Sismotettonica della sequenza sismica dell'Emilia del Maggio e Giugno 2012 (Pianura Padana Emiliana)

Paolo Balocchi (1), Tommaso Santagata (2)

Riassunto: Lo studio seguente riguarda l'analisi degli eventi sismici avvenuti nel periodo tra Maggio e Giugno 2012 che hanno colpito maggiormente i territori della Pianura Padana Emiliana. Nel contesto vengono descritte le principali strutture, tra cui la dorsale Ferrarese che viene coinvolta negli eventi che si sono verificati, illustrando inoltre il modello di tettonica attuale. L'analisi degli eventi è stata effettuata mediante la raccolta dati dal Catalogo ISIDe (INGV) ed ha portato alla distinzione di tre differenti sequenze sismiche di cui la prima del 20 Maggio (Finale Emilia, Ml=5,9), la seconda il 29 Maggio (Medolla, Ml=5,8) e la terza del 03 Giugno (Novi di Modena, Ml=5,1). La distribuzione degli ipocentri, ricavata mediante una suddivisione in classi di profondità degli eventi, evidenzia due fasce distinte entrambe in direzione W-E, di cui la fascia più a nord mostra sismi con profondità minori di 10 km, mentre nella fascia più a sud gli eventi hanno prevalentemente profondità ipocentrali maggiori di 10 km. Tramite i meccanismi focali è stato possibile interpretare il tipo di rottura, dovuta a faglie inverse con una direzione di massima compressione orizzontale media N-S, ed un solo evento che presenta rottura per faglia normale con allungamento massimo orizzontale in direzione N-S. I dati raccolti hanno portato alla definizione di un modello sismotettonico, distinguendo due strutture sismogenetiche rappresentate da due thrust che hanno generato le tre sequenze sismiche del 20 e 29 Maggio e del 03 Giugno 2012.

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(1) Geologo del GeoResearch Center Italy – GeoBlog (sito internet: www.georcit.blogspot.com; mail: georcit@gmail.com).

(2) Geometra e collaboratore del GeoResearch Center Italy – GeoBlog.

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GeoResearch Center Italy - GeoBlog, pub. n° 4 (2012), ISSN: 2240-7847.

Introduzione

L’area che comprende al suo interno le due sequenze sismiche oggetto del seguente studio è tettonicamente  rappresentata da strutture quali sistemi di thrusts ad embrice ciechi ricoperti dai depositi alluvionali presenti su gran parte di tutta la Pianura Padana, mentre a scala regionale il territorio è tettonicamente caratterizzato dalla collisione tra la placca sovrascorrente Europea e quella sottoscorrente Adria (un frammento di quella Africana), che porta alla formazione di un piano di subduzione inclinato di 65°-70° e immersione a SW. Tale piano di subduzione, in relazione alla placca sovrascorrente, potrebbe considerarsi una struttura sismogenetica alla scala regionale, e quindi essere in grado di generare le sequenze sismiche i cui mainshock sono rappresentati dai tre eventi di massimo magnitudo del 20-25 Maggio e 3 Giugno 2012. 

Lo studio di seguito riportato ha come obiettivo quello di analizzare le sequenze sismiche ed esaminare le strutture tettoniche coinvolte negli eventi per arrivare alla definizione di un modello sismotettonico. 

Inquadramento tettonico regionale

L’Appennino settentrionale è una catena a falde (Elter, 1960; Reutter, Groscurth, 1978) facente parte del sistema alpino, formatosi durante il Terziario in seguito alla collisione tra due blocchi continentali rappresentati dalla zolla Europea e dalla microplacca Adria, inizialmente connessa alla zolla Africana (Boccaletti e al., 1971; Boccaletti, Guazzane, 1972).

L’edificio appenninico è costituito da una pila di unità tettoniche riferibili a tre principali domini : il Dominio Ligure, i cui sedimenti si sono deposti originariamente su crosta oceanica (Liguri s.l., Auctt.), il Dominio Subligure, sviluppatosi sulla crosta assottigliata africana adiacente alla zolla oceanica, il Dominio Tosco-Umbro-Marchigiano, rappresentato da successioni del margine continentale dell’Adria la cui età inizia a partire dal Triassico. Durante la storia tettonica della catena appenninica le diverse unità appartenenti a domini differenti si sono impilate formando dei cunei orogenetici che si estendono al di sotto dei depositi della Pianura Padana. Tali strutture, per l’area oggetto dello studio, sono all’interno della zona di Buried Belt (fig. 1) (Bartolini e el., 1983; Boccaletti e al., 1985; Balocchi, 2011) caratterizzata dalle strutture tettoniche dei sistemi di thrusts ad embrice ciechi (Pieri, Groppi, 1981), a causa del loro seppellimento al di sotto dei depositi alluvionali della Pianura Padana (fig. 2). Si possono distinguere differenti gruppi arcuati di strutture a pieghe denominate anche dorsali e limitate al letto dai sistemi di thrust (fig. 1): le pieghe Emiliane, quelle Ferraresi e le pieghe Adriatiche-Romagnole.

Figura 1: Schema tettonico della bassa

Pianura Padana Emiliana.

L’arco delle pieghe Emiliane ha una larghezza di circa 25-35 km ed è rappresentata da una successione di thrust ciechi disposti ad embrice. Il piegamento risale al Pliocene ed è attivo nel Quaternario. L’arco delle pieghe Ferraresi e Adriatiche-Romagnole sono formate da due distinti thrusts ciechi e anch’essi ad embrice: internamente la piega Romagnola ed esternamente quella Ferrarese, sono separate da un thrust principale asimmetrico con vergenza Nord-Est. Il margine esterno settentrionale del Buried Belt è marcato da un gruppo di thrusts ciechi denominati Esternal Thrust Front (ETF) che corrispondono alle faglie di sovrascorrimento frontali di letto delle pieghe emiliane, Ferraresi e Romagnole.

Le pieghe Ferraresi denominate anche “dorsale Ferrarase” è rappresentata dagli alti strutturali di Finale Emilia-Mirandola-Novi di Modena e quello di Bondeno-Ferrara (fig. 2). Nel Database delle sorgenti sismiche individuali (Basili e al., 2008; DISS Working Group, 2010), i due alti strutturali fanno parte, rispettivamente delle sorgenti composite Poggio Rusco-Migliarino e Novi-Poggio Renatico.

Figura 2: Sezione geologica tra Modena e Mirandola (da: Boccaletti e al., 2004).

La “dorsale Ferrarese” giunge molto vicino alla superficie topografica e si ipotizza un’attività tardo-pleistocenica (Boccaletti e al., 2004a).

Lo studio di dettaglio delle strutture sepolte della Pianura Padana è possibile soprattutto grazie all’interpretazione dei profili sismici, da cui si è ricavato anche l’assetto stratigrafico della Pianura Padana (Agip, 1982; Ricci Lucchi e al., 1982; Preti, 1999). Tali studi mettono in evidenza come la base dell’Olocene risulta in rapido approfondimento definendo quasi una scarpata, nel settore del margine compreso tra Reggio Emilia e la valle del Reno (Boccaletti e al., 2004a).

Figura 3: Modello della subduzione della placca Adria al di sotto della placca Europea, con il relativo edificio appenninico.

Il modello tettonico attuale (fig. 3) che spiega la struttura dell’edificio appenninico è quello della tettonica a placche con un piano di subduzione inclinato di 65°-70° circa e immerge verso SW, al di sotto della catena (Malinverno, Ryan, 1986; Carminati e al., 1999; Doglioni e al., 1991; Riguzzi e al., 2010; Balocchi, 2011; Balocchi, Santagata, 2012). I dati GPS e la sismicità strumentale (Chiarabba e al., 2005; Altamimi e al., 2007; Crespi e al., 2007; Doglioni e al., 2007; Riguzzi e al., 2010) testimoniano chiaramente, che l’attività tettonica degli ultimi anni è probabilmente dovuta al sovrascorrimento associato al fronte appenninico nelle strutture sepolte al di sotto dei depositi della Pianura Padana e nel Mar Adriatico centro settentrionale, fino a nord del lineamento delle Tremiti (de Alteriis, 1995; Scrocca, 2006). I meccanismi focali disponibili e altri indicatori del campo di stress attivo mettono in evidenza la presenza di un campo di stress compressivo sia sul fronte sepolto della catena (Dorsale Emiliana, Ferrarese e Romagnola), sia sul fronte pedeappenninico, entrambe associati a zone di trasferimento della deformazione con componenti trascorrenti lungo tutta la parte frontale sepolta del prisma d’accrezione Appenninico (Carminati e al., 1999; Boccaletti e al., 2004a; 2004b; Montone e al., 2004; Scrocca, 2006). 

Sismologia

Per descrivere la sismicità della Pianura Padana Emiliana, si è fatto riferimento al "Catalogo ISIDe" dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV, 2012a), prendendo in considerazione tutti gli eventi sismici, compresi entro un’area rettangolare che comprende la zona interessata dai principali eventi simici del 20 Maggio 2012 e successivi.

Figura 4: Grafico della distribuzione temporale degli eventi sismici

inerenti alle sequenze sismiche della Bassa Pianura Emiliana.

In viola sono riportati i terremoti con Ml maggiore a 5 (ricavata

dai dati di Ml superiore a 2 del database ISIDe dell’INGV).

Gli eventi sismici che hanno colpito la Pianura Padana Emiliana mostrano la presenza di tre sequenze sismiche (fig. 4). La prima sequenza del 20 Maggio ha inizio il 19 Maggio 2012 con un evento “premonitore” di Ml=4,1 e successivamente si sono avute tre eventi sismici forti, il  mainshock di Ml=5,9 e i due eventi successivi di Ml=5,1. La seconda sequenza del 29 Maggio ha inizio con un mainshock di Ml=5,8 e i successivi eventi di Ml=5,3 e Ml=5,1. Mentre la terza sequenza del 03 Giugno ha inizio con un mainshock di Ml=5,1. Tutte e tre le sequenze (fig. 4) hanno mostrato numerosi aftershocks di magnitudo variabile decrescenti in numero e intensità, durante i giorni subito successivi ai mainshock.

Figura 5: Grafico del numero dei terremoti giornaliero degli eventi sismici

inerenti alle sequenze sismiche della Bassa Pianura Emiliana.

Il numero di eventi sismici in relazione al tempo, mostra un andamento tipico a “dente di sega” (fig. 5), con un picco di crescita in corrispondenza dei mainshocks, da 102 eventi del 20 Maggio a 170 eventi in 29 Maggio, per poi calare progressivamente con 72 eventi il 03 Giugno, fino ad una situazione stazionaria con la formazione di una “coda sismica” dal 06 Giugno in poi.

Dalla distribuzione epicentrale (fig. 6), ricavata suddividendo gli eventi sismici con magnitudo locale maggiore e uguale a 2,0 in classi di magnitudo (Balocchi 2011; Balocchi, Santagata 2012), si mette in evidenza come le sequenze hanno una distribuzione lungo una fascia ben definita e orientata in direzione W-E. E’ da notare anche una migrazione degli epicentri (fig. 7) relativi agli eventi con Ml>5,0 a partire dalla prima sequenza del 20 Maggio con mainschock nel Comune di Finale Emilia e che mostra una migrazione progressiva degli epicentri dei successivi terremoti in direzione Est interessando i comuni di Bondeno e Vigarano Mainarda. Per la seconda sequenza del 29 Maggio il mainschock cade all’interno del comune di Medolla e progressivamente si ha una migrazione degli epicentri verso Ovest, interessando i comuni di S. Posidonio e Novi di Modena. L’epicentro del mainschock della terza sequenza cade all’interno del Comune di Novi di Modena.

Per quanto riguarda la distribuzione ipocentrale (fig. 8), ricavata dividendo gli ipocentri secondo classi di profondità (Balocchi 2011; Balocchi, Santagata, 2012), la maggior parte degli ipocentri con profondità 0-10 km sono concentrati secondo una fascia in direzione W-E che attraversa i comuni di Novi di Modena-Mirandola-Bondeno. Una fascia più a sud con ipocentri di profondità compresa tra 10-35 km, sempre in direzione W-E attraversa i comuni di Carpi-San Prospero-Crevalcore-Cento. Tale distribuzione ipocentrale mostra un netto approfondimento progressivo degli ipocentri andando da Nord verso Sud.

Dalla sezione sismologica (fig. 9) si notano delle concentrazioni massime di ipocentri alle profondità di 5 km e 10 km. Tali superfici leggermente inclinate verso sud rappresentano dei piani di scollamento basale dei cunei orogenetici (Meletti e al., 2004; Balocchi, 2011). Inoltre si nota come la concentrazione massima di ipocentri è compresa tra le due superfici efficaci, dalla profondità di 5 km a quella di 10 km.

I meccanismi focali dei principali terremoti (Sconamiglio e al., 2009; INGV, 2012b) evidenziano una distribuzione grossomodo ad arco con la concavità rivolta verso sud. La rottura è dovuta a faglie inverse (fig. 10) con una direzione di massima compressione orizzontale media N-S, e solo un meccanismo evidenzia una rottura per faglia normale con una direzione di massimo allungamento orizzontale N-S.

Sismotettonica

Le sequenze sismiche che hanno interessato la Pianura Emiliana, considerando un quadro sismotettonico alla scala regionale, si collocano entro la fascia sismotettonica definita da diversi autori come Buried Belt (fig. 1)(Bartolini a el., 1983; Boccaletti e al., 1985; Balocchi, 2011), con eventi sismici che mostrano una variabilità sia nella magnitudo sia nella profondità.

Figura 6: Schema sismotettonico della distribuzione degli epicentri suddivisi in classi di magnitudo.

La distribuzione epicentrale delle sequenze sismiche (fig. 6), in relazione alle strutture tettoniche, è collocata all’interno di una fascia con direzione W-E e longitudinale alle principali strutture sepolte della Dorsale Ferrarese. Più precisamente, in corrispondenza dell’alto di Bondeno-Ferrara si è sviluppata la prima sequenza con i mainschocks del 20 Maggio e in corrispondenza dell’alto di Finale Emilia-Mirandola (che prosegue verso ovest fino al comune di Novi di Modena) si è sviluppata la seconda sequenza con i mainschocks del 29 Maggio e la terza sequenza con il mainschock del 03 Giungo. In base alla distribuzione degli eventi sismici in corrispondenza delle due strutture è possibile parlare di tre sequenze sismotettoniche (Balocchi, Santagata, 2012).

Figura 7: Schema sismotettonico della distribuzione

degli epicentri con Ml maggiore a 5,0 e suddivisi

secondo le tre sequenze sismiche del 20 Maggio, 29

Maggio e 3 Giugno 2012.

La profondità degli ipocentri (fig. 8) mostra un progressivo aumento con il procedere da nord con ipocentri superficiali della classe di profondità 0-5 km e verso sud dove gli eventi sono più profondi, compresi entro la classe di profondità 15-35 km. Inoltre sembra ben chiaro come molti degli eventi sismici siano concentrati lungo delle “superfici efficaci” individuate alla profondità di 5 e 10 km circa (Meletti e al., 2004; Riguzzi e al., 2010; Balocchi, 2011). Dalla sezione sismologica è stato possibile identificare le due superfici efficaci (Meletti e al., 2004; Balocchi, 2011) e i thrust frontali (fig. 9) responsabili delle sequenze sismotettoniche (intesa come l’insieme di più eventi sismici generati dalla medesima struttura tettonica, in Balocchi, Santagata, 2012) che hanno interessato la Pianura Padana Emiliana.

Figura 8: Schema sismotettonico della distribuzione

degli ipocentri suddivisi in classi di profondità.

Dai meccanismi focali si evince come le spinte tettoniche mostrano una direzione media dell’asse di massima compressione orientato N-S (fig. 10), e che tali stress sono collocati in prossimità delle strutture dei thrust sepolti al di sotto dei depositi alluvionali della Pianura Padana. Lo stress tettonico ha riattivato i thrust frontali che si trovano al di sotto dell’alto di Bondeno-Ferrara per la prima sequenza e dell’alto di Finale Emilia-Mirandola-Novi di Modena per la seconda e terza sequenza, portando l’intera area in un regime di compressione in direzione N-S e ad una estensione in direzione verticale, evidenziato dagli effetti co-sismici come l’intensa fessurazione del suolo e il suo sollevamento di circa 11 cm (INGV, 2012c).

Figura 9: Sezione sismologica orientata N-S con

la distribuzione ipocentrale suddivisa in classi di

magnitudo e sua interpretazione sismotettonica.

In basso a sinistra viene rappresentato un

grafico del numero di eventi sismici relativo alle

classi di profondità.

Analizzando invece gli eventi sismici con Ml>5 delle tre sequenze in relazione alle strutture tettoniche e ai tempi in cui sono avvenuti i terremoti, si nota una migrazione degli epicentri in entrambe le sequenze (fig. 7). La prima sequenza con mainschock del 20 Maggio 2012 alle ore 02:03:52 UCT (04:03:52 italiane) con Ml=5,9 è avvenuto con epicentro nel comune di Finale Emilia e gli eventi successivi con Ml>5,0 mostrano una migrazione progressiva in direzione Est. Tali eventi si collocano in corrispondenza del thrust posto alla base dell’alto di Bondeno-Ferrara con una direzione WNW-ESE e una immersione in direzione sud.

La seconda sequenza con mainschock del 29 Maggio 2012 alle ore 07:00:03 UTC (09:00:03 italiane) con Ml=5,8 è avvenuta con epicentro nel comune di Medolla e gli eventi successivi con Ml>5,0 mostrano una migrazione progressiva in direzione ovest. Tali eventi si collocano in corrispondenza del thrust posto alla base dell’alto di Finale Emilia-Mirandola-Novi di Modena, con una direzione W-E e una immersione verso sud.

Conclusioni

Lo studio sismotettonico dell’area emiliana colpita dal terremoto del 20 Maggio 2012 e del 29 Maggio 2012 ha portato a definire un modello sismotettonico relativamente alle due sequenze sismotettoniche che sono state generate da due strutture sismogenetiche, entrambe appartenenti alla Dorsale Ferrarese.

Figura 10: Schema sismotettonico della distribuzione

dello stress tettonico attivo, ricavato dai meccanismi

focali dei principali eventi sismici.

Analizzando la distribuzione degli epicentri ed ipocentri (fig. 6 e 8), è chiaro come gli eventi sismici principali e i successivi assestamenti si collocano all’interno di un’ampia fascia con asse longitudinale in direzione W-E. Tale fascia è ampiamente correlabile alla struttura tettonica denominate “Dorsale Ferrarese”, rappresentata da una anticlinale limitata alla base da sistemi di faglie di thrusts che hanno generato le sequenze sismotettoniche emiliane. Dai meccanismi focali è stato possibile definire la cinematica inversa e la direzione dell’asse di massima compressione orizzontale N-S.

Tale superficie di scorrimento inverso, deducibile dallo studio dei meccanismi focali è rappresentata da due strutture sismogenetiche:

1. Struttura sismogenetica Bondeno-Ferrara: thrust con direzione WNW-ESE inclinata verso sud, responsabile della genesi della prima sequenza sismica del 20 Maggio;

2. Struttura sismogenetica Finale Emilia-Mirandola-Novi di Modena: thrust con una direzione W-E e inclinazione verso sud, responsabile della genesi della seconda sequenza sismica del 29 Maggio e terza sequenza sismica del 3 Giugno.

A causa di un aumento dello stress tettonico, le due strutture sismogenetiche Bondeno-Ferrara e Finale Emilia-Mirandola-Novi di Modena, hanno accomodato la deformazione portando ad un accorciamento dell’area in direzione N-S e ad una estensione di circa 11 cm in direzione verticale (INGV, 2012c), ben visibile in superficie anche dagli effetti co-sismici, rappresentati dalle fenditure del terreno.

Lo studio degli eventi sismici con Ml>5,0 ha definito una cronologia sismotettonica degli eventi in relazione alle strutture tettoniche. Infatti attraverso il modello della migrazione degli epicentri, già descritta da altri autori (Stein e al., 1996; 1997), è possibile spiegare il processo di riattivazione delle strutture, avvenuta in tempi successivi ai mainshock.

L’attivazione della prima sequenza sismica con un evento di Ml=5,9 ha visto subito dopo la migrazione degli epicentri di forti terremoti in direzione est, e successivamente si è attivata la seconda sequenza sismica, anch’essa con un evento di Ml=5,8 e subito dopo la migrazione degli epicentri di forti terremoti in direzione ovest. Tale meccanismo può essere messo in relazione ad un movimento delle due strutture sismogenetiche avvenuto in tempi diversi e successivi. La riattivazione è avvenuta a partire da un punto centrale (mainshock del 20 Maggio) e la deformazione tettonica dell’area è progressivamente andata verso est, dove è stata accomodata dalla struttura tettonica Bondeno-Ferrara. Il blocco orientale si è venuto a trovare in una situazione di instabilità tettonica e solo dopo una decina di giorni anche quell’area ha accomodato la deformazione con l’attivazione della struttura Finale Emilia-Mirandola-Novi di Modena, generando la seconda sequenza sismica del 29 Maggio e la terza sequenza. Anche analizzando gli ipocentri dei meccanismi focali, si nota come le strutture sismogenetiche riattivate sono quelle profonde (dai 5 km ai 10 km circa), inizialmente si sono attivati i thrust frontali sepolti e solo dopo le due superfici efficaci (Meletti e al., 2004; Balocchi, 2011), poste ad una profondità di 5km e 10 km circa. La riattivazione delle superfici efficaci è servita per accomodare la deformazione tettonica accumulata in precedenza e riequilibrare l’area sottoposta a forti stress tettonici.

La struttura tettonica Finale Emilia-Mirandola-Novi di Modena ha giocato un ruolo distensivo con una direzione di massima estensione orizzontale N-S, che è messa in evidenza dall’unico meccanismo focale per faglia normale. L’evento estensivo potrebbe essere messo in relazione ad un collasso gravitativo (Artoni e al., 2006; Gutscher e al., 2008; Handy e al., 2010), causata dall’instabilità del cuneo orogenetico sottoposto al peso dei sedimenti sovrastanti. Tale fase è successiva alla precedente fase compressiva che ha portato all’innalzamento della Dorsale Ferrarese.

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