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34° Convegno GNGTS - Trieste, 17 - 19 novembre 2015

INDAGINE DELLA STRUTTURA SEPOLTA

DEL BACINO DI VOLTURARA IRPINA (AV)

ATTRAVERSO DATI GRAVIMETRICI E DI

MICROTREMORE

Rosalba Maresca1 e Giovanna Berrino2

1 Dipartimento di Scienze e Tecnologie, Università del Sannio, Benevento

2 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Napoli

“Osservatorio Vesuviano”, Napoli

1


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Misure HVSR

1) Il rapporto spettrale tra la componente orizzontale e quella verticaledel microtremore (HVSR) fornisce una attendibile stima della frequenzadi risonanza del sito, in caso di semplice modellazione 1D.

Il metodo richiede la conoscenza della velocità delle onde S deisedimenti per convertire le frequenze di risonanza in spessori.

f0 =< vS >

4 ×h

L’approccio


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L’approccio

2) L’indagine gravimetrica richiede la conoscenza delladensità del basamento per calcolare la profondità delladiscontinuità sedimenti/basamento dalla anomaliagravimetrica osservata.


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L’approccio

Dati gravimetrici e misure HVSR di microtremore,applicati in maniera congiunta, possono fornirevincoli all’interpretazione della struttura di bacinisedimentari.

(Barnaba et al., Geophys J Int, 2010; Ozalaybey et al., Geophys J Int,2011)


La piana di Volturara Irpina è una depressione strutturale all’internodel complesso carbonatico miocenico Terminio-Tuoro, riempita disedimenti pleistocenici. E’ un bacino idrogeologico dotato diinghiottitoio naturale

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Il sito


Mappa delle isosiste del terremotoirpino del 1980 (Ms=6.9), il quadratorosso indica la posizione di VolturaraIrpina

(http://istituto.ingv.it/l-ingv/divulgazione/materiale-divulgativo/cartella-

delle-geopagine/).10 km

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Il valore di PGA con 10% diprobabilità di essere superato in 50anni è stimato di 0.25 g per l’area incui Volturara Irpina è ubicata(Meletti and Montaldo, 2007).


50 stazioni di misura di microtremore(stazione singola triassiale 0.1-256 Hz -Tromino/Micromed)

54 stazioni gravimetriche, gravimetro LaCoste&Romberg/D. Le misure sono riferite alla stazione assoluta di Napoli (Berrino, 1995)

21 sondaggi che intercettano il basamento carbonatico

11 profili DH7

Le misure


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Dati da profili down-hole


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.

Simboli diversi si riferiscono adifferenti profili down-hole.

La curva v(z) di best-fit (linea nera) è

stata ottenuta con una procedura

iterativa, facendo variare la velocità v0tra 50 and 400 m/s con passo di 5 m/s, e

il coefficiente x tra 0.1 e 1.5 con passo di

0.05; r = 0.71

vS z( ) = v0 1+ z( )x

Funzione velocità – profondità


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Microtremore


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Curve HVSR e mappa delle frequenze di picco

Durata registrazioni: 20-30 minuti128 spsDurata frequenza di analisi: 16 sSelezione finestre: algoritmo anti-trigger 0.1 <STA/LTA<2.5Smoothing: Konno-Ohomachi, b=40Media quadratica delle componenti orizzontali


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Frequenze e ampiezze di picco nelle curve HVSR


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.

Perciò, nell’ipotesi che la frequenza di picco (fP) nelle curve HVSRfornisca una stima attendibile della frequenza fondamentale dirisonanza, si ha:

(1)

Evidenze sperimentali, in caso di dati BH disponibili, dimostrano chevale la relazione:

(2)

(Ibs-von Seht and Wohlenberg, 1999; Delgado et al., 2000; Parolai et al., 2002; Hinzen et al.,2004; Garcia-Jerez et al., 2006; D’Amico et al., 2008; Gosar and. Lenart, 2010)

h fP( ) = a× fP

b

h fP( ) = vs0

1- x

4 fP

+1é

ëê

ù

ûú

1 1-x

-1

Relazione spessore – frequenza

vS z( ) = v0 1+ z( )x


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Alto: relazioni spessori-frequenza e misure HVSRcorredate da dati BH.

Basso: mappa degli spessoridei sedimenti, mediati dai duediversi approcci.Le isolinee rappresentano leisobate del basamentosismico.

Stima dello spessore deisedimenti dai dati dimicrotremore HVSR

(1)


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Confronto con la relazione spessore-frequenza ricavata per altri bacini sedimentari da altri autori


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Misure gravimetriche


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(a) Anomalia di Bouguer, riferita alWord Geodetic System WGS84, valoredi densità media di 2670 kg/m3 per ilcalcolo della riduzione di Bouguer(Mostardini & Merlini, 1986; Bernabini et al.,

2000).

Il rettangolo interno delimita la parte centraledel bacino. La linea nera è l’isoipsa dei 700 ms.l. m. che delimita la piana. Lungo i bordi S e SEdella piana si osservano forti gradienti, incorrispondenza di strutture tettoniche.

(c) Mappa della anomalia locale, doporimozione del trend regionale (b).

Anomalia gravimetrica di Bouguer

a)

500 m

500 m


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Il volume investigato è stato modellato con celle di lato L= 150 m,ed è stato suddiviso in 3 strati, variando il contrasto di densità da 0(top) a +400 kg/m3.

L’algoritmo consente di trovare il migliore modello attraverso unapproccio non lineare, deformando gli strati in manieraopportuna.

Inversione dei dati gravimetricialgoritmo Growth 2.0

(Berrino e Camacho, Pure Appl. Geophys, 2008; Camacho et al., J Geophys Res, 2011)


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Risultati

I residui variano da -0.197 a0.235 mGal, con deviazionestandard di 0.107 mGal.

L’anomalia ottenutadall’inversione dei datipresenta la stessa formadi quella osservata.


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L’inversione evidenzia due strati omogeneiseparati da uno strato intermedio congraduale aumento di densità.

Esempio di profilo verticale WE ricavato dal modellofinale.


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Al centro sezioniorizzontali a diverseprofondità (quote da100 m a 500 m s.l.m)e ai lati profiliverticali ottenutidall’inversione, intermini di contrastodi densità.


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Confronto dei risultatiHVSR - gravimetria


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Confronto tra laprofondità delbasamento sismico(linea viola) e ladistribuzione didensità lungo profiliNS e WE derivatidalla inversione 3D.

La profondità del basamento sismico per lo più coincide con ladiscontinuità tra lo strato superficiale e quello intermedio.


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Però quando ilbasamento sismicoapprossima lasuperficie,corrisponde neiprofili gravimetricial top dello stratopiù denso

Le curve HVSR che mostrano altefrequenze di picco, corrispondenti apiccoli spessori, mostrano anche leampiezze di picco più elevate.

I dati gravimetrici spiegano questa evidenza, per lo più osservata aibordi della piana, come dovuta ad un più forte contrasto di impedenzain profondità.


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Distribuzione delle frequenze e ampiezze di picco nelle curve HVSR di microtremorenella città di Firenze. Si osserva che le ampiezze maggiori corrispondono allefrequenze più elevate (>2 Hz) ove si hanno i più forti contrasti di impedenza(D’Amico et al., BSSA, 2008)

gli altri…


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Casi difficili


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Le stazioni V005 e R017, al centro delbacino, mostrano ampi picchi HVSR.L’inversione gravimetrica mostra incorrispondenza di esse la presenza didiscontinuità laterali nella strutturasepolta.


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Vincolo dai sondaggi


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Confronto tra il modellogravimetrico, laprofondità del basamentosismico e le stratigrafiederivate dai sondaggi.La x nei profili segna il topdei carbonati (faciesinstabile, fratturata.

Le discontinuitàindividuate dall’inversionegravimetrica sono segnatenelle stratigrafie con unalinea arancione (1°- 2°strato) e rossa (2°- 3°).


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Differenti tipi di curve HVSR. Un picco netto e pronunciato corrisponde ad un fortecontrasto di impedenza sismica in profondità (2). Picchi ampi (d) possonocorrelarsi a strutture 2D/3D (Bonnefoy-Claudet et al., Geophys J Int, 2009)

gli altri…


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CONCLUSIONI

L’interpretazione congiunta di dati di microtremore,gravimetrici e da sondaggi conferma e rafforza i risultatiraggiunti separatamente dalle diverse metodologie.

Il contrasto di impedenza sismica in profondità governa lafrequenza e l’ampiezza dei picchi HVSR, come dimostrano idati gravimetrici e di perforazioni.

Forme complesse nelle curve HVSR del microtremore sonodovute a discontinuità laterali in profondità, come provatodall’inversione dei dati gravimetrici.


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Grazie per l’attenzione!

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