La sequenza sismica 2016-2017 nell’Appennino centrale: assetto crostale e sismotettonica

L’Appennino centrale è stato interessato negli ultimi decenni da importanti sequenze sismiche, tra cui vanno ricordate quella di Colfiorito nel 1997, dell’Aquila nel 2009 e la più recente tra il 2016 e il 2017 tra Amatrice, Norcia e Visso.

La sequenza sismica del 2016-2017 ha fatto registrare oltre 118.000 terremoti, di cui circa 1200 con magnitudo compresa tra 3.0 e 3.9, 70 tra 4.0 e 4.9, e 9 eventi con magnitudo compresa tra 5.0 e 5.9. Gli eventi principali di magnitudo pari o superiore a 6 si sono verificati il 24 Agosto 2016 nella zona di Accumoli (Mw 6.1) e il 30 Ottobre 2016 nella zona di Norcia (Mw 6.5) (Figura 1).

Figura 1. Distribuzione degli eventi della sequenza sismica in Italia Centrale 2016-2017 (https://ingvterremoti.com/2020/08/24/a-quattro-anni-dal-terremoto-del-24-agosto-2016-in-italia-centrale/). Lo studio dell’assetto del sottosuolo dell’Appennino Centrale fino alle profondità sismogenetiche (ovvero fino a 12-15km) è di fondamentale importanza in quanto si ha necessità di capire quale sia relazione tra le geometrie delle faglie in profondità e la distribuzione degli eventi sismici localizzati nel volume crostale interessato, anche per una più corretta valutazione della pericolosità sismica di queste aree.

In questo ambito i modelli geologici 3D sviluppati a partire dall’analisi di dati di sottosuolo, integrati con le informazioni provenienti dalla geologia di superficie e altre analisi geofisiche indipendenti, rappresentano un potente strumento per l’investigazione della porzione superiore della crosta terrestre (fino a 20-25 km di profondità) e permettono di fare delle ipotesi robuste riguardo l’attivazione di faglie o porzioni di esse durante le sequenze sismiche.

La geologia di superficie delle zone interessate dalla sequenza sismica dell’Italia centrale è caratterizzata da unità prevalentemente carbonatiche (principalmente calcari e dolomie) accavallate attraverso i sovrascorrimenti mio-pliocenici dei Sibillini e del Gran Sasso sulle unità terrigene del Bacino di avanfossa della Laga costituite da sabbie, marne e argille.

In affioramento è possibile anche seguire le tracce delle principali faglie normali ad attività anche recente, come i sistemi di faglie del Monte Vettore-Bove e dei Monti della Laga-Gorzano, e riconoscere i bacini intramontani di Castelluccio, Norcia e Amatrice (Figura 2).

L’INGV, attraverso l’infrastruttura del SISMOLAB-3D, assieme agli altri centri di competenza del Dipartimento di Protezione Civile, ovvero l’ISPRA e il CNR (IGAG e IREA), si è attivato per la ricostruzione del primo modello geologico 3D dell’area interessata dai terremoti della sequenza dell’Appennino Centrale 2016-2017 a partire da dati di geofisica di sottosuolo, nell’ambito del progetto multidisciplinare denominato RETRACE-3D.

Il modello geologico 3D di sottosuolo rappresenta il principale risultato del progetto e mette in evidenza l’elevata complessità tettonica dell’area dell’Appennino centrale. Tale settore è caratterizzato infatti dalla sovrapposizione di diverse unità tettoniche avvenuta durante la fase della strutturazione della catena appenninica ad opera dei principali sovrascorrimenti regionali dei Sibillini, dell’Acquasanta e del Gran Sasso. Allo stesso modo il modello geologico 3D evidenzia la presenza di faglie normali riferite a fasi tettoniche precedenti l’orogenesi appenninica. Tali faglie normali appaiono oggi sradicate dal loro substrato e trasportate dai sovrascorrimenti principali, mentre la loro parte più profonda appare preservata al di sotto dei sovrascorrimenti (Figura 3 e video).

Modello geologico 3D dell’area interessata dalla sequenza sismica 2016-2017 dell’Italia Centrale (www.retrace3d.it).

Il volume geologico modellato in 3D è stato successivamente confrontato con la localizzazione dei terremoti delle sequenze del 2009 e 2016-2017 (Figura 4). Tale confronto ha permesso di discutere alcune ipotesi proposte in precedenza in altri studi (Bonini et al., 2019; Cirella et al., 2018; Cheloni et al., 2019; Scognamiglio et al., 2018) riguardo sia l’attivazione di nuove faglie sia la riattivazione di faglie ereditate da precedenti fasi tettoniche durante le recenti sequenze sismiche.

I risultati principali del lavoro svolto nell’ambito del progetto RETRACE-3D possono essere così sintetizzati: 

1. L’ossatura della catena dell’Appennino centrale è principalmente il risultato della fase compressiva, con sovrapposizione di unità tettoniche ad opera dei principali sovrascorrimenti, e mostra un’elevata complessità strutturale fino alla base dello strato sismogenetico (intorno ai 12-15 km)
2. Esistono numerose faglie ereditate da eventi tettonici precedenti (sia compressivi che estensionali) trasportate dai sovrascorrimenti principali o preservate al di sotto di essi
3. Le faglie ereditate, sia estensionali che compressive, possono essere riattivate nell’attuale regime di estensione

Più in particolare per la sequenza dell’Italia centrale 2016-2017, si può ragionevolmente affermare che:

1. Il terremoto del 24 Agosto 2016 (Mw 6.1) si è enucleato nel segmento settentrionale della faglia dei Monti della Laga-Gorzano, dove questa raggiunge profondità sismogenetiche.
2. Il terremoto del 30 Ottobre 2016 (Mw 6.5) si è enucleato sulla parte profonda del sovrascorrimento dei Sibillini, che si è riattivato con una cinematica estensionale secondo un processo noto come “inversione tettonica”.
3. gli eventi di magnitudo superiore a 5 dell’Aprile del 2009 e del 18 Gennaio 2017 avvenuti nella zona del lago di Campotosto si sono enucleati lungo faglie normali ereditate preservate al di sotto del sovrascorrimento dell’Acquasanta.

I risultati ottenuti in questo lavoro sono di notevole interesse nell’ambito del fervente dibattito scientifico tuttora in corso riguardo la sismotettonica dell’Appennino Centrale, e possono essere di supporto per le valutazioni della pericolosità sismica di queste zone.

I prodotti del progetto RETRACE-3D (il report esteso delle attività e il modello geologico tridimensionale), sono liberamente scaricabili sul sito di progetto (http://www.retrace3d.it/) con licenza CC BY 4.0.

Su questo argomento si è tenuto recentemente un seminario interno per INGV di cui è disponibile la registrazione al seguente link: https://youtu.be/lJPpfjy5dU0

a cura di Mauro Buttinelli e Francesco Emanuele Maesano (INGV Roma1)

Riferimenti bibliografici

Bonini, L., Basili, R., Burrato, P., Cannelli, V., Fracassi, U., Maesano, F. E., et al. (2019). Testing different tectonic models for the source of the Mw 6.5, 30 October 2016, Norcia earthquake (central Italy): A youthful normal fault, or negative inversion of an old thrust? Tectonics, 38, 990– 1017. 

Buttinelli, M., Petracchini, L., Maesano, F. E., D’Ambrogi, C., Scrocca, D., Marino, M., … & Di Bucci, D. (2021). The impact of structural complexity, fault segmentation, and reactivation on seismotectonics: Constraints from the upper crust of the 2016–2017 Central Italy seismic sequence area. Tectonophysics, 810, 228861.

Cirella, A., Pezzo, G., & Piatanesi, A. (2018). Rupture kinematics and structural‐rheological control of the 2016 Mw6. 1 Amatrice (Central Italy) earthquake from joint inversion of seismic and geodetic data. Geophysical Research Letters, 45(22), 12-302.

Cheloni, D., D’Agostino, N., Scognamiglio, L., Tinti, E., Bignami, C., Avallone, A., … & Mattone, M. (2019). Heterogeneous behavior of the Campotosto normal fault (central Italy) imaged by InSAR GPS and strong-motion data: Insights from the 18 January 2017 events. Remote Sensing, 11(12), 1482.

Di Bucci, D., Buttinelli, M., D’Ambrogi, C., Scrocca, D., et al., (2021). RETRACE-3D project: a multidisciplinary collaboration to build a crustal model for the 2016-2018 central Italy seismic sequence. Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata, 62(1).

Michele, M., Chiaraluce, L., Di Stefano, R., & Waldhauser, F. (2020). Fine‐scale structure of the 2016–2017 Central Italy seismic sequence from data recorded at the Italian National Network. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(4), e2019JB018440.

Progetto RETRACE-3D (http://www.retrace3d.it/)

Retrace 3D, Rapporto Finale di Progetto  (https://zenodo.org/record/4604940#.YkVs7OczYuU) 

Scognamiglio, L., Tinti, E., Casarotti, E., Pucci, S., Villani, F., Cocco, M., … & Dreger, D. (2018). Complex fault geometry and rupture dynamics of the MW 6.5, 30 October 2016, Central Italy earthquake. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 123(4), 2943-2964.

Valoroso, L., Chiaraluce, L., Piccinini, D., Di Stefano, R., Schaff, D., & Waldhauser, F. (2013). Radiography of a normal fault system by 64,000 high‐precision earthquake locations: The 2009 L’Aquila (central Italy) case study. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 118(3), 1156-1176.

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