Analisi integrata di elementi morfologici connessi alla deformazione di aree sismicamente attive: la Val d Agri (Basilicata).

Transcript

1 Analisi integrata di elementi morfologici connessi alla deformazione di aree sismicamente attive: la Val d Agri (Basilicata). Rosa NAPPI (*), Giuseppe VILARDO (*), Guido VENTURA (*), Pierfrancesco BURRATO (**) (*) INGV- OV Napoli, tel , fax , nappi@ov.ingv.it (**) INGV- Roma 1 Riassunto Vengono presentati i risultati di un analisi morfologica dell area della Val d Agri, realizzata con l obiettivo di individuare gli effetti deformativi di lungo termine indotti sulla topografia e su diversi elementi geomorfologici recenti dal movimento della faglia sismogenetica responsabile del terremoto del 1857 (I max =XI; M e =7.0). L analisi è stata condotta integrando dati morfologici derivati dall elaborazione del DTM, con i dati geologici e geomorfologici ottenuti da foto interpretazione e rilievi di campagna. I risultati conseguiti hanno evidenziato una varietà di anomalie geomorfologiche (es.: asimmetria del drenaggio assiale della valle, formazione di bacini intramontani, rottura della morfologia delle creste e dislocazioni verticali di paleosuperfici in corrispondenza dell emersione della faglia ipotizzata) sulla base delle quali è stato possibile porre ulteriori vincoli alla posizione e geometria della faglia sismogenetica. Abstract In this paper we present the results of a morphological analysis performed in the high Agri Valley in order to identify the landscape modifications due to the activity of the seismogenetic fault responsible for the 1857 Earthquake (I max =XI, M e =7.0). The Italian historical catalogues show the occurrence in the Southern Apennines of large earthquakes (up to M 7.0), which follow the hinge of the chain. In this region in contrast with the events size, several tectonic and geomorphic factors concur to hide the active extensional seismogenic faults (e.g.: Valensise and Pantosti, 2001b). The 1857 earthquake seismogenic source shares this common feature: the high Agri Valley is a relatively young, Quaternary tectonic depression linked to the last stages of the building of the Lucanian Apennines fold-and-thrust belt, and the inherited topographic setting still represent the most striking feature when analysed at small scale. Similarly to the neighbouring 1980 Irpinia earthquake seismogenic fault that is actively reverting the topography but it is an hidden structure (Pantosti and Valensise, 1990), the 1857 seismogenic fault is not associated with a mature extensional morphology. Though recent sintectonic geomorphic and geologic markers have registered the ongoing deformation, with small amount of displacement. Our analysis combines elaborations of digital topographic data (DTM), with geological and geomorphological observations obtained through air photo interpretation and field survey. The results highlight several morphological anomalies, such as the asymmetry of the axial Agri River towards the south-western side of the valley, the presence of intra-mountain basins and the disruption of the morphology of the crest of the Maddalena Mts, and dislocation of paleosurfaces, which provide further constrains to the identification of the seismogenic fault. Introduzione L alta Val d Agri è un bacino intra-montano situato lungo l asse della dorsale Appenninica al confine tra Campania e Basilicata (fig.1). Questa depressione tettonica Quaternaria allungata in direzione NO-SE è posta a una quota media di circa 600 m s.l.m., ed è delimitata a sud-ovest dalla catena dei Monti della Maddalena, che la separa dal bacino Quaternario del Vallo di Diano, e a nord-ovest da una dorsale montuosa che raggiunge con il M.te Volturino (1835 m s.l.m.) le quote più elevate. Il bacino è riempito da una successione Quaternaria fluvio-lacustre che raggiunge spessori massimi di diverse centinaia di metri ( Complesso Val d Agri, Di Niro et al., 1992); il 1647

2 substrato pre-quaternario affiorante lungo i bordi del bacino è costituito invece da rocce carbonatiche appartenenti al Dominio Panormide, da rocce bacinali del Complesso Lagonegrese, e da flysh Miocenici (Carbone et al., 1991). I diversi termini di questa sequenza sedimentaria costituiscono unità tettonico-stratigrafiche sovrascorse verso est l una sull altra durante la strutturazione della catena a pieghe e thrust dell Appennino Lucano, tra il Miocene e il Pliocene superiore. Il bacino dell alta Val d Agri è stato la zona epicentrale del terremoto distruttivo del 26 Dicembre 1857 (I max =XI, M e =7.0) (Mallet, 1862; CPTI Working Group,1999). Questo evento si inquadra nella sismicità caratteristica dell Italia meridionale, dove gli eventi di magnitudo più elevata (M fino a 7) sono concentrati lungo l asse della catena Appenninica (CPTI Working Group,1999), e sono caratterizzati da meccanismi focali di tipo diretto (vedi ad esempio il terremoto dell Irpinia del 23/11/1980). Molti sono gli autori che hanno studiato l area da un punto di vista geologico-strutturale (Bonini e Sani, 2000; Cello et al., 2000, Giano et al., 1997, 2000), geomorfologico (Di Niro et al., 1992; Di Niro e Giano, 1995; Amato e Dimase, 1997; Verstappen, 1983) e sismotettonico (Benedetti et al., 1998; Valensise e Pantosti, 2001a). Tuttavia, la localizzazione e geometria della faglia responsabile del terremoto del 1857 nonostante l elevata magnitudo dell evento è una questione tuttora aperta: Benedetti et al. (1998) sulla base dell interpretazione di immagini satellitari e di rilievi di campagna, definiscono un sistema di faglie normali lungo circa 30 km, immergente verso SO, che interessa il versante nord-orientale della valle; diversamente Valensise e Pantosti (2001) modellizzando l asimmetria del corso del Fiume Agri e i suoi cambi longitudinali di comportamento (da erosivo ad aggradazionale e vice versa) ipotizzano la presenza una faglia nascosta lunga circa 23 km, a direzione NO-SE, che immerge verso NE, e la cui emersione si troverebbe lungo la dorsale dei Monti della Maddalena. Nonostante l occorrenza in Italia meridionale di terremoti di magnitudo media-elavata (6.0 M 7.0), e nonostante una loro distribuzione spaziale abbastanza omogenea lungo l asse della catena Appenninica, c è una generale mancanza di correlazione tra la sismicità storica e strumentale e le faglie recenti riportate nelle carte geologico-strutturali. Secondo Valensise e Pantosti (2001b), ciò è dovuto alla coesistenza di vari fattori tettonici e geomorfologici, quali ad esempio una topografia ereditata creata dalle precedenti fasi tettoniche molto articolata, l occorrenza di fagliazione cieca o nascosta anche con faglie normali, i ratei di deformazione tettonica bassi e la giovinezza delle sorgenti sismogenetiche, che sembrano essersi attivate a partire dal Pleistocene medio (circa Ma). Le problematiche sopra esposte impongono l utilizzo di analisi geomorfologiche e topografiche dettagliate per ricostruire i pattern deformativi anche di faglie sismogenetiche associate a grandi terremoti (M>6). In questo lavoro per aggiungere ulteriori vincoli alla localizzazione e alla caratterizzazione geometrica della faglia si è effettuata un analisi morfotettonica a partire dai dati topografici digitali del DTM, integrata con i dati geologici e geomorfologici derivati dall interpretazione di foto aeree. Ad ogni singolo terremoto è associata una deformazione verticale la cui entità e segno dipendono dalle dimensioni e dalla geometria del piano di rottura, dal tipo di movimento e dall energia del terremoto. Alcune delle modificazioni del paesaggio prodotte da un forte terremoto e dal cumularsi della dislocazione con il ripetersi di eventi sulla stessa faglia possono essere rappresentate da dislocazioni di terrazzi marini e fluviali, tilt di depositi lacustri e di paleosuperfici, deviazioni del reticolo idrografico (Burbank e Anderson, 2001; Pantosti e Valesise, 1990). Soprattutto quest ultimo è un indicatore estremamente sensibile della presenza di movimenti verticali relativi della superficie terrestre, ed è stato utilizzato in contesti tettonici sia distensivi che compressivi (ad esempio: Holbrook e Schumm, 1999). L analisi morfotettonica è quindi una metodologia che può essere utilizzata per valutare la deformazione cumulata della superficie topografica indotta dal ripetersi di terremoti su una stessa faglia, e per risalire alla geometria della faglia stessa con un processo inverso (ad esempio: Valensise e Ward, 1991). In aree quali la Val d Agri dove l assetto morfologico è il risultato della deformazione cumulata di più eventi tettonici sia compressivi che distensivi succedutisi nel tempo, l individuazione delle deformazioni indotte 1648

3 dalla faglia sismogenetica richiede una analisi di dettaglio preferibilmente di elementi morfologici recenti coevi con l attività della faglia. Figura 1 - Mappa dell area in esame; il cerchio pieno indica l epicentro del terremoto del 1857; il rettangolo rappresenta il modello della sorgente simogenetica responsabile del terremoto del 1857 (Valensise, Pantosti, 2001) Analisi da DTM Attraverso l elaborazione del DTM (risoluzione 20x20m; IGMI Aut. 4585/99) è stata condotta un analisi morfometrica dell area in esame. L elaborazione delle seguenti mappe tematiche ha consentito di identificare gli elementi lineari associabili alla presenza della scarpata di faglia: terrain aspect: ha evidenziato la presenza di due continuità lineari a direzione NO-SE sia sul alto orientale che su quello occidentale; slope gradient & tangential curvature: da cui è stato possibile distinguere una serie di scarpate a direzione NO-SE sia sul versante orientale (scarpate segmentate), che su quello occidentale (scarpate continue) (fig.2); topographic range (quota max quota min in celle di 100x100 m): ha consentito di evidenziare l esistenza di ulteriori elementi lineari la cui orientazione preferenziale è risultata essere ancora una volta NO-SE sia sul versante orientale che su quello occidentale. Figura 2 - Mappa della tangential curvature; le frecce evidenziano le scarpate. Figura 3 - Distribuzione azimutale della elongazione delle aree con slope <5. Al fine di rilevare ed analizzare altri elementi del paesaggio che possano aver letto la deformazione e che quindi possano presentare eventuali anomalie (es: dislocazioni o tilt di terrazzi fluviali, di paleosuperfici, di conoidi, deviazioni del reticolo idrografico, etc.) sono state elaborate ulteriori mappe tematiche: 1649

4 mappa del reticolo di drenaggio: da cui è stato analizzato l andamento del fiume Agri e dei suoi affluenti; mappa delle pendenze < 5 : dalla cui analisi é stata definita sia la geometria dei conoidi sia la distribuzione azimutale delle aree con rapporto di aspetto >2 (fig.3) che anche in questo caso hanno evidenziato una orientazione prevalente NO-SE; mappa della scarpata associata all erosione dell Agri (talweg boundary): che ha consentito di rilevare sia l asimmetria della valle sia lo spostamento verso occidente della scarpata attuale del fiume rispetto alla paleoscarparta (fig.4); mappa del terrain aspect contur slope: da cui si è evidenziato che le rotture di pendio mostrano una certa continuità in direzione NO-SE sul versante occidentale della valle; mappa delle paleosuperfici e bacini intramontani: la cui analisi ha consentito di definire 8 differenti classi di paleosuperfici (fig.5).. Figura 4 - Rappresentazione in 3D della idrografia dell Agri; in rosso la paleoscarpata e la scarpata attuale dell Agri. Figura 5 - Mappa dei bacini e delle paleosuperfici. Analisi DTM Slope Modello Digitale del Terreno Contour 25m DTM_Slope _5 Dati Bibliografici Continuità spaziale Profili topografici Geologia Diagramma di frequenza pixel_quota Conformità di quota Figura 6 Diagramma di flusso rappresentante la successione delle fasi metodologiche seguite nel procedimento di identificazione delle paleosuperfici e dei bacini. Classi Altimetriche Bacini Superfici 1650

5 La procedura di elaborazione seguita per l estrazione e classificazione delle paleosuperfici e dei bacini ha seguito il diagramma di flusso mostrato in figura 6. Da una prima analisi effettuata sulla distribuzione spaziale delle paleosuperfici, queste risultano omogeneamente posizionate su entrambi i lati della valle; chiaramente distinguibili risultano essere le superfici a quota più alta che sono anche le più antiche ( m; m). Il confronto con profili topografici evidenzia che l ordine di quota m, è fagliato laddove c è la traccia della faglia ipotizzata da Valensise e Pantosti (2001). Analizzando invece i bacini, si può osservare che ce ne sono diversi, tutti orientati NO-SE, e distribuiti sul lato occidentale della valle. Conclusioni L analisi utilizzata in questo lavoro ci ha permesso di studiare le forme del paesaggio e di ricostruire le loro possibili relazioni con la faglia sismogenetica responsabile del terremoto del In particolare lo studio da DTM e l analisi in ambiente GIS si è rivelato molto utile perché ha fornito una visione sinottica dell area, consentendo di descrivere in modo quantitativo le forme individuate e rendendo l interpretazione più rigorosa e i tempi di indagine meno lunghi. Le principali evidenze emerse dall analisi degli elementi lineari e dall analisi delle forme del paesaggio sono: gli elementi lineari hanno per la maggior parte orientazione NO-SE, sia sul lato occidentale della valle che su quello orientale, anche se è ben visibile una continuità verso nord solo sul versante occidentale (fig. 2); il corso dell Agri, mostra una evidente asimmetria, con il canale spostato verso il lato occidentale della valle; escludendo possibili condizionamenti del substrato roccioso per poter spiegare questo comportamento, si può imputare la migrazione all attività di una faglia sismogenetica, immergente verso Est, che ribassa il blocco orientale e crea subsidenza sul lato occidentale della valle richiamando il fiume; una serie di piccoli bacini intramontani presenti solo sul versante occidentale della valle lungo la dorsale dei Monti della Maddalena (fig. 5) potrebbero segnare l emersione della faglia estimmergente; 4 ordini di terrazzi fluviali incassati nella superficie di aggradazione principale della valle, e riscontrabili solamente nella zona di soglia, segnano il passaggio da un comportamento aggradazionale ad uno erosivo del Fiume Agri: la loro presenza consente di limitare la lunghezza della faglia; la presenza di 8 ordini di paleosuperfici, distinte attraverso profili topografici in base alla quota e alla geologia, con l ordine di quota apparentemente dislocato in corrispondenza della traccia della faglia ipotizzata da Valensise e Pantosti (2001) (fig.7). Le paleosuperfici che, come abbiamo sottolineato in precedenza, rappresentano uno degli elementi morfologici che possono registrare le deformazioni cumulate nel tempo indotte da strutture sismogenetiche, hanno il grosso problema di non essere datate in maniera assoluta. La conoscenza della loro età invece sarebbe molto utile per calcolare lo slip rate di lungo termine della faglia. 1651

6 1300 Intramountain basin Mountain Paleosurfaces Altitude (m a.s.l.) Figura 7 - Profili topografici attraverso la dorsale dei Monti della Maddalena che mostrano l emergenza della faglia e i suoi effetti sulla topografia Distance (m) Bibliografia Amato A., Dimase A. C. (1997), Caratteristiche paleoambientali ed evoluzione geomorfologica dei plateaux della media valle del Fiume Agri (Basilicata). Il Quaternario, 10 (2), Benedetti L., Tapponier P., King G. C. P., Piccardi L. (1998), Surface rupture of the 1857 southern Italian earthquake?. Terra Nova, 10 (4), Bonini, M. e Sani F. (2000), Thrusting, strike-slip faulting and syntectonic deposition in the Potenza-Guardia Perticara Area (Basilicata, Southern Apennines, Italy). Mem. Soc. Geol. It., 55, Burbank, D. W. e Anderson R. S. (2001), Tectonic geomorphology. Blackwell Science, 274 pp. Carbone, S., Catalano S., Lentini F., Monaco C., Lazzari S. (1991), Carta geologica del Bacino del Fiume Agri.. Mem. Soc. Geol. It., 47, Cello, G., Gambini R., Mattioni L., Mazzoli S., Read A., Tondi E., Zucconi V. (2000), Geological analysis of the High Agri Valley (Lucania Apennines, Southern Italy). Mem. Soc. Geol. It., 55, Di Niro, A., Giano S. I., Santangelo N. (1992), Primi dati sull'evoluzione geomorfologica e sedimentaria del bacino dell'alta Val d'agri (Basilicata). Studi Geologici Camerti, spec. vol. (1992/1), Di Niro, A., Giano S. I. (1995), Evoluzione geomorfologica del bordo orientale dell'alta Val d'agri (Basilicata). Studi Geologici Camerti, spec. vol. (1995/2), Giano, S. I., Lapenna V., Piscitelli S., Schiattarella M. (1997), Nuovi dati geologici e geofisici sull'assetto strutturale dei depositi continentali quaternari dell'alta Val d'agri (Basilicata). Il Quaternario, 10 (2), Giano, S. I., Lapenna V., Piscitelli S., Schiattarella M. (2000), Electrical imaging and self-potential surveys to study the geological setting of the Quaternary slope deposits in the Agri high valley (Southern Italy). Annali di Geofisica, 43 (2), Gruppo di Lavoro CPTI (1999), Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani. I.N.G. - G.N.D.T. - S.G.A. - S.S.N., Tipografia compositori Bologna, 92 pp. Holbrook, J., e. Schumm S. A (1999), Geomorphic and sedimentary response of rivers to tectonic deformation: a brief review and critique of a tool for recognizing subtle epeirogenic deformation in modern and ancient settings. Tectonophysics, 305, Mallet, R. (1862), Great Neapolitan earthquake of The first principles of observational seismology, in: E. Guidoboni e G. Ferrari (eds.), Mallet's macroseismic survey on the Neapolitan earthquake of 16th December 1857, I.N.G. and S.G.A. (publ), Bologna

7 Pantosti, D. e G. Valensise (1990). Faulting mechanism and complexity of the 23 November 1980, Campania-Lucania earthquake, inferred from surface observations, J. Geophys. Res., 95, Valensie G., Pantosti D, (eds.) (2001a), Basili, R., Bordoni P., Burrato P., Nappi R., Pantosti D.,. Spinelli A, Valensise G., con contributi di: Baroux E., Basili R., Bordoni P., Burrato P.,. D'Addezio G, De Martini P.M., Gasperini P., Nappi R., Pantosti D., Piccardi L., Valensise G., Vannucci G. Database of Potential Sources for Earthquakes Larger than M 5.5 in Italy. Annali di Geofisica, Suppl. 44 (4), Valensise, G., e D. Pantosti (2001a), The investigation of potential earthquake sources in peninsular Italy: a review. J. Seismol., 5, Valensise G., e Ward S. N. (1991), Long-term uplift of the Santa Cruz coastline in response to repeated earthquakes along the San Andreas fault. Bull. Seism. Soc. Am., 81, Verstappen, H. T. (1983), Geomorphology of the Agri Valley, southern Italy, ITC Journal ,