Studi sulla fagliazione superficiale: risultati preliminari e futuri sviluppi

Da ormai diversi anni il nostro gruppo di ricerca si occupa dello studio della fagliazione superficiale. Cos’è la fagliazione e quali metodi e strumenti si usano per studiarla?

La fagliazione superficiale avviene quando il movimento lungo un piano di faglia raggiunge la superficie topografica, causandone la rottura. La fagliazione avviene generalmente a seguito di terremoti al di sopra di una certa soglia di magnitudo (intorno a Mw 5.5 per terremoti crostali, mentre in aree vulcaniche la soglia è più bassa).

Negli ultimi anni, abbiamo partecipato ai rilevamenti di terreno finalizzati alla caratterizzazione della fagliazione dei terremoti di Amtrice e Norcia (2016) e del terremoto in area etnea del 2018. I rilievi di terreno permettono di mappare con precisione le evidenze di fagliazione e di raccogliere informazioni fondamentali su lunghezza, quantità di spostamento (rigetto), tipologia dei materiali coinvolti (Figura 1).

I dati raccolti sul terreno vengono poi integrati con informazioni sismologiche, deformazioni misurate da satellite e dati di sottosuolo per analizzare le caratteristiche del terremoto, la propagazione lungo il piano di faglia e l’espressione superficiale della fagliazione. Le indagini paleosismologiche permettono invece di identificare altri eventi di fagliazione avvenuti centinaia o migliaia di anni fa sulle stesse strutture.

Inoltre, può essere molto utile inserire i dati relativi ad un singolo terremoto o ad una singola faglia in un contesto più ampio, confrontandoli con altri casi a scala locale (ad esempio, l’Appennino centrale) o globale.

Perché è importante lo studio della fagliazione superficiale?

I terremoti possono causare ingenti danni; sebbene buona parte di questi siano legati allo scuotimento sismico, anche la fagliazione rappresenta una fonte di pericolosità non trascurabile. Il metodo migliore per tenersi al riparo dagli effetti di fagliazione è evitare di costruire strutture e infrastrutture in corrispondenza della faglia. Ad esempio, le linee guida per la Microzonazione Sismica prevedono delle zone di rispetto attorno alla zona di faglia.

Se non è possibile perseguire il cosiddetto “avoidance criterion”, vengono applicati degli approcci probabilistici, che forniscono un valore di eccedenza annuale di un certo livello di dislocazione. Questi metodi si applicano soprattutto nel caso di infrastrutture che devono necessariamente attraversare una zona di faglia (ad esempio, reti energetiche o strade).

Gli studi in corso @PeriGeo

In questo inizio di 2023, presenteremo i risultati delle nostre ultime ricerche al workshop Fault2SHA (Chieti, gennaio 2023) e al convegno GNGTS (Bologna, febbraio 2023).

Se consideriamo tutti i terremoti di una data magnitudo (ad esempio, Mw 6), alcuni di questi produrranno fagliazione mentre altri non lo faranno. Qual è la probabilità che un terremoto produca fagliazione e quali sono i fattori che condizionano questa probabilità? Abbiamo cercato di rispondere a questa domanda analizzando sistematicamente i terremoti di Mw > 5.5 avvenuti nel periodo 1992-2018. Ne abbiamo catalogato il maggior numero possibile in 2 categorie: quelli che hanno prodotto fagliazione, e quelli che non l’hanno fatto. Abbiamo poi derivato delle equazioni empiriche sull’intero set di dati e su dei sottogruppi in base al tipo di movimento (faglie normali, inverse o strike-slip). In Figura 2, le curve piene rappresentano le equazioni derivate nel nostro studio, che sono poste a confronto con quelle disponibili in letteratura (tratteggiate); queste ultime sono generalmente prodotte a partire da un dataset più ridotto o da un campionamento meno sistematico.

Marco Pizza (dottorando del gruppo di ricerca) presenterà questi risultati al workshop Fault2SHA, con una presentazione dal titolo “Updates on the likelihood of primary surface faulting”.

Un’altra linea di ricerca su cui siamo attivi è la catalogazione di sequenze sismiche che hanno causato fagliazione ripetuta sullo stesso segmento in un arco temporale ridotto (settimane – pochi anni). Un esempio è la sequenza che ha colpito l’Italia Centrale nel 2016: si è osservata fagliazione superficiale negli stessi punti sia a seguito del terremoto del 24 agosto che del 30 ottobre (Figura 1).

La possibilità che si verifichi fagliazione superficiale in un arco temporale così ristretto non è opportunamente considerata nella valutazione della pericolosità sismica; anzi, ad oggi non esiste nemmeno un elenco di evidenze di questo tipo!

Abbiamo quindi cercato di colmare questa lacuna conoscitiva, costruendo un dataset che contiene 34 casi di rottura ripetuta a scala globale. Inoltre, abbiamo cercato di categorizzare i diversi casi in base alla distribuzione spaziale della fagliazione di ciascun evento, come mostra la Figura 3.

Francesca Ferrario (ricercatrice del gruppo PeriGeo) presenterà i dati nel corso del convegno GNGTS di Bologna, con un contributo dal titolo “Squaring the earthquake cycle: likelihood of surface faulting, repeated fault rupture and distributed faulting”.

Prosecuzione degli studi: il progetto GeosciencesIR

A ottobre 2022 ha preso avvio il progetto Geosciences IR, sotto il coordinamento di Ispra (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale). Il progetto, finanziato dal PNRR, ha lo scopo di realizzare una nuova infrastruttura di ricerca per la Rete Italiana dei Servizi geologici, mettendo a disposizione degli utenti dati, servizi e strumenti utili nell’ambito delle scienze della terra.

Tra le tematiche al centro del progetto c’è la caratterizzazione delle faglie attive e capaci: gli studi condotti dal gruppo di ricerca PeriGeo si inseriscono in questo ambito; nel corso del progetto, cercheremo di rispondere al meglio alle esigenze conoscitive che verranno di volta in volta avanzate dagli stakeholders, vale a dire i servizi geologici regionali.