SEISMIC SEQUENCES’ BRANCHING STRUCTURES: LONG-RANGE INTERACTIONS AND HAZARD LEVELS

Abstract

Branching structures can provide early information on earthquakes preparation process, trigger stage, different breaking patterns that can occur before strong earthquakes and hazard levels reached in the area to be analyzed. In this study, we aim to understand the earthquakes long-range interactions which constitute the nodes of higher order seismic rods in the upper branching structure, and the hazard level reached in each developmental stage as well as to provide a warning time frame for the most energetic seismic events and a sound method to obtain information on the epicentral area. To this end, we have analyzed several branching structures by using both local and global seismicity. The analysis of different branching structures both on global and local scale highlights long-range interactions between the most energetic earthquakes and their triggering by smaller shocks, thus suggesting that the triggering can occur few minutes to decades before the earthquake, depending on a seismic sequence’s development speed and its structure.

di: Riga G., & Balocchi P.

Paper:

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Seismic Sequences’ Branching Structures: Long-Range Interactions and Hazard Levels. Open Journal of Earthquake Research, 5, 189-205. doi: 10.4236/ojer.2016.54016.

http://www.scirp.org/Journal/PaperInformation.aspx?PaperID=71287

TERREMOTO DELL’ITALIA E SEQUENZA SISMICA GIORNALIERA

CENTRALE ITALY EARTHQUAKE AND SEISMIC SEQUENCE DAILY

Gıulıo Riga e Paolo Balocchi

Nella figura è riportata la sequenza sismica giornaliera dal  24 agosto 2016 ad oggi  elaborata utilizzando l’evento sismico più energetico registrato durante ogni giorno di attività.

Dall’andamento dei dati di sismicità è possibile notare un pattern di rottura rettangolare discendente (Descending Rectangle Pattern) caratterizzato da oscillazioni dei valori di magnitudo all’interno di una fascia mediamente estesa (linee intere di colore rosso) che rappresenta la fase d’accumulo di energia prima di un evento energetico.

Il punto “A” rappresenta il punto in cui è avvenuto il superamento della linea di tendenza superiore (trendline degli aftershocks) del pattern rettangolare che è stato caratterizzato da un aumento del numero di scosse.

La fase di rilascio di energia fino alla data di elaborazione del grafico è coposta da un primo foreshock provvisorio accaduto il 08/10/2016 di magnitudo 3.9 Mw.

I triangoli di colore verde rappresentano i segnali di attenzione/allerta generati dalle microstrutture DB-3SE.

Essi hanno un ritardo rispetto alla scossa più energetica successiva di  1-3 giorni (un giorno è il ritardo più frequente).

Il target di magnitudo (T_M)  di questo  pattern calcolato proiettando l’altezza del rettangolo dal punto di rottura è di 4.6 Mw circa.

In sintesi, si può osservare come, dall’analisi grafica della sequenza sismica è possibile ricavare alcune informazioni preliminari per capire l’evoluzione futura della sismicità. 

SEQUENZA SISMICA GIORNALIERA

Grafico aggiornato

Grafico aggiornato

Bibliografia

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Seismic Sequence Structure and Earthquakes Triggering Patterns. Open Journal of Earthquake Research, 5, pp. 20-34. doi: 10.4236/ojer.2016.51003

TERREMOTI DELL’ITALIA E STRUTTURE RAMIFICATE

 ITALY EARTHQUAKES AND BRANCHING STRUCTURES

Gıulıo Riga e Paolo Balocchi

Sono state analizzate le strutture ramificate dei terremoti più forti presenti nella sequenza sismica mensile dell’Italia dal 1905 al 2016 costruita utilizzando l’evento di maggiore magnitudo registrato durante il mese.

Gli eventi utilizzati per questa analisi sono stati estratti dai cataloghi PDE-USGS dal 1905 al 1984 e ISIDE-INGV dal 1985 al 2016, fissando i range delle profondità ipocentrali  e dei valori della magnitudo in modo da ottenere una sequenza sismica con caratteristiche evolutive accettabili per l’analisi eseguita.

Nella figura 1 è riportata in modo grafico, la sintesi delle analisi   dei dati sismologici, relativi alla sequenza sismica dell’Italia dal 1905 ai giorni nostri, attraverso il metodo delle “strutture ramificate” (branching structures), dove è possibile ricavare delle informazioni sull’evoluzione spazio-temporale della sismicità osservata e fare considerazioni su quella futura.

I terremoti più energetici delle strutture ramificate individuate sono i seguenti:

1908 Terremoto della Sicilia

1976 Terremoto del Friuli

1980 Terremoto dell’Irpinia

1997 Terremoto dell’Umbria

2002 Terremoto di Palermo

2009 Terremoto de L’Aquila

2012 Terremoto dell’Emilia

2016 Terremoto di Amatrice

Dai dati di sismicità, è possibile individuare una prima struttura ramificata principale formatasi dopo il punto sorgente di Mw 7.2 del 28/12/1908,  caratterizzata da 5 stadi evolutivi che portano alla formazione del punto di innesco (TP) durante lo stadio di attivazione 1 (Trigger stage) e al segnale di allerta di Settembre 2008.

Tali stadi evolutivi rappresentano le fasi di accumulo di energia e di attivazione seguiti dalla fase di rilascio di energia di tipo “Progressive earthquakes” composta da due foreshoks e dal mainshock di Mw 6.1 de L’Aquila (06/04/2009).

I nodi dei rami sismici della struttura ramificata principale sono rappresentati da importanti eventi sismici: Irpinia, Ms 6.9 del 23/11/1980; Umbria, ML 5.8 del 26/09/1997; Palermo ML 5.6 del 06/09/2002.

All’interno di questa prima struttura evolutiva, sono presenti strutture minori dove i rami di ordine maggiore iniziano dai terremoti della Sicilia, Irpinia e Umbria (punti sorgente) i cui relativi TP  anticipano i forti terremoti collocati ai nodi della struttura ramificata principale.

Il terremoto de L’Aquila del 06/04/2009 ha determinato la formazione di una seconda e successiva struttura ramificata di 3° ordine, dove ai nodi dei rami sismici sono evidenziati dei terremoti importanti come quello dell’Emilia di Mw 5.8 del 20/06/2012.

La fase di accumulo di energia porta alla formazione di un TP e di un  segnale di allerta di breve periodo del Luglio 2016, che anticipano la fase di rilascio di energia di tipo “Progressive earthquakes” con il terremoto di Mw 6.0 di Amatrice del 24/08/2016.

Anche in questo caso, al suo interno è visibile una struttura ramificata di ordine minore, con il relativo TP che anticipa il terremoto dell’Emilia.

E’ evidente come i due segnali di attenzione di Settembre 2008 e quello di Luglio 2016 rappresentano il passaggio da una struttura ramificata e la successiva, definendo una relazione di continuità spazio-temporale tra l’accadimento dei diversi terremoti.

Inoltre si evidenzia come un ruolo importante lo gioca il terremoto de L’Aquila, che dall’analisi condotta con il metodo delle branching structures ha innescato il terremoto di Amatrice, probabilmente a causa della variazione dello stress di Coulomb.

Dall’analisi della sequenza sismica con il metodo adottato, è possibile ricavare informazioni sulla possibile evoluzione futura della sequenza.

Alla scala di osservazione (territorio nazionale), il terremoto di Amatrice rappresenta il punto sorgente di una struttura ramificata successiva di ordine minore ed anche un foreshock provvisorio che potrebbe portare allo sviluppo di un terremoto di magnitudo massima compresa tra Mw 7.0-7.5.

Tale range è ricavato dall’interpretazione grafica della struttura ramificata, utilizzando il ramo di 5° ordine.

 Figura 1 – Strutture ramificate dell’Italia.

Bibliografia

Falcucci, E., Gori, S., Moro, M., Pisani, A.R., Melini, D., Galadini F. and Fredi, P.(2011) The 2009 L'Aquila earthquake (Italy): What's next in the region? Hints from stress diffusion analysis and normal fault activity. Earth and Planetary Science Letters, 305, pp. 350–358.

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Short-Term Earthquake Forecast with the Seismic Sequence Hierarchization Method. Open Journal of Earthquake Research, 5, pp. 79-96. doi: 10.4236/ojer.2016.52006

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Seismic Sequence Structure and Earthquakes Triggering Patterns. Open Journal of Earthquake Research, 5, pp. 20-34. doi: 10.4236/ojer.2016.51003

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) How to Predict Earthquakes with Microsequences and Reversed Phase Repetitive Patterns. Open Journal of Earthquake Research, 5, pp. 153-164. doi: 10.4236/ojer.2016.53012

Riga, G. and Balocchi, P. (2015) Il terremoto de L'Aquila di M 6.1 del 06 aprile 2009 e i suoi precursori sismici. GeoResearch Center Italy - GeoBlog, 12 (2015), ISSN: 2240-7847. Consultabile all’indirizzo internet: http://georcit.blogspot.it/2015/08/il-terremoto-de-laquila-di-m-61-del-06.html

Riga, G. and Balocchi, P. (2016)  Europe earthquakes and branching structures. Earthquake Prediction – Previsione dei Terremoti. Consultabile all’indirizzo internet: http://rigagiulio.blogspot.it/2016/09/europe-earthquakes-and-branching_22.html

Riga, G. (2016)  Terremoto dell’Italia Centrale-Struttura ramificata ( Central Italy Earthquake). Earthquake Prediction – Previsione dei Terremoti. Consultabile all’indirizzo internet: http://rigagiulio.blogspot.it/2016/08/terremoto-dellitalia-centrale-struttura.html

Stein, R. and Sevilgen, V. (2016) Italy earthquake leaves seismic gaps that were last filled by three large earthquakes in 1703. Temblor. Consultabile all’indirizzo internet: http://temblor.net/earthquake-insights/gaps-persist-beyond-ends-m6-2-rieti-italy-earthquake-progressive-sequence-large-shocks-struck-1703-1216/

Viti, M., Mantovani, E., Babbucci, D., Cenni, N. and Tamburelli, C. (2015) Where the next strong earthquake in the Italian peninsula? Insights by a deterministic approach. Bollettino di Geofiica Teorica ed Applicata Vol. 56, n. 2, pp. 329-350.

SOUTHERN CALIFORNIA EARTHQUAKES AND BRACHING STRUCTURES

Gıulıo Riga e Paolo Balocchi

La figura 1 mostra la struttura  ramificata della California del Sud (zona di Salton Sea) che si sta sviluppando dal 15 giugno del 2010 (Source-Point).

La fase di accumulo di energia è composta da sei eventi sismici di magnitudo decrescente di cui i primi due costituiscono i nodi del ramo di quarto ordine.

Il TP (Trigger Point), composto da scosse di piccola magnitudo, si è generato il 21/04/2014 con un ritardo rispetto al punto sorgente di circa 3 anni e  dieci mesi (durata di tutta la fase di accumulo di energia).

La fase di rilascio di energia che si sta sviluppando dopo il TP è composta da una successione di sei foreshocks di magnitudo crescente (“Progressive earthquakes”-Type) di cui l’ultimo di magnitudo 5.2 Mw registrato il 10/06/2016.

Questo foreshock è stato preceduto da un segnale di attenzione che si  è generato il 02/06/2016 con un ritardo dal  TP  di circa due anni e due mesi.

Gli eventi sismici più energetici della fase di rilascio di energia stanno interessando la zona di Salton Sea (Figura 2) che è una delle zone più sismicamente complesse della California del Sud dove termina la pericolosa faglia di Sant’Andrea (figura 3).

Dal 10 giugno del 2016 nella sequenza sismica si è attivata una fase di accumulo di energia di breve periodo composta da due rami sismici provvisori di secondo ordine (linee di colore magenta tratteggiate).

L’andamento crescente dei valori di magnitudo delle  scosse della fase di rilascio di energia  in un modello probabilistico aumentano  temporaneamente  la probabilità di un terremoto energetico nel sud della California.

Secondo il modello Previsio, la formazione del TP  associato alla struttura ramificata di secondo ordine in atto, avvierà una fase di rilascio di energia che ha un target minimo di 5.6 Mw e uno massimo dinamico di 6.3 Mw con estensione fino 8.0 Mw se non intervengono nel breve periodo modifiche nella struttura ramificata in atto.

La pericolosità della struttura ramificata attualmente varia da alta a molto alta.

 Figura 1 – Struttura ramificata della California del Sud.

Figura 2 – Epicentri dei foreshocks della fase di rilascio di energia ed epicentri dinamici  E1 e E2 previsti dal modello “Previsio”.

                                                                 Figura 3 – Faglie della California del Sud

Figura 4 – Epicentri degli eventi sismici registrati dal 22/05/2010 al 01/10/2016

Bibliografia

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Seismic Sequence Structure and Earthquakes Triggering Patterns. Open Journal of Earthquake Research, 5, 20-34. 

http://www.scirp.org/Journal/PaperInformation.aspx?PaperID=63538

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) Short-Term Earthquake Forecast with the Seismic Sequence Hierarchization Method. Open Journal of Earthquake Research, 5, 79-96. 

http://www.scirp.org/Journal/PaperInformation.aspx?PaperID=66332

Riga, G. and Balocchi, P. (2016) How to Predict Earthquakes with Microsequences and Reversed Phase Repetitive Patterns. Open Journal of Earthquake Research, 5, 153-164. 

http://dx.doi.org/10.4236/ojer.2016.53012