Mulargia, F.

Il terremoto di magnitudo ML=5.2 che nel 2004 ha colpito il lato occidentale del Lago di Garda (Nord Italia) viene modellato sia nell’approssimazione di sorgente puntiforme sia mediante simulazioni da sorgente estesa, al fine di investigare l’anisotropia del campo di risentimento osservata tra 5 e 15 km di distanza epicentrale. Il confronto con le osservazioni viene effettuato in termini intensità macrosismica IMCS osservata, considerando i soli comuni localizzati su roccia (o formazione «rigida») fino a 40 km dall’epicentro; un ulteriore confronto fra simulazioni e osservazioni viene effettuato utilizzando i dati registrati dalla stazione accelerometrica di Vallio Terme (GVD), localizzata a 13.3 km dall’epicentro, appartenente alla rete nazionale (RAN). Le simulazioni più semplici utilizzano una sorgente puntiforme ed equazioni predittive empiriche in termini di intensità. Le modellazioni a faglia estesa riproducono il campo di scuotimento in termini di valori di picco dello scuotimento, successivamente convertiti in intensità attraverso relazioni empiriche. Nonostante la moderata magnitudo dell’evento, le simulazioni a faglia estesa, che richiedono l’assunzione di ipotesi plausibili sia sulla geometria della sorgente che sulle proprietà di attenuazione del mezzo di propagazione, sono in grado di confermare l’anisotropia osservata della distribuzione di intensità a scala regionale (30×30 km2). Inoltre, poiché la distribuzione delle intensità presenta anche eterogeneità a scala locale (di dimensione inferiore a 3 km), probabilmente dovute ad effetti geologici e geomorfologici, oppure ad effetti di interazione terreno-struttura, nella seconda parte del lavoro vengono presentati alcuni esempi di misure di rumore sismico e di misure di frequenza propria degli edifici.

Fluids—essentially meteoric water—are present everywhere in the Earth’s crust, occasionally also with pressures higher than hydrostatic due to the tectonic strain imposed on impermeable undrained layers, to the impoundment of artificial lakes or to the forced injections required by oil and gas exploration and production. Experimental evidence suggests that such fluids flow along preferred paths of high diffusivity, provided by rock joints and faults. Studying the coupled poroelastic problem, we find that such flow is ruled by a nonlinear partial differential equation amenable to a Barenblatt-type solution, implying that it takes place in formof solitary pressure waves propagating at a velocity which decreases with time as v ∝t [1/(n − 1) − 1] with n 7. According to Tresca-Von Mises criterion, these waves appear to play a major role in earthquake triggering, being also capable to account for aftershock delay without any further assumption. The measure of stress and fluid pressure inside active faults may therefore provide direct information about fault potential instability.

The physical mechanism of the anthropogenic triggering of large earthquakes on active faults is studied on the basis of experimental phenomenology, i.e., that earthquakes occur on active tectonic faults, that crustal stress values are those measured in situ and, on active faults, comply to the values of the stress drop measured for real earthquakes, that the static friction coefficients are those inferred on faults, and that the effective triggering stresses are those inferred for real earthquakes. Deriving the conditions for earthquake nucleation as a time-dependent solution of the Tresca-Von Mises criterion applied in the framework of poroelasticity yields that active faults can be triggered by fluid overpressures , 0.1 MPa. Comparing this with the deviatoric stresses at the depth of crustal hypocenters, which are of the order of 1–10 MPa, we find that injecting in the subsoil fluids at the pressures typical of oil and gas production and storage may trigger destructive earthquakes on active faults at a few tens of kilometers. Fluid pressure propagates as slow stress waves along geometric paths operating in a drained condition and can advance the natural occurrence of earthquakes by a substantial amount of time. Furthermore, it is illusory to control earthquake triggering by close monitoring of minor ‘‘foreshocks’’, since the induction may occur with a delay up to several years.

One of the main tools in phenomenological studies is the identification of correlations among different processes. This is essentially effected in retrospective with the specific aim of finding a positive result, and that leads to a parameter optimization which introduces a bias, so far only marginally considered, in the significance level of the results. If the correlation can be validated in a forward study in which parameters are kept fixed, such a bias is irrelevant. Unfortunately, forward studies are often infeasible for either cost or intrinsic reasons. This is the case of geophysics, due to the comparatively long time scale of recurrence of the phenomena. Unbiased estimates can be obtained in retrospective if each of the optimal choices is properly identified and accounted for. An estimate of the bias is made in a specific case, which can be written in closed form. While simulation confirms its good performance, the latter shows that apparently highly significant retrospective correlations may be insignificant.

The destructive 2009 L’Aquila and 2012 Emilia Romagna earthquakes led the Italian Dipartimento della Protezione Civile (DPC) to fund nine groups studying seismic precursors. Three of the groups produced testable predictions by the DPC deadline of 31 May 2013, using: (1) Radon in a well in Friuli, (2) temperature, flow, CO2 flux, and other variables measured in wells in Emilia Romagna, and (3) an artificial neural network (ANN) algorithm applied to seismicity. We evaluated the geochemical precursors by comparing their success to that of an equal number of predictions at the same locations and with the same individual and total durations as the actual predictions, but at random times. This approach avoids modeling seismicity and thereby precludes concluding that predictions are “good” simply because the model for seismicity is bad. Neither precursor predicts significantly better than chance. ANN was a poor predictor of events large enough to affect public safety.

Laboratory friction slip experiments on rocks provide firm evidence that the static friction coefficient l has values 0.7. This would imply large amounts of heat produced by seismically active faults, but no heat flow anomaly is observed, and mineralogic evidence of frictional heating is virtually absent. This stands for lower l values 0.2, as also required by the observed orientation of faults with respect to the maximum compressive stress. We show that accounting for the thermal and mechanical energy balance of the system removes this inconsistence, implying a multi-stage strain release process. The first stage consists of a small and slow aseismic slip at high friction on pre-existent stress concentrators within the fault volume but angled with the main fault as Riedel cracks. This introduces a second stage dominated by frictional temperature increase inducing local pressurization of pore fluids around the slip patches, which is in turn followed by a third stage in which thermal diffusion extends the frictionally heated zones making them coalesce into a connected pressurized region oriented as the fault plane. Then, the system enters a state of equivalent low static friction in which it can undergo the fast elastic radiation slip prescribed by dislocation earthquake models.

Nell’area del Garda, gli effetti di sito sono stati valutati in modo speditivo, utilizzando le informazioni geologiche e geomorfologiche di superficie insieme a misure di rumore ambientale. Dove possibile, sono stati utilizzati anche dati e informazioni disponibili dagli studi di rischio sismico della Regione Lombardia-CNR (1996). Le misure di rumore sono state effettuate nei quattro comuni prescelti: Vobarno, Salò, Toscolano Maderno e Gardone Riviera. Inoltre è stata condotta una campagna di misure lungo la Val Sabbia, dove sono stati rilevati i maggiori danni. Nel comune di Gardone Riviera è stata selezionata un’area rappresentativa dell’intero versante che va da questo comune fino a Gargnano, caratterizzato da depositi eluviali sovrastanti calcari stratificati. Come area rappresentativa dei conoidi detritici, presenti in vari comuni del lago, deposti lungo il fronte del sovrascorrimento e immergenti nel lago di Garda, è stato selezionato l’abitato di Toscolano Maderno. L’area di Vobarno si trova su depositi alluvionali recenti e terrazzati del fiume Chiese, mentre Salò è ubicatosu depositi morenici di spessore significativo (massimo un centinaio di metri) su cui poggiano depositi alluvioniali recenti. Lo scopo di questo studio è la classificazione dei suoli secondo la normativa italiana (Ordinanza PCM 3274; 2003 e Norme tecniche per le costruzioni; D.M. 14/09/05) attraverso l’utilizzo congiunto delle informazioni geologiche e della frequenza di risonanza dei depositi, calcolata attraverso i rapporti spettrali della componente orizzontale e verticale del rumore ambientale. Inoltre si è verificato se esistesse una correlazione fra dati di intensità risentita durante l’evento del 24 Novembre 2004 e le condizioni di sito, individuate utlizzando informazioni geologiche.