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La ricostruzione deL contesto sismotettonico deLLa sequenzasismica di amatrice deL 2016: iL ruoLo deLLe strutture eriditate L. Bonini1,2, F.E. Maesano2, R. Basili2, P. Burrato2, M.M.C. Carafa3, U. Fracassi2, V. Kastelic3, G. Tarabusi4, M.M. Tiberti2, P. Vannoli2, G. Valensise2

1 Dipartimento di Matematica e Geoscienze, Università di Trieste2 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Roma 1, Roma3 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Roma 1, L’Aquila4 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione Roma 1, Bologna

Dal 24 agosto 2016 un’intensa sequenza sismica sta interessando una porzione dell’Appennino centrale, localizzata tra le province di Rieti, Perugia, Ascoli Piceno, L’Aquila e Teramo. Tale sequenza ha avuto inizio con un evento di magnitudo 6.0, localizzato a poca distanza dall’abitato di Amatrice. La distribuzione epicentrale delle repliche è allungata per circa 30 km in direzione NNO-SSE ed è ampia una quindicina di chilometri. Le elaborazioni derivanti da dati interferometrici (InSAR) mostrano una defomazione cosismica con due minimi localizzati ad est di Norcia e a nord di Amatrice. Rilevamenti geologici di terreno hanno descritto una serie di rotture cosismiche principalmente localizzate sul fianco occidentale del Monte Vettore (Emergeo Working Group, 2016). Le soluzioni dei momenti tensori dell’evento principale e delle repliche più energitiche hanno mostrato che le faglie attivate nel corso della sequenza hanno una cinematica normale, una direzione circa NNO-SSE e un’inclinazione di 40°-50°.

La ricostruzione delle faglie coinvolte nella sequenza sismica è basata sulla combinazione dei dati geologici di superficie e di sottosuolo (es. Pierantoni et al., 2013; Bigi et al., 2011) e dei dati sismologici, come ad esempio le localizzazioni ipocentrali e i meccanismi focali delle scosse principali. Dal punto di vista geologico, la parte centrale della sequenza sismica attraversa la parte meridionale del thrust dei Sibillini. A nord di tale thrust, ovvero nel suo blocco di tetto, affiorano le sequenze carbonatiche umbro-marchigane. A sud, ovvero a letto del thrust, affiorano estesamente i depositi di avanfossa appartenenti alla Formazione della Laga.

Utilizzando questi dati abbiamo costruito una serie di sezioni geologiche attraverso l’area interessata dalla sequenza sismica. Per ricostruire la geometria delle sorgenti sismogeniche, abbiamo in seguito proiettato lungo le nostre sezioni la sismicità rilocalizzata (aggiornata al 15 settembre 2016; da Michele et al., 2016).

Sulla base dell’integrazione della geologia del sottosuolo con i dati sismologici, proponiamo che:

- l’evento sismico principale si sia nucleato lungo una faglia normale cieca, inclinata 45°-50° e localizzata al di sotto della Formazione della Laga;

- il thrust dei Sibillini sia stato coincolto nella sequenza e riattivato parzialmente in senso estensionale;

- esista una faglia antitetica localizzata a tetto del Thurst dei Sibillini e immergente a NE a cui non è possibile associare nessuna struttura in supericie e che potrebbe essere la sorgente della replica più energetica, ovvero l’evento di magnitudo 5.4;

- si sia attivata una struttura a basso angolo est-immergente localizzata al tip inferiore delle strutture precedentemente descritte.

Tale interpretazione lascia aperto un punto fondamentale, ovvero quale sia il ruolo del thrust dei Sibillini durante l’evento sismico maggiore.

Per rispondere a questa domanda abbiamo cercato di analizzare la forma e quantità di deformazione cosismica misurata con la metodologia InSAR. Tali dati, anche se provenienti da sensori diversi e/o processati con tecniche diverse, concordano nel mostrare due massimi di subsidenza localizzati a nord e a sud del thrust dei Sibillini. Tali massimi di subsidenza sono associati anche a forme leggermente diverse e a trend non coassiali. I dati derivati dall’inversione delle “strong motion” (Tinti et al., 2016) confermano che le aree di massima subsidenza registrate dalle analisi InSAR corrispondono a due massimi di slip cosismico in profondità.

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Tali analisi sembrano indicare l’attivazione di una sorgente sismogenica con strike e dip variabile da sud a nord e non permettono di escludere un possibile ruolo del thrust dei Sibillini durante l’evento principale.

Nonostante la natura preliminare dei dati analizzati non consenta di proporre una visione definitiva e convincente sul ruolo del Thurst dei Sibillini nel corso dell’evento principale della sequenza sismica di Amatrice, il solo fatto che sia stata testimoniata una sua riattivazione in senso estensionale nel corso della sequenza sismica pone nuovi interrogativi sul ruolo delle strutture ereditate nel contesto sismotettonico dell’Appennino.BibliografiaBigi, S., P. Casero and G. Ciotoli (2011). Seismic interpretation of the Laga basin; constraints on the structural setting

and kinematics of the Central Apennines, Journal of the Geological Society, 168, 179-190, doi: 10.1144/0016-76492010-084.

Emergeo Working Group (2016). Coseismic effects of the 2016 Amatrice 1 seismic sequence: first geological results. Annals of Geophysics, The Amatrice seismic sequence: preliminary data and results, Fast Track.

Michele, M., R. Di Stefano, L. Chiaraluce, M. Cattaneo, P. De Gori, G. Monachesi, D. Latorre, S. Marzorati L. Valoroso, C. Ladina, C. Chiarabba, V. Lauciani and M. Fares (2016). The Amatrice 2016 seismic sequence: a preliminary look to the mainshock and aftershocks distribution, Annals of Geophysics Fast Track, The Amatrice seismic sequence: preliminary data and results.

Pierantoni, P., G. Deiana and S. Galdenzi (2013). Stratigraphic and structural features of the Sibillini Mountains (Umbria-Marche Apennines, Italy), Italian Journal of Geosciences, 132(3), 497-520, doi: 10.3301/IJG.2013.08.

Tinti, E., L. Scognamiglio, A. Michelini and M. Cocco (2016). Slip heterogeneity and directivity of the ML 6.0, 2016, Amatrice earthquake estimated with rapid finite-fault inversion, submitted to GRL.

anaLysis of time series of permanent gnss sites in the area of the amatrice earthquake A. Caporali, J. ZurutuzaDepartment of Geosciences, University of Padova, Italy

Introduction. The network of 600+ permanent GNSS sites processed daily at the University of Padova includes 22 sites within 100 km of the epicenter of the August 24, 2016 event. The station AMAT (Amatrice) is located less than 10 km from the epicenter. To best detect 3D displacements in the epicentral area we used ADDNQ2 of Bernese Software 5.2 (Dach et al., 2015) and IGS/EUREF processing guidelines (Bruyninx et al., 2013) to stack daily normal equations of the national network, and extracted time series of sites nearest to the epicenter, after a Helmert transformation of the daily solution on the cumulative solution. Prior to the event we observe in the coordinate time series no particular systematic or sudden motion, within the measurement uncertainty (< 0.5 mm 1 sigma formal error). Likewise the postseismic time series at this time do not show any systematic trend which could lead to make hypotheses about postseismic relaxation. However a more conclusive statement requires several months of postseismic data and is therefore premature. Assuming a purely elastic rheology and a brittle failure model, we compare the geodetic displacements with those predicted from the published fault plane solutions, using the Okada model. We consider the cumulative effect of the Mw=6.2 at 01:36 and of Mw=5.5 at 02:33. The best fit to the geodetic data gives 4 mm rms horizontal and 5 mm rms vertical (INGV TDM solution).

State of deformation of the epicentral area. The state of strain rate from GNSS data is presented in Fig. 1. The details of the generation of this map are discussed elsewhere (Caporali et al., 2016). According to our data the epicentral area is subject to a relatively low strain rate (9 ±8 nstrain/yr) with the extensional eigenvector very nearly perpendicular to the strike

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of the major Apenninic faults in the area. This low strain rate regime is consistent with the lack of historical earthquakes in the Amatrice area, as implied by the absence of individual seismogenic sources in the DISS 3.2.0 Catalogue of INGV. Fig. 2 shows as an example the time series of the daily coordinates of the station AMAT one month before and one month after the event: the continuous line with a break at the date 24.08.2016 represents the mean before and after the event and helps in visualizing the coseismic displacement of this site. The scattered points represent describe the residuals relative to the continuous line. They help in assessing the

Fig. 1 – Strain rate map of central Italy, showing the horizontal velocities (ETRF2000 frame) of permanent GNSS sites in green and the eigenvectors of the implied 2D strain rate tensor interpolated at the center of selected Individual Seismogenic Sources of the DISS 3.2.0 Catalogue.

Fig. 2 – Time series of daily coordinates of the AMAT (Amatrice) GNSS site showing the coseismic offset at day 24.08.2016. A continuous line indicates the average position before and after the event. The data points give the residuals of the coordinates after removal of the step function.

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repeatability of the daily estimates of the coordinates, and the presence of systematic signals. Table 1 presents the coseismic displacements for 22 sites within 100 km of the epicentral area, for which we have reliably detected coordinate changes, in the sense that the coordinate change is larger than one standard deviation.

Tab. 1 – Location of 22 permanent GNSS sites and estimated coseismic displacement. The uncertainty is 0.5 mm horizontal and 0.8 mm vertical.

E Long (deg) N Lat (deg) Δ East (m) Δ North (m) Δ Up (m) Site ID

13.2924 42.6265 -0.007 0.025 -0.045 AMAT

13.3743 42.3659 0.000 0.001 -0.001 AQRA

13.3502 42.3682 -0.001 0.000 -0.001 AQUI

13.5930 42.8573 0.016 0.007 0.000 ASCC

13.0667 43.1445 0.000 0.003 -0.001 CAM3

12.9818 41.9491 0.002 0.000 0.000 CERT

12.9046 43.0050 0.002 0.001 -0.002 CESI

13.3932 42.4117 0.001 0.001 0.000 CONI

12.6988 42.9549 0.000 0.001 0.001 FOL1

13.3764 43.1206 0.003 0.003 0.002 GINE

13.5198 42.5837 0.007 0.002 0.002 GNAL

12.5775 43.3510 0.002 0.002 -0.001 GUB2

13.3352 43.0628 0.001 0.001 -0.002 GUMA

13.0402 42.6028 -0.020 -0.015 0.001 LNSS

13.2143 42.5088 -0.004 -0.009 0.000 MTER

13.2400 42.5278 -0.005 -0.009 0.001 MTRA

12.9927 42.4555 -0.004 -0.005 0.001 MTTO

13.4656 42.3623 0.000 0.002 0.001 PAGA

12.8533 42.4032 -0.002 -0.003 -0.001 RIET

13.3372 42.3320 -0.001 0.001 -0.001 ROPI

13.7004 42.6621 0.007 0.001 0.001 TERA

12.6495 42.5670 -0.001 0.000 -0.002 TERI

Modeling the coseismic surface deformation. We have used the coseismic coordinate changes to assess three hypocentral locations and fault plane solutions available at the Global CMT web page (http://www.globalcmt.org/) (Dzienowski et al., 1981, Ekström et al., 2012), at the GFZ Geofon webpage (http://www.gfz-potsdam.de/) and at the INGV (http://cnt.rm.ingv.it/tdmt ). The strike of the fault plane has been assumed SE, without loss of generality. We have used the software Coulomb 3.4 (Toda et al., 2005) to generate synthetic surface displacements, based upon the fault plane solutions of the two events of Aug. 24, 2016 given in Tab. 2. The rms of the fit to the horizontal and vertical data reported in the last two columns suggests that the solution of INGV best fits the data. In Fig. 3 we summarize the results of the modeling. The figures on the left compare observed horizontal (top left) and vertical (bottom left) displacements of the GNSS sites with the values predicted on the basis of models defined by the entries in Tab. 2. The computed displacements refer to the cumulative effects of the two earthquakes of August 24, although the one taking place at 2:33 is likely to have resulted in very small surface perturbations. The plots on the right describe the observed and best fitting model displacements in plane (top right) and vertical (bottom right). This last figure should give an idea of the kind of pattern of line-of-sight displacements expected in InSAR data.

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Conclusion. In the context of an extensional deformation regime described both by geophysical stress indicators (Montone and Mariucci, 2016) and GNSS geodesy (Caporali et al., 2016), we report coseismic displacements of up to 2.5 cm horizontal and 4.5 cm vertical, from a rigorous analysis of daily solutions of a 600+ permanent GNSS sites, of which 22 are within 100 km from the epicenter of the two Mw>5.5 August 24, 2016 events. The data are perfectly consistent with the normal faulting regime, and appear more in keeping with the

Tab. 2 – Hypocenter location of the two events of August 24, 2016, and estimated plane orientation (SE strike assumed), and moment magnitude, according to three different seismic networks. The last two columns give the rms of the fit of the observed displacements in plane and vertical for the three estimates. The last solution by INGV is the one best fitting the geodetic data.

Network E Long N Lat Depth strike dip rake Mw Rms horiz Rms vert. (deg) (deg) (km) (mm) (mm)

Glob. 13.20 42.66 12 142 45 -106 6.2 CMT

6 6 Glob. 13.15 42.68 12 127 45 -112 5.6 CMT

GFZ 13.20 42.74 10 157 43 -76 6.2 4 7

GFZ 13.12 42.84 10 143 44 -82 5.5

INGV 13.23 42.70 8 156 50 -85 6.0 TDMT

4 5 INGV 13.15 42.79 5 135 47 -98 5.4 TDMT

Fig. 3 – comparison of model and measured displacements (left) and displacement map of the best fitting solution (red arrows/vertical lines) compared with the observed displacements (blue arrows/lines).

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epicenter location and fault plane solution of the 01:36 and 02:33 events proposed by INGV and based on a time domain inversion of the seismic data. The challenge for the next months is the monitoring of the coordinates of the sites nearest to the epicenter, to detect or put upper constraints to the postseismic relaxation.ReferencesBruyninx C, Altamimi Z, Caporali A, Kenyeres A, Lidberg M, Stangl G, Torres JA (2013) Guidelines for EUREF

Densifications. ftp://epncb.oma.be/epncb/general/Guidelines_for_EUREF_Densifications.pdf. Accessed 22 July 2016

Caporali, A., Braitenberg, C., Montone, P., Rossi, G., Valensise, G., Vigano, A., Zurutuza, J. (2016), A quantitative approach to the loading rate of seismogenic sources in Italy. Proc. GNGTS 2016 (this volume)

Dach R, Lutz S, Walser P, Fridez P (Eds) (2015) Bernese GNSS Software Version 5.2. User manual, Astronomical Institute, University of Bern, Bern Open Publishing. doi: http://dx.doi.org/10.7892/boris.72297. ISBN: 978-3-906813-05-9.

Dziewonski, A. M., T.-A. Chou, Woodhouse, J.H. (1981), Determination of earthquake source parameters from waveform data for studies of global and regional seismicity, J. Geophys. Res., 86, 2825-2852. doi:10.1029/JB086iB04p02825

Ekström, G., M. Nettles, Dziewonski, A. M. (2012) The global CMT project 2004-2010: Centroid-moment tensors for 13,017 earthquakes, Phys. Earth Planet. Inter., 200-201, 1-9 doi:10.1016/j.pepi.2012.04.002

Montone, P. and M.T. Mariucci (2016). The new release of the Italian contemporary stress map, Geophys. J. Int. (2016) 205, 1525–1531, doi: 10.1093/gji/ggw100.

Toda, S., R. S. Stein, K. Richards-Dinger, S. Bozkurt, (2005), Forecasting the evolution of seismicity in southern California: Animations built on earthquake stress transfer. J. Geophys. Res. 110, B05S16, doi:10.1029/2004JB003415