Sequenza sismica di Amatrice

Sequenza sismica di Amatrice Aggiornamento delle analisi interferometriche satellitari e modelli di sorgente Per il gruppo di lavoro INGV/IREA-CNR per le analisi di dati SAR, hanno contribuito: Christian Bignami, Cristiano Tolomei, Giuseppe Pezzo, Simone Atzori, Andrea Antonioli, Salvatore Stramondo, Stefano Salvi - INGV-CNT Manuela Bonano, Raffaele Castaldo, Francesco Casu, Claudio De Luca, Vincenzo De Novellis, Riccardo Lanari, Mariarosaria Manzo, Michele Manunta, Antonio Pepe, Susi Pepe, Pietro Tizzani, Ivana Zinno - IREA-CNR Citare questo rapporto come: Gruppo di lavoro IREA-CNR & INGV, 2016 Sequenza sismica di Amatrice: aggiornamento delle analisi interferometriche satellitari e modelli di sorgente, Introduzione Questo rapporto fornisce un aggiornamento delle analisi di interferometria SAR e della successiva modellazione della deformazione statica per il terremoto di Amatrice del 24/8/16, svolte dai Gruppi di lavoro IREA-CNR e INGV- CNT. Rispetto al primo rapporto (Gruppo di lavoro IREA-CNR & INGV, 2016) il numero di datasets geodetici utilizzato nella modellazione è aumentato da 1 a 7. I risultati della inversione sono pertanto ben vincolati. I modelli presentati non hanno utilizzato vincoli da dati sismologici o geologici ma sono comunque in ottimo accordo con essi. I risultati dell'inversione congiunta saranno presentati in un successivo rapporto. Analisi dati satellitari A valle dello studio preliminare effettuato sfruttando la prima coppia di dati radar ALOS 2, disponibile già poche ore dopo l evento sismico, sono state svolte analisi interferometriche avanzate delle deformazioni del suolo cosismiche e delle strutture geologiche che hanno generato il sisma del 24/08/2016. In particolare, l analisi interferometrica satellitare ha beneficiato di un gran numero d immagini SAR acquisite, a cavallo dell evento sismico, dal satellite giapponese ALOS-2 (JAXA), operante in banda L (lunghezza d onda 23.6 cm), dai sensori in banda C (lunghezza d onda 5.6 cm) della costellazione Sentinel-1 del Programma Europeo Copernicus e da quelli in banda X (lunghezza d onda 3.1 cm) della costellazione italiana COSMO-SkyMed, sviluppata dall'agenzia Spaziale Italiana in cooperazione con il Ministero della Difesa. In Tabella 1 sono riportate le coppie SAR interferometriche utilizzate per l analisi degli spostamenti del suolo lungo le rispettive linee di vista (LOS, Line of Sight) dei radar. Tabella 1: Coppie interferometriche co-sismiche disponibili ed elaborate Sensore Modalità Coppia interferometrica Lunghezza d onda [cm] Baseline perpendicolare [m] Orbita Track Angolo d incidenza medio [deg] ALOS 2 StripMap 09092015_24082016 23.6-198 ASC 197 36.6 S1 IWS* 20082016_26082016 5.56 105 DISC 95 39 S1 IWS* 21082016_27082016 5.56 79 DISC 22 39 1

S1 IWS* 15082016_27082016 5.56 32 ASC 117 39 CSK StripMap 20082016_28082016 3.1 101 DISC N/A 30.6 S1 IWS* 22082016_28082016 5.56-29 ASC 44 39 ALOS 2 StripMap 25052016_31082016 23.6 88 DISC 92 32.9 *IWS = Interferometric Wide Swath A titolo esemplificativo, in Figura 1 sono riportate alcune delle mappe di deformazione co-sismica in linea di vista generate a partire dalle coppie individuate in Tabella 1 sfruttando la tecnica dell Interferometria SAR Differenziale (DInSAR). Figura 1 Mappe di spostamento del suolo co-sismico (nelle linee di vista del radar) ottenute a partire dai dati radar ALOS 2 e Sentinel-1 acquisiti a cavallo dell evento sismico del 24 agosto da orbite sia ascendenti sia discendenti. Si veda la Tabella 1 per riferimento. Relativamente ai dati Sentinel-1 si sottolinea che, grazie alla disponibilità dell Agenzia Spaziale Europea (ESA), si è avuta la possibilità di ottenere i dati del satellite Sentinel-1B nonostante lo stesso sia ancora in fase di commissioning e quindi non pienamente operativo. Ciò ha permesso di sfruttare in maniera congiunta i dati acquisiti dai due satelliti e di generare coppie interferometriche cross-sensor (cioè con un immagine acquisita da Sentinel-1A e una acquisita da Sentinel-1B) con un intervallo temporale fra le acquisizioni pre- e post- evento di soli 6 giorni (rispetto ai 12 possibili con l utilizzo di un solo sensore), riducendo i tempi di risposta. 2

Inoltre, grazie all utilizzo congiunto delle immagini SAR acquisite lungo orbite ascendenti (da Sud a Nord) e discendenti (da Nord a Sud), è stato possibile ricavare le componenti verticale ed Est-Ovest degli spostamenti del suolo (Figura 2). In particolare tale stima è stata effettuata combinando le mappe di deformazione in LOS derivate dalle coppie Sentinel-1 e ALOS 2 indicate in Tabella 1 (la coppia relativa al Track 95 di Sentinel-1 non è stata utilizzata perché copre parzialmente l area in deformazione). Figura 2 Mappe delle componenti verticale (sinistra) ed Est-Ovest (destra) dello spostamento del suolo, ottenute sfruttando congiuntamente i passaggi ascendenti (Sud-Nord) e discendenti (Nord-Sud) dei dati radar ALOS 2 e Sentinel-1 acquisiti a cavallo dell evento sismico. Nella mappa relativa alla componente Est-Ovest (destra) sono indicate due aree in cui sono stati rilevati degli spostamenti localizzati e di cui si fornisce maggiore dettaglio in Figura 3. I risultati ottenuti confermano l abbassamento del suolo dalla caratteristica forma a cucchiaio che si estende per circa 20 Km in direzione NNW, già osservato nelle preliminari analisi interferometriche. Il valore massimo dello spostamento del suolo verticale è di circa 20 cm in corrispondenza dell area di Accumoli. Si nota inoltre che la zona deformata visibile sulla componente Est-Ovest interessa un area più estesa rispetto a quella verticale (circa 20 x 25 km 2 ) ed è caratterizzata dalla presenza di quattro aree alternate di spostamento, con valori massimi di deformazione di circa 16 cm verso Ovest. Dall analisi delle mappe di deformazione in LoS e delle componenti verticale ed Est-Ovest dello spostamento, è stato anche possibile ricavare informazioni più di dettaglio su alcuni effetti molto localizzati, probabilmente legati a fenomeni di instabilità di versante (Figura 3). 3

Figura 3 Dettaglio della mappa della componente Est-Ovest (Figura 2) per due aree interessate da spostamenti localizzati. A sinistra si evidenzia uno spostamento lungo Est localizzato su un versante ad Ovest dell abitato di Castelluccio. A destra, invece è indicato il movimento verso Ovest del versante Ovest del Monte Vettore (si veda anche l analisi dei dati CSK in Figura 4). Tali fenomeni sono, inoltre, visibili anche nella mappa di deformazione co-sismica relativa ai dati SAR CSK che, grazie alle elevate risoluzioni spaziali del sistema, permette di stimare gli spostamenti del suolo con grande dettaglio spaziale. A tal riguardo, in Figura 4 (immagine in alto) è riportata la mappa di deformazione co-sismica CSK in LOS, relativa alla zona che si estende tra Tufo e Pescara del Tronto fino all area di Castelluccio. Si noti come la migliore risoluzione spaziale consenta di analizzare nel dettaglio anche lo spostamento del suolo di un area relativamente piccola che si estende per circa 800 x 600 m 2 sul fianco del Monte Vettore, verosimilmente legato ad un fenomeno di instabilità di versante. Quest ultimo è probabilmente legato a frane sismo-indotte o a faglie riattivate, visto che l analisi dei dati CSK acquisiti nel periodo precedente all evento sismico (immagine in basso in Figura 4) non mostra segnali deformativi significativi. 4

Figura 4 Mappa della deformazione co-sismica (in alto) ottenuta a partire dai dati radar satellitari acquisiti dalla costellazione COSMO-SkyMed, il 20/08/2016 (immagine pre-evento) e il 28/08/2016 (immagine post-evento). La freccia indica una deformazione localizzata in corrispondenza del fianco del Monte Vettore, probabilmente legata a un fenomeno d instabilità di versante. In basso è riportata la mappa di deformazione ottenuta da dati CSK acquisiti precedentemente al sisma (coppia interferometrica 03072016CSK-20082016CSK), dove non si notano segnali deformativi significativi. 5

Figura 5 - Punti di misura GPS disponibili nell'area. Il dataset utilizzato nelle inversioni descritte in questo report comprende le stazioni in continuo della rete RING INGV (quadrati neri), e le stazioni in continuo gestite da ISPRA e DPC (quadrati arancioni). Modellazione della sorgente I dati utilizzati nel procedimento di inversione sono: un totale di circa 19500 valori di spostamento del suolo in linea di vista ricavati dallo srotolamento di 5 degli interferogrammi riportati in Tabella 1, e 107 valori di spostamento provenienti da stazioni CGPS, alcune delle quali sono mostrate in Figura 5 (INGV-CNT Working Group GPS Geodesy", 2016). Per la modellazione è stata utilizzata la seguente procedura: i dati si spostamento del suolo ricavati dallo srotolamento degli interferogrammi sono stati georiferiti e ricampionati su griglia a doppio passo: un punto ogni 500 m nell area con deformazione significativa, e ogni 2000 m nel resto della regione. I dataset sono stati quindi modellati tramite un modello di dislocazione di tipo analitico (basato su Okada, 1985), in cui i parametri della faglia sono stati stimati tramite un algoritmo di inversione non lineare (nessun parametro è stato vincolato a priori). La geometria della sorgente ed il rake così ricavati, sono stati tenuti fissi nella successiva inversione lineare, con cui è stata stimata la distribuzione di slip sul piano di faglia. E stato utilizzato un vincolo di positività (Non-Negative Least Square). 6

Analogamente a quanto indicato nel primo report, sono state eseguite inversioni distinte per una singola sorgente e per due sorgenti. Nel seguito vengono mostrati i risultati dell'inversione lineare. I files in formato.shp consegnati al Dipartimento sono indicati in Appendice. La Tabella 2 mostra i parametri delle sorgenti modellate. Modello Mw osservata Magnitudo geodetica Lunghezza Larghezza massima Profondità del tetto Strike Dip Rake Slip max RMS medio Singola faglia 6.0 (+ 5.3) 6.2 21 km 9 km 1500 m 164 46-73 120 cm 1.4 cm Doppia faglia - Nord Doppia faglia - Sud 6.0 (+ 5.3) 6.2 8 km 8 km 3000 m 175 39-65 12 km 5 km 2500 m 165 51-70 140 cm 130 cm 1.4 cm Nota: i valori indicati di lunghezza, larghezza e profondità sono relativi alle aree di maggiore slip Figura 6 - Distribuzione di slip per il modello a faglia singola. Sono mostrati anche i due eventi maggiori della sequenza al 25/8 (pentagoni rossi) e gli aftershocks localizzati fino al 29/8 (punti neri). Localizzazione degli aftershocks fornita da INGV AMA_LOC Working Group DOI: 10.5281/zenodo.61404 7

Figura 7 - Distribuzione di slip per il modello a due faglie. Sono mostrati i due eventi maggiori della sequenza al 25/8 (pentagoni rossi) e gli aftershocks rilocalizzati fino al 29/8 (punti neri). Localizzazione degli aftershocks fornita da INGV AMA_LOC Working Group DOI: 10.5281/zenodo.61404 Figura 8 - Rappresentazione 3D del modello di slip a una faglia. La linea gialla rappresenta l'intersezione del piano del modello con la superficie. Le linee rosse sono tracce di faglie dalla bibliografia geologica. Il simbolo rosso è il mainshock, i simboli verdi sono gli altri eventi maggiori fino al 29/8. 8

Figura 9 - Rappresentazione 3D del modello di slip a due faglie. La linea arancione rappresenta l'intersezione della faglia Nord con la superficie; la linea viola è l'intersezione della faglia Sud. Il simbolo rosso è il mainshock, i simboli verdi sono gli altri eventi maggiori fino al 29/8. Figura 10 - Il modello a singola faglia sovrapposto al modello a due faglie. 9

Figura 11 - Distribuzione delle differenze della Coulomb Failure Function CFF, casate dalla dislocazione del modello a due faglie, sulle strtture circostanti. Piani di faglia delle strutture vicine forniti dal Gruppo Emergeo. Valutazione dei risultati I due modelli sono molto simili (Figura 10) e il loro fit con i dati è praticamente identico (Tabella 2). E' possibile tentare di attribuire la rottura a piani di faglia visibili in superficie, prolungando i piani dei modelli fino ad intersecare la topografia. La traccia superficiale del modello a singola faglia corre parallela e quasi coincidente (entro ±800 m) con la traccia del sistema di faglie Gorzano-Laga-Vettore (Figura xx). Nel modello a due faglie andamento identico si nota per la faglia Sud, mentre la traccia della faglia Nord ruota verso NE e dovrebbe emergere circa 3 km ad Est del M. Vettore. Entrambi i modelli sono compatibili con gli andamenti degli aftershocks nei limiti delle incertezze, con un leggero miglior accordo nella parte nord del modello a due faglie rispetto alla faglia singola. In Tabella 2 è riportata la dimensione della rottura ricavabile dai valori di slip per i due modelli. In entrambi i modelli, andando verso Sud dall'ipocentro, la rottura si ferma poco prima di Amatrice, mentre verso nord i valori di slip del modello a doppia faglia vanno a zero circa a metà della Piana di Castelluccio (o poco più a nord per la faglia singola). Le due maggiori concentrazioni di slip sono localizzate a profondità intorno a 6 km nella parte nord, e 4 km a sud. A seconda dei modelli, i valori di slip sono circa uguali a zero a profondità minori di 1.5-3 km (a nord) o 700 m (a sud). Nelle parti più superficiali delle faglie vengono modellati in maniera discontinua valori di slip intorno a pochi cm. 10

Il modello a due faglie è stato utilizzato per calcolare la variazione di stress di Coulomb ( CFF) sulle faglie circostanti. La Figura 11 mostra il risultato di tale calcolo sui piani delle sei faglie più vicine (geometrie dei piani fornite da Emergeo). Valori positivi considerevoli di CFF, fino a 0.5-0.6 MPa si riscontrano al limite NW della faglia del M. Gorzano, interessata dopo il mainshock da una intensa attività di bassa magnitudo su una struttura esterna ai modelli presentati (Figura 6). A nord i valori sulla faglia Vettore-Bove sembrano molto più bassi, tuttavia si evidenzia come sia possibile che il piano utilizzato per il calcolo non sia del tutto rappresentativo, in quanto non è in continuità con la faglia del Vettore. Se il piano proseguisse a SE si avrebbero concentrazioni di CFF probabilmente analoghe a quelle calcolate per la faglia del Gorzano. Riferimenti AMA_LOC Working Group, 2016. AMATRICE 2016 aftershocks RE-location catalogue (V1.0 from 20160824 01:41 to 20160831 12:19), DOI: 10.5281/zenodo.61404 Gruppo di lavoro IREA-CNR & INGV, 2016 Sequenza sismica di Amatrice: risultati iniziali delle analisi interferometriche satellitari, DOI: 10.5281/zenodo.60938 INGV Working Group GPS Geodesy (GPS data and data analysis center), 2016. Preliminary co-seismic displacements for the August 24, 2016 ML6, Amatrice (central Italy) earthquake from the analysis of continuous GPS stations, DOI: 10.5281/zenodo.61355. Appendice Nome file.zip consegnato a DPC contenente i modelli: modelli_insar_gps_5-9-2016 Nomi dei file del modello a singola faglia consegnati a DPC: Single_fault_linear.shp Nomi dei file del modello a doppia faglia consegnati a DPC: Fault_north_linear.shp Fault_south_linear.shp 11