I meccanismi focali dei terremoti M≥4.0 della sequenza sismica di Amatrice-Visso-Norcia

Il catalogo dei meccanismi focali basati sulle prime polarità delle onde P dei terremoti avvenuti in Italia con magnitudo M≥4.0 tra il 2015 e il 2019 [pubblicato da Ciaccio et al., 2021] contiene uno specifico approfondimento dedicato agli eventi della sequenza di Amatrice-Visso-Norcia (AVN), nell’Appennino centrale, un’area caratterizzata da un’intensa attività sismica (Figura 1). Durante questa sequenza sismica, iniziata il 24 agosto del 2016 con il terremoto di Amatrice, Mw 6.0, 9 terremoti hanno avuto magnitudo M≥5.0 (Figura 1) e 65 terremoti hanno avuto magnitudo compresa tra 4.0 e 5.0. Oltre al terremoto di Amatrice del 24 agosto, gli eventi principali sono stati il terremoto di Visso del 26 ottobre (Mw 5.9) e il terremoto di Norcia (Mw 6.5) del 30 ottobre, il più forte avvenuto in Italia dopo l’evento del 1980 in Irpinia e Basilicata.

**Figura 1** Mappa dei principali epicentri della sismicità (magnitudo M≥1.5) verificatasi dal 1981 e registrata prima (cerchi azzurri) del 24 agosto 2016 e dopo (cerchi rosa) [1]. Le stelle e i relativi meccanismi focali rappresentano gli epicentri dei terremoti con magnitudo M≥5.0 [Deschamps et al., 1984; Haessler et al., 1988; Chiaraluce et al., 2003; Ciaccio et al., 2005; Valoroso et al., 2013; Chiaraluce et al., 2017; [2]]: i terremoti sono numerati secondo un ordine temporale (dal più vecchio al più recente). Le scosse principali sono relative alle sequenze sismiche di Norcia (1979, evento 1), Gubbio (1984, evento 2), Umbria-Marche (1997, eventi 3–8), Gualdo Tadino (1998, evento 9), L’Aquila (2009, eventi 10–14) e Amatrice-Visso-Norcia (2016, eventi 15–23). I quadrati verdi indicano i terremoti storici, con intensità I ≥9.0 MCS, tratti da CPTI [Rovida et al., 2019] [modificata da Moschella et al., 2021].

I meccanismi focali calcolati a partire dalle prime polarità

Le soluzioni focali ottenute con le prime polarità delle onde P sono un buon indicatore della geometria della faglia al momento iniziale della rottura, e possono quindi fornire importanti informazioni aggiuntive a quelle ottenute col momento tensore sismico [Anderson, 1988]. Quest’ultimo definisce il comportamento medio della sorgente, e può inoltre produrre soluzioni meno stabili e/o più rumorose se applicato a eventi sismici con magnitudo M<3.5, mentre le prime polarità forniscono informazioni riguardo la fase iniziale del processo. Il confronto tra i due approcci può rivelare aspetti della dinamica della rottura che, soprattutto in aree sismogeneticamente complesse, non emergono da una sola tipologia di soluzione, sfruttando anche le informazioni provenienti da magnitudo inferiori [Ciaccio et al., 2006; Saraò et al., 2021].

Il ruolo del Bollettino Sismico Italiano

Il Bollettino Sismico Italiano (BSI [2]) dell’INGV ha dedicato agli eventi sismici della sequenza una particolare strategia di analisi [Marchetti et al., 2016] revisionando manualmente oltre 100.000 terremoti distribuiti in un’area lunga circa 60 km, da Muccia, a nord, fino a Montereale, a sud, dove la sequenza AVN si sovrappone alla porzione più settentrionale della sequenza aquilana del 2009. Questo accurato lavoro di rielaborazione ha permesso di costruire un catalogo di elevata qualità, successivamente utilizzato per ricostruire con grande dettaglio la distribuzione degli ipocentri e la complessa geometria del sistema di faglie attivato [Michele et al., 2016, 2020; Chiaraluce et al., 2017; Improta et al., 2019].

Lo studio presentato parte dal riesame delle letture delle prime polarità delle onde P effettuate dagli analisti del BSI.

Localizzazione multiparametrica e calcolo dei meccanismi focali

Tutti i terremoti selezionati sono stati accuratamente rilocalizzati utilizzando una procedura multiparametrica in modo da ottenere stime più robuste dei parametri ipocentrali e degli angoli di take-off; i meccanismi focali sono stati calcolati usando il codice FPFIT [Reasenberg and Oppenheimer, 1985]. Partendo da un approccio linearizzato [codice Hypoellipse, Lahr, 1999] la procedura multiparametrica utilizza il miglior modello di velocità 1D (unidimensionale) per l’area, esplorando lo spazio delle soluzioni dell’ipocentro modificando tre condizioni chiave a priori che influenzano fortemente la convergenza della soluzione: la profondità di prova iniziale, la funzione peso dei tempi di arrivo con la distanza, e il taglio dei residui dei tempi di percorrenza delle onde (travel times).

Il codice FPFIT calcola le soluzioni del piano di faglia a doppia coppia a partire dai dati del primo arrivo dell’onda P utilizzando un metodo di ricerca a griglia. Per limitare gli errori derivanti da un cattivo rapporto segnale/rumore o da inversioni di polarità delle stazioni, il dataset è stato sottoposto a un rigoroso controllo di qualità: tutte le polarità disponibili sono state controllate, correggendo eventuali inversioni e aggiungendo nuove letture quando la qualità del segnale lo consentiva. Sono state mantenute solo le polarità relative ai picking di peso migliore (peso 0 e 1) e, per ogni evento, è stato richiesto un minimo di 10 osservazioni riuscendo a vincolare, in questo modo, 51 meccanismi focali.

Il quadro generale della sequenza sismica di Amatrice-Visso-Norcia

Le soluzioni focali hanno confermato il carattere prevalentemente estensionale della sequenza (orientamento NNW–SSE) emerso dal calcolo dei Time Domain Moment Tensors (TDMT) [3] e Regional Centroid-Moment Tensors (RCMT) [4]. La sismicità analizzata si distribuisce per oltre 50 km lungo una direzione media circa NNW-SSE e tende ad approfondirsi da nord verso sud, tra circa 3 e 13 km di profondità (Figura 2 e 3).

**Figura 2** Soluzioni focali FPFIT per 51 terremoti verificatisi nell’area della sequenza sismica AVN; la linea rossa, orientata N155, rappresenta la traccia della sezione verticale in Figura 3; la scala cromatica è correlata alla profondità degli ipocentri. (A) Meccanismo focale medio [Kassaras e Kapetanidis, 2018] calcolato considerando i 51 terremoti rappresentati in mappa. (B) Distribuzione delle polarità del terremoto di magnitudo Mw 6.0 del 24 agosto 2016 sulla sua soluzione focale, e le soluzioni del TDMT e del RCMT per lo stesso evento. Le linee blu rappresentano le faglie normali presenti nell’area, mentre le rosse indicano le rotture superficiali della sequenza sismica AVN [Pucci et al., 2017; Civico et al., 2018; Villani et al., 2018]. Nella mappa dell’Italia in alto a destra, l’area di studio è indicata con un quadrato rosso; i puntini grigi rappresentano la sismicità di magnitudo M≥1.5 verificatasi nel periodo di studio [1].

**Figura 3** Sezione sismica verticale lungo la traccia riportata in Figura 2.

I meccanismi sono principalmente di tipo normale, spesso con componenti oblique, e i piani nodali sono in genere orientati NW-SE. Gli assi di tensione risultano prevalentemente orientati tra SW-NE e WSW-ENE, quindi trasversalmente alla catena appenninica. Il meccanismo medio dell’insieme degli eventi è quello di una faglia normale, coerente con il regime estensionale dell’Appennino centrale. Accanto a questo quadro generale emerge una significativa variabilità: oltre ai meccanismi normali sono presenti soluzioni oblique e, in alcuni casi, componenti trascorrenti importanti (Figura 4). Questa eterogeneità è coerente con i risultati ottenuti dai cataloghi ipocentrali ad alta risoluzione, che mostrano come la sequenza abbia attivato un sistema di faglie molto articolato, costituito da più segmenti e strutture secondarie.

**Figura 4** Diagramma FMC [Álvarez-Gómez, 2019] per la classificazione dei meccanismi focali nell’area della sequenza sismica AVN. N (Normal), normale; N-SS, normale-trasversale; SS-N, trascorrente-normale; SS (Strike-slip); trascorrente; SS-R, trascorrente-inversa; R-SS, inversa-trasversale; R (Reverse), inversa. I punti sono scalati in base alla magnitudo e colorati in base alla profondità.

Il mainshock di Amatrice: una rottura complessa e transtensiva

Un risultato particolarmente interessante riguarda il terremoto che ha dato inizio alla sequenza il 24 agosto 2016 di magnitudo Mw 6.0. Il meccanismo focale del terremoto di Amatrice presenta differenze significative rispetto alle soluzioni del TDMT e del RCMT. In particolare, lo strike risulta ruotato in senso antiorario di circa 30° rispetto alla soluzione TDMT e di 21° rispetto alla RCMT, e il meccanismo mostra una significativa componente trascorrente (Figura 2B). Questo dato suggerisce che la rottura iniziale potrebbe essere partita con una cinematica transtensiva per poi evolvere verso un meccanismo prevalentemente normale, come indicato dai tensori momento. L’interpretazione è coerente con gli studi sul processo di rottura che hanno evidenziato una propagazione bilaterale, in grado di spiegare la direttività osservata [Tinti et al., 2016] e una piccola componente trascorrente sinistra [Cirella et al., 2018]. La soluzione ottenuta è ben vincolata dai dati: delle 177 osservazioni, soltanto due risultano discordanti, relative a stazioni poste rispettivamente a circa 60 e 126 km dall’epicentro. La buona copertura della sfera focale e la qualità delle letture hanno consentito di ottenere una soluzione robusta, con un gap azimutale di 71° e uno Station Distribution Ratio (STDR) pari a 0,71. Anche il forte aftershock di magnitudo Mw 5.4 avvenuto circa un’ora questo terremoto dopo mostra caratteristiche analoghe.

I meccanismi mancanti: i terremoti di Visso e Norcia

Dal catalogo mancano i meccanismi focali dei terremoti di Visso (Mw 5.9 e Mw 5.4) e di Norcia (Mw 6.5) poiché presentano soluzioni multiple. I primi sono stati dei “terremoti doppi”, preceduti di poco da eventi di magnitudo 4.5 [Improta et al, 2019] che hanno ostacolato una lettura affidabile delle prime polarità. La soluzione, invece, del mainshock di Norcia ha presentato molte discrepanze rendendo il risultato non vincolato: il metodo di calcolo risulta quindi non adatto a descrivere l’inizio di una rottura così geometricamente complessa.

Il dettaglio della sismicità minore: il cluster di Muccia

Tra marzo e aprile del 2018, il margine settentrionale della sequenza, in particolare, l’area di Muccia in provincia di Macerata, è stata interessata una attività sismica rilevante caratterizzata da due eventi di magnitudo moderata (Mw 4.0 e Mw 4.6), 15 eventi di magnitudo 3.0≤M<4.0 e da oltre 3.000 terremoti di bassa magnitudo. Questi ultimi sono stati presi in esame in questo lavoro per evidenziare il ruolo significativo ricoperto dalla sismicità di minore intensità (Figura 5).

**Figura 5** Meccanismi focali calcolati con le prime polarità nell’area di Muccia. Le stelle gialle rappresentano i terremoti di magnitudo Mw≥4.0, le verdi quelli di magnitudo Mw≥3.0 qui analizzati. I punti arancioni medi rappresentano i terremoti di magnitudo M≥2.0, mentre i piccoli rappresentano i terremoti di magnitudo M≥1.0 [1]. (A) meccanismo focale medio [Kassaras e Kapetanidis, 2018] calcolato considerando gli eventi di magnitudo M≥3.0. I meccanismi focali rossi provengono dal RCMT [4], i blu dal TDMT [3].

Gli ipocentri sono quasi tutti concentrati nei primi 5 km di profondità. I meccanismi focali presentano un regime di faglia normale con una forte componente trascorrente, confermando l’attivazione di segmenti di faglia secondari (sintetici e antitetici) rispetto alle strutture estensionali principali che governano il resto della sequenza.

A cura di M.G. Ciaccio, R. Di Stefano, Bollettino Sismico Italiano Working Group, INGV

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