monitoraggio e utilizzando tecniche avanzate di analisi di serie temporali, individuare anche spostamenti dell’ordine di pochi mm associati a deformazioni asismiche o durante sciami sismici, al limite delle capacità risolutive della tecnica GPS”.
Abstract
Analyzing the displacement time series from continuous GPS (cGPS) with an Independent Component Analysis, we detect a transient deformation signal that correlates both in space and time with a seismic swarm activity (maximum Mw=3.69 ± 0.09) occurred in the hanging wall of the Altotiberina normal fault (Northern Apennines, Italy) in 2013–2014. The geodetic transient lasted ∼6 months and produced a NW-SE trending extension of ∼5.3 mm, consistent with the regional tectonic regime. The seismicity and the geodetic signal are consistent with slip on two splay faults in the Altotiberina fault (ATF) hanging wall. Comparing the seismic moment associated with the geodetic transient and the seismic events, we observe that seismicity accounts for only a fraction of the measured geodetic deformation. The combined seismic and aseismic slip decreased the Coulomb stress on the locked shallow portion of the ATF, while the transition region to the creeping section has been loaded.
Figura 1 - Mappa sismotettonica e cinematica dell’area oggetto di studio. Le frecce nere mostrano la direzione di estensione a lungo termine (stimata dalle velocità lineari delle stazioni GPS) in un sistema di riferimento locale. I quadrati gialli mostrano la sismicità storica dal Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (). La sezione A-A’ è costruita perpendicolarmente alla direzione NW-SE della faglia Altotiberina. La sismicità registrata durante l’intervallo di investigazione è mostrata in grigio, mentre con la scala rosso-gialla è mostrata la sismicità associata allo sciame sismico iniziato a dicembre 2013.
Figura 2 - Evoluzione nel tempo del numero di terremoti nell'area di Figura 1 dal 2010 a ottobre 2015. Le curve magenta, blu e verde, mostrano, rispettivamente, il numero cumulativo di terremoti per tutto il catalogo, il numero cumulativo di terremoti per la sismicità di fondo, prevalentemente localizzata sul piano a basso angolo della faglia Altotiberina, e il numero cumulativo di eventi associato al cluster di sismicità mostrato in rosso-giallo in Figura 1.
Figura 3 - a) Confronto tra segnale di deformazione geodetica (punti neri e linea rossa) e numero cumulativo (normalizzato) di terremoti del cluster mostrato in Fig. 1. b) Confronto tra rilascio di momento associato al transiente di deformazione geodetica (punti neri e linea rossa) e rilascio di momento associato alla sismicità strumentale (linea verde). c) Spostamenti del suolo cumulati (in circa 6 mesi) associati al transiente di deformazione. In blu i risultati del modello, in rosso le osservazioni. Le ellissi di errore non sono riportate per leggibilità. Le box con contorno nero indicano le due strutture ad alto angolo attivate durante lo sciame sismico e la relativa distribuzione di scorrimento (slip). d) Variazione dello sforzo di Coulomb sul piano della faglia Altotiberina causata dallo scorrimento delle faglie ad alto angolo mostrato nel pannello c).. In blu/rosso le zone in cui si ha diminuzione/aumento dello sforzo.
Figura 4 – Sito dell’osservatorio TABOO dell’Alta Valle del Tevere.