Anno Protocollo: RBFR10VLM7_001. ANSELMI Mario NSLMRA78A07M082B. (cognome) (nome) (codice fiscale) Dottore di ricerca 07/01/1978

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1 MINISTERO DELL'ISTRUZIONE, DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA Direzione Generale per il Coordinamento e lo Sviluppo della ricerca PROGETTO DI RICERCA - MODELLO B BANDO FIRB - PROGRAMMA "FUTURO IN RICERCA" Anno Protocollo: RBFR10VLM7_001 LINEA D'INTERVENTO Responsabile Scientifico dell'unità di Ricerca ANSELMI Mario NSLMRA78A07M082B (cognome) (nome) (codice fiscale) Dottore di ricerca 07/01/1978 (qualifica) (data di nascita) Istituto Nazionale Geofisica e Vulcanologia Istituzione che si impegna a garantire il contratto (art. 5 comma 8 del bando) mario.anselmi@ingv.it (telefono) (fax) ( ) 2 - Descrizione della struttura e dei compiti dell'unità di Ricerca Italiano Il fine ultimo che il progetto si propone di raggiungere è di comprendere come i processi riconosciuti in un'analoga area geotermica possano intervenire anche in un sito di stoccaggio di anidride carbonica ed in presenza di un'eventuale faglia sismogenetica nelle vicinanze. Questo progetto vuole incrementare la conoscenza delle conseguenze che un processo industriale con elevata valenza dal punto di vista ambientale (soprattutto se si parla di anidride carbonica) o strategico (principalmente se si parla di gas metano) come lo stoccaggio geologico di fluidi può avere in termini di sicurezza industriale e civile. Esso si concentrerà quindi sugli effetti sismici (i.e. la sismicità indotta) e sulla eventuale fuoriuscita di gas dal sottosuolo, entrambi elementi molto dibattuti dall'opinione pubblica. Per raggiungere l'obiettivo, l'unità di Ricerca si suddivide in gruppi al fine di ottimizzare le energie e le risorse a disposizione. Il Gruppo 1 si occuperà di progettare e di creare (o potenziare laddove già esistente) la reti sismometriche per le aree di studio scelte. A tal fine verranno individuati i siti più idonei per l'installazione delle reti stesse. Le reti andranno concepite tenendo presente sia il rumore di fondo dei siti scelti, sia la sensibilità necessaria in base alla magnitudo attesa dei terremoti da registrare. Non appena il Gruppo 1 avrà portato a regime la propria attività subentreranno le attività del Gruppo 2 e del Gruppo 3, con l'analisi della sismicità strumentale rilevata. Il Gruppo 2 si occuperà della localizzazione ad alto livello di accuratezza dei terremoti rilevati. E' ben noto che la precisione con cui possono essere definiti i parametri ipocentrali dipende da alcuni fattori, tra cui l'accuratezza con cui sono letti i tempi di arrivo delle diverse fasi sismiche, la distribuzione della rete sismometrica e, non meno importante, la conoscenza del mezzo di propagazione. In condizioni in cui la distanza tra gli ipocentri dei terremoti possa essere considerata piccola se confrontata con la distanza tra il centro del gruppo della sismicità e le stazioni che li hanno rilevato, si può ritenere che il percorso dei raggi tra gli eventi ed una medesima stazione sia simile. In tali circostanze l'effettiva distanza tra gli ipocentri può essere considerata come unico fattore che determina le differenze dei travel times (tempi di tragitto) in quanto il modello di velocità influenzerà nello stesso modo i percorsi comuni delle onde dei due eventi. La tecnica delle doppie-differenze (Waldhauser, 2001; Console e Giuntini, 2006;), basata su questa caratteristica, costituirà il punto di partenza per ottenere precise localizzazioni per una sismicità spazialmente limitata. Essa verrà implementata e ottimizzata in favore delle particolari condizioni che si presenteranno in fase di esecuzione del progetto. Un'altra fonte significativa di errore nel processo di localizzazione è legata alla non corretta lettura dei tempi di arrivo. Dato che eventi vicini e con meccanismi di rottura simili generano forme d'onda simili, per limitare l'influenza di un'errata interpretazione degli arrivi delle fasi sismiche verrà applicata la tecnica di cross-correlazione nel dominio del tempo. Il valore massimo della funzione di correlazione è atteso quando si confrontano gli elementi dei due sismogrammi contenenti gli arrivi delle stesse fasi. Così facendo verrà incrementata la precisione con cui saranno determinate le differenze tra i tempi di arrivo di due eventi diversi registrati alla medesima stazione rispetto alle differenze calcolate dai picking dei bollettini sismici. Parallelamente all'attività del Gruppo 2, il Gruppo 3 si adopererà per la caratterizzazione tridimensionale della velocità e/o dell'attenuazione del mezzo mediante tecniche di tomografia sismica. Il Gruppo 3 si occuperà inoltre dello studio della sismicità indotta dall'iniezione di fluidi, sia osservandone le variazioni spazio-temporali che analizzando i parametri di sorgente e determinando l'entità della componente doppia-coppia nei meccanismi focali (Foulger et al., 2004, Vavryčuk et al., 2008). Infine per determinare l'orientazione dei campi di fratturazione prevalenti, e riconoscerne eventuali variazioni temporali, verrà condotto uno studio della polarizzazione del moto del suolo sia sugli eventi sismici registrati che sul rumore ambientale (Rigano et al., 2008, Di Giulio et al. 2009, Pischiutta 2010). La tecnica tomografica prende il nome dalla più nota tomografia medica (T.A.C. = Tomografia Assiale Computerizzata) di cui adotta i principi fondamentali, utilizzando però, al posto dei raggi X, i raggi sismici che, durante il loro tragitto dalla sorgente del terremoto alla stazione di registrazione, attraversano il volume di studio. Tale tecnica consente di parametrizzare il volume di studio come una maglia tridimensionale di nodi e di ricavare, per ciascun nodo, le caratteristiche di velocità (o di attenuazione) delle onde sismiche P ed S. In tomografia possono essere utilizzati diversi tipi di dati: terremoti locali, terremoti regionali e telesismi. A seconda di quali dati vengono utilizzati possono essere risolti dettagli diversi del nostro volume di studio. I dati che forniscono maggiori dettagli relativamente all'area di studio sono di sicuro i terremoti locali, in grado di campionare gran parte del volume interessato, per cui la tecnica di tomografia sicuramente più utilizzata sarà la L.E.T. (Local earthquake tomography). Gli altri dati sono in grado di fornire comunque dei risultati interessanti, anche se a scala più regionale e con finalità rivolte verso problematiche di tipo geodinamico. Il risultato ottenuto dalla tecnica tomografica è una immagine tridimensionale continua, nella quale si ha una ricostruzione dei valori di velocità Vp e Vp/Vs (Qp e Qp/Qs nel caso dell'attenuazione) del volume studiato. Le immagini tomografiche Vp e Vp/Vs consentono una buona interpretazione dal punto di vista geologico perché mettono in risalto, soprattutto per la crosta terrestre, sia le diverse caratteristiche litologiche (Vp) sia quelle legate alla fratturazione, alla presenza e alla circolazione di fluidi all'interno delle rocce (Vp/Vs). Le 1

2 immagini Qp e Qp/Qs consentono invece di capire, in maniera piuttosto accurata, tutti i fenomeni legati alla più o meno intensa attenuazione delle onde sismiche all'interno del mezzo (flusso di calore elevato, presenza di fluidi in pressione, presenza di camere magmatiche, ecc.) nei vari contesti geologici. Le suddette tecniche tomografiche verranno applicate avvalendosi di dati registrati, nell'ambito del progetto proposto, in periodi diversi. Ciò permette di evidenziare l'evoluzione temporale di quei fattori che determinano i cambiamenti temporanei delle proprietà fisiche delle rocce (Chiarabba et al., 2009). Considerando il contesto geologico che si vuole studiare, si può ipotizzare che i cambiamenti fisici del mezzo siano imputabili a processi di accumulo di fluidi nella zona del serbatoio geotermico. Si può inoltre stimare il volume dei fluidi stessi, coinvolti nei processi geotermici, discriminandone le diverse fasi (liquido e gas) (Klimentos, 1995; Mavko et al. 1998; Gunasekera, 2003). Per monitorare i cambiamenti indotti nel sottosuolo dall'iniezione di fluidi è necessario un approfondito studio della sismicità indotta, sia mediante l'osservazione delle sue variazioni spazio-tamporali, sia utilizzando i parametri di sorgente quali il momento sismico, il rilascio di sforzo elastico, l'energia irradiata e il meccanismo focale. Questi parametri permettono di comprendere più a fondo il meccanismo di rottura ed il movimento delle sorgenti sismiche, permettendo la distinzione tra la sismicità dovuta alla normale attività tettonica e quella indotta dalle attività di stoccaggio. Le forme d'onda acquisite saranno quindi analizzate per la definizione della variazione della sismicità legata all'iniezione di fluidi nonchè per la comprensione dei meccanismi di rottura e fratturazione causa della sismicità osservata. L'attività del gruppo, in particolare sarà rivolta alla caratterizzazione dei meccanismi focali di sorgente. In aggiunta, per la comprensione dell'orientazione dei campi di fratture prevalenti (ed eventualmente per valutarne le variazioni temporali) verrà applicato il metodo della polarizzazione del moto del suolo orizzontale, di recente applicazione (Pischiutta, M., 2010). Questo metodo combina la tecnica H/V nel dominio della frequenza con il metodo di diagonalizzazione della matrice di covarianza (Jurkevics, 1988) nel dominio del tempo, fornendo un'alta stabilità dei risultati ad ogni sito, indipendentemente dalla natura e dalla sorgente del segnale sismico (Rigano et al., 2008; Di Giulio et al., 2009, Cara et al., 2010, Falsaperla et al., 2010; Pischiutta et al., 2009). Il metodo è stato finora applicato a diverse zone di faglia in Italia (Val d'agri, Etna, faglia di Paganica) e in California (Hayward fault, Parkfield - faglia di San Andreas), mostrando che la polarizzazione orizzontale della radiazione sismica (segnali di terremoti ma anche consistentemente il rumore ambientale) appare più marcata in zone di faglia intensamente fratturate (damage zone). Come osservato dalla modellizzazione dei campi di fratturazione effettuata utilizzando il software FRAP 3 (Salvini, 2002), tra polarizzazione e fratturazione sussiste una relazione di ortogonalità. Una conferma a questa osservazione è data dall'osservazione della medesima relazione di ortogonalità tra polarizzazione ed anisotropia sismica ottenuta applicando il metodo dello splitting delle onde S. Il metodo di polarizzazione fornisce quindi le medesime informazioni ottenute con lo studio dell'anisotropia delle onde S, consentendo però una maggiore velocità e costi inferiori. I risultati raggiunti dai Gruppi 2 e 3 separatamente saranno analizzati nuovamente nel loro insieme con l'obiettivo di definire dettagliatamente le strutture geologiche presenti nella zona ed il loro rapporto con la sismicità presente e con l'attività industriale. Le attività del Gruppo 4 saranno dedicate alle misure di flusso di gas nei suoli e disciolti nelle acque. Tale studio, insieme alle analisi di laboratorio successive, permetterà di ottenere delle mappe dettagliate dei flussi di gas che provengono dal suolo e dal sottosuolo in quell'area. I dati di gas del suolo e delle acque permetteranno di capire qual è il comportamento della struttura analizzata. Le informazioni derivanti da tale studio potranno diventare molto importanti nel caso di monitoraggio di gas durante lo stoccaggio di fluidi. Esse potranno essere prese per fare un confronto tra la situazione contemporanea allo stoccaggio e quella precedente. Lo studio dei gas del suolo viene effettuato entro un'area adeguata allo studio secondo una griglia piuttosto regolare (da 100 metri ad 1 km di lato della maglia). Vengono effettuate sia misure di flusso di CO2 e CH4 sia misure di concentrazione puntuale di gas nei suoli (He, H2, N2, O2, CH4, CO2, H2S, Rn). Le campagne geochimiche di misura vengono effettuate durante la stagione secca, in quanto più idonea per ottenere una migliore e più realistica rilevabilità dei dati oggetto di studio. Le misure di flusso di CO2 al suolo (espresse in g/m2/giorno) vengono eseguite con metodo speditivo time 0, a camera di accumulo chiusa dinamica (Brombach et al., 2001; Cardellini et al., 2003). La tecnica di campionamento dei gas del suolo consiste nel conficcare nel terreno una sonda ad una profondità di circa 60 cm, per evitare la contaminazione atmosferica del campione, dalla quale viene poi prelevato il gas presente nei pori interstiziali del suolo. L'estremità inferiore della sonda è caratterizzata da una serie di piccoli fori che permettono il passaggio del gas dal suolo all'interno della sonda. Bibliografia Brombach, T., J. C. Hunziker, G. Chiodini, C. Cardellini, and L. Marini (2001), Soil diffuse degassing and thermal energy fluxes from the Southern Lakki Plain, Nisyros (Greece), Geophys. Res. Lett., 28(1), 69-72, doi: /2000gl Cardellini, C., Chiodini, G, Frondini, F., Granieri, D., Lewicki, J., Peruzzi, L.: Accumulation chambre measurements of methane fluxes: application to volcanic-geothermal areas and landfills, Applied Geochem 18, (2003), Cara, F. Di Giulio, G., Milana, G., Bordoni, P., Haines, J., Rovelli, A. (2010). On the Stability and Reproducibility of the Horizontal-to-Vertical Spectral Ratios on Ambient Noise: Case Study of Cavola, Northern Italy. Bull. Seism. Soc. Am., in press. Chiarabba C., Pasquale De Gori, and Enzo Boschi (2009) - Pore-pressure migration along a normal-fault system resolved by time-repeated seismic tomography - Geology, Jan 2009; 37: Console R. and Giuntini A. (2006),"An Algorithm for Double Difference Joint Hypocenter Determination Application to the 2002 Molise (Central Italy) Earthquake Sequence", Annali di Geofisica, 49, Di Giulio, G., Cara, F., Rovelli, A., Lombardo, G., Rigano, R. (2009). Evidences for strong directional resonances in intensely deformed zones of the Pernicana fault, Mount Etna, Italy. J.Geophys. Res., 114, doi: /2009jb Falsaperla, S., Cara, F., Rovelli,A., Neri, M., Behncke, B., Acocella, V. (2010). Effects of the 1989 fracture system in the dynamics of the upper SE flank of Etna revealed by volcanic tremor data: The missing link?, J. Geophys. Res., 115, B11306, doi: /2010jb Foulger, G.R., Julian, B.R., Hill, D.P., Pitt,A.M., Malin, P., Shalev, E. (2004). Non-double-couple microearthquakes at Long Valley Caldera provide evidence for hydraulic fracturing, J. Volc. Geotherm. Res., 132, Gunasekera R.C. G. R. Foulger, B. R. Julian (2003) - Reservoir depletion at The Geysers geothermal area, California, shown by four-dimensional seismic tomography - Journal of Geophysical Research, Vol.108, NO. B3, 2134, doi: /2001JB Jurkevics A. (1988). Polarization analysis of three component array data, Bull. Seismol. Soc.Am., 78, Klimentos T. - (1995) - Attenuation of P- and S- waves as a method of distinguishing gas and condensate from oil and water. - Geophysics, Vol. 60, NO.2, p Mavko G., Kukerji T., Dvorkin J. (1998) - The rock physics handbook - pp Pischiutta, M. (2009). The polarization of horizontal ground motion: an analysis of possible causes. PhD Thesis, Università Alma Mater Studiorum Bologna. Pischiutta, M., Rovelli, A., Fletcher, J.B., Salvini, F., Ben Zion, Y. (2010). Study of gound motion polarization in fault zones: a relation with brittle deformation fields? AGU fall meeting Rigano, R., Cara, F., Lombardo, G., Rovelli, A. (2008). Evidence for ground motion polarization on fault zones of Mount Etna volcano. J. Geophys. Res., 113, B10306, doi: /2007jb Salvini, FRAP 3 package. Vavryčuk, V., Bohnhoff, M., Jechumtálováa, Z., Kolářa, P., Šílenýa, J. (2008).Non-double-couple mechanisms of microearthquakes induced during the 2000 injection experiment at the KTB site, Germany: A result of tensile faulting or anisotropy of a rock?. Tectonophysics, 456, Waldhauser, F., and W. L. Ellsworth, " A Double-Difference Earthquake Location Algorithm: Method and Application to the Northern Hayward Fault, California."Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 90, No. 6, pp , December Inglese 2

3 The most important scope that the project aims to achieve is to understand how the processes recognized in an analogous geothermal study-case can occur also within a CO2 storage site where a seismogenic fault eventually takes place. This project aims to increase the knowledge about the consequences of an industrial process with high value in the environmental (especially referred to carbon dioxide) and strategic point of view (mainly referred to natural gas) as fluid storage can relapse in terms of industrial and civil safety. Then, this project will focus on the seismic effects (i.e. induced seismicity) and on the gas leakage from soil and water. Both arguments are still highly debated bu public opinion and feared by the population. In order to achieve the goal and to optimize the available resources, the research unit will be divided into four different groups. The Group 1 will plan and carry out (or enhance wherever already exists) the seismic networks in the study areas. For this purpose, the most suitable sites will be selected considering the background noise level of such site and choosing the sensors sensitivity according to the magnitude threshold expected. When Group 1 finishes the planned activity, Group 2 and Group 3 will start the analysis of instrumental records. Group 2 will involved in a high quality location of recorded earthquakes. It is well known that the accuracy of the hypocentral parameters depends on several factors, such as the accuracy of arrival times of different seismic phases, the distribution of the seismometer network and the knowledge of the propagation medium. Where the distance between the hypocenters is much shorter than the distance between the hypocenter centroid and the recording stations, it can be assumed that all the events have the propagation path between the sources and the station. In such cases, the actual distance between hypocenters can be considered as the only factor that can determine differences in travel times, as the speed model affects the common ray-paths of two events in the same way. The double-differences technique (Waldhauser, F., and W. L. Ellsworth,2000; Console e Giuntini, 2006;) based on this feature, will be the starting point to obtain precise locations as geothermal areas are characterized by a spatially restricted seismicity. Another feature that can led to a not enough accutare location of hypocenters, is the incorrect arrival times picking. Clustered events (whose hypocenters are closely spaced) are usually are characterized by similar rupture mechanisms thus generating similar waveforms. The cross-correlation technique in time domain is applied to reduce the influence of an incorrect interpretation of arrivals in the seismic phases: when comparing the elements of two seismograms containing arrivals of the same phases the maximum value of the correlation function is expected to be obtained. In this way the precision of the time difference between two events recorded at the same station will result to be higher than the one calculated by picking bulletins. Concurrently to Group 2 research activity, Group 3 will work on the evaluation of a 3D model of shear velocity (Vs) or attenuation (Q) using seismic tomography tecniques. Group 3 will also study fluid injection induced seismicity, both focusing on spatio-temporal variation and calcuating the double-couple component of focal mechanisms (Foulger et al., 2004, Vavryčuk et al., 2008). Finally to evaluate fracture fields orientations and eventually recognize temporal variations, a polarization study will be led out both using earthquake or microearthquake and ambient noise recordings (Rigano et al., 2008, Di Giulio et al. 2009, Pischiutta 2010). The tomographic technique takes its name from the medical tomography (C.A.T. = Computerized Axial Tomography) and adopts the same basic principles, but uses, instead, seismic rays rather than X-rays. These rays pass through the study volume during their path from the earthquake source to the recording station Seismic tomography is a seismological technique used to solve an inverse problem, that is to derive the parameters of the model (in this case the velocity of the P and S waves) from the travel-time of the source-station path of seismic waves. Using this technique it is possible to parameterize the studied volume as a three-dimensional mesh of nodes and to obtain, for each node, the velocity (or attenuation) of the P and S seismic waves. In tomography, different types of data can be used: local, regional and teleseismic earthquakes. Depending on which data are used, different details can be determined. The data that provide more details are certainly local earthquakes, sampling the most part of the studied volume; thus, the L.E.T. (Local Earthquake Tomography) technique will be preferentially used. However, the other data are capable to provide interesting results as well, although on a wider regional scale, and principally aimed to clarify geodynamics issues. The results obtained by tomographic technique is a continuous three-dimensional image of the studied volume, and a value of Vp and Vp / Vs (Qp and Qp / Qs in case of attenuation) is associated to each node of the parameter mesh. In the remaining points between nodes, the value of Vp and Vp / Vs (or Qp and Qp / Qs) is calculated by interpolating the values of surrounding nodes, weighting each value using the distance from the relative node. Vp and Vp / Vs tomographic images allow a good interpretation from a geological point of view because they highlight, especially in the Earth's crust, the different lithological characteristics (Vp) and those related to the fracture, the presence and movement of fluids inside the rock layers (Vp / Vs). On the other hand, Qp and Qp/Qs images provide insight in a fairly accurate manner, about all effects related to more or less intense attenuation of seismic waves within the medium (high heat flow, presence of fluid pressure, the presence of rooms magma, etc..) in different geological contexts. The specified tomographic technique shall be applied using data that has been recorded, within the proposed project, in different periods. This approach will underline the evolution in time of those factors that determine temporary changes in the physical properties of the rocks. Considering the geological context which will be studied, it is possible to assume that the accumulation of fluid in the geothermic reservoir produces physical changes in the medium. In addition, it is possible to estimate the volume of the fluid involved in the geothermic processes itself and to discriminate the different phases (liquid and gas) (Klimentos, 1995, Mavko et al. 1998; Gunasekera, 2003). nel dominio del tempo, fornendo un'alta stabilità dei risultati ad ogni sito, indipendentemente dalla natura e dalla sorgente del segnale sismico (Rigano et al., 2008; Di Giulio et al., 2009, Cara et al., 2010, Falsaperla et al., 2010; Pischiutta et al., 2009). Il metodo è stato finora applicato a diverse zone di faglia in Italia (Val d'agri, Etna, faglia di Paganica) e in California (Hayward fault, Parkfield - faglia di San Andreas), mostrando che la polarizzazione orizzontale della radiazione sismica (segnali di terremoti ma anche consistentemente il rumore ambientale) appare più marcata in zone di faglia intensamente fratturate (damage zone). Come osservato dalla modellizzazione dei campi di fratturazione effettuata utilizzando il software FRAP 3 (Salvini, 2002), tra polarizzazione e fratturazione sussiste una relazione di ortogonalità. Una conferma a questa osservazione è data dall'osservazione della medesima relazione di ortogonalità tra polarizzazione ed anisotropia sismica ottenuta applicando il metodo dello splitting delle onde S. Il metodo di polarizzazione fornisce quindi le medesime informazioni ottenute con lo studio dell'anisotropia delle onde S, consentendo però una maggiore velocità e costi inferiori. Un aspetto che rende questa tecnica particolarmente interessante è la possibilità di utilizzare il rumore ambientale, facilmente disponibile a basso costo e non influenzato dagli strati più profondi della crosta terrestre, con evidenti ricadute nello studio della fratturazione nei processi che interessano profondità da centinaia a poche migliaia di metri. Questi aspetti vantaggiosi incoraggiano un'applicazione estensiva in molti campi della geofisica teorica ed applicata, come un'applicazione allo studio della sismicità indotta da iniezione di fluidi (sia idrofratturazione che eventualmente CO2). In order to determine and monitor the changes induced in the ground by fluid injection, a thoroughly study of induced seismicity is needed, both studying temporal variation of hypocenters location and evaluating source parameters, as seismic moment tensor, the amount of the elastic stress release, the energy associated and the focal mechamism. Those parameters allow to deeper understand the rupture mechanism and seismic sources movement, in order to distinguish the tectonic seismic activity to the one induced by storage activities. Recorded waveforms will be analyzed to define the seismicity variations due to fluid injection and to understand the rupture mechanisms which causies the observed seismicity. This group's activity will be particularly focused on the evaluation of focal source mechanisms. Moreover, with the aim of understanding the prevailing fracture fields orientations (eventually recognizing temporal variations) the recent polarization method of horizontal ground motion will be applied (Pischiutta, M., 2010). This method combined the H/V technique in frequency domain with the covariance matrix analysis (Jurkevics, 1988) in time domain, providing a high stability of results independently of seismic source and path (Rigano et al., 2008; Di Giulio et al., 2009, Cara et al., 2010, Falsaperla et al., 2010; Pischiutta et al., 2009). This method has been applied to several fault zones in Italy (Val d'agri, Etna, Paganica fault) and in California (Hayward fault, Parkfield, San Andreas fault), showing that the horizontal polarization of seismic waves (earthquakes and consistently also ambient noise) is more marked in intensely fractures fault damage zones. As observed from brittle deformation models of fault damage zone using the package FRAP 3 (Salvini, 2002), an orthogonal relation exists between polarization and the most probable fracture field. The same orthogonal relation was consistently observed between polarization and seismic anisotropy obtained using the S wave splitting method. Polarization method yields the same information of S waves anisotropy allowing lower costs and faster measurement. Results obtained by the Group 2 and Group 3 will merged in order to characterize the geological structures in the area and their relationship with the seismicity and industrial activity. Group 4 will involved in the soil gas flux measurements and in the water sampling activity. This field activity and the subsequent laboratory analysis will be useful to draw detailed maps about gas flux uprising from the soils and underground. Gas flux in soils and gas concentration in ground-water will investigate the actual geochemical behavior of the pointed structures. Moreover, those data could constitute a baseline for future gas monitoring during the industrial storage activity. Soil gas flux are acquired using a regular shaped measuring-points grid ( grid interdistance 100 meters up to 1 km) within the target area. There are performed both the gas flux (CO2 and CH4) and gas concentration measurements in soils (He, H2, N2, O2, CH4, CO2, H2S, Rn). Field activity will plan during the spring and summer dry seasons (and never after the rains) in order to obtain more realistic data from the dry soils. Gas fluxes measurements are performed using an expeditious routine time 0, dynamic closed-chamber storage (Brombach et al., 2001; Cardellini et al., 2003). Conversely, gas sampling is usually performed inserting into the soil a gas probe up to 60 cm depth, in order to avoid the atmospheric contamination of the sample. 3

4 References Brombach, T., J. C. Hunziker, G. Chiodini, C. Cardellini, and L. Marini (2001), Soil diffuse degassing and thermal energy fluxes from the Southern Lakki Plain, Nisyros (Greece), Geophys. Res. Lett., 28(1), 69-72, doi: /2000gl Cardellini, C., Chiodini, G, Frondini, F., Granieri, D., Lewicki, J., Peruzzi, L.: Accumulation chambre measurements of methane fluxes: application to volcanic-geothermal areas and landfills, Applied Geochem 18, (2003), Cara, F. Di Giulio, G., Milana, G., Bordoni, P., Haines, J., Rovelli, A. (2010). On the Stability and Reproducibility of the Horizontal-to-Vertical Spectral Ratios on Ambient Noise: Case Study of Cavola, Northern Italy. Bull. Seism. Soc. Am., in press. Chiarabba C., Pasquale De Gori, and Enzo Boschi (2009) - Pore-pressure migration along a normal-fault system resolved by time-repeated seismic tomography - Geology, Jan 2009; 37: Console R. and Giuntini A. (2006),"An Algorithm for Double Difference Joint Hypocenter Determination Application to the 2002 Molise (Central Italy) Earthquake Sequence", Annali di Geofisica, 49, Di Giulio, G., Cara, F., Rovelli, A., Lombardo, G., Rigano, R. (2009). Evidences for strong directional resonances in intensely deformed zones of the Pernicana fault, Mount Etna, Italy. J.Geophys. Res., 114, doi: /2009jb Falsaperla, S., Cara, F., Rovelli,A., Neri, M., Behncke, B., Acocella, V. (2010). Effects of the 1989 fracture system in the dynamics of the upper SE flank of Etna revealed by volcanic tremor data: The missing link?, J. Geophys. Res., 115, B11306, doi: /2010jb Foulger, G.R., Julian, B.R., Hill, D.P., Pitt,A.M., Malin, P., Shalev, E. (2004). Non-double-couple microearthquakes at Long Valley Caldera provide evidence for hydraulic fracturing, J. Volc. Geotherm. Res., 132, Gunasekera R.C. G. R. Foulger, B. R. Julian (2003) - Reservoir depletion at The Geysers geothermal area, California, shown by four-dimensional seismic tomography - Journal of Geophysical Research, Vol.108, NO. B3, 2134, doi: /2001JB Jurkevics A. (1988). Polarization analysis of three component array data, Bull. Seismol. Soc.Am., 78, Klimentos T. - (1995) - Attenuation of P- and S- waves as a method of distinguishing gas and condensate from oil and water. - Geophysics, Vol. 60, NO.2, p Mavko G., Kukerji T., Dvorkin J. (1998) - The rock physics handbook - pp Pischiutta, M. (2009). The polarization of horizontal ground motion: an analysis of possible causes. PhD Thesis, Università Alma Mater Studiorum Bologna. Pischiutta, M., Rovelli, A., Fletcher, J.B., Salvini, F., Ben Zion, Y. (2010). Study of gound motion polarization in fault zones: a relation with brittle deformation fields? AGU fall meeting Rigano, R., Cara, F., Lombardo, G., Rovelli, A. (2008). Evidence for ground motion polarization on fault zones of Mount Etna volcano. J. Geophys. Res., 113, B10306, doi: /2007jb Salvini, FRAP 3 package. Vavryčuk, V., Bohnhoff, M., Jechumtálováa, Z., Kolářa, P., Šílenýa, J. (2008).Non-double-couple mechanisms of microearthquakes induced during the 2000 injection experiment at the KTB site, Germany: A result of tensile faulting or anisotropy of a rock?. Tectonophysics, 456, Waldhauser, F., and W. L. Ellsworth, " A Double-Difference Earthquake Location Algorithm: Method and Application to the Northern Hayward Fault, California."Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 90, No. 6, pp , December Settori di ricerca ERC (European Research Council) interessati dall'unità di Ricerca PE Physical Sciences and Engineering PE10 Earth system science: physical geography, geology, geophysics, atmospheric sciences, oceanography, climatology, ecology, global environmental change, biogeochemical cycles, natural resources management PE10_7 Physics of earth's interior, seismology, volcanology PE10_11 Geochemistry, crystal chemistry, isotope geochemistry, thermodynamics PE10_5 Geology, tectonics, volcanology 4 - Curriculum scientifico del Responsabile Scientifico dell'unità di Ricerca Italiano Dati Anagrafici Nome e cognome: Mario Anselmi Data e luogo di nascita: 07/01/1978, Viterbo Studi e formazione: Aprile 2008: Dottorato in Scienze Geologiche XX ciclo presso l'università degli studi di Roma "La Sapienza". Tesi dal titolo: Sismicità e strutture crostali in zone di faglia: l'esperimento Alpago-Cansiglio (Veneto) Luglio 2004: Laurea in Scienze Geologiche presso l'università degli studi di Roma "La Sapienza" con votazione 110/110 e lode. Tesi di Laurea dal titolo:" Struttura crostale profonda della Faglia Alto-Tiberina attraverso l'analisi di tomografia telesismica" Lavoro: dal 6 Aprile 2009 al 31 gennaio 2010: partecipazione all'attività di installazione, manutenzione e controllo di stazioni sismiche stand-alone della Rete Sismica Mobile INGV, elaborazione dati sismologici. da agosto 2007 a dicembre 2010: assegnista presso l'istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia di Roma, Sezione Sismologia e Tettonofisica - Roma 1, resp. scient. Dr. Fedora Quattrocchi. Progetti di ricerca sismologici finanziati da Enel S.p.A. per lo studio sismico delle aree dell'alto Lazio, Pianura Veneta e dell'alto-adriatico. da aprile 2005 a giugno 2007: borsista presso l'istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia di Roma, Sezione Centro Nazionale Terremoti, resp. scient. Dr. Claudio Chiarabba. Progetti di ricerca sismologici finanziati dal FIRB-MUR per lo studio sismico di aree di gap sismico in Italia. dal luglio 2004: esperienze professionali di prospezioni geofisiche: tomografia elettrica, prospezioni magnetiche ed elettromagnetiche nel campo dell'archeologia e 4

5 della ricerca idrica, esperienze nell'ambito della dispersione delle onde superficiali e delle tecniche sia di sismica attiva (MASW e tomografia) che di sismica passiva (REMI e H/V). Pubblicazioni: M.Anselmi, A.Govoni, P. De Gori and C. Chiarabba - Seismicity and velocity structure along the south-alpine thrust front of the Venetian Alps (NE-Italy) - submitted to Tectonophysics C. Chiarabba, A. Amato, M. Anselmi, P. Baccheschi, I. Bianchi, M. Cattaneo, G. Cecere, L. Chiaraluce, M. G. Ciaccio, P. De Gori, G. De Luca, M. Di Bona, R. Di Stefano, L. Faenza, A. Govoni, L. Improta, F. P. Lucente, A. Marchetti, L. Margheriti, F. Mele, A. Michelini, G. Monachesi, M. Moretti, M. Pastori, N. Piana Agostinetti, D. Piccinini, P. Roselli, D. Seccia, and L. Valoroso - The 2009 L'Aquila (central Italy) MW6.3 earthquake: Main shock and aftershocks - Geophysical Research Letters L. Chiaraluce, L. Valoroso, M. Anselmi, S. Bagh, and C. Chiarabba - A decade of passive seismic monitoring experiments in four Italian regions with local networks - Tectonophysics Rapporto Tecnico-Scientifico sulla Sequenza Sismica del Mugello del 1 Marzo Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Roma Inglese Name e Surname: Mario Anselmi Date and place of birth: 07/01/1978, Viterbo (Italy) Education: April 2008: Ph. D in Earth Sciences at University of Rome "La Sapienza". Ph.D. Thesis: Sismicità e strutture crostali in zone di faglia: l'esperimento Alpago-Cansiglio (Veneto) July 2004: Degree in Geology at University of Rome "La Sapienza". Degree Thesis:" Struttura crostale profonda della Faglia Alto-Tiberina attraverso l'analisi di tomografia telesismica" Job: April january 2010: field activity and installation, holding and manteinance of stand-alone seismic stations of the mobile seismic network at INGV, seismological data processing. August december 2010: post-doc position at Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) of Rome, department Seismology and Tectonophysics chief Dr. Fedora Quattrocchi. Research seismological projects funded by Enel S.p.A. (electric company) about the seismic studies of the North Latium, Venetian Po Plain and North Adriatic coast. April june 2007: grant at Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia of Rome, department of National Earthquake Center. Chief. Dr. Claudio Chiarabba. Research projects funded by FIRB-MIUR about the seismic studies of the seismic gaps in Italy. since July 2004: professional activity in geophysics exploration: electric tomography, magnetic and electromagnetic explorations in archaeological application and water search, techniques of active seismic exploration (MASW e tomography) and passive seismic exploration (REMI and H/V). Pubblications: M.Anselmi, A.Govoni, P. De Gori and C. Chiarabba - Seismicity and velocity structure along the south-alpine thrust front of the Venetian Alps (NE-Italy) - submitted to Tectonophysics C. Chiarabba, A. Amato, M. Anselmi, P. Baccheschi, I. Bianchi, M. Cattaneo, G. Cecere, L. Chiaraluce, M. G. Ciaccio, P. De Gori, G. De Luca, M. Di Bona, R. Di Stefano, L. Faenza, A. Govoni, L. Improta, F. P. Lucente, A. Marchetti, L. Margheriti, F. Mele, A. Michelini, G. Monachesi, M. Moretti, M. Pastori, N. Piana Agostinetti, D. Piccinini, P. Roselli, D. Seccia, and L. Valoroso - The 2009 L'Aquila (central Italy) MW6.3 earthquake: Main shock and aftershocks - Geophysical Research Letters L. Chiaraluce, L. Valoroso, M. Anselmi, S. Bagh, and C. Chiarabba - A decade of passive seismic monitoring experiments in four Italian regions with local networks - Tectonophysics Rapporto Tecnico-Scientifico sulla Sequenza Sismica del Mugello del 1 Marzo Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Roma 5 - Pubblicazioni scientifiche più significative del Responsabile Scientifico dell'unità di Ricerca nº Pubblicazione Titolo rivista 1. MARIO ANSELMI, A. GOVONI, P. DE GORI AND C. CHIARABBA (2010). Seismicity and velocity structures along the south-alpine trust TECTONOPHYSICS front of the Venetian Alps (NE-Italy). TECTONOPHYSICS, ISSN: L. CHIARALUCE, L. VALOROSO, MARIO ANSELMI, S. BAGH, AND C. CHIARABBA (2009). A decade of passive seismic monitoring experiments in four Italian regions with local networks. TECTONOPHYSICS, vol. 476; p , ISSN: , doi: /j.tecto C. CHIARABBA, A. AMATO, MARIO ANSELMI, P. BACCHESCHI, I. BIANCHI, M. CATTANEO, G. CECERE, L. CHIARALUCE, M. G. CIACCIO, P. DE GORI, G. DE LUCA, M. DI BONA, R. DI STEFANO, L. FAENZA, A. GOVONI, L. IMPROTA, F. P. LUCENTE, A. MARCHETTI, L. MARGHERITI, F. MELE, A. MICHELINI, G. MONACHESI, M. MORETTI, M. PASTORI, N. PIANA AGOSTINETTI, D. PICCININI, P. ROSELLI, D. SECCIA, AND L. VALOROSO (2009). The 2009 L'Aquila (central Italy) MW6.3 earthquake: Main shock and aftershocks. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, vol. 36, ISSN: , doi: /2009GL A. AMATO, A. ANTONIOLI, L. CHIARALUCE, P. DE GORI, R. DI STEFANO, F. DOUMAZ, L.FAENZA, V. LAUCIANI, A. MARCHETTI, F. MELE, A.MICHELINI, M. PIRRO, L. SCOGNAMIGLIO, G.SELVAGGI, L. VALOROSO, S. VINCI, MARIO ANSELMI, V. DE RUBEIS, D. PICCININI, P. SBARRA, E. TINTI, P. TOSI, A. FIASCHI (2008). La sequenza sismica nell'appennino tosco-emiliano dell'1 e 2 marzo 2008 TECTONOPHYSICS GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS 5

6 6.1 - Personale a tempo indeterminato (A.1.1) e/o determinato (A.1.2) Personale dipendente dell'istituzione, sede dell'unità di ricerca nº Cognome Nome Dipartimento/Istituto Qualifica Tipologia Mesi/Persona Costo 1. AMATO Alessandro Dirigente di ricerca Tempo Indeterminato GALLI Gianfranco Tecnologo Tempo Indeterminato PICCININI Davide Sezione di Roma Ricercatore a tempo det. Tempo Determinato 0, PIZZINO Luca Sezione di Roma Ricercatore a tempo det. Tempo Determinato 0, QUATTROCCHI Fedora Dirigente tecnologo Tempo Indeterminato ROVELLI Antonio Dirigente di ricerca Tempo Indeterminato SCIARRA Alessandra Tecnologo a tempo det. Tempo Determinato 0,01 0 TOTALE 21, Personale docente esterno alla sede dell'unità di ricerca nº Cognome Nome Ente/Istituzione Dipartimento/Istituto Qualifica Tipologia Mesi/Persona Costo TOTALE 0 0 Personale di Enti/Istituzioni/Imprese esterno alla sede dell'unità di ricerca nº Cognome Nome Ente/Istituzione Dipartimento/Istituto Qualifica Tipologia Mesi/Persona Costo TOTALE Assegnisti, dottorandi, post-doc e borsisti (A.2) - Già acquisiti con altri fondi e saltuariamente impiegato nel Progetto di Ricerca nº Cognome Nome Ente/Istituzione Dipartimento/Istituto Qualifica Tipologia Mesi/Persona TOTALE Personale a contratto, assegnisti, borsisti, dottorandi, da destinare a questo specifico Progetto di Ricerca (A.2) nº Qualifica Tipologia Mesi/Persona Costo 1. dottore di ricerca assegno di ricerca 36, TOTALE Contratti con giovani ricercatori (C.1) e/o ricercatori di chiara fama internazionale (C.2) da destinare a questo specifico Progetto di Ricerca nº Cognome Nome Tipologia Mesi/Persona Costo 1. ANSELMI Mario Contratto per giovane ricercatore pari almeno alla durata del progetto TOTALE Personale di Enti/Istituzioni straniere nº Cognome Nome Ente/Istituzione Dipartimento/Istituto Qualifica 7 - Mesi/persona complessivi dedicati alle attività proposte Numero Mesi/Persona Costo Personale a tempo indeterminato (A.1.1) Personale a tempo determinato (A.1.2) 3 0,03 0 Personale non dipendente (A.2) Contratti con Giovani ricercatori (C.1) Contratti con Ricercatori di chiara fama internazionale (C.2)

7 8 - Descrizione delle attrezzature da acquistare per il Progetto di Ricerca nº Anno di acquisizione Descrizione (italiano) Descrizione (inglese) Valore presunto Percentuale di utilizzo Costo attribuito al progetto per le attività proposte pc pc TOTALE Spese complessive dell'unità di Ricerca Voce di spesa Spesa Descrizione (italiano) Descrizione (inglese) (DM. 199 Ric. del 08/03/01; art.6, c.6) Spesa A.1.1 (*) Spese del personale a tempo indeterminato Spesa A.1.2 (*) 0 Spesa A.2 (*) Spesa B Spese generali direttamente imputabili all'attività di ricerca (obbligatoriamente nella misura forfettizzata del 60% del costo del personale di cui alle voci A e C) Spesa C.1 Spese per giovani ricercatori Spesa C Spese generali direttamente imputabili all'attività di ricerca (obbligatoriamente nella misura forfettizzata del 60% del costo del personale di cui alle voci A e C) Spese contratti a personale giovani ricercatori 0 Spese generali direttamente imputabili all'attività di ricerca (obbligatoriamente nella misura forfettizzata del 60% del costo del personale di cui alle voci A e C) Expenses for young researcher Spese per ricercatori di chiara fama internazionale Spesa D Spese acquisto pc Purchasing costs for PC Spesa E Spesa F 0 Spesa G 0 TOTALE Spese per stages e missioni all'estero di docenti/ricercatori coinvolti nel progetto Attendance in stages and missions abroad for teacher/researcher involved in the project Legenda voce di spesa: -Spesa A: Spese di personale (A.1.1 dipendente a tempo indeterminato; A.1.2 dipendente a tempo determinato; A.2 personale non dipendente, esclusi i contratti per giovani ricercatori e/o ricercatori di chiara fama internazionale di cui alla voce C) -Spesa B: Spese generali direttamente imputabili all'attività di ricerca (obbligatoriamente nella misura forfettizzata del 60% del costo del personale di cui alle voci A e C) -Spesa C: Spese per contratti almeno triennali per giovani ricercatori (C.1) ed almeno semestrali per ricercatori di chiara fama internazionale (C.2) -Spesa D: Spese per l'acquisizione di strumentazioni, attrezzature e prodotti software -Spesa E: Spese per stage e missioni all'estero di docenti/ricercatori coinvolti nel progetto -Spesa F: Costo dei servizi di consulenza e simili utilizzati per l'attività di ricerca -Spesa G: Altri costi di esercizio direttamente imputabili all'attività di ricerca 10 - Costo complessivo dell'unità di Ricerca A carico del MIUR A carico del Proponente TOTALE Costo delle attività di ricerca Costo dei contratti dei giovani ricercatori Costo dei contratti dei ricercatori di chiara fama 0 0 Costo complessivo dell'unità di Ricerca Conoscenza lingua inglese Attesto di avere una ottima conoscenza della lingua inglese: SI 12 - Dichiarazione di conseguimento del titolo di dottore di ricerca Dottore di ricerca in scienze della terra Conseguito presso Università degli Studi di ROMA "La Sapienza" In data 23/04/2008 7

8 13 - Certificazione contratto di durata almeno pari alla durata del progetto da parte dell'ente Istituzione Si attesta di avere acquisito apposito impegno dell'ente a stipulare con il sottoscritto apposito contratto di durata almeno pari alla durata del progetto, secondo la normativa vigente: Istituto Nazionale Geofisica e Vulcanologia SI 14 - Svolgimento attività di progetto Mi impegno a completare le attivita' di progetto presso l'istituzione indicata all'atto della presentazione del progetto stesso: SI Firma del Responsabile... DATA 16/12/ :21 8