P. Pierri (1), V. Del Gaudio (1), G. Calcagnile (1,2) Ridefinizione della zonazione sismogenetica della Puglia settentrionale e implicazioni per le stime di pericolosità (1) Dipartimento di Geologia e Geofisica - Università degli Studi di Bari (2) Osservatorio Sismologico - Università degli Studi di Bari

SCOPO Valutare le implicazioni di un quadro sismotettonico regionale alternativo sulle stime di pericolosità sismica ottenendo mappe di hazard in PGA0.10,50 basate su una zonazione sismogenetica modificata localmente nel Nord della Puglia (denominata ZNA), rispetto a quelle ottenute con la zonazione nazionale di riferimento (ZS9). Valutare se tali implicazioni sono significative in confronto all’effetto di altri fattori di incertezza epistemica esistenti nel calcolo dei tassi di sismicità che, pertanto, sono stati calcolati tramite un approccio ad albero logico con 8 rami.

MOTIVAZIONI In un recente studio l’integrazione di dati storici, strumentali e di informazioni geologico-strutturali ha fornito dei vincoli per l’individuazione delle strutture sismogenetiche responsabili dei principali terremoti avvenuti nel nord della Puglia. I risultati indicano che in tale area esistono significative differenze di comportamento sismico tra Gargano, Tavoliere e Molise sud-orientale, in discordanza con l’assunzione di una sola zona sismogenetica (come in ZS9). Del Gaudio V., Pierri P., Frepoli A., Calcagnile G., Venisti N., Cimini G.B.; 2007: A critical revision of the seismicity of Northern Apulia (Adriatic Plate – Southern Italy) and implications for the identification of seismogenic structures. Tectonophysics, 436, 9-35.

1=Zona basso Fortore - Lesina - Tremiti; 2=Promontorio del Gargano; 3=Avanfossa del Tavoliere; 4=Sub-Appennino Dauno - Molise sud-orientale

PROBLEMA Base statistica debole per il calcolo dei tassi di sismicità partendo solo dai dati del catalogo storico. Per avere una maggiore robustezza di stima dei tassi di sismicità, questi sono stati ricavati integrando dati di sismicità storica (CPTI04) e strumentali. SOLUZIONE Sono stati utilizzati 2 cataloghi strumentali previa loro declusterizzazione; sono state testate 2 differenti tecniche di declustering.

CATALOGO 1: 1985 - 1996 CSTI 1997 - 2004 Bollettino sismico on-line INGV CATALOGO 2: 1985 - 2002 CSI 2003 - 2004 Bollettino sismico on-line INGV DECLUST 1: Procedura di declust. REASENBERG (1985) DECLUST 2: Procedura di declust. DECLPOI GUT-RICH 1: Metodo “Least Square” GUT-RICH 2: Metodo “Maximum Likelihood”

PROCEDURA DECLUSTERING 1: REASENBERG Frazione cumulativa delle frequenze dei tempi di intervento 1271 eventi residui P = 1 − eλT I risultati mostrano che si ha ancora un eccesso di tempi di inter-evento brevi e un deficit di quelli più lunghi rispetto a quanto atteso per una distribuzione poissoniana avente lo stesso tempo medio di inter-evento.

PROCEDURA DECLUSTERING 2: DECLPOI E’ basata su un confronto tra la distribuzione cumulativa delle frequenze dei tempi di inter-evento nel catalogo e la distribuzione poissoniana attesa avente lo stesso tempo medio di inter-evento; sulla progressiva rimozione degli eventi che determinano, nella distribuzione temporale, tempi di inter-evento con frequenza maggiormente discordante da quella di una distribuzione poissoniana. Frazione cumulativa delle frequenze dei tempi di intervento CSI – 1789 eventi P = 1 − eλT

RISULTATI DECLUSTERING CSTI CSI ORIG DECLPOI REASENBERG CAT. N. ev Rem. Res. Cluster N. /clust CSTI 1789 1179 610 171 7.9 442 1347 34 14.0 CSI 1175 614 167 8.0 518 1271 26 20.9

ELABORAZIONI GUTENBERG-RICHTER

RISULTATI GUTENBERG-RICHTER I coefficienti a e b della G-R sono stati calcolati con LS e ML sull’insieme dei dati storici e dei dati strumentali declusterizzati con 2 tecniche. ZONE M SOURCE DECL. PROCED. LS MLM a conf. int. a b conf. int. b R2 1 CSTI DECLP 4.07 3.75 - 4.39 0.64 0.56 - 0.72 0.95 3.89 3.81 - 4.00 0.57 0.53 - 0.62 REAS 4.42 4.12 - 4.72 0.72 0.64 - 0.79 0.96 4.16 4.12 - 4.28 0.60 0.58 - 0.66 CSI 3.94 3.55 - 4.33 0.63 0.53 - 0.72 0.92 3.91 3.83 - 4.01 0.56 - 0.66 4.31 4.00 - 4.63 0.70 0.63 - 0.78 4.30 4.23 - 4.39 0.69 0.65 - 0.74 aDECLP < aREAS e bDECLP < bREAS effetto del maggior numero di eventi di bassa magnitudo rimasti con REAS. Z1 e Z2 bLS ≈ bMLM e aLS ≈ aMLM Z3 e Z4 bLS < bMLM e aLS < aMLM 4 CSTI DECLP 4.09 3.48 - 4.70 0.73 0.58 - 0.89 0.88 4.48 4.33 - 4.64 0.81 - 0.96 REAS 4.67 4.14 - 5.21 0.85 0.72 - 0.99 0.92 5.23 5.12 - 5.36 1.07 1.01 - 1.13 CSI 3.67 3.17 - 4.16 0.63 0.50 - 0.77 4.34 4.18 - 4.51 0.91 0.82 - 1.00 4.22 3.64 - 4.81 0.74 0.58 - 0.91 5.14 5.01 - 5.28 1.12 1.05 - 1.19

RISULTATI TASSI DI SISMICITA’ Dai coefficienti a e b si sono ricavati i tassi di sismicità (numero di eventi attesi in differenti intervalli di magnitudo tra 4.7 e 6.9 in 100 anni). Z M.S. DECLUST. PROCED. G-R MAGNITUDE CLASSES 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 6.5 6.7 6.9 1 CSTI DECLP LS 3.38 2.51 1.87 1.39 1.04 0.77 0.57 0.43 0.32 0.24 0.18 0.13 MLM 4.36 3.35 2.58 1.99 1.53 1.18 0.91 0.70 0.54 0.41 0.25 REAS 3.77 2.71 1.95 1.40 1.01 0.73 0.52 0.38 0.27 0.19 0.14 0.10 5.82 4.39 3.32 2.50 1.89 1.43 1.08 0.81 0.61 0.46 0.35 0.26 CSI 2.86 2.14 1.61 1.20 0.90 0.68 0.51 0.28 0.21 0.16 0.12 3.36 2.55 1.93 1.46 1.11 0.84 0.64 0.48 0.37 3.33 2.41 1.74 1.26 0.66 0.09 3.71 2.70 1.97 0.76 0.55 0.40 0.29 0.11 tassiCSTI > tassiCSI Z1-Z2: tassiLS < tassiML Z3-Z4: tassiLS > tassiML alle basse M: tassiDECLP < tassiREAS alle alte M: tassiDECLP > tassiREAS

ELABORAZIONI SEISRISK III c = 1 h = 5.0  1.6 e = 0.195  0.049  =  0.19 log PHA = a + b M - c log (R2 + h2)½ + e S ±  Passo in latitudine e in longitudine 0.05° Mappe di PGA0.10,50 con le mediane pesate

Approccio ad albero logico costituito da 8 rami → 8 combinazioni per il calcolo dei tassi di sismicità per entrambe le zonazioni (ZNA e ZS9).

MINIMI valori di PGA tra quelli ottenuti con le 8 combinazioni ZONAZIONE ZNA MASSIMI Differenza massima 0.10 g

MINIMI valori di PGA tra quelli ottenuti con le 8 combinazioni ZONAZIONE ZS9 MASSIMI Differenza massima 0.08 g

MEDIANA PESATA ZONAZIONE ZS9 ZONAZIONE ZNA MEDIANA PESATA ZONAZIONE ZS9

DIFFERENZA TRA LE MEDIANE PESATE ZNA E ZS9 Range differenze: -0.11 g ---- 0.18 g

CONCLUSIONI La differenziazione nella zonazione sismogenetica della Puglia settentr. tra zone di avampaese, avanfossa e catena comporterebbe significativi incrementi nelle stime di hazard nell’area di Lesina e delle Isole Tremiti e una riduzione nel Tavoliere settentrionale, in misura tale da implicare variazioni nella classificazione sismica del territorio. L’adozione di una zonazione localmente più articolata è resa praticabile dall’impiego integrato di dati storici e strumentali per vincolare i tassi di sismicità di zone sismogenetiche più piccole e con una disponibilità più limitata di dati storici. L’impiego dei dati strumentali ad integrazione di quelli storici richiede l’impiego di tecniche di declustering specificamente progettate per il trattamento di dataset di eventi di bassa energia. I risultati ottenuti evidenziano l’importanza critica della zonazione nelle stime di hazard, sicché occorre prevedere approfondimenti per chiarire gli aspetti controversi della delimitazione delle zone sismogenetiche, che possono riflettersi in scelte diversificate di zonazione.

Zona 1 = 16 ev. Zona 2 = 26 ev. Zona 3 = 12 ev. Zona 4 = 5 ev.

ANALISI DI COMPLETEZZA – METODO 1 The analysis of the deviation from linearity expected for log N(M) according to the equation (2): such deviation at low magnitudes is considered to reflect dataset incompleteness. ANALISI DI COMPLETEZZA – CSI – 1985-2004

ANALISI DI COMPLETEZZA – METODO 2 C A T A L O G O 3 1985-1986 1991-1992 1997-1998 M≥1.5 0.0597 0.0773 0.0882 21.7905 28.2145 32.193 0.9877 0.9799 0.9736 M≥1.7 0.0716 0.0756 26.134 27.594 0.9862 0.9783 M≥1.8 0.0576 0.0664 0.07 21.024 24.236 25.55 0.9903 0.9872 0.9748 M≥1.9 0.0542 19.783 0.9905 0.9749 M≥2.0 0.0543 0.0439 0.0505 19.8195 16.0235 18.4325 0.9889 0.9631 M≥2.1 0.0514 0.0341 0.045 18.761 12.4465 16.425 0.9866 0.9623 The examination of the slope change in the cumulative number of events as function of time, for different magnitude thresholds. b b*365 R2

Soglia complet. M ≥ 2.0 (1084 eventi) CATALOGO CSI: 1789 eventi CATALOGO CSTI: 1789 eventi Soglia complet. M ≥ 2.0 (1084 eventi) CATALOGO CSI: 1789 eventi Soglia complet. M ≥ 1.9 (1182 eventi)

Zone 4 = 10.2∙107 J∙km-2∙yr-1 Log E = 2.9 + 1.9 ML - 0.024 ML2 Etot = 8.4*1012 joules Zone 2 = 4.48∙107 J∙km-2∙yr-1 M ≥ 1.9 Zone 3 = 0.08∙107 J∙km-2∙yr-1

PROCEDURA DECLUST. 2: DECLPOI (1) Confronto tra la distribuzione cumulativa delle frequenze dei tempi di inter-evento Δti nel catalogo e la distribuzione poissoniana attesa avente lo stesso tempo medio di inter-evento; individuazione del valore Δti’ che mostra il massimo eccesso di frequenza rispetto ad una distribuzione poissoniana. P = 1 − eλT

PROCEDURA DECLUST. 2: DECLPOI (2) Per tutte le coppie di eventi per cui Δti ≤ Δti’, viene calcolata una distanza dST che associa una separazione temporale τ e una distanza spaziale d attraverso l’espressione dST = dove C è un coefficiente di trasformazione della separazione temporale in distanza spaziale ed è uguale a 1 km/giorno. (3) La coppia di eventi per i quali la distanza dST è minima viene identificata come appartenente ad uno stesso comune cluster e fra questi l’evento di magnitudo minore viene escluso dal catalogo finale; quindi viene ricalcolato il valore di Δti. (4) Viene calcolato il coefficiente di variazione CV (= / ΔtMED) per tutti i valori Δti del catalogo modificato; se CV > 1 (valore atteso per una distribuzione poissoniana) gli step da 1 a 4 vengono ripetuti.

CSTI ORIG 1789 eventi

CSTI REASEN 1347 eventi

CSTI ORIG 1789 eventi

CSTI DECLPOI 610 eventi

CSTI ORIG 1714 eventi 241+401+182+890

CSTI REASEN 1272 eventi (1347) 236+366+175+495

CSTI ORIG 1714 eventi 241+401+182+890

CSTI DECLPOI 555 eventi (610) 139+190+95+131

aDECLP < aREAS e bDECLP < bREAS ZONE M SOURCE DECL. PROCED. LS MLM a conf. int. a b conf. int. b R2 1 CSTI DECLP 4.07 3.75 - 4.39 0.64 0.56 - 0.72 0.95 3.89 3.81 - 4.00 0.57 0.53 - 0.62 REAS 4.42 4.12 - 4.72 0.72 0.64 - 0.79 0.96 4.16 4.12 - 4.28 0.60 0.58 - 0.66 CSI 3.94 3.55 - 4.33 0.63 0.53 - 0.72 0.92 3.91 3.83 - 4.01 0.56 - 0.66 4.31 4.00 - 4.63 0.70 0.63 - 0.78 4.30 4.23 - 4.39 0.69 0.65 - 0.74 2 4.10 3.66 - 4.55 0.65 0.55 - 0.75 0.90 4.02 3.95 - 4.13 0.56 - 0.65 4.48 4.06 - 4.91 0.73 0.63 - 0.82 4.45 4.38 - 4.54 0.66 - 0.74 4.18 3.73 - 4.63 0.67 0.57 - 0.78 4.19 4.11 - 4.29 0.68 0.63 - 0.73 4.55 4.10 - 5.01 0.75 0.65 - 0.86 4.60 4.53 - 4.69 0.77 0.73 - 0.81 3 3.77 3.49 - 4.06 0.58 - 0.72 4.23 4.06 - 4.42 0.84 0.76 - 0.94 3.95 - 4.42 0.67 - 0.78 0.98 4.49 4.36 - 4.64 0.86 0.80 - 0.94 3.73 3.32 - 4.14 0.54 - 0.74 0.93 4.25 - 4.61 0.86 - 1.05 4.01 3.56 - 4.46 0.58 - 0.80 4.65 4.51 - 4.80 0.90 - 1.06 4 4.09 3.48 - 4.70 0.58 - 0.89 0.88 4.33 - 4.64 0.81 - 0.96 4.67 4.14 - 5.21 0.85 0.72 - 0.99 5.23 5.12 - 5.36 1.07 1.01 - 1.13 3.67 3.17 - 4.16 0.50 - 0.77 4.34 4.18 - 4.51 0.91 0.82 - 1.00 4.22 3.64 - 4.81 0.74 0.58 - 0.91 5.14 5.01 - 5.28 1.12 1.05 - 1.19 aDECLP < aREAS e bDECLP < bREAS effetto del maggior numero di eventi di bassa magnitudo rimasti con REAS.

MAGNITUDE CLASSES Z M.S. DECLUST. PROCED. 1 CSTI DECLP REAS CSI 2 3 4 G-R MAGNITUDE CLASSES 4.7 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 6.5 6.7 6.9 1 CSTI DECLP LS 3.38 2.51 1.87 1.39 1.04 0.77 0.57 0.43 0.32 0.24 0.18 0.13 MLM 4.36 3.35 2.58 1.99 1.53 1.18 0.91 0.70 0.54 0.41 0.25 REAS 3.77 2.71 1.95 1.40 1.01 0.73 0.52 0.38 0.27 0.19 0.14 0.10 5.82 4.39 3.32 2.50 1.89 1.43 1.08 0.81 0.61 0.46 0.35 0.26 CSI 2.86 2.14 1.61 1.20 0.90 0.68 0.51 0.28 0.21 0.16 0.12 3.36 2.55 1.93 1.46 1.11 0.84 0.64 0.48 0.37 3.33 2.41 1.74 1.26 0.66 0.09 3.71 2.70 1.97 0.76 0.55 0.40 0.29 0.11 2 3.48 2.59 1.92 1.06 0.79 0.58 4.59 3.49 2.65 2.01 1.16 0.88 0.67 0.39 0.22 3.95 2.83 2.02 1.45 0.74 0.53 4.94 3.59 2.61 1.38 1.00 0.20 0.15 3.26 2.39 1.75 1.29 0.94 0.69 3.20 2.34 1.72 0.92 0.49 0.36 3.67 2.60 1.84 1.30 0.65 0.33 0.23 0.08 3.50 2.46 1.73 1.21 0.85 0.60 0.42 0.07 3 1.64 1.22 0.50 0.06 0.72 0.05 0.03 0.02 0.01 1.41 1.10 0.04 0.00 1.81 1.32 0.96 4 1.50 1.07 1.82 1.23 0.83 0.56 0.17 0.30 1.44 0.45 0.34 1.83 0.47

MAPPA dell’84mo percentile con ZNA

CONCLUSIONI La procedura di declustering DECLPOI è più efficiente nel riconoscere l’interdipendenza tra eventi di bassa magnitudo; rimuove più del doppio di eventi rispetto alla tecnica di Reasenberg. Inoltre il DECLPOI è meno sensibile alle incertezze sulla stima della magnitudo. L’integrazione di dati strumentali opportunamente declusterizzati e di dati storici permette di aumentare la base statistica per il calcolo dei tassi di sismicità nelle zone sismogenetiche più piccole e con pochi dati storici.

CONCLUSIONI Il confronto tra i risultati ottenuti usando le zonazioni ZNA e ZS9 mostra che l’uso di zone sismogenetiche più estese può determinare significative differenze nelle stime di hazard, con incrementi nell’area di Lesina e delle Isole Tremiti e con riduzioni nel Tavoliere settentrionale, in misura tale da poter implicare variazioni nella classificazione sismica del territorio. Ciò è una conseguenza della ridistribuzione spaziale dei tassi di sismicità e dell’attenuazione dell’effetto di “spalmatura” dell’hazard, tipicamente associato a suddivisioni in zone di più elevata estensione. Questi dati evidenziano l’importanza critica della zonazione nelle stime di hazard, sicché occorre prevedere approfondimenti nello studio delle caratteristiche sismiche di quest’area per chiarirne gli aspetti controversi che possono riflettersi in scelte diversificate della zonazione.