Architecture and fault rocks of the seismogenic Monte Marine fault zone (Central Apennines, Italy)
S. Cortinovis1, F. Balsamo1, F. Storti1, F. La Valle2, M. Fondriest2, G. Di Toro2,3
1) NEXT- Natural and EXperimental Tectonics research group, Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale, Università di Parma, Campus area delle Scienze-Plesso Geologico 157/a, 43124 Parma (Italy) 2) Dipartimento di Geoscienze, Università degli Studi di Padova, Via G. Gradenigo 6, 35131 Padova (Italy) 3) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Via di Vigna Murata 605, 00143 Roma (Italy)
GNGTS 2018 Bologna: 19-21 Novembre 2018 Caso studio: faglia di Monte Marine (AQ)
• segmento attivo di circa 8 km (Barete- Arischia) su faglia di 14 km, probabile sorgente del terremoto del 1703 Mw=6.7 (Galadini and Messina 2001, Galli et al., 2011, Falcucci et al., 2015, Moro et al., 2016). • architettura strutturale complessa: zona di step over a SE del segmento rettilineo di Barete; • centinaia di m3 di roccia polverizzata;
Lago di Campotosto
Gran Sasso Faglia di Monte Marine (AQ) Arischia Pizzoli Barete Morfologie calanchive
c b a
Barete a Pizzoli b Arischia c
1 m 1 m 1 m
Ampi volumi di roccia polverizzata costituiti da brecce sciolte all’interno delle quali si osservano piani di faglia secondari su cui si localizza la deformazione (presenza di cataclasiti e ultracataclasiti). Questi piani corrispondono spesso a superfici a specchio. La distribuzione spaziale dei volumi di roccia polverizzata lungo la zona di faglia di Monte Marine e la loro genesi non sono mai state studiate. Analoghi e contesto geologico Foiana Vado di Corno
Venere
Volumi decametrici di roccia polverizzata in rocce di piattaforma carbonatica: faglie sismogenetiche sviluppatesi principalmente in successioni carbonatiche giurassiche (es. Calcare Massiccio, Corniola, etc.). Esempi analoghi studiati: Vado di Corno (Demurtas et al. 2016) e Venere Fault (Agosta et al. 2006) in Appenino Centrale, Foiana Fault (Fondriest et al., 2015) nel Sudalpino.
Da Vezzani e Ghisetti (1998) 4 km Modified after Demurtas et al. (2016) Obiettivi e metodologie
Obiettivi
• Caratterizzazione delle rocce di faglia e ricostruzione dei meccanismi deformativi che portano alla loro formazione; • Ricostruzione dell’architettura strutturale della zona di faglia; • Studio delle relazioni tra la formazione delle rocce di faglia (variabilità degli spessori di roccia danneggiata lungo lo strike della faglia) e l’architettura strutturale della faglia. Metodologie
1) Mappatura della zona di faglia (rilevamento geologico-strutturale, a scala 1:500, analisi cinematica sul terreno, raccolta campioni); 2) Analisi di laboratorio (granulometro laser e granulometro ottico, analisi d’immagine su sezioni sottili lucidate, setacci, microscopio ottico, SEM, catodoluminescenza, …).
Granulometro laser Granulometro ottico Mappatura, raccolta dati e campioni sul terreno Distribuzione del danneggiamento 1. Segmento di faglia rettilineo. 2. Zona di step over: aumento della complessità strutturale con intersezione tra sistema di faglie normali, trascorrenti e thrust ereditati.
1 Barete 1 2 2 3 4 6 7 5 8 9 Pizzoli Step over 10
3 km Arischia 1. Settore di Barete
Legenda
Facies 1: gouge con clasti <63 micron n. data: 12 Facies 2: cataclasite con clasti <2 mm
Fault core Facies 3: breccia grossolana con clasti > 2mm fortemente microfratturati
Roccia fratturata nella zona di danneggiamento
n. data: 13
n. data: 10
n. data: 7 Facies 1
Legenda
Facies 1: gouge di faglia con clasti <63 micron
Facies 2: cataclasite con clasti <2 Facies 3: breccia grossolana con clasti > 2mm con clasti fortemente microfratturati Roccia fratturata ultracataclasite Facies 2
204/65 (dip dir, dip)
concrezioni da fluidi meteorici
Facies 3
a
breccia grossolana coesiva Distribuzione granulometrica
250 10000 Facies 1 Facies 1
200 Facies 3 Facies 2 Facies 2 1000 Facies 3 150 100 100
10
Numero di di particelle Numero 50
0 particelle di cumulativo Numero Log. 1 1 10 100 1000 10000 10 100 1000 10000 Log. Classi granulometriche (µm) Log. Classi granulometriche (µm)
Facies 1: D=1.815 (R² = 0.953) Il valore di dimensione frattale (D) aumenta dalla Facies 3 alla Facies 2: D=1.61 (R² = 0.9555) Facies 1. Questo significa che la dimensione media dei clasti Facies 3: D=0.982 (R² =0.9013) nelle cataclasiti diminuisce progressivamente avvicinandosi al piano di faglia principale. 2. Settore di Pizzoli-Arischia f. normali f. inverse Legenda Facies 1: gouge con clasti <63 micron
Facies 2: cataclasite con clasti <2 mm
7 dati Facies 3: breccia grossolana con clasti > 2mm fortemente microfratturati Roccia fratturata nella zona di 312 dati danneggiamento f. trascorrenti destre
6 dati
f. trascorrenti sinistre
20 dati
Pizzoli Stratificazione preservata nei litoni della Trascorrenza sinistra Evidenze di tettonica compressiva zona di transizione e fuori dal fault core
S0
S0 S0
Interferenza tra strutture estensionali quaternarie e thrust ereditati dalla fase compressiva appenninica. I lineamenti trascorrenti EW evidenziano la complessità strutturale della zona di step over; questa sembra essere in relazione con l’incremento dell’ampiezza della zona di danneggiamento.
30 m Ruolo delle faglie ereditate
Loc. S. Antonio, Comune di Pizzoli
Pizzoli
Superficie a specchio lungo thrust
2 m L’analisi degli indicatori cinematici presenti sui piani di faglia a basso angolo testimonia una direzione di trasporto tettonico top to NNE, in accordo con la direzione di massima compressione appenninica (10°-20°N).
I volumi delle cataclasiti e delle breccie sciolte aumenta significativamente in corrispondenza delle intersezioni tra le faglie estensionali secondarie e i piani a basso angolo ereditati dalla fase di compressione appenninica. Conclusioni
• Classificazione delle rocce di faglia in Facies 1 (ultracataclasite fine), Facies 2 (cataclasite medio-fine) nel fault core della faglia principale e Facies 3 (breccia grossolana) nella zona di danneggiamento, che si osservano lungo tutto il segmento di faglia attivo;
• Ricostruzione dell’architettura strutturale della faglia, con riconoscimento e mappatura del segmento di faglia principale che aumenta di complessità in corrispondenza della zona di step over (settore Pizzoli-Arischia);
• Studio delle intersezioni tra i segmenti di faglia estensionali e i thrust ereditati dalla fase di compressione appenninica;
• Analisi della distribuzione spaziale dei volumi di roccia danneggiata che incrementano alle intersezioni tra strutture a diversa cinematica (faglie estensionali, trascorrenti e thrust ereditati). importanza delle eredità strutturali nel controllo della tettonica attiva quaternaria (es. Buttinelli et al., 2018, Falcucci et al., 2018). • Agosta F., and Aydin A.; 2006: Architecture and deformation mechanism of a basin-bounding normal fault in Mesozoic platform carbonates, central Italy. Journal of Structural Geology., 28, 1445-1467, DOI:10.1016/j.jsg.2006.04.006. • Buttinelli M., Pezzo G., Valoroso L., De Gori P., Chiarabba C.; 2018: Tectonics Inversions, fault segmentation, and triggering mechanisms in the Central Apennines normal fault system: Insights from high-resolution velocity models., Tectonics., 37, DOI: 10.1029/2018TC005053. • Collettini C., Viti C., Tesei T., Mollo S.; 2013: Thermal decomposition along natural carbonate faults during earthquakes. Geology., 41, 927- 930, DOI 10.1130/G34421.1. • Demurtas M., Fondriest M., Balsamo F., Clemenzi L., Storti F., Bistacchi A., Di Toro G.; 2016: Structure of a normal seismogenic fault zone in carbonates: The Vado di Corno Fault, Campo Imperatore, Central Apennines (Italy). Journal of Structural Geology., 90, 185-206, DOI 10.1016/j.jsg.2016.08.004. • De Paola N., Hirose T., Mitchell T., Di Toro G., Viti C., Shimamoto T.; 2011: Fault lubrication and earthquake propagation in thermally unstable rocks. Geology, 39, 35-38, DOI 10.1130/G31398.1. • Di Toro G., Han R., Hirose T., De Paola N., Nielsen S., Mizoguchi K., Ferri F., Cocco M., Shimamoto T.; 2011: Fault lubrication during earthquakes. Nature., 471, DOI:10.1038/nature09838. • Falcucci E., Gori S., Moro M., Fubelli G., Saroli M., Chiarabba C., Galadini F.; 2016: Deep reaching versus restricted Quaternary normal faults: Implications on seismic potential assessment in tectonically active regions: Lessons from the Middle Aterno valley fault system, central Italy. Tectonophysics., 651-652, 186-198, DOI10.1016/j.tecto.2015.03.021. • Falcucci E., Gori S., Bignami C., Pietrantonio G., Melini D., Moro M., Saroli M., Galadini F.; 2018: The Campotosto Seismic Gap in Between the 2009 and 2016–2017 Seismic Sequences of Central Italy and the Role of Inherited Lithospheric Faults in Regional Seismotectonic Settings. Tectonics., 37, DOI:10.1029/2017TC004844. • Fondriest M., Aretusini S., Di Toro G., Smith S.A.F.; 2015: Fracturing and rock pulverization along an exhumed seismogenic fault zone in dolostone: The Foiana Fault Zone (Southern Alps, Italy). Tectonophysics., 654, 56-74, DOI:10.1016/j.tecto.2015.04.015. • Galadini F., and Messina P.; 2001: Plio-Quaternary changes of the normal fault architecture in the Central Apennines (Italy). Geodinamica Acta, 14, 321–344, DOI: 10.1016/S0985-3111(01)01076-2. • Galli P.A.C., Giaccio B., Messina P., Peronace E., Zuppi G.M.; 2011 Palaeoseismology of the L’Aquila faults (central Italy, 2009, Mw 6.3 earthquake): implications for active fault linkage. Geophysical Journal International., 187, 1119-1134, DOI: 10.1111/j.1365- 246X.2011.05233.x. • Moro M., Falcucci E., Gori S., Saroli M., Galadini F.; 2016: New paleoseismic data across the Mt. Marine Fault between the 2016 Amatrice and 2009 L'Aquila seismic sequences (central Apennines). Annals of geophysics., 59, DOI: 10.4401/ag-7260. • Nielsen S.; 2017: From slow to fast faulting: recent challenges in earthquake fault mechanics. Geology., DOI: 10.1098/rsta.2016.0016. • Vezzani, L., & Ghisetti, F.; 1998. Carta Geologica dell’Abruzzo, Scala 1:100.00, Foglio 1. Regione Abruzzo, Settore Urbanistica-Beni ambientali e culturali, S.E.L.CA., Firenze. Grazie per l’attenzione! Parametri di forma per analisi d’immagine