Amato, B. De Simoni, R. Di Maro "Valutazione del b per alcuni domini sismotettonici Italiani" Atti del IV Convegno GNGTS (1985) Vol. I pp. 517-528 Uso.

Presentazione sul tema: "Amato, B. De Simoni, R. Di Maro "Valutazione del b per alcuni domini sismotettonici Italiani" Atti del IV Convegno GNGTS (1985) Vol. I pp. 517-528 Uso."— Transcript della presentazione:

1 Amato, B. De Simoni, R. Di Maro "Valutazione del b per alcuni domini sismotettonici Italiani" Atti del IV Convegno GNGTS (1985) Vol. I pp Uso del modello sismotettonico di Gasparini et al. (1985) che propongono una suddivisione del territorio in domini, basandosi su osservazioni legate alla sismicità delle aree e ad osservazioni di carattere geofisico (profili sismici crostali, geologia di superficie ecc.). Quattro sono stati i distretti analizzati perché disponevano di un numero di dati sufficienti per l’analisi. Per poter utilizzare il maggior numero di dati a disposizione, sono stati utilizzati (catalogo ENEL-ING) tutti i dati (strumentali e non) a partire dall’anno 1000 fino al 1983, utilizzando la relazione di Marcelli-Montecchi (1962) per ricavare la magnitudo dall’intensità. E’ stata fatta un’analisi di completezza (metodo di Stepp, 1972) per valutare intervalli di tempo ritenuti completi per determinati valori di intensità.

2 Sui periodi ritenuti completi è stata calcolata la Gut. -Rich
Sui periodi ritenuti completi è stata calcolata la Gut.-Rich. ricavando i valori del b per ogni dominio sismotettonico. Risultati L’area peritirrenica e l’Appennino centro-settentrionale hanno un valore del b confrontabile compreso tra 1 e 1.1 Le altre due aree hanno un valore del b leggermente inferiore. In letteratura il valore del b (legato alla densità, numero e lunghezza delle fratture) ha una stretta dipendenza dallo sforzo applicato. Questo ci porta a concludere che una maggiore concentrazione di sforzi è applicata all’Appennino meridionale e all’avanfossa Adriatica, rispetto alla fascia peritirrenica e all’Appennino centrale dove l’energia viene liberata in modo più graduale.

3 E’ opportuno trovare una relazione empirica che leghi le due grandezze
R. Di Maro, A. Tertulliani (1990) "The relation between intensity and magnitude for Italian earthquakes" Pure Appl. Geophys. 132, pp Considerazioni: L’intensità e la magnitudo sono due grandezze di differente natura: la prima è di tipo discreto, ricavabile a posteriori tramite osservazioni dirette; la seconda è una funzione matematica continua che può assumere anche valori negativi. E’ opportuno trovare una relazione empirica che leghi le due grandezze Database Sono stati considerati circa 500 eventi italiani dal 1969 al 1986 di cui si disponeva sia delle intensità che delle magnitudo. Sono stati esclusi gli eventi delle regioni vulcaniche e quelli con epicentro in mare.

4 Per ogni grado di intensità ( a partire dal III fino allo VIII) si sono ricavate le corrispondenti magnitudo. Gli istogrammi effettuati, suggerivano l’ipotesi di due possibili distribuzioni: l’una gaussiana, l’altra di tipo a “box”. La bontà delle approssimazioni sono state valutate con il test del 2 . E’ stata creata una tabella di corrispondenze tra Magnitudo e Intensità che è ancora oggi in uso presso la sala operativa dell’INGV.

5 Console, De Simoni, Di Maro (1991) "Evoluzione del concetto di sismografo: mini-arrays e terne a larga banda" Aree sismogenetiche e rischio sismico in Italia (ed. Il Cigno Galileo Galilei) Vol. II pp. 9-36

6 L. Cucci, R. Di Maro "A geological, seismic and hydrogeological survey of the February 23, 1991 Cassino earthquake" Il Nuovo Cimento, Vol. 15 C, n.2 Marzo-Aprile 1992 pp A seguito dell’evento del 23/2/1991, localizzato a Nord Ovest di Cassino (Md=2.9, profondità=4.51.6 km) si manifestarono nella zona fenomeni che allarmarono sia la popolazione sia le autorità. Due stazioni mobili equipaggiate con sismometri S-13 e relativi portacorder per la registrazione su carta, vennero installate nei punti dove erano stati riferiti i maggiori effetti dei fenomeni. Sia dall’analisi della sismicità storica che da quella strumentale sia pure dall’evoluzione sismica del fenomeno (una decina di scosse di durata inferiore ai 10sec.) si è concluso che non si poteva parlare di “sequenza sismica” che è seguita ad un evento principale, né di uno sciame. Considerando che nella piana di Cassino esistono molti pozzi per che servono gli acquedotti campani, l’ipotesi suggerita è quella che gli eventi sono stati indotti da un cambiamento della pressione idrostatica dovuto alle nuove condizioni della circolazione idrogeologica.

7 La rete del Sannio-Matese
P. Federici, R. Di Maro, A. Marchetti, M. Cocco "Analisi della sismicità nell'area del Sannio-Matese" Atti dell'XI Convegno GNGTS (1992) Vol. I pp La rete del Sannio-Matese Dall’analisi della sismicità storica, l’area in questione è stata sede di 17 eventi di intensità superiore al IXo MCS la cui distribuzione epicentrale si concentra principalmente lungo la parte centrale della catena Appenninica (tra questi si citano: luglio 1654 IXo-Xo nell’area di Cassino; 1805 Xo colpisce la provincia di Campobasso; due eventi nel dicembre 1456 del Xo e XIo a Nord di Benevento; 1688 Xo nella provincia di Benevento). Dall’analisi della sismicità recente fino al 1990, risultano tre le zone attive: quella di San Donato Val di Comino, Isernia e l’area a Nord-Est di Benevento. Le scosse si presentano concentrate in sciami o sequenze (maggio 1984 due scosse di ML=5.4 e 5.2 seguite da numerose repliche; Matese dicembre 1985 uno sciame sismico di ML massima =3.2; gennaio 1986 zona Nord-Est di Isernia uno sciame sismico con 2.0 ML  4.0; aprile-maggio 1990 area beneventana, sequenza sismica con ML massima =3.5)

8 La sismicità rilevata dalla rete locale durante gli anni 1991-1992
L’attività registrata dalla rete locale è consistita in una sismicità concentrata in sciami, la magnitudo massima registrata degli oltre 400 eventi è stata di 3.7. Le profondità ipocentrali sono comprese nei primi 15Km di crosta. Dall’analisi temporale risultano evidenti tre sciami: il primo (giugno 1991) localizzato nella zona Nord-Est di Benevento, è consistito in una ventina di scosse di Md compresa tra 1.0 e 2.0. Gli eventi sono risultati tutti molto superficiali (tre 3 e 5km). Il secondo si è verificato nella zona di San Donato durante la prima decade dell’agosto Le scosse, di magnitudo compresa tra avevano una profondità ipocentrale tra 5 e 15km. L’ultimo e più rilevante, è avvenuto nella zona di Pesco Sannita nel marzo L’evento più forte delle circa 300 scosse avvenute nell’arco di pochi giorni, ha avuto Md=3.7. Dalle sezioni trasversali effettuate nella direzione appenninica e antiappenninica risulta che le due sequenze del 1991 e 1992 sono contenute in volumi abbastanza limitati (<10km di lato). Per circa 50 eventi di cui si disponeva di più di 8 polarità abbiamo calcolato i meccanismi focali.

9 R. Di Maro "Problematiche connesse con il calcolo della funzione di trasferimento dei sismografi in uso presso la rete sismica nazionale centralizzata dell'Istituto Nazionale di Geofisica" Pubblicazione n.551 ING (Ottobre 1993) La funzione di trasferimento di un sistema ideale Un sistema è ideale è quello che ha parametri costanti (cioè se tutte le proprietà fondamentali sono invarianti nel tempo) ed è lineare tra ingresso e uscita e cioè se verifica: la proprietà additiva: dati due ingressi arbitrari x1 e x2 allora f(x1 + x2)=f(x1)+f(x2) la proprietà di omogeneità: comunque presa la costante c si ha: cf(x)=f(cx) Se h(τ) è la risposta del sistema all’impulso unitario, allora possiamo caratterizzare il sistema con una funzione di trasferimento H(p) che è definita come la trasformata di Laplace di h(τ). dove p=a+ib Se il sistema in questione è fisicamente realizzabile, allora le caratteristiche del sistema possono essere descritte dalla funzione di risposta in frequenza che è la trasformata di Fourier di h(τ) Ma possiamo porre il limite inferiore =0 visto che per τ<0 h(τ)=0 e quindi questa ultima eq. È un caso particolare della precedente con a=0 e b=2πf

10 Considerando l’integrale di convoluzione:
Che lega l’ingresso arbitrario x(t) all’uscita y(t)e applicando la trasformata di Fourier si ottiene una semplice espressione algebrica: Y(f)=H(f)X(f) La funzione di risposta in frequenza può essere scritta: Dove |H(f)| è detto guadagno del sistema, e fattore di fase Vogliamo allora calcolare la Funzione di trasferimento di un sistema che è definita come il rapporto tra la trasformata di Laplace del segnale di uscita e la trasformata di Laplace del segnale di ingresso. Quindi se x(t) è il movimento del suolo generato da un evento sismico e y(t) la registrazione digitale alla fine della catena strumentale: x(t)[H]y(t) Se valutiamo la catena strumentale in ogni punto e cioè: sismometro elettromagnetico, filtri analogici, conversione in counts dell’ampiezza dell’AD converter, basterà moltiplicare le fdt dei tre componenti la catena per ottenere la funzione di trasferimento globale.

11 Interpretazione in termini di poli e zeri della Funzione di trasferimento:
Dove s=jw e dove gli zeri dove la funzione si annulla e i poli sono i punti dove la funzione non è definita. Una volta trovati i valori dei poli, degli zeri e della costante c la funzione di trasferimento è perfettamente definita. Dal grafico si vede che l’introduzione nella catena strumentale di un filtro a tre poli sul demodulatore attenua di circa 18db il guadagno della fdt.

12 Associazione di segnali provenienti da una stessa origine
R. Console, R. Di Maro (1993) "Controllo di un trattato di proibizione degli esperimenti nucleari sotterranei con metodi sismologici." Ricerche nel campo della sismologia e geodinamica negli anni Istituto Nazionale di Geofisica. Roma. pp Questo lavoro è stato scritto prima del 26 settembre 1996 e cioè prima che venisse adottato dalle Nazioni Unite un Trattato di proibizione. Si fa riferimento ad una cronologia di eventi e ai compiti che un sistema internazionale deve assolvere: Rilevazione di tutti i segnali sismici al disopra di un livello specificato Associazione di segnali provenienti da una stessa origine Localizzazione e identificazione degli eventi Stima dell’energia associata agli eventi nucleari Infine si fa riferimento alla partecipazione Italiana ad uno degli esperimenti effettuati su larga scala denominato GSETT-2

13 Di raffronti fatti si possono trarre le seguenti conclusioni:
R. Di Maro, A. Marchetti "Detection capability of the Italian network for teleseismic events" Annali di Geofisica, Vol. XXXVII, n.3 June 1994 pp Durante le riunioni del GSE a Ginevra si discuteva del sistema globale di monitoraggio e delle sue potenzialità rispetto alla possibilità di registrare un evento nucleare clandestino. Questo lavoro voleva essere il contributo italiano al GSE e si proponeva di dimostrare le capacità della rete nazionale di registrare un evento telesismico e di indicare quali erano le stazioni che avevano registrato un maggior numero di eventi lontani. Come database è stato adottato il bollettino ING per il periodo Gennaio 1991, Giugno Il database di riferimento delle localizzazioni ipocentrali è stato il bollettino del NEIC da cui sono stati selezionati circa 900 eventi da circa 9000 localizzati in tutto il mondo. Di raffronti fatti si possono trarre le seguenti conclusioni: è chiara l’influenza della zona d’ombra (100o135o): le onde sismiche provenienti da distanze maggiori di 135o vengono registrate meglio. gli algorimi di detection sono efficaci per eventi di magnitudo superiore a 6, per magnitudo inferiori …….

14 …… sono state osservate due direzioni privilegiate:  <40o e 75o< <111o ; questo fatto, sicuramente non attribuibile agli algoritmi di detection, suggeriscono l’ipotesi di fattori di amplificazione che le onde subiscono durante il loro tragitto. Infine è stato fornito l’elenco delle stazioni con la percentuale di eventi registrati rispetto al totale. Le stazioni con un buon rapporto segnale-rumore, sono quelle che hanno risultano avere la probabilità più alta di registrare telesismi.

15 A lato la sismicità storica
E. Boschi, R. Console, R. Di Maro, M. Murru “Contributo dell’Istituto Nazionale di Geofisica alla conoscenza della sismicità nella Basilicata” Bas. Reg. Not. anno XI 1998, n.4/5 pp ed. Con. Regione Basilicata La regione Basilicata è interessata da due faglie principali con direzione appenninica dove è concentrata l’attività sismica più importante e da una serie di faglie minori con direzione antiappenninica che hanno dato luogo ad eventi meno importanti ma più frequenti. A lato la sismicità storica

16 La sismicità recente In Basilicata e nelle aree limitrofe, si contano 275 eventi superficiali con profondità inferiore a 70 km, per la maggior parte concentrati nell’area irpino-lucana. In figura gli eventi con magnitudo superiore o uguale a 3.2 dal 1/1/75 al 15/3/98. Dall’analisi statistica, i parametri della Gut-rich. a = 5.326, b = /- 0.06 da cui ricaviamo il periodo di ricorrenza medio Tr fra terremoti eccedenti una data magnitudo una volta noto il tempo totale d’osservazione To (23 anni):  Tr = To / 10 (a-bM)

17 PTS and Field Testing participants “ Passive Seismic Aftershock monitoring System Testing Programme: Phase B Initial Field Testing” Technical Report CTBT/PTS/TR/2002-1 Clean area Central Station Nest A Hills Nest B Forest area Up hill access to the field ~ 1 km Questo esperimento è stato ospitato in un sito militare (Turecky) a circa 30km da Bratislava nella parte Ovest della Slovacchia. L’area dell’esperimento era di circa 15km2, Il centro dell’area (in bianco nella figura) di 3kmx0.5km piuttosto piatta e priva di vegetazione; per questo motivo, ed anche per ragioni di sicurezza, ha ospitato la stazione centrale di acquisizione dei segnali. Intorno fitta vegetazione e colline di circa 50m più alte della parte centrale. Le stazioni sismometriche sono state ospitate tutt’intorno alla parte centrale. Vista la particolare situazione orografica e la presenza di alberi alti fino a 20m, era previsto l’impiego di stazioni ripetitrici

18 Hardware 8 stazioni remote, ognuna composta da:
L22, Vertical component seismometer, 2 Hz natural frequency, or 3 component seismometer with same specification. HIGH RESOLUTION DIGITIZER, 3 channels, 24-bit SCSI hard drive Sealed Lead Acid (SLA) rechargeable battery, 225 AH, for 2 weeks field station continuous operation (before recharge). 75 Watt Solar Panel Kit GHZ, 115 Kbaud Spread Spectrum wireless data Transceiver 2.4 GHz, 5 dB elevated feed gain omnidirectional antenna 25 foot Coaxial cable Cable to connect the digitizer to the transceiver, 200 ft. (~60 m). Fiberglass telescoping antenna mast. Tent Tarpaulin Una Stazione Centrale composta da: One On-line Seismic Data Processor (Primary Server) and one Off-line Seismic Data Processor (Secondary Server), each consisting of Pentium Processor, Windows NT with NT server, 64 Meg RAM, 8.4 GB hard drive, CD Read/Write, SCSI card, Ethernet capability, industrial shock-mount chassis, Enhanced key board with 101 keys, 3-bottom Microsoft mouse, 15” SVGA monitor non-interlaced, UPS 220 V for uninterrupted operation of AC powered monitor during about 20 min., Media Re-Writable HP, Sealed Lead Acid (SLA) rechargeable battery 225 AH, 12V battery charger 40 Amp continuous duty (dual output), Data acquisition, communication and network software.

19 Laptop computer for setting up remote stations and collecting data
12V battery charger, 40 Amp continuous duty (dual output) Color printer for documentation. Modem, 33.6 Kbps, International model with serial cable (to be installed at the Central). RAID Controller (RAID) with 6 Drive Canisters Wide, GB drives MHz or GHz, 115 kbaud Spread Spectrum wireless data Transceiver MHz or 2.4 GHz 5 dB elevated feed gain omnidirectional antenna. 50 foot Coaxial cable. Telescoping antenna mast. Disk Recording Subsystem, with >4 GB capacity, for data exchange at field site Connecting cabels Power Generator 4500Watts Da notare: Il GPS del digitalizzatore non forniva le coordinate per la posizione della stazione. Questo è stato fatto con un GPS manuale. Per gli stendimenti con connessione in telemetria, a causa della limitazione del sistema Spread Spectrum, i dati sono stati registrati a 100 sps. Negli stendimenti non in telemetria la registrazione era a 250sps.

20 Software Field Setup Controller (FSC) To set DAS parameter Network Controller Interface (NCI) DAS command and control Reftek Network Controller (RNC) Java interface for NCI Rtpd Establishes RefTek potrocols Check Data Checks on integrity of incoming data Archive Utilities Creates archives and stores data Arcseis (Ref2SUDS [1.54], Seisan [7.1] Fetches and converts data files in the archive to SEISAN Format PC-SUDS Data-analysis program Earthworm Acquires telemetred data FWMaster Monitors radio connection GPS Firmware Code Puts the time signals to the seismic signals DAS Firmware Code Acquisition Software SEISAN Seismic analysis software CDWriter Plus CD writing software

21 Attività di campagna Data Ora Attività Finalità & Commenti 01/10/01
Installazione della rete, consistente in sette stazioni remote ed una Centrale Operativa, in telemetria. 02/10/01 Mattina Completamento dell’installazione per il primo esperimento. Pom. 15:00 Test E01: Scoppio n. 1 (7kg) Stima del rendimento della rete. 03/10/01 Mattina 10:00 12:00 Test E02: Scoppio n. 2 (5kg) Test E03: Scoppio n. 3 (3kg) Usando la telemetria si è stimata la capacità della rete nel registrare eventi di intensità decrescente. 04/10/01 Disinstallazione della rete telemetrica Valutazione del rendimento della rete in telemetria. 05/10/01 Installazione della rete in modalità "stand-alone" per la configurazione degli esperimenti successivi. Test E04: Scoppio n.4 (1kg) Test E05: Scoppio n.5 (1kg) Determinazione della distanza massima di rilevazione del segnale Attività di campagna

22 08/10/01 Mattina Installazione della rete in modalità "stand-alone" per la configurazione degli esperimenti successivi. Pom. 13:00 15:00 Test E06: Scoppio n.6 (1kg) Scoppio n.7 (1kg) Test E07: Scoppio n.8 (2kg) Scoppio n.9 (1kg) Scoppi simultanei a piccole distanze. Determinazione della capacità della rete di distinguere eventi simultanei. 09/10/01 10:00 10:30 Test E08: Scoppio n.10 (0.4kg) Scoppio n.11 (0.4kg) Determinazione della migliore geometria della rete al fine di restringere l’area da investigare. 15:30 Test E09: Scoppio n.12 (0.4kg) Scoppio n.13 (0.4kg) 10/10/01 Esperimenti addizionali Disinstallazione della rete e imballaggio della strumentazione per il trasporto in albergo. Questi test fuori programma, sono stati effettuati per provare la bontà della determinazione dell’azimut e della distanza di un evento nel caso di una geometria triangolare.

23 Scenario per i test E01, E02 E03 E01: tutte le stazioni hanno registrato l’evento in telemetria a parte una in stand-alone. L’analisi dei parametri ipocentrali fornisce una localizzazione abbastanza accurata nonostante che il primo arrivo non fosse chiarissimo. E02: solo tre stazioni hanno registrato l’evento a causa di un problema verificatosi alla CS. La localizzazione ricade nell’ellissoide di dispersione. E03: cinque stazioni in telemetria più una stand alone hanno registrato l’evento. I segnali si distinguono per tutti e tre gli eventi anche se un disturbo ha reso difficile la lettura dei primi arrivi. Le magnitudo calcolate diminuiscono con il diminuire della potenza dell’esplosione.

24 Scenario per i test E04, E05, E06, E07
E04-E05: In entrambi i casi i segnali sono stati individuati e quindi è stato possibile calcolare un epicentro abbastanza accurato. Nel secondo evento il segnale proveniente dal sensore più lontano è stato individuato con difficoltà. E06-E07: Questi test sono stati eseguiti per determinare la capacità del sistema di distinguere due eventi piccoli a distanze ravvicinate (<200m). Dopo molti tentativi, essendo a conoscenza che i punti di scoppio erano due e non uno solo, si è notata la presenza di due picchi nello spettro della coda di una stazione. Abbiamo così deciso, visto che non potevamo presumere una conoscenza a priori della sorgente, di considerare i segnali come provenienti da un unico punto. Gli errori della localizzazione sono stati di circa 200mx200m.

25 Scenario per i test E08, E09, E10 E08: Due scoppi a distanza di 30min di piccolissima potenza (0.4kg di TNT), uno interno all’array, l’altro esterno. Il primo è stato ben determinato con un errore piccolissimo con i soli primi arrivi (le S non si distinguevano). Il secondo non è stato ben determinato, nonostante l’inserimento di una seconda fase. Il punto di scoppio cade fuori dall’ellisse degli errori mentre l’epicentro rimane interno all’array. E09: Per la determinazione di questi due eventi è stata necessaria la lettura delle fasi S. In entrambi i casi l’ellissoide degli errori è piuttosto grande e la determinazione epicentrale cade all’interno dell’array in entrambi i casi. E10: Questo esperimento addizionale (0.4kg di TNT) è stato fatto per determinare, con la tecnica degli array sismici, la direzione di provenienza delle onde sismiche. Gli errori nella direzione di provenienza sono stati inferiori ai 500m.

26 The END …….

27 Recent seismicity of the “Acque Albule” travertine basin C
Recent seismicity of the “Acque Albule” travertine basin C. Gasparini , R. Di Maro, N. Pagliuca, M. Pirro and A. Marchetti Il periodo sismico occorso in quattro centri densamente abitati a NE di Roma (Guidonia, Collefiorito, Villalba e Bagni di Tivoli), ha spaventato enormemente la popolazione a causa di forti scuotimenti associati a forti boati. La maggior parte degli eventi non è stata registrata dalla RSNC in quanto di magnitudo molto piccola (<3.0). Per questo motivo si decise di installare alcune stazioni digitali che hanno monitorato il fenomeno. In figura la determinazione ipocentrale 3D evidenzia la disposizione degli eventi su un piano che immerge quasi verticalmente in direzione anti-Appenninica. Gli eventi considerati sono 99 e sono stati registrati dalle cinque stazioni della rete locale dal 28/6 al 11/7/2001.