Publication Date:
2017-04-04
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Le reti sismiche (SN) sono potenti strumenti necessari alla comprensione dello stato dei processi tettonici in atto in una determinata regione. La possibilità di localizzare eventi di piccola e media
magnitudo richiede l’esistenza di una SN adeguatamente dimensionata, costituita da un sufficiente
numero di stazioni sismiche, caratterizzate da bassa rumorosità, opportunamente distribuite sul territorio.
È necessario quindi, valutare le capacità di localizzazione di una SN per individuare eventuali
zone sismiche, non adeguatamente coperte, sulle quali è necessario intervenire con un infittimento
o un miglioramento della rete. I metodi fino ad oggi proposti in letteratura per la valutazione
della performance di una SN necessitano di ampi database sismologici e di accurati modelli della distribuzione spaziale, temporale e nel dominio della magnitudo della sismicità e ancora della stazionarietà
delle caratteristiche delle stazioni (Schorlemmer e Woessner, 2008; Schorlemmer et al.,
2009); essi possono risultare di difficile applicazione in fase di progettazione di una nuova rete o in
aree a bassa sismicità. Il limite maggiore di tali metodi è legato tuttavia al parametro stesso che essi
indagano ovvero la magnitudo di completezza. Essa è definita come la magnitudo del più piccolo
evento che con una certa probabilità può essere rilevato da una SN. Tali metodi non descrivono
quindi la distribuzione spaziale degli errori attesi nella localizzazione ipocentrale. Questi sono funzione
dell’accuratezza del modello di velocità e della geometria, densità e rumorosità delle stazioni
in prossimità dell’area epicentrale. Nel presente lavoro viene proposto un metodo di analisi denominato
SNES (Seismic Networks Evaluation through Simulation) per la valutazione della performance
di una SN tramite simulazione numerica. Il metodo permette di costruire, in funzione della
magnitudo e della profondità ipocentrale, le mappe di incertezza sulla stima dei parametri ipocentrali.
Nel presente lavoro il metodo è stato applicato alla Rete Sismica Nazionale Italiana. Poiché la
qualità della localizzazione è prevalentemente influenzata dai dati relativi al primo arrivo la simulazione
è stata effettuata ipotizzando la determinazione del solo primo arrivo sulla componente verticale
del moto. Sono state indagate le incertezze dei parametri ipocentrali per magnitudo pari a 1.5,
2, 2.5 e 3 con profondità ipocentrale fissata a 15 km. Il metodo si articola nei seguenti passi: in corrispondenza
dei nodi di un reticolo regolare che ricopre l’area da indagare viene simulato un terremoto
di magnitudo fissata e viene calcolato lo spettro sismico delle onde P; questo viene corretto
per gli effetti di attenuazione legati alla propagazione e utilizzato per calcolare la potenza media
della fase considerata in un opportuno range di frequenze. Nello lo stesso range di frequenze viene
calcolata la potenza media del rumore sismico in ogni stazione e il corrispondente SNR (Signal to
Noise Ratio). Vengono così individuate le stazioni sismiche capaci di registrare l’evento con un
SNR superiore ad una soglia prefissata; queste vengono dichiarate attive nel processo di localizzazione.
Per le stazioni attive rispetto all’evento simulato, tramite una relazione che lega la varianza
dei tempi residui alla distanza ipocentrale, viene calcolata la matrice di covarianza dei parametri
ipocentrali. Nel presente lavoro gli spettri sismici sono stati calcolati utilizzando il modello di faglia
circolare di Brune (1970). Il sottosuolo è stato schematizzato tramite il modello monodimensionale
di velocità utilizzato dall’INGV nelle normali routine di localizzazione costituito da due strati,
omogenei ed elastici, di spessore 11 e 27 km, con velocità delle onde P di 5 e 6.5 km/s rispettivamente, su un semispazio di velocità pari a 8.051 km/s. I valori di velocità delle onde S e di densità
richiesti nel calcolo degli spettri sismici e del partizionamento dell’energia sono stati ricavati tramite
le relazioni empiriche proposte da Broker (2005). Gli spettri sismici sono stati corretti per gli
effetti dell’allargamento del fronte d’onda, del partizionamento dell’energia alle interfacce e alla
superficie libera (Zoeppritz, 1919) e per gli effetti di attenuazione legati alla non perfetta elasticità
e omogeneità del mezzo. Non essendo presente il letteratura un legge di attenuazione empirica valida
per l’intero territorio nazionale in base alle leggi trovate da Castro et al. (2008) e da Tusa e Gresta
(2008) è stata utilizzata la legge di attenuazione Qp=45f^0.92.In Fig. 1 sono mostrati i PSD di accelerazione
verticale medi, nel range di frequenze 0.1-20 Hz, relativi alle 248 stazioni sismiche analizzate,
confrontati con gli spettri di riferimento NHNM e NLNM di Peterson (1993) e la mappa
della potenza media del rumore sismico. Questa è stata ricavata stimando per ogni singola stazione
la potenza media dell’accelerazione sulla componente verticale nell’intervallo di frequenza 0.1-20
Hz e applicando il metodo della distanza inversa per la regolarizzazione della griglia dei dati. Nella
mappa di fig. 1 è possibile osservare una notevole variabilità della potenza del noise da attribuire a
cause geologiche e ambientale di scala regionale. Poiché nel processo di localizzazione ipocentrale
vengono generalmente apportate le correzioni per i residui medi di stazione al fine di ridurre errori
sistematici, si può affermare che le incertezze sulla stima dei parametri ipocentrali dipendono prevalentemente
dalla varianza dei residui temporali. La relazione che lega la varianza dei residui alla
distanza ipocentrale è stata determinata utilizzando i dati raccolti dalla rete su tutto il territorio
nazionale. Sono state utilizzate le fasi P relative agli eventi sismici avvenuti tra il 2005 e il 2009,
per creare un database di tempi residui costituito da oltre 300.000 coppie tempo residuo-distanza
ipocentrale. Questi dati sono stati utilizzati per costruire l’istogramma 2D in scala di grigi di Fig. 2.
Per ogni classe di distanza è stata calcolata la varianza dei tempi residui fino ad una distanza ipocentrale massima di 300 km, oltre la quale la scarsità di dati non rendeva la stima statisticamente
significativa. I dati di varianza cosi stimati sono stati fittati con la retta di Fig. 2. In Fig. 3 è riporta
la mappa SNES costruita per magnitudo 2 e profondità ipocentrale 15 km. La mappa risulta suddivisa
in 6 sottomappe che riportano rispettivamente il numero di stazioni attive, il relativo gap azimutale,
l’errore sulla stima del tempo origine, della latitudine, della longitudine e della profondità
ipocentrale con una probabilità del 95%. La Fig. 4 riporta invece le zone sismogenetiche presenti
sul territorio italiano, ridisegnate dal catalogo ZS9 (Meletti e Valensise, 2004) le mappe dell’errore
sulla stima dell’ipocentro e la mappa di completezza della magnitudo. Le mappe dell’errore medio
sulla stima dell’ipocentro sono state calcolate come il raggio della sfera equivalente dell’ellisoide
di confidenza al 95% (Radious of Equivalent Sphere, RES). La mappa di completezza è stata ottenuta
considerando localizzati eventi che attivavano almeno 4 stazioni sismiche. Le zone sismogenetiche
dell’Arco Alpino risultano ben coperte già per magnitudo maggiori uguali a 2. Tuttavia l’arco
Alpino Orientale risulta meglio coperto rispetto alla zona occidentale mostrando un RES, che per
M=2, è mediamente inferiore a 3 km. Buona parte della zona padana risulta invece scoperta per
eventi di piccola magnitudo, probabilmente in seguito all’elevata rumorosità. Le zone sismogenetiche
dell’Appennino risultano interamente coperte per magnitudo pari a 2 mostrando tuttavia un
RES molto variabile compreso tra 1 e 9 km, con i valori più alti in prossimità delle zone sismicamente
più rumorose. Le zone sismogenetiche dell’Arco Calabro e della Sicilia risultano solo parzialmente
coperte per magnitudo pari a 2. Solamente le zone messinese e iblea presentano RES inferiori
a 3 km. Tale metodo è stato inoltre applicato al fine di valutare il miglioramento nelle performance
di localizzazione della Rete Sismica Nazionale a seguito della deposizione di tre OBS/H (Ocean Bottom Seismometer with Hydrophone) nello Ionio Meridionale nell’ambito del progetto
NERIES (D’Alessandro et al., 2009).
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Trieste
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2.5. Laboratorio per lo sviluppo di sistemi di rilevamento sottomarini
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open
Keywords:
Reti sismiche
;
rischio sismico
;
SNES
;
04. Solid Earth::04.06. Seismology::04.06.99. General or miscellaneous
Repository Name:
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
Type:
Conference paper
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