Bollettino di Geofisica Teorica e Applicata
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Vol. 60, n.Suppl. 3, December 2019
pp. s1-s74

Distretti sismici del Friuli Venezia Giulia

G. Bressan, C. Barnaba, P.L. Bragato, A. Peresan, G. Rossi e S. Urban

Abstract

The paper focuses on the subdivision of the Friuli Venezia Giulia region, parts of western Slovenia and eastern Veneto into seismic districts, according to seismological data and seismotectonic features. The goal is to give a summary of the body of knowledge acquired up to now on the relation between the space-time aspects of seismicity and the geological-structural framework and to provide background seismological information that helps supporting the regional earthquake monitoring. The analysis of instrumental seismicity highlighted that the seismic activity is characterised by a prevalent background seismicity (Poissonian) with a limited clustering component. Swarm-like sequences are mainly associated with the north-western part of the area and burst-like sequences (a dominant mainshock followed by substantially smaller magnitude events) are associated with the south-western part of the study area. The distinctive feature of the seismic activity is the spatial variability of the magnitude balance B (similar to the b-value of the Gutenberg-Richter law) and of the fractal dimension. The eastern part of the study area is characterised by low-intermediate B values and by low fractal dimension values. The central part of the area is marked by intermediate values of magnitude balance and of fractal dimension. The western zone is mainly characterised by high values of B and by high fractal dimension. The seismic districts are recognised by the dominant tectonic structures, the spatial properties of the seismicity, the elastic moduli pattern of the upper crust (0-10 km depth), and the focal mechanism type. The stress and strain fields are inferred from the inversion of focal mechanisms. A dominant strike-slip stress field characterises the eastern seismic districts. The central districts of the area are undergoing a thrusting regime. By contrast, the western seismic districts are characterised by prevailing strike-slip stress field and dominant compression only in one seismic district. Finally, the seismological framework is completed by the analysis of the spatial organisation of the background seismicity (seismicity declustered of aftershock sequences) and of well-documented sequences. The fractal dimension and he recognition of the orientations of the planar features fitting the hypocentral data are computed along five deep structural geologic cross-sections of the Friuli and western Slovenia upper crust, to ensure direct comparison with fault geometries. The analysis of the spatial organisation of seismicity reveals different patterns in the shallow range (0-10 km depth) and in the 10-20 km depth interval. In the shallow depth range, the fractal analysis reveals that the hypocentre pattern generally fills only partially a plane. The seismicity tends to define planes with variable orientation, which are attributed to the sharp variations of the mechanical properties of the crust. The seismicity, on the contrary, clearly depicts a sub-vertical plane, with the tendency of the hypocentres to fill it, in the case of the Ravne strike-slip fault in the western Slovenia. The seismicity in the 10-20 km depth interval is located along Dinaric lineaments in the northern and eastern parts of the study area, while in the western and southern parts along Alpine trends. The fractal analysis reveals that the seismicity tends towards planarity in the northern and eastern parts of the area, whereas the distribution of earthquakes in the other zones does not fill a plane, showing values between 1 and 2. Finally, the analysis on the aftershock decay and the Coulomb stress changes performed on welldocumented sequences, together with the analysis of fractal geometry and of principal components, enabled explaining the aftershock pattern by a static fatigue process. The process is favoured by the decrease of the lithostatic pressure, the sharp variations of the mechanical properties in the aftershock volume and by the unclamping effect caused by the positive normal stress changes generated by the mainshock.


Riassunto

Il presente lavoro è focalizzato sulla suddivisione in distretti sismici del territorio della regione Friuli Venezia Giulia, di parte della Slovenia occidentale e di parte del Veneto orientale, sulla base di dati sismologici ed aspetti sismotettonici. La finalità è effettuare una sintesi delle conoscenze fin qui maturate sulle relazioni tra aspetti spazio-temporali della sismicità e contesto geologico-strutturale per fornire le informazioni sismologiche di base a supporto della sorveglianza sismica regionale. L'analisi della sismicit à strumentale ha evidenziato che l'attivit à sismica appare dominata dalla sismicità di fondo (componente poissoniana) con una componente di raggruppamento (clustering) piuttosto limitata. Le sequenze con caratteristiche di sciame sono prevalentemente associate alla parte nord-occidentale dell'area analizzata mentre le sequenze classiche (scossa principale seguita da repliche con energia sismica irradiata molto più bassa) sono prevalenti nella porzione sud-orientale. Aspetto peculiare dell'attività sismica è la variabilità spaziale del parametro B e della geometria frattale. Il parametro B esprime le variazioni del numero di eventi in funzione della magnitudo ed è analogo al b della legge Gutenberg-Richter. La porzione orientale dell'area è contraddistinta da valori bassi-intermedi del parametro B e da bassi valori della dimensione frattale. La parte centrale della regione evidenzia valori intermedi sia di B che della dimensione frattale. La parte occidentale è invece prevalentemente caratterizzata da alti valori sia di B che della dimensione frattale. I distretti sismici sono stati identificati sulla base delle strutture tettoniche dominanti, le caratteristiche geometrico-spaziali della sismicità, l'assetto spaziale dei moduli elastici nella crosta superficiale, la tipologia dei meccanismi focali. L'inversione di questi ultimi ha permesso di ricostruire i campi di sforzo e di deformazione. I domini sismici orientali sono caratterizzati da un campo di sforzi trascorrente. I domini centrali dell'area regionale sono sottoposti ad un generale campo di sforzo compressivo. Invece, i domini della porzione occidentale dell'area, che parzialmente includono territori del Veneto, sono sottoposti ad un campo di sforzo trascorrente, con l'eccezione dell'area friulana occidentale, caratterizzata da un campo di sforzi compressivo. Infine, è stata effettuata l'analisi della geometria frattale e dei piani che interpolano la sismicità lungo alcune sezioni geologiche per avere un confronto diretto con le strutture tettoniche. Lo studio è stato condotto separatamente per la sismicità di fondo e per alcune sequenze sismiche ben documentate. L'analisi dell'organizzazione spaziale della sismicità di fondo evidenzia un diverso comportamento della crosta superficiale per gli intervalli di profondità tra 0 e 10 km e tra 10 e 20 km. Nell'intervallo più superficiale, la dimensione frattale evidenzia una distribuzione della sismicità che tende alla planarità senza raggiungerla e che si dispone su piani ad orientazione variabile, con l'eccezione della Faglia di Ravne, in Slovenia occidentale, dove gli eventi tendono a riempire un piano sub-verticale. La variabilità dell'orientazione dei piani viene attribuita alle significative variazioni delle proprietà meccaniche delle rocce. L'analisi delle componenti principali nell'intervallo 10-20 km mette in luce che la sismicità si distribuisce lungo direttrici dinariche nella parte settentrionale ed orientale dell'area in esame e lungo direttrici alpine nella parte sudoccidentale. La geometria frattale, invece, indica che l'attività sismica si distribuisce su piani nella porzione settentrionale ed orientale dell'area, mentre negli altri casi i valori ottenuti sono indicativi di una sismicità che riempie solo parzialmente il piano (valori compresi tra 1 e 2). L'analisi condotta sulle sequenze sismiche maggiormente documentate, analizzando il decadimento temporale delle repliche e le variazioni di sforzo statico indotte dalla scossa principale, insieme alle caratteristiche della geometria frattale e dei piani, che meglio interpolano gli eventi, hanno permesso di inquadrare il meccanismo delle repliche in un processo governato dalla fatica statica. Processo favorito dalla diminuzione della pressione litostatica, dalle marcate variazioni delle proprietà meccaniche del mezzo e dall'effetto di svincolo generato dalle variazioni positive della componente dello sforzo normale generate dalla scossa principale.



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