RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Modello crostale sintetico in Sicilia: integrazione geologia e geofisica

Università di riferimento

Università degli Studi di PALERMO - CHIMICA E FISICA DELLA TERRA ED APPLICAZIONI ALLE GEORISORSE ED AI RISCHI NATURALI - PALERMO(PA)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Dario LUZIO

Descrizione

L'obiettivo della ricerca proposta da questa U.R. è la definizione di un insieme di modelli delle strutture crostali di una fascia che si estende dal Tirreno meridionale al canale di Sicilia, compatibili con tutti i dati geofisici e petrologici disponibili. L'area di indagine comprende il profilo Termini Imerese-Gela (Sicilia), che taglia per intero il complesso sistema collisionale appennino-maghrebide e di subduzione che si estende in Sicilia e nelle aree marine circostanti. Quest'area rappresenta quindi una zona di interesse fondamentale per la comprensione dell'interazione tra i processi profondi e di superficie nel settore centrale del Mediterraneo. La costruzione dei modelli tridimensionali della litosfera verrà effettuata da questa U.R. principalmente attraverso la reinterpretazione dei numerosi profili sismici crostali DSS acquisiti nell'area siciliana sin dagli anni '60 nell'ambito di differenti progetti internazionali (vedi paragrafo 2.4). Tali sezioni sismiche sono state recentemente digitalizzate, controllate ed archiviate dai ricercatori dell'ex IRRS (attualmente IDPA) del CNR di Milano. Allo stesso tempo è stato effettuata una selezione dei segnali ed un controllo delle loro localizzazioni spaziali e temporali, che hanno sensibilmente migliorato la qualità media dell'archivio. Inoltre, verranno reinterpretate alcune delle sezioni sismiche WARR ad elevata densità acquisite dal Gruppo Sea Land nei bacini circostanti la Sicilia, nell'ambito del progetto Crop Mare II. Per alcuni profili si utilizzeranno i risultati delle interpretazioni già effettuate. In particolare, le sezioni WARR che potrebbero fornire un'utile informazione sui collegamenti tra le strutture a mare e quelle a terra nell'area di interesse del progetto sono quelle relative ai profili M26 e M28-A ubicati, con direzione circa N-S, nel mar Tirreno meridionale, ai profili M39 e M25, che con la stessa direzione sono posizionati nel canale di Sicilia e al profilo M23 che si estende parallelamente alla costa sud della Sicilia. Benché le sezioni DSS siano state acquisite con una bassa densità di campionamento negli offset, si tenterà di applicare alcune tecniche di denoising, progettate da ricercatori di questa U.R (Chironi et al., 1997; Carrozzo et al., 1998; Carrozzo et al., 2002), basate sull'analisi di correlazione dei segnali. In numerose applicazioni si è osservato che queste tecniche producono in genere un significativo aumento del rapporto segnale-rumore ed, esaltando le caratteristiche di coerenza del segnale utile, consentono la correlazione di un maggior numero di fasi sismiche. Nel caso in cui particolari caratteristiche delle sezioni non consentissero l'applicazione di tali algoritmi, verranno utilizzate tecniche di filtraggio in frequenza e di denoising basato sulla trasformata di wavelet delle tracce sismiche. Poichè i dati WARR relativi al progetto Crop Mare II hanno un'elevata densità spaziale e sono stati acquisiti in forma vettoriale sarà possibile applicare ad essi altri più efficaci algoritmi di denoising basati sulla correlazione dei segnali nelle tre componenti e sulle caratteristiche di linearità della polarizzazione e nuove tecniche di analisi di polarizzazione (Capizzi et al., 2001a) finalizzate al riconoscimento di fasi la cui natura non può essere dedotta soltanto mediante l'andamento delle dromocrone. Le fasi correlate su ciascuna sezione verranno interpretate con modelli bidimensionali utilizzando come vincolo per la definizione dei modelli iniziali tutte le informazioni ottenibili dalle precedenti interpretazioni lungo gli stessi profili e quelli da essi intersecati. Nell'interpretazione i confini e le funzioni di velocità delle strutture più superficiali potranno essere vincolati dalle informazioni provenienti dall'analisi dei profili a riflessione NVR acquisiti dall'AGIP, condotta dall'U.R. di Trieste. Per la costruzione dei modelli 2D si utilizzerà l'algoritmo Rayinvr di ray-tracing e di inversione (Zelt and Smith, 1992). I dati sismici verranno interpretati congiuntamente con le anomalie di Bouguer lungo gli stessi profili, utilizzando una procedura sequenziale. A tale scopo i modelli di velocità definiti verranno convertiti in modelli di densità mediante le leggi di correlazione note; successivamente i modelli di densità verranno ottimizzati per mezzo del programma 2.5D di "forward modelling" e di inversione di dati gravimetrici Gravmag (Pedley et al., 1993). Si utilizzeranno i valori delle anomalie Bouguer che sono state calcolate in più di 30000 punti in Sicilia utilizzando il valore 2.67 g/cm3 come densità della piastra e per la correzione topografica (Carrozzo et al., 1986; Carrozzo et al., 1992). Le anomalie di Bouguer disponibili per le aree marine attorno alla Sicilia sono state compilate da Morelli (1975) utilizzando una densità di 2.67 g/cm3. Poichè la copertura areale dei dati sismici non consente un'inversione tridimensionale di tutti i tempi di primo arrivo delle onde P identificati sulle sezioni, sarà necessario integrare questi con i tempi di arrivo delle onde P ed S relativi agli eventi sismici registrati nell'area siciliana e nelle zone circostanti dalle stazioni della rete sismica nazionale e delle reti locali operanti sul territorio. Alcuni ricercatori di questa U.R. si sono da tempo occupati della rilocalizzazione di un insieme di eventi sismici avvenuti nell'area siciliana e nell'area sud-tirrenica tra il 1988 e il 2002, mediante una procedura di ottimizzazione multi-parametrica, che ha inoltre consentito di definire un modello di velocità monodimensionale medio per l'area (Capizzi et al., 2001b). L'insieme dei parametri ipocentrali e il modello di velocità così ottimizzati potranno costituire il punto di partenza per l'inversione tomografica congiunta dei tempi di primo arrivo delle onde P relativi sia agli eventi sismici sia alle sezioni sismiche. In questa inversione tomografica un importante vincolo sarà rappresentato dai modelli bidimensionali definiti nella fase precedente lungo i profili. Successivamente il modello litosferico ottenuto dall'inversione tomografica sarà convertito in un modello di densità per il quale, mediante il programma di modellazione di dati relativi a campi di potenziale IGMAS, verrà calcolato l'effetto gravimetrico che sarà confrontato con le anomalie di Bouguer. Anche in questo caso il programma di interpretazione consente di applicare la tecnica "forward modelling" per ottimizzare i parametri del modello di densità. L'inversione dei dati gravimetrici fornirà un'informazione a maggiore risoluzione sull'eterogeneità laterale della densità, rispetto a quella dedotta dai dati sismici, che invece avranno permesso di definire con una maggiore affidabilità la posizione in profondità delle superfici di discontinuità del modello. Inoltre, l'analisi gravimetrica consentirà di estrapolare le informazioni sul modello litosferico nelle zone dove la densità di dati sismici è minore. Per vincolare ulteriormente l'andamento del tetto del basamento cristallino si effettuerà l'inversione con modelli 3D dei dati aeromagnetici relativi all'area di indagine. Per la costruzione dei modelli, in particolare per la caratterizzazione chimico-fisica della crosta inferiore e del mantello litosferico, si utilizzeranno oltre alle informazioni geofisiche, anche dati petrologici. Gli studi petrologici utilizzeranno dati relativi agli xenoliti mafici/ultramafici inglobati nelle lave basaltiche, che sono stati recentemente campionati/dragati nelle due porzioni estreme della fascia indagata: in prossimità dell'Isola di Ustica e del Banco Graham (Canale di Sicilia). Xenoliti crostali (granuliti, quarziti) sono presenti anche nelle lave degli Iblei e, in misura minore, in alcune lave dell'Etna. Lo studio degli xenoliti assume particolare rilevanza soprattutto perché permette di porre dei vincoli petrologici alla natura ed alle condizioni di pressione e temperatura vigenti nella crosta profonda/mantello litosferico. Gli xenoliti potrebbero essere oggetto, in qualche caso, di uno studio sperimentale ad alta pressione e temperatura (presso i laboratori del Bayerische Geoinstitute, Bayreuth), finalizzato a valutarne le caratteristiche elastiche. La conoscenza delle caratteristiche elastiche, spesso anomale, degli xenoliti campionati (per esempio cumuliti clinopirossenitiche) potrebbe risultare utile per interpretare eventuali anomalie di velocità nei modelli sismostratigrafici. La presenza di rocce cumulitiche, infatti, è spesso responsabile di comportamenti anomali (diminuzione/aumento) nella velocità di propagazione delle onde elastiche e quindi di anomalie nei modelli sismostratigrafici. BIBLIOGRAFIA CAPIZZI P., DE LUCA L., LUZIO D., VITALE M. (2001a) - Analisi di polarizzazione in sezioni WARR a tre componenti. CD ROM degli Atti del 20° Convegno G.N.G.T.S., Roma CAPIZZI P., DE LUCA L., LUZIO D. and VITALE M. (2001b) - Procedura di ottimizzazione di un modello di velocità 1D applicata ai terremoti locali dell'area tirrenica. CD ROM degli Atti del 20° Convegno G.N.G.T.S., Roma. CARROZZO M.T., CHIRENTI A., LUZIO D., MARGIOTTA C. and QUARTA T. (1986) - Carta gravimetrica d'Italia. Atti del 5° Convegno GNGTS, Roma, 2, 913-918. CARROZZO M.T., LUZIO D., MARGIOTTA C. and QUARTA T. (1992) - Gravity map of Italy. In P. Scandone (resp.): Structural model of Italy. Quad. Ric. Scient., CNR, Roma, 114(3). MORELLI C. (1975) - The gravity map of Italy. In L. Ogniben, M. Parotto, A. Praturlon (Eds.), "Structural Model of Italy", CNR, Quad. Ric. Sci., 90, 427-447. PEDLEY R. C., BUSBY J. P. and DABEK Z. K. (1993) - Gravmag user manual - Interactive 2.5D gravity & magnetic modelling. British Geological Survey. ZELT C. A. and SMITH R. B. (1992) - Seismic traveltime inversion for 2-D crustal velocity structure. Geophysical Journal International, 108, 16-34.