ABSTRACT

The Umbria-Marche 1997 seismic sequence occurred in a region of the Northern Apennines (Italy) that has been under exten-sion since the Late Pliocene. This sequence activated normal faults and high-angle faults inherited from an earlier contractional tectonic phase. A one-month period starting immediately after the main-shocks is studied. During the initial ten days, the coseismic stress field shows evidence of permutations between the S1 and S2 axes, with the presence of a local strike-slip regime. Over the following 20 days, stress variations became more gradual. We suggest that permutations and rotations of the principal stress axes are due to mechanical anisotropies or rheological variations within the fault zones of inherited faults. The inverted normal and strike-slip stress regimes explain almost all the observed relationships between fault strike and fault slip direction, thus suggesting that fault slip is fun-damentally controlled by the active stress field, with a secondary influence of kinematic factors such as strain compatibility due to fault slip interactions.

KEY WORDS: Umbria-Marche 1997 seismic sequence, stress permutation, stress fields.

RIASSUNTO

Note sull’evoluzione del campo di stress cosismico durante il terremoto del 1997 in Umbria-Marche.

La sequenza sismica del 1997 in Umbria-Marche è stato l’evento sismico più significativo avvenuto in Appennino settentrionale negli ultimi decenni per intensità ed impatto su individui e società e per la qualità del monitoraggio sismico ed il conseguente dettaglio nella definizione delle sue caratteristiche sismologiche e geologiche (AMA-TO et alii, 1998; CHIARALUCE et alii, 2003, 2004, 2005). Questa sequenza costituisce un caso di studio che permette di ricostruire le caratteristiche e l’evoluzione del campo di stress cosismico e la possibile presenza di eterogeneità dinamiche spaziali e temporali in questa zona dell’Appennino. Campi di stress eterogenei sono stati infatti frequentemente descritti per le sequenze sismiche, p.e. in California (WIEMER et alii, 2002). Le caratteristiche del campo di stress durante una singola sequenza sismica, su tempi sull’ordine del mese, costituiscono una base interpretativa per l’analisi dinamica di popolazioni di faglie geologiche, che hanno invece una risoluzione temporale sull’ordine dei milioni di anni.

Negli studi precedenti il campo di stress cosismico durante il terremoto del 1997 è stato considerato omogeneo, di tipo distensivo con una direzione di estensione anti-appenninica, anche se una ridotta frazione di eventi presenta meccanismi trascorrenti e inversi. I movimenti trascorrenti sono stati messi in relazione con la riattiva-zione di faglie ad alto angolo, con orientazione NNE-SSW, ereditate dalla precedente fase tettonica compressiva e riattivate come faglie sinistre. L’esempio descritto in letteratura è quello della faglia tra-scorrente di M.te Pennino-Ricciano, che segmenta le faglie normali ed in corrispondenza della quale sono addensati gli eventi trascor-renti. Questa faglia indurrebbe quindi locali ri-orientazioni del campo di stress (CHIARALUCE et alii, 2004). Nel presente studio l’evolu-zione dinamica della sequenza sismica viene dettagliata con vari strumenti di analisi, per l’inversione di campi di stress omogenei ed eterogenei, applicati su un dataset di 326 eventi derivato da CHIARA-LUCE et alii (2003, 2004) e MORELLI et alii (2000). Le inversioni dei dati sono ottenute applicando il metodo di MICHAEL (1984, 1987) per lo stress omogeneo e quello di OTSUBO & YAMAJI (2006) per lo stress eterogeneo. Il dataset è stato suddiviso in due e quattro fine-stre temporali, a seconda del tipo di analisi e del risultante numero di dati per finestra temporale. Le inversioni locali, tramite cross-section o in pianta, sono state applicate su due finestre temporali, a causa del numero non sufficientemente elevato di dati. In tutte le inversioni il campo di stress presenta una direzione di massima estensione, S3, costantemente sub-orizzontale con orientazione NE-SW. Meno costanti sono le orientazioni per S1 ed S2, che presen-tano nei primi dieci giorni una tendenza alla permutazione partico-larmente accentuata nella zona corrispondente alla traccia della fa-glia di M.te Pennino-Ricciano ed una tendenza a ruotare su più lunghe distanze durante i successivi venti giorni. Accanto a questa tendenza vi è quella di una riduzione del grado di eterogeneità del campo di stress (tranne negli ultimi 10 giorni), come pure una ridu-zione dello stress ratio F, corrispondente ad una diminuzione della magnitudine di S2 rispetto ad S1 che forse controlla la tendenza alla permutazione o alla rotazione degli assi del campo di stress. I movi-menti osservati sui meccanismi focali possono essere modellizzati correttamente da campi di stress normali e trascorrenti con S3 anti-appenninico, salvo in un limitato numero di casi. Il tipo di movi-mento cambia gradualmente, da normali a destri o sinistri a inversi, a seconda della orientazione del piano di faglia, senza che vi sia una differenza significativa nelle orientazioni dei movimenti risultanti tra regime normale o trascorrente. Questo implica che il controllo sulle cinematiche sia dinamico e che le permutazioni del campo di stress, da normale a trascorrente in corrispondenza della faglia tra-scorrente riattivata, rappresentino fattori secondari indotti probabil-mente da locali eterogeneità meccaniche o anisotropie spaziali della zona di faglia, in analogia coi risultati delle modellizzazioni numeri-che di HU & ANGELIER (2004).

TERMINI CHIAVE: Sequenza sismica umbro-marchigiana del 1997, permutazioni, campo di stress.

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