Un terremoto “sospetto”: 28 dicembre 2014 in Val d’Agri (M3.2)

Il 28 Dicembre 2014 alle 07:08 (ora italiana) un terremoto di magnitudo locale 3.2 è stato localizzato dalla Rete Sismica Nazionale (RSN) dell’INGV nell’Appennino Lucano, e più precisamente nel settore meridionale della Val d’Agri, a una profondità di circa 16 km.

Sismogramma del terremoto in Val d’Agri registrato alla stazione sismica di Monticello (MCEL) a circa 17 km dall’epicentro. Nel grafico, le tre componenti del moto del suolo: verticale, nord-sud, est-ovest.

L’ipocentro del terremoto, che è stato risentito leggermente fino a distanze epicentrali di 20 km, ricade in una regione che negli anni recenti è stata più volte interessata da sciami sismici di bassa magnitudo e che ha precedenti storici importanti, come quello del terremoto del 1857. La sismicità recente di bassa energia è in parte riconducibile ad attività antropiche (Rapporto ISPRA, 2014). Per questo motivo, nell’ambito delle attività che l’INGV svolge nel campo dello studio della sismicità naturale ed indotta della Val d’Agri è stata eseguita un’analisi di dettaglio del terremoto del 28 dicembre. Questa analisi si basa sull’integrazione dei dati registrati dalla RSN con quelli della rete locale dell’ENI per il monitoraggio dalla concessione di coltivazione di idrocarburi della Val d’Agri. L’analisi da noi effettuata, descritta nel seguito, fa propendere decisamente per un terremoto “naturale”, portando ragionevolmente a escludere che sia stato innescato da attività antropiche.

Inquadramento sismo-tettonico della Val d’Agri

Il bacino intramontano della Val d’Agri è una delle aree con maggiore potenziale sismogenetico in Italia. Ciò è documentato dal terremoto distruttivo della Basilicata del 1857, di magnitudo stimata M=7.0 ed intensità massima (MCS) I_max=11, con epicentro macrosismico localizzato nel settore centrale della Val d’Agri (CPT11). La genesi e l’evoluzione del bacino sono state controllate principalmente da faglie quaternarie trascorrenti ed estensionali (normali) di direzione NW-SE. Queste strutture definiscono due sistemi di faglie sub-paralleli che bordano ciascun margine del bacino estensionale con immersione opposta [Eastern Agri Fault System (EAFS) lungo il margine nord-orientale che immerge verso SW, Monti della Maddalena Fault System (MMFS) lungo il margine sud-occidentale che immerge verso NE; vedi figura sotto]. Sebbene la geometria e la cinematica dei due sistemi di faglie siano ben definite in base a numerosi studi geologici condotti negli ultimi 20 anni (Lazzari e Lentini, 1991; Cello et al., 2003; Maschio et al., 2005), il rispettivo ruolo sull’evoluzione tettonica recente della Val d’Agri e il relativo potenziale sismogenetico sono ancora dibattuti. Studi più recenti di tipo multidisciplinare, pubblicati principalmente da ricercatori dell’INGV, concordano su un modello sismo-tettonico in cui la deformazione recente è accomodata principalmente da faglie normali del sistema MMFS, ubicate lungo il bordo occidentale del bacino (Maschio et al., 2005; Burrato e Valensise, 2008; Valoroso et al., 2009, Pastori et al., 2009; Zembo, 2010; Improta et al., 2010, Valoroso et al., 2011). I cataloghi di sismicità strumentale INGV evidenziano che negli ultimi 30 anni la Val d’Agri è stata interessata esclusivamente da attività di bassa energia con pochi terremoti di magnitudo M_L maggiore di 3. Due piccoli sciami sismici sono stati registrati nel 1996 e nel 2002 nel settore sud-occidentale del bacino (Cucci et al., 2004). Un’intensa attività di bassa energia (M_L < 2.7) è stata anche registrata da una densa rete sismica dell’INGV installata nella regione nel 2005-2006 (figura sotto). Questa rete registrò 1998 terremoti, in buona parte localizzati a sud del lago artificiale del Pertusillo, tra 2 e 6 km di profondità (Valoroso et al., 2009). Studi di dettaglio eseguiti con i dati sismici di alta qualità registrati nel 2005-2006 (Valoroso et al., 2009; Valoroso et al. 2011) e, più recentemente, con quelli registrati dal 2005 al 2012 dalle reti di monitoraggio ENI e dalla RSN (Stabile et al., 2014a) hanno evidenziato che i frequenti sciami sismici di bassa energia che avvengono a sud dell’invaso del Pertusillo sono indotti dal rapido incremento del volume dell’invaso durante la fase di ricarica invernale – primaverile. Questa sismicità indotta si concentra lungo la terminazione meridionale del sistema di faglie normali dei Monti della Maddalena (figura sotto).

Epicentri dei terremoti registrati dalla densa rete temporanea INGV dal 2005 al 2006 e sistemi di faglie normali quaternarie della Val d’Agri (Eastern Agri Fault System – EAFS in nero, Monti della Maddalena Fault System – MMFS in blu). La sismicità associata al pozzo iniettore Costa Molina 2 (quadrato nero) ed all’invaso del Pertusillo è evidenziata con cerchi gialli e rossi, rispettivamente. La figura mostra l’ubicazione delle stazioni della rete temporanea INGV (triangoli), dei pozzi produttivi eroganti (quadrati bianchi) e non eroganti (quadrati grigi). L’epicentro del terremoto del 28 Dicembre 2014 è indicato con la stella gialla. La geometria delle faglie quaternarie riportate in figura è tratta da Improta et al. (2010) e si basa sui lavori di Lazzari e Lentini (1991), Cello et al. (2003), Maschio et al. (2005).

Un’ulteriore sorgente potenziale di micro-sismicità indotta è il pozzo Costa Molina 2 (CM2, figura sopra), ubicato sul bordo nord-orientale del bacino, in cui dal 2006 viene re-iniettata una parte dell’acqua di produzione associata allo sfruttamento del giacimento di idrocarburi della Val d’Agri (ubicazione dei pozzi nella figura sopra). L’ipotesi di micro-sismicità indotta dal pozzo CM2 è stata avanzata per la prima volta da Valoroso et al. (2009) in base all’occorrenza nel 2006 di uno sciame di 40 eventi (M_L ≤ 1.7) localizzato in prossimità del pozzo iniettore (figura sopra). Questo risultato è stato confermato da uno studio recentemente pubblicato da Stabile et al. (2014b) che ha analizzato la micro-sismicità registrata dal 2006 al 2012 dalla rete di monitoraggio ENI. Lo studio ha evidenziato una micro-sismicità (196 terremoti di M_L ≤ 2.0) organizzata in sciami, localizzata tra 1 e 4 km di profondità entro una distanza di 4 km dal pozzo iniettore, che si correla temporalmente con l’attività di re-iniezione. In accordo con la letteratura, questa micro-sismicità è verosimilmente indotta dalla diminuzione dello sforzo normale efficace su faglie pre-esistenti per incremento della pressione di poro. Questo incremento è prodotto dalla re-iniezione dell’acqua di produzione in profondità.

Il terremoto del 28 dicembre 2014: ri-localizzazione dell’ipocentro.

Per migliorare la stima dell’ipocentro del terremoto si è proceduto a integrare i dati sismici della rete RSN dell’INGV con quelli della rete locale di monitoraggio ENI, utilizzando modelli di velocità di propagazione delle onde P (Vp) ed S (Vs) specifici per la Val d’Agri. Nella figura sotto sono riportate le tre localizzazioni ipocentrali del terremoto del 28 Dicembre (stelle), insieme agli ipocentri dei terremoti dal 2005 al 2013 determinati nell’ambito degli studi che l’INGV sta svolgendo sulla sismicità della Val d’Agri integrando i dati delle reti ENI e RSN. Le tre localizzazioni dell’evento del 28 dicembre sono state determinate con le seguenti procedure: Localizzazione n. 1 (stella blu nella figura sotto) – Localizzazione della Sala Sismica dell’INGV determinata con i tempi d’arrivo dell’onda P ed S letti dalle registrazioni della RSN ed utilizzando il modello di velocità 1-D Vp e Vs di riferimento nazionale. I dati si riferiscono a 20 stazioni in Italia meridionale fino ad una distanza epicentrale di 170 km. Localizzazione n. 2 (stella celeste) – Localizzazione 1-D determinata con i tempi di arrivo dell’onda P ed S per le stazioni della RSN (3 stazioni) e della rete locale di monitoraggio ENI (10 stazioni) entro 20 km di distanza dall’epicentro, utilizzando il modello di velocità 1-D Vp e Vs specifico per la Val d’Agri pubblicato dall’INGV (Valoroso et al., 2009). Localizzazione n. 3 (stella nera) – Localizzazione di precisione 3-D determinata con i tempi di arrivo dell’onda P ed S per le stazioni della RSN (3 stazioni) e della rete locale di monitoraggio ENI (10 stazioni) entro 20 km di distanza dall’epicentro ed utilizzando una tecnica di inversione tomografica che tiene conto della struttura tridimensionale di velocità della crosta superiore.

In alto: epicentri del terremoto del 28 Dicembre 2014 [stella blu – localizzazione RSN (n.1), stella celeste – localizzazione ENI+RSN 1-D (n.2), stella nera – localizzazione ENI+RSN 3-D (n.3); i numeri indicano la profondità ipocentrali]. Le stazioni ENI e RSN utilizzate per le localizzazioni ipocentrali n.2 e n.3 sono indicate con triangoli neri e blu, rispettivamente. In figura è riportata la sismicità 2005-2013 registrata dalle reti ENI e RSN, ri-localizzata nel modello tomografico della Val d’Agri 3-D di Vp e Vp/Vs dell’INGV. Gli ipocentri sono distinti per magnitudo (ML

Confrontando le tre localizzazioni (figura sopra) si evince che l’epicentro della localizzazione n. 2 è spostato di 1.5 km in direzione est rispetto alla localizzazione n.1 della Sala Sismica INGV, mentre la profondità ipocentrale diminuisce da 16.5 a 9.2 km. Gli errori assoluti (nominali) di localizzazione si riducono da 0.93 a 0.15 km (errore orizzontale) e da 2.07 a 0.2 km (errore verticale). L’epicentro della localizzazione n. 3 è spostato di 2.4 km in direzione est rispetto alla localizzazione n. 1 della Sala Sismica INGV, mentre la profondità ipocentrale diminuisce da 16.5 a 10.3 km. Per la localizzazione 3-D di precisione, gli errori orizzontali e verticali di localizzazione sono di 0.11 km e 0.15 km, rispettivamente. L’integrazione dei dati sismici INGV ed ENI ha quindi permesso di migliorare la localizzazione dell’ipocentro, in particolare la stima della profondità che dipende criticamente dalla distanza minima dell’epicentro dalle stazioni sismiche. Aggiungendo i dati della rete locale ENI, la distanza minima si riduce infatti da 11 km a 5 km. L’utilizzo di modelli di velocità più accurati, che tengono conto della struttura crostale della Val d’Agri (modello 1-D, Localizzazione n.2) o che derivano da tecniche più sofisticate (modello tomografico 3-D, Localizzazione n.3), ha consentito di determinare localizzazioni ipocentrali più precise che di norma non è possibile ottenere subito dopo l’evento sismico, in quanto richiedono analisi specifiche. Il meccanismo focale del terremoto (figura sopra) indica che la faglia attivata è di tipo normale e orientata in direzione NW-SE. Questo risultato è in accordo con il campo di stress locale, estensionale con estensione massima in direzione NE-SW, e con la direzione e la cinematica delle principali faglie attive che bordano il bacino della Val d’Agri (Valoroso et al., 2009).

Il terremoto del 28 dicembre 2014: interpretazione.

Dai risultati ottenuti analizzando i dati INGV ed ENI riteniamo sia improbabile una relazione causale tra il terremoto e i cicli di ricarica del lago del Pertusillo o l’attività legata al pozzo iniettore CM2, per i seguenti motivi:

1. Il terremoto è localizzato a rilevante distanza dal pozzo CM2, senza che vi sia evidenza di un collegamento con la zona sorgente della micro-sismicità indotta dalla re-iniezione registrata a partire dal 2006 (sezione nella figura sopra). La distanza orizzontale della localizzazione ipocentrale di precisione (localizzazione n. 3) dal fondo del pozzo (attraverso cui è re-iniettata l’acqua di produzione) è di 5.4 km, quella in profondità di 7.2 km, per una distanza assoluta di 9.0 km. Diversamente, gli ipocentri dei terremoti localizzati in Valoroso et al. (2009), Stabile et al. (2014b) e nell’ambito degli studi che INGV sta svolgendo sulla sismicità della Val d’Agri (mostrati nelle figure sopra) sono localizzati entro 3-4 km di distanza dal fondo del pozzo. Inoltre, la sismicità indotta dall’attività di re-iniezione è compresa tra 2 e 5 km di profondità, mentre l’evento del 28 Dicembre 2014 è profondo 10.3 km. Il terremoto si è originato quindi in una differente unità geologica rispetto a quella in cui avviene la re-iniezione (rocce carboniche della Piattaforma Apula), presumibilmente nel basamento metamorfico. Analogamente, il terremoto è localizzato a una distanza di circa 6-7 km in direzione nord-est dal volume di intensa micro-sismicità che è stata interpretata come indotta dall’invaso del Pertusillo da Valoroso et al. (2009, 2011) e Stabile et al. (2014a) (figura sopra). Questa attività si concentra a sud-est del lago tra 2 e 6 km di profondità (Valoroso et al., 2011; Stabile et al., 2014b).
2. L’evento del 28 Dicembre è una scossa isolata, mentre la sismicità indotta sia dall’invaso del Pertusillo che dal pozzo CM2 è organizzata in sciami. Nessun terremoto è stato localizzato dalla RSN in prossimità dell’evento del 28 Dicembre nei giorni precedenti o successivi, e le registrazioni in continuo della stazione della RSN più vicina non evidenziano terremoti locali.
3. L’evento non è stato preceduto da variazioni significative nell’attività di re-iniezione in CM2. I valori di pressione di iniezione a testa pozzo nei giorni precedenti sono compresi tra 11 e 12 MPa. Analogamente, il terremoto è avvenuto prima dell’inizio della fase di ricarica dell’invaso del Pertusillo. Il volume netto dell’invaso il giorno 28 Dicembre era 61.3 x 10⁶ mc, un valore di poco superiore rispetto al valore minimo 60.0 x 10⁶ mc raggiunto nella prima settimana di novembre.

In conclusione, l’evento del 28 dicembre 2014 ha caratteristiche che non soddisfano i criteri stabiliti nella letteratura internazionale (Davis et al., 1995) per discriminare la sismicità indotta da quella naturale.

A cura di Luigi Improta e Davide Piccinini (INGV-Rm1).

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Dati – Le registrazioni sismiche del terremoto del 28 Dicembre 2008 (oltre a quelle della rete INGV) e i dati di re-iniezione del pozzo CM2 sono stati forniti da ENI nell’ambito della Convenzione di Ricerca INGV-ENI 2013-2015 “Servizi di ricerca, studi specialistici e rilevamenti in campo geofisico, sismologico e geochimico in Val d’Agri“. Hanno contribuito all’analisi Luigi Improta, Davide Piccinini e Samer Bagh della Linea di Attività “Sismicità Indotta” della Struttura Terremoti dell’INGV.

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