Mario La Rocca, Danilo Galluzzo, Simona Petrosino, Paola Cusano, Edoardo Del Pezzo, Gilberto Saccorotti, Mario Castellano, Francesca Bianco

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1 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Sezione di Napoli Osservatorio Vesuviano Convenzione DPC INGV Mario La Rocca, Danilo Galluzzo, Simona Petrosino, Paola Cusano, Edoardo Del Pezzo, Gilberto Saccorotti, Mario Castellano, Francesca Bianco RETE MOBILE & LABORATORIO ANALISI AVANZATE (LAV) UNITA FUNZIONALE SISMOLOGIA E SISMOTETTONICA Rapporto per Rendiconto dell attività svolta nel I semestre Pubblicato sotto licenza Creative Commons

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3 LA RETE MOBILE Introduzione Nel primo semestre del 2007 la Rete Sismica Mobile dell Osservatorio Vesuviano ha continuato l attività di ricerca sia sui vulcani campani, nell ambito dei compiti istituzionali, che in altre aree vulcaniche e tettoniche nell ambito di progetti di ricerca specifici, o di collaborazioni scientifiche. Tra Gennaio e Febbraio, personale della Rete Mobile è stato impegnato in un Esperimento di Tomografia sismica passiva realizzato al vulcano Teide (Tenerife, Spagna). Finalità del progetto era la conoscenza della struttura tridimensionale dell apparato vulcanico ed il riconoscimento di eventuali serbatoi di magma superficiali. Tale esperimento è stato realizzato nell ambito di una collaborazione scientifica con l Università di Granada (Spagna), con il supporto del progetto VOLUME finanziato dalla comunità europea. Nell ambito di una collaborazione scientifica con l Università di Salerno e con l INFN per lo studio delle proprietà del campo d onda in ambienti eterogenei, sono state installate, nell area dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, 6 stazioni Marslite, in configurazione di array, equipaggiate con sensori Lennartz LE3Dlite, in acquisizione continua. E stato inoltre effettuato un esperimento nell area della Solfatara con lo scopo di determinarne la struttura superficiale e di ottenere una stima 2D degli effetti di sito all'interno del cratere; a tal scopo è stata effettuata una campagna di misure per l'acquisizione del rumore sismico mediante l installazione di 5 array circolari di raggio variabile tra 5 e 100 m (stazioni Marslite equipaggiate con sismometri Lennartz LE3Dlite o LE3D/20s) Infine, nell ambito di una collaborazione scientifica con l Università di Siena e la sezione INGV di Pisa, è stato effettuato un esperimento per lo studio del rumore sismico nell area della Torre di Pisa, installando temporaneamente 4 stazioni Marslite ed 1 stazione M24, equipaggiate con sensori Lennartz LE3Dlite. Per quanto riguarda i vulcani campani si è proceduto al mantenimento della rete così come installata nel II semestre 2006 (si veda il Rendiconto dell attività svolta nel II semestre 2006), effettuando interventi di manutenzione e incrementando il numero di stazioni collegate con il laboratorio Rete Mobile tramite fonia GSM. Com è noto, la Rete Sismica Mobile dell INGV - Osservatorio Vesuviano opera nelle aree vulcaniche campane con i seguenti scopi: 1) Registrare dati di elevata qualità, in caso di eventi sismici importanti, utilizzando la migliore strumentazione sismica disponibile. 2) Monitorare il rumore sismico al fine di evidenziarne eventuali variazioni imputabili a cambiamenti nello stato dinamico del vulcano. 3) Individuare nuovi siti potenzialmente utilizzabili in caso di emergenza e studiarne le caratteristiche sismiche in modo da definirne il background. A tutto Giugno 2007, 15 stazioni della Rete Mobile, di cui 9 a larga banda (con 3 di tipo multisensore, cioè dotate di sismometro a larga banda e accelerometro) risultano installate sui vulcani campani. Ad esse si affiancano l array sismico ADM e la stazione idrofonica PNI. Altre 3 stazioni sono installate a scala regionale per l analisi della sismicità esterna alle aree vulcaniche (Tabella 1). Tutte le stazioni della rete mobile acquisiscono i dati in modalità locale su vari tipi di supporto (hard disk, card PCMCIA, flash card, dischi magneto-ottici). Periodicamente si provvede alla sostituzione dei supporti di acquisizione che vengono decodificati nel Laboratorio Rete Mobile. Per le stazioni dotate di sismometri a larga banda e/o accelerometri (Marslite, M24, Taurus), così come per l array ADM e la stazione idrofonica PNI, l acquisizione è continua. Al contrario le stazioni PCM5800, dotate di sismometri a corto periodo, acquisiscono secondo una modalità a trigger. Le stazioni multisensore sono uno dei punti di forza della Rete Mobile in quanto garantiscono una registrazione ottimale di ogni tipo di segnale sismico in una banda di frequenze estremamente ampia, non eguagliabile utilizzando un solo sensore. Infatti il sismometro a larga banda Guralp, caratterizzato da risposta piatta in 3

4 velocità nel range Hz ed elevata sensibilità, è lo strumento ideale per registrare tutti i segnali sismici comunemente osservabili in ambiente vulcanico, compreso tremore ed eventi VLP. D'altra parte l'accelerometro ha risposta piatta in accelerazione nel range di frequenze 0-50 Hz. Pertanto è utilizzabile sia per osservare gli eventi sismici legati all'attività vulcanica e tettonica, che per osservare segnali di periodo estremamente lungo. In pratica l accelerometro è equivalente ad un tiltmetro in una banda di frequenze molto ampia. Inoltre il range dinamico di 144 db nominali dell acquisitore, corrispondente a 24 bit, associato alle caratteristiche dinamiche dell accelerometro, garantiscono una registrazione ottimale dei segnali sismici associati al massimo evento atteso nelle aree del Vesuvio e dei Campi Flegrei. Rete Mobile Regionale Stazione Acquisitore Sensore Data installazione Sampling Lat Lon Quota MIRK Taurus Episensor FBA ES-T Gennaio SCP2 Taurus LE3D/20s Gennaio SMFK Marslite Episensor FBA ES-T Gennaio Tab. 1: Situazione a tutto Giugno 2007 e caratteristiche strumentali della Rete Sismica Mobile operativa in ambito regionale. Nel corso del I semestre 2007, le stazioni MIRK e SCP2 sono state equipaggiate con modem GSM abilitato alla trasmissione dati. Interventi della Rete Sismica Mobile al Vesuvio Nel primo semestre 2007 non sono state effettuate nuove installazioni nell area vesuviana. Pertanto la situazione operativa, riassunta nella tabella 2, è la stessa descritta nei precedenti rapporti di sorveglianza (si veda Fig.1). Rete Mobile Vesuvio Stazione Acquisitore Sensore Data installazione Sampling Lat Lon Quota BKN PCM5800 LE3Dlite Dicembre BKNG Taurus Guralp CMG-40T Febbraio BKS PCM5800 LE3Dlite Aprile FAL PCM5800 LE3Dlite Gennaio FTC PCM5800 LE3Dlite Dicembre SVT PCM5800 LE3Dlite Febbraio TRBB Taurus+ modulo Trident Guralp CMG-40T Episensor FBA ES-T Giugno Tab. 2: Situazione a tutto Giugno 2007 e caratteristiche strumentali della Rete Sismica Mobile operativa al Vesuvio. 4

5 Tuttavia si è proceduto alla sostituzione della stazione M24 installata a TRBB con un acquisitore Taurus dotato di modulo Trident per l espansione a 6 canali, con l aggiunta di un modem GSM per la trasmissione dati. Fig. 1: Rete Sismica Mobile installata al Vesuvio. I cerchi gialli identificano le stazioni Lennartz PCM 5800 equipaggiate con sensori a corto periodo, i triangoli rappresentano le stazioni (Lennartz M24 e Nanometrics Taurus) dotate di sensori a larga banda. Per le specifiche della strumentazione installata si veda la Tabella 2. Interventi della Rete Sismica Mobile ai Campi Flegrei Nel primo semestre del 2007 la Rete Mobile non ha installato nuova strumentazione. Pertanto la situazione operativa, riassunta nella tabella 3, è la stessa descritta nel precedente rendiconto (si veda Fig.2). 5

6 Rete Mobile Campi Flegrei Stazione Acquisitore Sensore Data installazione Sampling Lat Lon Quota ADM Array 5*LE3Dlite Episensor FBA ES-T Agosto AMS2 Marslite LE3D/20s Gennaio ASB2 Marslite LE3D/20s Novembre BGNB M24 Guralp CMG-40T Episensor FBA ES-T Ottobre CSI PCM5800 LE3Dlite Febbraio CUBB Marslite Guralp CMG-40T Ottobre OMN2 Marslite LE3D/20s Giugno OVD M24 LE3D/20s TAGB M24 Guralp CMG-40T Episensor FBA ES-T Agosto PNI Marslite Idrofoni Ottobre Tab. 3: Situazione a tutto Giugno 2007 e caratteristiche strumentali della Rete Sismica Mobile operativa nell area dei Campi Flegrei. Fig. 2: Rete Sismica Mobile installata ai Campi Flegrei. Per le specifiche della strumentazione installata si veda la Tabella 3. 6

7 Potenziamento Nel primo semestre del 2007 le attività di potenziamento della Rete Mobile hanno riguardato prevalentemente l incremento delle potenzialità strumentali di alcune stazioni (si veda la sostituzione strumentale effettuata alla stazione TRBB al Vesuvio) e la maggiore diffusione delle dotazioni di modem GSM, che hanno permesso sia il controllo che lo scarico dati da remoto utilizzando un computer del Laboratorio Rete Mobile. Parole chiave: accelerometro, sismometro, stazione sismica, telesisma, terremoto vulcano-tettonico, terremoto vulcanico a bassa frequenza, Guralp, Lennartz, Marslite, Kinemetrics, Taurus, Nanometrics. 7

8 IL LABORATORIO DI ANALISI AVANZATE (LAV) Il Laboratorio di Analisi avanzate (LAV) è la struttura afferente alla UF Sismologia che si occupa di effettuare analisi off-line dei dati sismici quali localizzazioni 3D ad alta risoluzione, definizione dei parametri spettrali, studio del rumore sismico, analisi temporale dei parametri di splitting. Nel corso del I semestre 2007 il LAV ha fornito i seguenti risultati: Vesuvio Le localizzazioni probabilistiche dei terremoti rilevati nel periodo Gennaio Giugno 2007 sono state ottenute utilizzando il modello di velocità 3D (Scarpa et al., 2002) mediante algoritmi di ricerca su griglia (Lomax et al., 2000). I picking dei tempi di arrivo delle fasi P ed S sono stati effettuati sui segnali rilevati sia alla Rete Mobile che alla Rete Permanente. In figura 3 sono mostrate le tre sezioni (orizzontale, Nord-Sud, Est-Ovest), con le localizzazioni ottenute per il data-set analizzato. La sismicità risulta concentrata in area craterica ed interessa i primi 4 Km di crosta. Fig. 3: Localizzazione delle sorgenti sismiche al Vesuvio; i cerchi corrispondono al valore delle coordinate spaziali per cui la probabilità è massima. 8

9 Campi Flegrei Nel primo semestre 2007 nell area dei Campi Flegrei si è verificato un solo terremoto (Fig. 4) localizzabile mediante algoritmi di ricerca su griglia (Lomax et al., 2000), utilizzando il modello di velocità 3D (Zollo e Judenherc, 2004) derivato da una recente tomografia. Il picking dei tempi di arrivo delle fasi P ed S è stato effettuato sui segnali rilevati sia alla Rete Mobile che alla Rete Permanente. L evento risulta prossimo all area della Solfatara con profondità ipocentrale intorno a 2 Km al di sotto del livello del mare. Fig.4: Localizzazione probabilistica del terremoto avvenuto ai Campi Flegrei nel primo semestre Il cerchio corrisponde al valore delle coordinate spaziali per cui la probabilità è massima. Lo spettro di tale terremoto mostra picchi nella banda 5-20 Hz (Fig. 5). 9

10 Fig. 5: Spettrogramma della componente verticale del segnale rilevato l 08/02/2007 alla stazione ASB2. Analisi temporale del rumore sismico Il monitoraggio delle variazioni di ampiezza del rumore sismico viene effettuato sui dati rilevati alla stazione sismica a larga banda della Rete Mobile ASB2, installata agli Astroni. Tale parametro viene monitorato per rilevare eventuali incrementi nei livelli di rumore che potrebbero essere correlati all insorgenza di tremore vulcanico. Il valore medio (RMS) dell ampiezza del rumore viene calcolato su finestre temporali di 10 minuti estratte dalle registrazioni giornaliere notturne e diurne. L RMS viene calcolato sia sul segnale non filtrato, sia in 3 bande di frequenza ( Hz, Hz, 1-5 Hz). Nell area Flegrea non si evidenziano particolari variazioni nei livelli di rumore sismico rilevati da Gennaio a Maggio 2007 (Figg. 6 e 7). 10

11 Fig. 6: Andamento temporale del valore medio dell ampiezza (RMS) del rumore (fascia oraria notturna) rilevato dalla stazione ASB2 (componente verticale). Fig. 7: Andamento temporale del valor medio dell ampiezza (RMS) del rumore (fascia oraria diurna) rilevato dalla stazione ASB2 (componente verticale). 11

12 Bibliografia Lomax A., Virieux J., Volant P. and C. Berge (2000). Probabilistic earthquake location in 3D and layered models: Introduction of a Metropolis-Gibbs method and comparison with linear locations, in Advances in Seismic Event Location Thurber, C.H., and N. Rabinowitz (eds.), Kluwer, Amsterdam, Scarpa R., Tronca F., Bianco F., Del Pezzo E. (2002). High resolution velocity structure beneath Mount Vesuvius from seismic array data. Geophys. Res. Lett., 29 (21): Zollo A. and Judenherc S. (2004). The Bay of Naples (southern Italy): Constraints on the volcanic structures inferred from a dense seismic survey. J. Geophys. Res., 109, B10312.doi: /2003JB Parole chiave: sorgenti VT, eventi a bassa frequenza, noise sismico, parametri di splitting, Q-coda, analisi spettrale Ringraziamenti Si ringrazia per la collaborazione tutta la UF Sismologia, in particolare Maurizio Ciampi, Norma Damiano, Luca De Siena, Vincenzo Nisii, Lucia Zaccarelli. Si ringraziano inoltre Marco Capello, Patrizia Ricciolino, l Oasi Naturalistica del WWF degli Astroni, l Ente Terme di Agnano, la Sovrintendenza ai Beni Culturali di Napoli, il Comune di Pozzuoli e la S.E.P.S.A. e le famiglie Nardacchione e Iaccarino. Si ringrazia Ferruccio Ferrari (INGV-CT) che ha reso disponibili i programmi SEISM e CONWIZ con i quali vengono, rispettivamente, analizzati e convertiti nel formato SAC i dati delle stazioni Lennartz PCM

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