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Metodologie sismiche integrate per lo studio della struttura dei vulcani attivi.

Applicazione alla caldera dei Campi Flegrei 

 

Coordinatore scientifico del progetto

Aldo Zollo - Prof. Associato di Sismologia

Dipartimento di Scienze Fisiche - Università di Napoli Federico II

 

Partecipanti al progetto

 

UR#

AFFERENZA

RESPONSABILE

1

Dipartimento di Scienze Fisiche, Univ. Napoli (DSF1-UNINA)

Aldo Zollo

2

Osservatorio Vesuviano, INGV (OV-INGV)

Paolo Capuano

3

Istituto Nazionale di Geofisica, CNT (CNT-INGV)

Claudio Chiarabba

4

Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali, CNR (IDPA-CNR)

Roberto De Franco

5

Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale (OGS)

Enrico Priolo

6

Geoscience Azur, Univ.Nizza, CNRS (GeoAzur)

Jean Virieux

7

Dipartimento di Scienze Fisiche, Univ. Napoli (DSF2-UNINA)

Grazia Giberti

 

OBIETTIVI GENERALI

Il progetto si propone l´applicazione di tecniche avanzate per la modellistica di dati di sismica attiva e passiva registrati nella caldera Flegrea per la determinazione di immagini ad alta risoluzione della velocità ed attenuazione delle onde sismiche e la loro comparazione a misure di laboratorio. I modelli fisici della struttura flegrea unitamente a dati sul suo stato termico costituiranno gli ingredienti necessari ad una modellistica preliminare termo-meccanica dei processi deformativi.

Questi obiettivi generali sono ottenuti attraverso una ripartizione dei compiti e delle attività tra le UR partecipanti secondo i tre macro-obiettivi principali :

 

Task 1: Studio della struttura dei Campi Flegrei dall´analisi integrata di dati sismici, gravimetrici, flusso di calore e di laboratorio.

WP1.1 Modellazione di dati sismici

WP1.2 Modellazione congiunta di dati sismici, gravimetrici, di flusso di calore e di laboratorio

WP1.3 Misure di laboratorio e modellazione termo-meccanica

Task 2: Tecniche per lo studio della struttura vulcanica basate sull´inversione/modellazione delle ampiezze e forme d´onda sismiche.

Task 3: Implementazione di un data-base di dati sismici per la caldera dei Campi Flegrei.

Nuovi dati di sismica a riflessione ad alta risoluzione saranno acquisiti nel Settembre 2001 attraverso una campagna sperimentale (denominata SERAPIS).E´ opportuno quindi inserire un altro macro-obiettivo che non appariva nel progetto originale:

Task 4: Progettazione e realizzazione di una campagna di acquisizione di dati sismici a riflessione (progetto SERAPIS)

 

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TASK 1 - Studio della struttura dei Campi Flegrei dall´analisi integrata di dati sismici, gravimetrici, flusso di calore e di laboratorio

 

Il task 1 ha come obiettivo generale la ricostruzione con dati sismici di immagine tri-dimensionale in velocità ed attenuazione della struttura della caldera flegrea e il confronto di tali modelli con dati di altra natura. Il macro-obiettivo è articolato in tre sub-obiettivi (workpackages).

 

WP1.1 Vengono applicate tecniche standard ed avanzate per l´inversione di fasi primarie e secondarie (riflesse/convertite) da sismogrammi prodotti da sorgenti attive e microterremoti. L´obiettivo è la determinazione di modelli 3D di velocità delle onde P,S e di attenuazione anelastica, utilizzando osservabili nel dominio del tempo o della frequenza.

 

WP1.2 I dati sismici, di gravità, di flusso di calore e le misure di laboratorio su campioni di roccia ottenuti in precedenza o durante il progetto verranno assemblati e interpretati congiuntamente per validare e/o fornire vincoli ai modelli di velocità ed attenuazione della struttura flegrea.

 

WP1.3 Le differenti proprietà fisiche (idrauliche, termiche, elettriche, elastiche, anelastiche) delle rocce vulcaniche saranno misurate in laboratorio e comparate alle misure a scala macroscopica. Le informazioni circa lo stato termico della caldera e le proprietà meccaniche/termiche delle rocce flegree saranno utilizzate per una modellazione quantitativa dei processi di trasferimento del calore e della risposta termo-meccanica della caldera.

 

UR PARTECIPANTI:

Tutte le UR partecipano alle attività previste dal macroobiettivo 1. In particolare questa è la partecipazione delle singole UR ai diversi workpackages

WP1.1: UR1, UR2, UR3, UR4, UR5, UR6

WP1.2: UR4

WP1.3: UR7

 

OBIETTIVI I ANNO

-   Metodi: Sviluppo ed Applicazione a dati sintetici

Inversione non lineare di tempi di fasi riflesse/convertite.

Ray-tracing 3D per tomografia in velocità/attenuazione.

Revisione codici di tomografia 3D e parametrizzazione.

 

-   Acquisizione, Analisi e Modellazione dati

Analisi preliminare di dati selezionati dei terremoti flegrei del 1984 (rete Wisconsin).

Revisione modelli tomografici esistenti e rilocalizzazione terremoti.

Campionamento e caratterizzazione della mineralogia e della porosità dei campioni. Inizio delle misure (a temperatura ambiente).

 

RISULTATI I ANNO

-   Metodi: Sviluppo ed Applicazione a dati sintetici

Durante il primo anno sono stati adattati e verificati alle differenti geometrie di acquisizione di dati sismici dei  Campi Flegrei metodi esistenti, avanzati per la modellazione diretta ed inversa di tempi di arrivo di fasi dirette, riflesse e convertite. Tenendo conto della complessità del volume target, presumibilmente  fortemente eterogeneo, sono state sviluppate tecniche di analisi dei dati innovative, la cui verifica è stata operata essenzialmente su dati sintetici. Di seguito vengono elencate e brevemente descritte le metodologie considerate:

Inversione non-lineare di tempi di arrivo di  fasi sismiche riflesse (NLIRD)(UR1)

Nel caso 2D si è messo a punto ed applicato a dati sintetici un metodo di inversione non lineare (tecnica di inversione: Algoritmo Genetico) dei tempi di arrivo di fasi riflesse PP, in geometria di acquisizione wide-angle, con sorgenti artificiali poste in superficie. Il metodo è basato sul calcolo di tempi di tragitto mediante il principio di Fermat, ed utilizza il metodo di Podvin & Lecomte (differenze finite dell´equazione iconale). E´ stato testato su dati sintetici che riproducono condizioni di acquisizione irregolare, topografia, modello di velocità eterogeneo ed interfaccia di forma qualunque.

 

Sviluppo di un metodo 2D-3D per la modellazione asintotica del campo d´onda sismico in mezzi eterogenei (UR1)

Il metodo sviluppato in questo lavoro è basato su di un approccio matematico, la teoria delle varietà Lagrangiane, che è stato usato da Maslov (1966) per costruire soluzioni globali delle equazioni di Helmotz. La tecnica produce un ´campo´ di raggi organizzato secondo una struttura gerarchica che rende molto rapida l´individuazione del tubo di flusso che contiene un ricevitore dato. La metodologia è stata testata su modelli sintetici, confrontando i risultati con quelli ottenuti da altre tecniche (Podvin & Lecomte, 1991)(Lambarè er al, 1996). Il metodo ha dimostrato di essere più accurato dei metodi alle differenze finite dell´iconale e più rapido delle tecniche di wavefront-tracing

 

Tomografia 3D con  SimulPS13q e con il codice di Zhao modificato per l´applicazione ai  Campi Flegrei. Revisione dei modelli tomografici 3D esistenti(UR3, UR2)

I due programmi consentono di lavorare con ipotesi differenti sulla parametrizzazione del modello. Simulps13q permette di usare un modello con velocita´ continuamente definite nello spazio, senza discontinuita´. Il codice modificato da quello di Zhao consente invece l´uso di superfici di discontinuita´ nel modello e una velocita´ interpolata nella parte continua. Sono stati invertiti i tempi di arrivo relativi ad eventi locali avvenuti nel 1984 disponibili su sito ftp del progetto. Su questo data-base sono stati ri-ottenuti modelli 1D e 3D della struttura flegrea che sono stati comparati con quelli originali di Aster & Meyer (1988). Dai risultati preliminari risultano delle analogie con i  valori ottenuti da A&M, cioe´ bassi valori di Vp e Vs e un alto rapporto Vp/Vs, al centro della caldera al di sotto della citta´ di Pozzuoli. La geometria delle anomalie riconosciute e´ maggiormente definita rispetto a quelle di A&M.

 

Sviluppi metodologici: inversione sismo gravimetrica 3D(UR4)

Si è sviluppato ed esteso al caso 3D la metodologia di inversione integrata sismo-gravimetrica sviluppata in 2D (Tondi et., 2000). Per quanto riguarda la  parte sismica, la tecnica d´inversione 3D è stata sviluppata in collaborazione con l´Università di Praga utilizzando il codice di calcolo CRT (Cerveny et al., 1988). Un primo test di applicazione è  stato effettuato sui dati Tomoves, dell´area vesuviana.

 

Tomografia con griglie non strutturate (UR5)

Si è proceduto ad integrare il metodo di discretizzazione e parametrizzazione del modello di velocità mediante interpolazione "Natural Neighbour" proposto da  Sambridge,  Braun and  McQueen (GJI, 122, pp837-857, 1995) nel programma di inversione tomografica sviluppato da Thurber (1983) e sue successive versioni modificate (Michelini & McEvilly, 1991;  Michelini et al., 2000). Allo stato attuale si sta testando il programma sia per quello che riguarda il ray-tracing che per la parte di inversione delle velocità ai nodi della griglia non strutturata.  Tutto lo sviluppo software  è stato svolto in ambiente Linux.

 

Localizzazione in mezzi 3D con metodi non lineari(UR6,UR1)

Il software 3D eterogeneo NonLinLoc (A. Lomax) è stato migliorato e testato per rimuovere artefatti e risolvere alcune situazioni patologiche allo scopo di giungere ad un software più adatto alle applicazioni reali. Tali applicazioni sono state effettuate sui dati disponibili sul sito ftp del progetto in collaborazione tra le UR1 e UR2.  Il software si basa sul calcolo dei tempi di arrivo tramite il metodo di Podvin-Lecomte alle differenze finite applicate all´equazione eiconale. Si continua a sviluppare programmi che utilizzano tale approccio sia per la localizzazione, sia per la ricostruzione della struttura della velocità sismica..

 

Tomografia linearizzata con calcolo dei tempi mediante metodo Podvin-Lecomte (differenze finite dell´iconale)(UR6)

E´ stato sviluppato e testato su dati sintetici un codice 3D per la tomografia linearizzata dei tempi di primo che usa l´algoritmo di Podvin-Lecomte per il calcolo dei tempi di primo arrivo P ed S. Il codice 3D utilizza un tracciamento dei raggi standard che si comporta differentemente quando le discontinuità sono nette; infatti, il metodo di Podvin-Lecomte introduce diffrazioni. Abbiamo così utilizzato la formulazione di Podvin-Lecomte per il problema diretto e costruito intorno a questo un codice per la determinazione della struttura di velocità sismiche, sia per la localizzazione.

 

-   Acquisizione, Analisi e Modellazione dati

Tomografia di attenuazione 3D dall´inversione di durate degli impulsi P ed S(UR1,UR2)

E´ in corso l´estensione del metodo sviluppato da Zollo e de Lorenzo(2001) ai casi di tracciamento di raggi 3D, all´utilizzo congiunto di dati P ed S ed  all´integrazione del data-base con registrazioni di sismica attiva. Il recupero e l´archiviazione delle forme d´onda dei microterremoti flegrei (sequenza 1984) è in corso. Sono stati scritti, ed implementati alcuni codici che permettono la formattazione (SAC con header completo), la rapida consultazione, selezione ed estrazione di dati dall´archivio, e la misura in modo automatico di quantità di interesse sui sismogrammi.

In collaborazione con Charlotte Rowe dell´Università del Wisconsin (USA) è in corso la preparazione dei dati per l´utilizzo della tecnica di re-picking automatico (messa a punto dalla Rowe), che si basa su metodi di correlazione e clusterizzazione. Le localizzazioni preliminari dei terremoti flegrei (i cui dati sono disponibili sul sito ftp del progetto) nel modello 3D ottenuto da Aster e Meyer (1981) sono state ottenute utilizzando il codice sviluppato da A.Lomax e già applicato ai dati di terremoti vesuviani (Lomax et al., 2001). Lo stesso data base è stato inoltre utilizzato per ottenere modelli preliminari 3D della struttura calderica, applicando la versione 14 del codice SIMULPS (Hasslinger, Virieux) che permette il calcolo 3D delle traiettorie dei raggi senza usare approssimazioni (Figura 1).

 

 

Figura 1. Modello preliminare di velocità delle onde P e di localizzazioni di terremoti flegrei del 1984, i cui tempi di arrivo P ed S sono disponibili sul sito server di progetto. L´immagine è stata ottenuta utilizzando il codice di inversione SIMULPS14 che usa un tracciamento di raggi esatto in un mezzo 3D.

 

Misura delle proprietà  fisiche dei campioni flegrei (UR7)

Sono state effettuate le misure delle proprietà fisiche di 21 campioni, di cui 12 provenienti da  5 pozzi di trivellazione Agip, 9 di superficie, raccolti in varie zone della caldera flegrea. Il lavoro è consistito preliminarmente nella caratterizzazione mineralogica, chimica e petrografica dei campioni. Poi si è proceduto ad una caratterizzazione petrofisica, per determinare la porosità (e per conseguenza la permeabilità)  e allo studio delle proprietà di scambio cationico. Infine sono state effettuate misure di conduttività elettrica, termica e le proprietà elastiche e anelastiche. Tra i risultati più rilevanti si menziona l´andamento decrescente della porosità (da 0.5 in superficie a 0.04 a circa 2 km) e della permeabilità (circa due ordini di grandezza) e l´individuazione del periodo di alterazione idrotermale per la zona si S. Vito precedente all´eruzione del Gauro

 

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TASK 2 - Tecniche per lo studio della struttura vulcanica basate sull´inversione-modellazione delle ampiezze e forme d´onda sismiche

 

Il task 2 ha come obiettivo generale lo studio della struttura vulcanica mediante modellazione diretta/inversa di ampiezze e forme d´onda sismiche da dati di sismica attiva e passiva.

Tecniche avanzate di migrazione di riflettori in mezzi 2-D e 3D, derivate dalla sismica di esplorazione saranno sviluppate, validate attraverso test sintetici ed applicate a dati sperimentali. Un metodo pseudo-spettrale per la simulazione del campo d´onda completo 2D-3D elastico/anelastico sarà sviluppato ed utilizzato per la validazione dei modelli tomografici e d´interfaccia ottenuti per la caldera flegrea.

 

UR PARTECIPANTI: UR1, UR5

 

OBIETTIVI I ANNO

-   Metodi: Sviluppo ed Applicazione a dati sintetici

Sviluppo del metodo pseudospettrale di Fourier 3-D con griglie sfalsate.

 

RISULTATI I ANNO

-   Metodi: Sviluppo ed Applicazione a dati sintetici e sperimentali

Inversione 2-D non-lineare di forme d´onda di  fasi sismiche riflesse (NLIRD)(UR1)

La tecnica sviluppata per l´inversione dei tempi di arrivo da dati di sismica attiva (Task1 WP1.1) è estesa all´utilizzo delle forme d´onda delle fasi riflesse/convertite. La funzione costo del problema inverso viene calcolata attraverso la semblance / stack delle forme d´onda corrispondenti ad una finestra temporale centrata sul tempo di arrivo della fase considerata. Quest´ultimo viene calcolato utilizzando la tecnica di Podvin & Lecomte ed il principio di Fermat. Il codice è in via di sviluppo e primi test a dati sintetici sono previsti per la prima metà del secondo anno di progetto.

 

Individuazione di discontinuità nella crosta attraverso l´analisi 3-D di fasi riflesse di eventi sismici locali. (UR1)

E´ stata sviluppata una tecnica testata su dati sintetici e sperimentali (terremoti vesuviani) che si basa sull´analisi delle fasi riflesse/convertite da registrazioni di microterremoti. Mediante  il calcolo della semblance e dello stack di sezioni di registrazioni microsismiche Common Source a cui è stato applicato il move-out di tempi di arrivo di fasi riflesse/convertite (PP, PS, SP ed SS), è possibile individuare la profondità di interfacce che producono valori massimi di stack o di semblance. I risultati per il caso del Vesuvio mostrano chiaramente la presenza di un riflettore ad una profondità di circa 9 Km, concorde con quelli ottenuti dall´analisi dei dati di sismica attiva del progetto Mareves 97.

Per l´estensione del metodo al caso 3D, si è messo a punto e testato un codice che, dato un modello di interfaccia irregolare e mezzo di velocità 3D, calcola i tempi delle fasi riflesse/convertite mediante tecnica dell´iconale. Sulla base del calcolo di tempi riflessi in mezzi 3D, è in corso d´implementazione un codice di migrazione pre-stack 3D, che dovrebbe dare un´immagine accurata delle eventuali interfacce nella crosta superficiale al di sotto della caldera flegrea.

 

Modellazione sismica diretta (UR5)

E´ stato sviluppato ed implementato un algoritmo per la modellazione 3D dei campi d´onda sismici in strutture geologiche complesse. L´algoritmo è basato sulla soluzione dell´equazione completa delle onde elastiche in mezzi eterogenei con il metodo pseudospettrale di Fourier (Figura 2). L´accuratezza numerica e l´efficienza computazionale sono state migliorate rispettivamente con l´uso di griglie sfalsate (staggered) e con un´implementazione parallela. Maggiori dettagli possono essere trovati nella scheda I anno dell´UR5.  

 

 

Figura 2. Istantanea della propagazione di campo d´onda in una struttura complessa risolto con il metodo pseudospettrale di Fourier a griglia sfalsata.  (Snapshot of the wavefield propagating in a complex structure computed by the staggered Fourier pseudo-spectral method.)

 

Il metodo pseudospettrale 3D di Fourier è stato validato mediante alcuni test comparativi con metodi analitici e numerici presenti in letteratura. Le prove effettuate comprendono i casi: 1) propagazione in uno spazio omogeneo elastico con sorgente unidirezionale verticale, 2) propagazione in uno spazio omogeneo anelastico (Qp=Qs=130) con sorgente di doppia coppia con strike, dip e rake di 144°, 42° e 280°, 3) modello 1-d stratificato con sorgente unidirezionale verticale. I risultati delle verifiche effettuate utilizzando diversi approcci hanno dimostrato una buona consistenza tra i diversi metodi. Le imperfezioni riscontrate nel confronto tra le diverse forme d´onda sono imputabili essenzialmente all´impiego di fasce assorbenti e alla de-localizzazione connessa con l´utilizzo di griglie sfalsate. Questi aspetti sono in fase di studio e saranno approfonditi in maggior dettaglio nella prosecuzione della ricerca.  Le prove hanno comunque evidenziato rapporti in ampiezza delle fasi P ed S e forme d´onda  consistenti per i diversi metodi.

 

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TASK 3 - Implementazione di un data-base di dati sismici per la caldera dei Campi Flegrei

 

Il task 3 ha come obiettivo generale l´implementazione di un data-base completo di forme d´onda sismiche a 3 componenti riguardante alcune centinaia di microterremoti registrati ai Campi Flegrei durante l´ultima crisi bradisismica nel 1983-1984. I dati furono acquisiti dalla rete sismica digitale dell´Università del Wisconsin e una parte consistente è ancora presso i suoi laboratori. L´attività riguarderà dunque il recupero, la formattazione e l´archiviazione dell´intero set di dati. Il data-base comprenderà anche dati di sismica attiva acquisiti nell´area durante esperimenti passati di DSS e più recentemente durante l´esperimento MareVes97, nel quadro delle ricerche tomografiche sul Vesuvio.

 

UR PARTECIPANTI: UR1, UR2, UR4, UR7

 

OBIETTIVI I ANNO

Data-Base

- Implementazione di un data-base delle forme d´onda e tempi di arrivo di terremoti selezionati della crisi del 1984 (rete Wisconsin)

- Recupero e omogeneizzazione dei vecchi dati IRRS dell´esperimento DSS e loro integrazione con i dati Mareves 97

- Costruzione ed aggiornamento del sito "server di progetto".

- Acquisizione di dati, sia fenomenologici che da letteratura, da usare come vincoli al modello termico.

 

RISULTATI I ANNO

Implementazione di un data-base delle forme d´onda di terremoti ai Campi Flegrei(UR2,UR1)

L´attività del primo anno è consistita principalmente nella verifica delle informazioni e dei dati disponibili presso l´Osservatorio Vesuviano, relativi alla campagna di acquisizione condotta dall´Università del Wisconsin in collaborazione con l´Osservatorio Vesuviano, nel periodo fine 1983 – metà 1984. Presso i laboratori dell´UR2, sono stati individuati circa 30 nastri digitali contenenti i dati, la cui lettura è stata particolarmente problematica, a causa del deterioramento della superficie dei nastri. E´ stata ricostruita la sequenza temporale della campagna sismica, individuando i periodi di funzionamento delle stazioni installate e sono state evidenziate le registrazioni sismiche recuperabili (Figura 3).

 

Figura 3 Schema che descrive lo stato attuale del recupero dei dati (forme d´onda) di microterremoti acquisiti tramite la rete digitale a 3 componenti dell´Università del Wisconsin nel periodo Gennaio-Giugno 1984 durante la crisi bradisismica

 

Sono attualmente disponibili attraverso  il sito "server" di progetto:

1)      le informazioni inerenti le stazioni sismiche utilizzate (coordinate delle stazioni, caratteristiche dei sensori, periodo di funzionamento, tabella di amplificazioni);

2)      data-base di tempi di primo arrivo P,S. Questo include ed amplia il data-set utilizzato per gli studi tomografici di Aster e Meyer (1988) (relativo al periodo Febbraio-Giugno 1984) in quanto comprende dati disponibili all´OV per il periodo precedente. Il database attualmente disponibile contiene i tempi di arrivo per circa 2700 eventi, la metà dei quali registrati ad almeno 5 stazioni. Questo corrisponde a circa 12500 letture P e circa 1100 letture S. Attualmente ci si propone di recuperare letture alle stazioni OV operanti nello stesso periodo delle stazioni del Wisconsin e verificarne la loro congruenza, in modo da poter ulteriormente allargare il database.

3)      le forme d´onda della campagna Wisconsin, in formato SAC o SEGY-Reftek, per un set limitato di circa 160 eventi (periodo 15/3 – 15/4 1984) registrati da un numero di stazioni che va da 6 a 11, per un totale di circa 1200 registrazioni a 3 componenti. Si sta ora verificando la congruenza di queste forme d´onda con il tempi di arrivo di cui al punto precedente. Per quanto riguarda il periodo 15/1 – 15/3 si stanno approntando e verificando i codici di calcolo per la trasformazione dei records recuperati dal formato originale al formato SAC o SEGY. I primi tests hanno dato esito positivo, per cui in breve tempo sarà possibile aggiornare ed allargare in maniera significativa il database delle forme d´onda.

 

Acquisizione dati: digitalizzazione dati sismici DSS pregressi 1985-1987(UR4)

E´ iniziata l´operazione di recupero e omogeneizzazione dei dati DSS. In particolare sono stati digitalizzati ed archiviati i dati relativi alla campagna sismica Campi Flegrei 1985 relativi all´esperimento microarray. I dati in questione furono acquisiti usando scoppi in mare e utilizzando 20 stazioni mobili analogiche disposte lungo un microarray denso (spaziatura media di 100m e lunghezza massima circa 2.5 km) posizionato in direzione nord-sud nell´area della Caldera. I dati saranno trasferiti al sito server di progetto a seguito del lavoro di omogeneizzazione e integrazione con i rimanenti dati della campagna Campi Flegrei  1985.

 

Il sito server di progetto(UR1, UR7)

Il sito server di progetto è un sito-ftp dove sono archiviati dati ed informazioni di vario tipo riguardanti la caldera flegrea reso accessibile a tutti i ricercatori partecipanti al progetto (Figura4). Esso viene periodicamente aggiornato con nuovi dati e risultati. Sono attualmente archiviati nel sito i modelli numerici 3D di velocità delle onde P, S (modello Aster & Meyer,1988); di attenuazione anelastica (fattore di qualità Qp) (modello de Lorenzo, Zollo e Mongelli, 2001); di temperatura derivata dal QP (modello de Lorenzo, Zollo e Mongelli, 2001). Il sito inoltre contiene il modello digitale di terreno (30x30 m) e misure di laboratorio su campioni di rocce flegree da rilievi di superficie e di pozzo. Il server accoglie attualmente i dati sismici della campagna MareVes97 (linee Campi Flegrei), i tempi di arrivo e le registrazioni dei terremoti dei Campi Flegrei utilizzati da Aster e Meyer (1988) per l´indagine tomografica 3D, i tempi di arrivo e le registrazioni dei terremoti dei Campi Flegrei alla rete permanente dell´Osservatorio Vesuviano agente nel 1982-1984.

 

 

 

Figura 4. Struttura del sito server del progetto. Esso è suddiviso in due aree principali: aree per la comunicazione tra le Unità di Ricerca (in nero) ed aree per l´archiviazione dei dati (bianco).

 

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TASK 4  Progettazione e realizzazione di una campagna di acquisizione di dati sismici a riflessione (Progetto Serapis)

 

Il task #4 non compare nel progetto originale, approvato dal GNV, in quanto legato alla realizzazione della campagna di acquisizione di nuovi dati sismici  nel progetto SERAPIS. La campagna prevede l´utilizzo della nave francese Nadir per la produzione di sorgenti sismiche in mare e registrazioni mediante stazioni sismiche installate in terra ed OBS a mare. La campagna sarà effettuata nel Settembre 2001 e quasi tutte le UR del progetto sono coinvolte nella parte di acquisizione. 

 

UR PARTECIPANTI: UR1,UR2,UR3,UR4,UR5,UR6

 

OBIETTIVI I ANNO

Non era previsto nel progetto originale

 

RISULTATI I ANNO

Preparazione della campagna di sismica attiva SERAPIS(UR1,UR2,UR3,UR4,UR5,UR6)

La preparazione dell´esperimento Serapis, che avrà luogo nel periodo 15-21 Settembre 2001, è in corso. Il periodo corrisponde al periodo di transito della nave NADIR dell´Ifremer che effettuerà gli scoppi in mare. Circa 7000 scoppi prodotti da una batteria di 10 cannoncini ad aria compressa saranno registrati da una rete di circa 50 stazioni 3C installate a terra e 80 sismografi da fondale marino. E´ stato necessario prevedere nel dettaglio il percorso della nave che effettuerà gli scoppi e configurare l´intera geometria di acquisizione. Si è cercato di conciliare gli scopi scientifici con i vincoli di sicurezza della nave (batimetria), e la necessità di non avvicinarsi alle coste durante la notte. I sismografi da fondale marino saranno disposti in modo da illuminare le strutture a grande scala, di orientazione appenninica ed anti-appenninica e con un dettaglio maggiore, il centro della caldera flegrea (Figure 5a e 5b)

 

Figura 5a.  Geometria di acquisizione prevista per l´esperimento SERAPIS a grande scala. Le linee continue indicano il tragitto della nave, mentre le scritte "obs???" forniscono la posizione dei sismografi da fondale marino. Le stazioni in terra sono riportate mediante punti. Altre stazioni sono previste sull´isola d´Ischia e Procida che non sono indicate in figura.

 

 

Figura 5b.  Geometria di acquisizione prevista per l´esperimento SERAPIS: zoom nella baia di Pozzuoli. Il grigliato rappresenta il tragitto previsto per la nave. Per il significato degli altri simboli riferirsi alla figura 5a

 

PRODOTTI DELLA RICERCA

-   n° 11 pubblicazioni su riviste internazionali

-   n° 7 pubblicazioni su riviste nazionali, atti, presentazioni a convegni, rapporti tecnici, etc

-   banche dati:

  • Sito FTP del progetto (documenti, modelli numerici, banca dati sismici, modelli digitali di terreno, batimetria, etc.)

  • Archivio forme d´onda selezionate terremoti flegrei (1984), rete Wisconsin

  • Archivio dati sismici DSS Campi Flegrei

  • dati di misure di laboratorio

-   codici di calcolo:

§         codici per inversione 2D non lineare di fasi riflesse, migrazione 3D, ray-tracing 2D, inversione di durate di impulsi P/S di microterremoti, procedure di formattazione e preelaborazione dati sismici (UR1)

§         codici di calcolo per la lettura dei dati originali e la trasformazione nei formati più funzionali quali SAC e SEGY (UR2)

§         codice di inversione dei tempi di arrivo di fasi P e S di terremoti locali a scala del vulcano, modificando l´originale versione di Zhao et al., 1994 (UR3)

§         Codice inversione sismica 3-D basata su ART modifica codice CRT (Praga) (UR4)

§         Codice di calcolo per macchine parallele (Cray T3E e SGI Origin 2000) (UR5)

§         Codice 3D per la tomografia linearizzata con metodo Podvin & Lecomte (UR6)

 

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ELENCO PUBBLICAZIONI

 

E.Auger, J. Virieux and A. Zollo,  2001 Imaging of a mid-crust reflector beneath Mt.Vesuvius (Southern Italy), and estimation of the associated velocity contrast , Geophysical J. Int. submitted

E.Auger, 2001, Imagerie sismique du Vèsuve, Phd Thesis, Universitè de Nice.

M.L. Bernard , A. Zollo, S. De Lorenzo, G. Iannaccone, 2001, A detailed analysis of P and S pulse widths from selected microearthquakes of Mt. Vesuvius volcano (Southern Italy), European Geophysical Society General Assembly, 26-30 March 2001, Nice (France).

S. de Lorenzo, Zollo A. and F.Mongelli, 2001 Source parameters and 3-D attenuation structure from the inversion of microearthquake pulse width data: Qp imaging and inferences on the thermal state of the Campi Flegrei Caldera, Journal of Geophysical Research, in press

S. de Lorenzo, P.Gasparini, F.Mongelli and Zollo A. 2001, Thermal state of Campi Flegrei caldera inferred from seismic attenuation tomography , Journal of Geodynamics, in press

L.Improta, R.Frattini, A. Zollo, J.Virieux, A.Herrero and P.Dell´Aversana, 2001,Mapping reflectors in an overthrust-belt region by non-linear inversion of global offset seismic data , Geophysical J. Int, submitted

A.Lomax, A. Zollo, P. Capuano and J. Virieux, 2001 Precise, absolute earthquake location under Somma-Vesuvius volcano using a new 3D velocity model , Geophys. J. Int., in press

V.Nisii, 2001, Indagine sulla struttura della crosta dall´analisi di fasi riflesse di terremoti locali. Applicazione al Somma-Vesuvio. Tesi di laurea in Scienze Geologiche, Università di Napoli.

Seriani G., Wave propagation modeling in complex media by using  spectral methods: Recent advances. Invited Lecture at 5th Int. Conf. on Theor. and Comp. Acoustics (ICTCA 2001), May 21-25, 2001, Beijing, China.

Tondi R., de Franco R. and Barzaghi R, 2000. Sequential Integrated Inversion of refraction and wide angle reflection traveltimes and gravity data for two-dimensional structures. Geophys. J. Int., 141, 679-698.

Yven B., Rabaute A., Chelini W. and Zamora M., Subsurface geophysics of the Phlegrean Fields : new insights from downhole measurements interpretation, pour soumission à Journal of Geophysical Research.

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