LA STRUTTURA INTERNA DEI VULCANI MEDIANTE TECNICHE TOMOGRAFICHE

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "LA STRUTTURA INTERNA DEI VULCANI MEDIANTE TECNICHE TOMOGRAFICHE"

Martino Castelli
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Vesuvius, Andy Warhol, 1985 Thanks to J. Virieux, E. Auger (Manosque), J. Battaglia (Clermont-Ferrand), T.Vanorio (Stanford), D. Latorre (INGV), S. Judenherc (Agecodagis), N. Maercklin (Napoli), V. Monteiller (Toulouse), et C. Satriano (Napoli), D.Dello Iacono (Napoli), Maurizio Vassallo (Napoli) tra gli altri LA STRUTTURA INTERNA DEI VULCANI MEDIANTE TECNICHE TOMOGRAFICHE ALDO ZOLLO UNIVERSITA DI NAPOLI FEDERICO II, NAPOLI, ITALY

2 Complessità dei Vulcani - Forte eterogeneità della struttura interna, variazioni spaziali delle proprietà fisiche delle rocce - Varietà dei processi termo-meccanici che precedono e accompagnano la risalita del magma e l eruzione. - Necessità di un modello tridimensionale delle proprietà fisiche delle rocce per simulare i processi di risalita del magma e l eruzione ma anche rilevare e tracciare nello spazio e nel tempo le variazioni delle proprietà del mezzo vulcanico che potrebbero indicare l inizio di un attività vulcanica. Altitud e (km) Lénat and Bachèlery, 1990 Nercessia n et al., 1996 Battaglia et al., 2005 Island «La REUNION» VOLCANISM Semet et al., 2003???? et???? Eruptive Cycles? Magmatic migration towards the surface? 3D geometric distribution of reservoirs? Time frequency of deep magmatic migration? Est 375 (km) Da Aline Peltier dopo Ferrazzini et Bachèlery, 2004

3 Imaging sismico dei vulcani: Sviluppi nella Ricerca Sviluppi nella Ricerca Sviluppi tecnologici Tomografia a scala locale di terremoti Sismologia a larga banda dei vulcani Uso congiunto di sorgenti attive e passive Analisi delle forme d onda riflesse/convertite/difratte Monitoraggio 4-D Argomento Dagli anni 80: reti sismiche digitali sui vulcani. Ultimo decennio: array sismici densi, portatili, tre componenti, a larga banda, ad elevato range dinamico e telemetria digitale Immagini vulcaniche di sottosuolo rifinite (con risoluzione spaziale di pochi chilometri) utilizzando soprattutto tomografia a scala locale Identificazione e interpretazione fisica dell ampia varietà di segnali sismici a larga banda (tremori, eventi bassa frequenza, tornillos,..) L uso di sorgenti attive minimizza le usuali complicazioni che originano dal naturale trade-off tra la sorgente sconosciuta (in particolare la profondità) e i parametri del mezzo Le onde sia convertite che di coda campionano il mezzo più efficacemente degli arrivi diretti e, per questo motivo, sono più sensibili a piccole variazioni della struttura. Tomografia del rumore. Variazioni nella struttura vulcanica sono rilevate e tracciate da misurazioni sismiche ripetute sullo stesso volume target (time-lapse o sismica 4-D, interferometria dell onda di coda e/ o del rumore)

4 Set-up sperimentale - Sorgenti Sorgenti Attive Passive Energizzazioni A terra esplosioni/vibroseis A mare esplosioni/cannoni ad aria compressa Sorgenti naturali Terremoti locali Telesismi Rumore ambientale

5 Set-up sperimentale - Ricevitori Array 3D di stazioni a terra Ocean bottom Seismograph (OBS) Ocean Bottom Cables (OBC, tecnologia MEMS) Antenne di sensori sismoacustici sotto-marine Array sismici lineari in pozzo Array sismico ultradenso a scala urbana Cavi OBC su fondo oceano Rete sismica locale Sensori OBS da fondale marino

6 Metodologie Tomografia dei tempi di primo arrivo (Travel- e Delay-Time Tomography (Vp, Vs) 3D Tomography concept: Anomaly detection by backprojection of delay-times along the rays within the earth Tomografia delle fasi riflesse/convertite (Vp, Vs, interfacce) Tomografia delle forme d onda (Full-waveform) (Vp, Vs, Qp, Qs, densità) Tomografia del rumore ambientale (Vp, Vs) Radiografia dei muoni (Densità) High Resolution Images of Valhall oil field by acoustic full waveform inversion (Etienne et al. 2012) 3-D surface wave tomography of the Piton de la Fournaise volcano using seismic noise correlations (Brenguier et al. 2007)

7 Esplorazione sismica della struttura interna del Vesuvio e dei Campi Flegrei TomoVes 94: A terra, sorgente 2D e array di stazioni Un enorme mole di dati acquisiti in15 anni di sperimentazione TomoVes 96: A terra, sorgente multi-2d e array di stazioni MareVes 97: A mare, array di sorgenti 3D in mare, ricevitori a terra Serapis 2001: A mare, array di sorgenti 2D-3D a mare, OBS e stazioni a terra

8 Il bordo sepolto della caldera dei Campi Flegrei Iso-velocity surface at 3 km/s Immagini tomografiche 3-D della struttura superficiale della caldera dall inversione di circa tempi di arrivo P Il bordo sepolto della caldera dei Campi Flegrei è chiaramente rilevato a circa m di profondità, come un anomalia positivi di Vp di forma anulare. Ha un diametro di circa 8 12 km un altezza di 1 2 km. Il bordo è probabilmente formato da lava solidificata e/o tufi con lava inter-stratificata

9 Modello geofisico e strutturale della caldera dei Campi Flegrei Nessuna evidenza di grossi volumi di di magma a profondità superficiali Serbatoio di gas ad una profondità di circa 3 km Serbatoio di magma parzialmente fuso ad una profondità di circa 8 km sotto i CF, profondità simile per il Vesuvio serbatoio comune?? La profondità del magma è consistente con quelle dedotte dall analisi delle inclusioni fluide nelle rocce eruttate gas bearing rock layer Crystallization depth of the shoshonite phenocryst assemblage (Mangiacapra, Civetta & Rutherford,2007) A. Average 1-D P-velocity model based on PP and PS travel times, and on PS-to-PP amplitude ratios. The dashed line is the average of the 3-D Vp model B. Vp/Vs ratio vs depth. The dotted lines are two Vp/Vs depth profiles that were estimated from the local earthquake tomography (Vanorio et al. 2005) C. Stratigraphic model D. Geological sketch model of the Campi Flegrei caldera. A. Zollo et al., GRL, 2008

10 Vesuvio: Lo strato magmatico mediocrostale Una tecnica di migrazione sismica in profondità, è utilizzata per localizzare l interfaccia che riflettente (Auger et al.,2001;2003) La variazione di ampiezza normalizzata vs l angolo di incidenza permette di vincolare le velocità P e S al di sotto dell interfaccia Estensione orizzontale: circa 20 x 20 km Spessore: circa 1 km (??) Profondità: 8-10 km Velocità P: < 5.5 km/s, best-fit 3.6 km/s Velocità S: < 1 km/s, best-fit 0.1 km/s Densità: nessun contrasto di densità (equilibrio litostatico)

11 What s next? Tomografia 4D : Rilevare e monitorare cambiamenti spazio-temporali del mezzo vulcanico Array sismici densi in superficie/pozzo Rilevare e tracciare segnali «sotto il livello di rumore» associati ai movimenti di fluidi Dalle immagini della tomografia alla litologia delle rocce : Collegare le proprietà elastiche/anelastiche alla litologia delle rocce e alle proprietà fisiche (porosità, saturazione dei fluidi) Time-Resolved seismic tomography detects magma intrusions at Mount Etna (Patanè et al., 2003) Pre-eruzione Post-eruzione Quantitative seismic imaging of complex structures for seismic hazard estimation and for reservoir characterisation: a key strategy (Virieux et al., 2004) Imaging multiparametrico del mezzo Inversione congiunta di differenti osservabili fisici (velocità, densità, resistività, attenuazion..)

Documenti analoghi

Meccanismi focali della sismicità recente ai Campi Flegrei

Meccanismi focali della sismicità recente ai Campi Flegrei Mario La Rocca(1), Danilo Galluzzo(2) 1) Università della Calabria, Cosenza; 2) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Osservatorio Vesuviano,