Il terremoto di Norcia del 30 ottobre 2016: lo studio delle anomalie di gravità

Conoscere la geometria tridimensionale delle strutture della crosta terrestre è fondamentale per comprendere i processi tettonici in atto, in particolare quelli responsabili della genesi dei terremoti. Nell’ambito del progetto RETRACE-3D [1] [descritto in Di Bucci et al., 2021], è stato realizzato il primo modello geologico tridimensionale (3D) dell’area interessata dalla sequenza sismica dell’Appennino centrale (2016-2017) fino ad una profondità di 5-10 km [2] [Buttinelli et al., 2021], avvalendosi dei dati derivanti da pozzi e linee sismiche per la ricerca petrolifera.

Nello specifico, questa ricerca ha consentito di identificare le faglie responsabili dei principali eventi della sequenza sismica, dimostrando che si tratta di strutture ereditate da eventi tettonici precedenti – in particolare, dalla fase compressiva legata alla formazione della catena appenninica – riattivate nell’attuale contesto estensionale. Gli Appennini sono, infatti, una catena montuosa attiva, formatasi nel corso di milioni di anni a causa della deformazione di sedimenti marini del margine settentrionale del continente africano, per via dei movimenti relativi tra la placca africana e quella europea. Attualmente, la parte assiale della catena è soggetta a un regime estensionale relativamente recente, che si sovrappone alla precedente fase compressiva in cui è nata la catena, che riattiva strutture preesistenti.

Sebbene il modello geologico di RETRACE-3D raggiunga in molte aree la profondità di 5-10 km, per comprendere meglio ciò che accade alle profondità in cui si generano i terremoti è necessario integrarlo con dati indipendenti, come ad esempio le anomalie di gravità.

Nell’ambito di questo stesso progetto, pertanto, un gruppo di ricercatori [Tiberti et al., 2026] ha condotto un’indagine pubblicata su Tectonophysics. Lo studio delle anomalie di gravità lungo un transetto geologico a scala crostale ha permesso di estendere l’analisi a profondità maggiori, offrendo nuovi elementi di comprensione sulla genesi del terremoto che il 30 ottobre 2016 ha colpito Norcia e l’Italia centrale, con potenziali applicazioni anche ad altri eventi sismici.

Quali informazioni si possono ottenere dalle anomalie di gravità sull’origine dei terremoti?

Un’anomalia di gravità è la differenza tra la misura di gravità effettuata in un qualsiasi punto della superficie terrestre e il valore teorico che la gravità dovrebbe avere in quel punto. Se questa differenza viene calcolata tenendo in considerazione, oltre alla forma della Terra, anche la quota a cui la misura viene effettuata, la topografia circostante e una densità di riferimento media delle rocce sottostanti, allora prende il nome di “anomalia di Bouguer” (da Pierre Bouguer, geodeta del XVIII secolo, che per primo le ha definite). Un’anomalia di Bouguer negativa indicherà che in quell’area la densità delle rocce è mediamente inferiore al valore di riferimento utilizzato nel calcolo, viceversa un’anomalia positiva segnalerà la presenza di corpi rocciosi con una densità media più elevata di quella di riferimento.

Analizzando le anomalie di gravità, si possono quindi ottenere informazioni sulla distribuzione della densità nel sottosuolo ed eventualmente identificare corpi geologici anche a profondità che non è possibile raggiungere con i comuni metodi di indagine per la ricerca di idrocarburi (pozzi o linee sismiche). Inoltre, lo studio delle variazioni del gradiente orizzontale delle anomalie gravimetriche consente di ottenere preziose informazioni sulla presenza di discontinuità nel sottosuolo, incluse le strutture tettoniche.

La Figura 1 mostra (A) la geologia dell’area oggetto dello studio, (B) i terremoti della sequenza sismica del 2016-2017, (C) la mappa delle anomalie di Bouguer.

**Figura 1** – A) principali faglie e unità geologiche [Geological Map of Italy, scala 1:100.000; Servizio Geologico d’Italia, 2011], e ubicazione dell’area in studio nel riquadro in alto a destra. B) sismicità dell’area. Le stelle gialle rappresentano le scosse principali della sequenza sismica del 2016-2017, con i relativi meccanismi focali [TDMT da Scognamiglio et al. (2006)]. La linea nera orizzontale indica la traccia della sezione riportata in Figura 2. C) mappa delle anomalie di Bouguer (RETRACE-3D Working Group; Tiberti et al., 2026).

L’analisi delle strutture geologiche nell’area della scossa del 30 ottobre 2016

Per analizzare le anomalie di Bouguer è stato realizzato un modello 2D lungo una sezione (Figura 2B) che si estende dal centro della catena appenninica fino all’Adriatico in direzione est-ovest, passando per l’area in cui si è verificato il terremoto di Norcia del 30 ottobre 2016. Per costruire la sezione, sono stati utilizzati i vincoli noti dalla letteratura e forniti essenzialmente dal modello del progetto RETRACE-3D e da dati geofisici di vario tipo, che hanno permesso l’estensione della sezione geologica verso l’Adriatico e di vincolare la profondità delle principali discontinuità all’interno della crosta terrestre (superficie della crosta inferiore) e tra la crosta e il mantello (Moho).

**Figura 2** – A) anomalie di gravità osservate (**curva blu**) e calcolate dal modello (**curva rossa**). B) sezione geologica con direzione est-ovest utilizzata come vincolo. C) modello bidimensionale di distribuzione di densità ottenuto usando solo i vincoli noti. In figura A si vede la differenza tra le due curve che indica la necessità di introdurre un corpo a densità minore nella porzione occidentale (a sinistra) della sezione C.

Le anomalie di gravità campionate lungo la stessa sezione appaiono come una curva che rappresenta l’entità dell’anomalia in ciascun punto della sezione (curva blu in Figura 2A).

La Figura 2C mostra il modello di distribuzione di densità per l’intero spessore crostale. Ad ogni unità geologica è stato assegnato un valore di densità sulla base dei dati provenienti dai pozzi per idrocarburi [Montone e Mariucci, 2020] e da altre indagini geofisiche. In alcuni casi, le unità geologiche con densità simile, e che i dati non consentivano di discriminare, sono state accorpate e rappresentate con un unico valore di densità. A questo punto è stato calcolato il contributo alla misura di gravità dell’intera sezione (curva rossa in Figura 2A). Dove le due curve coincidono, il nostro modello è attendibile perché giustifica l’andamento delle anomalie osservate (curva blu); laddove invece sono state osservate discrepanze, ne è stata accertata l’origine. Sono proprio le discrepanze a fornire informazioni su ciò che non si conosce.

In generale, è possibile osservare un buon accordo tra le due curve, tranne nella parte occidentale della sezione, dove il segnale gravimetrico calcolato dalla sezione (curva rossa) è più alto di quello atteso (curva blu). Questo significa che in quella parte del modello i valori di densità risultano mediamente troppo alti. Dal momento che le unità geologiche più superficiali sono ben vincolate da questo punto di vista, si deve cercare l’origine di questa discrepanza al di sotto della successione sedimentaria finora nota. Almeno una parte del cosiddetto basamento (in grigio nella Figura 2C) deve avere una densità minore. Al contempo, però, questa zona a densità minore non può essere troppo in profondità, altrimenti l’effetto si vedrebbe su un tratto di sezione molto più lungo.

**Figura 3** – A) anomalie di gravità osservate (curva blu) e calcolate dal modello (curva rossa). B) sezione geologica con direzione est-ovest utilizzata come vincolo. C) modello bidimensionale di distribuzione di densità. Il rettangolo tratteggiato in blu indica l’area rappresentata in Figura 4.

Per ottenere una riproduzione esatta delle anomalie di Bouguer (Figura 3A), è necessario sostituire la parte più alta del basamento con un corpo geologico meno denso, a una profondità tra i 4 e i 7 km sotto l’area di Norcia (corpo viola in Figura 3C). Dell’esistenza di questo corpo si trova riscontro nella sezione sismica -una sorta di “ecografia” della crosta terrestre – che, a quella profondità (Figura 4B), mostra una serie di riflettori tipici di un corpo sedimentario. Dalla sua posizione stratigrafica alla base della successione sedimentaria nota, si possono identificare quei sedimenti come depositi di uno dei tanti bacini che si sono aperti durante una fase estensionale precedente alla formazione della catena appenninica e risalente a circa 250 milioni di anni fa.

L’analisi delle anomalie di Bouguer ha quindi consentito di individuare depositi associati a un bacino generato da una faglia normale in una fase tettonica estensionale precedente alla formazione della catena appenninica.

Il collegamento con i terremoti

La maggior parte dei terremoti [Michele et al., 2020], incluso quello principale del 30 ottobre 2016, si è verificata proprio in corrispondenza del contatto tra il deposito che è stato identificato e le unità carbonatiche adiacenti (Figura 4). Le caratteristiche con cui il deposito appare nella porzione del profilo sismico in Figura 4B sono compatibili anche con il fatto che le litologie interessate siano ricche in fluidi, proprietà che possono aver favorito la sismicità nell’area [3].

Tramite lo studio delle anomalie di Bouguer, è stato quindi possibile individuare un deposito sedimentario finora non conosciuto nell’area che, per le sue caratteristiche, potrebbe aver favorito la sismicità lungo la faglia che lo delimita.

Depositi di questo tipo sono stati riconosciuti alla base della successione sedimentaria anche in altre aree dell’Appennino. Trattandosi dei resti di antichi bacini delimitati da faglie che possono essere riattivate nell’attuale regime estensionale, sarebbe importante riuscire a mapparli per individuare posizione e dimensione di faglie potenzialmente responsabili dei terremoti in Appennino. Purtroppo, in molti casi, le normali prospezioni geofisiche non raggiungono la profondità necessaria per identificarli.

**Figura 4 – A**) Modello bidimensionale di distribuzione di densità su cui è stata proiettata la sismicità [punti neri, da Michele et al., 2020]. Il punto rosso rappresenta l’ipocentro della scossa del 30 ottobre 2016. Nel riquadro B (rettangolo giallo tratteggiato nel modello A), il corpo ad alta riflettività è visualizzato così come appare sul profilo sismico.

Estendendo lo studio delle anomalie gravimetriche a tutta la catena appenninica, sarà possibile individuare la presenza di altri corpi analoghi e, di conseguenza, conoscere l’ubicazione e le dimensioni delle faglie ad essi associati.

A cura di Mara Monica Tiberti, Mauro Buttinelli, Francesco Emanuele Maesano, Liliana Minelli e Maria Di Nezza, INGV.

Bibliografia

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.

Di Bucci, D., Buttinelli, M., D’Ambrogi, C., and Scrocca, D., and the RETRACE-3D Working Group (2021). RETRACE-3D Project: A Multidisciplinary Collaboration to Build a Crustal Model for the 2016–2018 Central Italy Seismic Sequence. Bollettino di Geofisica Teorica e Applicata, 62 (1), 1-18, doi: 10.4430/bgta0343.

Michele, M., Chiaraluce, L., Di Stefano, R., and Waldhauser, F. (2020). Fine-scale structure of the 2016–2017 Central Italy Seismic Sequence from data recorded at the Italian National Network. J. Geophys. Res. Solid Earth 125 (4). https://doi.org/10.1029/2019jb018440.

Montone, P., and Mariucci, M.T. (2020). Constraints on the structure of the shallow crust in Central Italy from geophysical log data. Sci. Rep. 10 (1), 3834. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60855-0.

Tiberti, M. M., Buttinelli, M., Maesano, F. E., Ferri, F., De Gori, P., Minelli, L., Di Nezza, M., and D’Ambrogi, C. (2026). 2D gravity modelling in Central Italy: Clues for the seismogenesis in the Apennines. Tectonophysics, 231113. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2026.231113.