Characterization of active tectonic structures of the Etna volcano, through geophysical surveys, analysis of site response and deformation

In questa tesi vengono esposti i risultati di una ricerca multidisciplinare, comprendente indagini geofisiche, strutturali e geodetiche, effettuate lungo il sistema di faglie Tremestieri-Trecastagni-San Gregorio-Acitrezza, con l obbiettivo di ottenere nuove informazioni sulla sua geometria e cinematica; inoltre, ulteriori indagini geofisiche sono state eseguite in vari siti dei comuni maggiormente influenzati dalla presenza dei segmenti di faglia, al fine di ottenere informazioni sulla risposta di sito. Questo sistema di faglie, considerato come struttura laboratorio , è stato scelto per le differenti caratteristiche cinematiche e per le diverse modalità di rilascio di energia che caratterizzano i vari segmenti di faglia che lo compongono. Nella porzione più settentrionale, tale sistema mostra un comportamento cinematico di faglia normale e rilascia energia per deformazione cosismica, invece nella porzione più meridionale presenta un comportamento cinematico di faglia trascorrente destra con rilascio di energia per creep asismico. Le indagini sono state effettuate dopo un analisi dei dati relativi alla geologia di superficie ed agli aspetti morfologici, strutturali, stratigrafici, geofisici e sismologici che caratterizzano le aree analizzate; queste indagini dettagliate hanno confermato ed evidenziato un forte variabilità delle condizioni geologiche e geomorfologiche, che possono essere la causa dei differenti stress che avvengono a seguito del verificarsi di un evento sismico. Dopo aver eseguito un dettagliato rilievo strutturale, il progetto ha previsto l acquisizione e l analisi di numerosi campionamenti di noise ambientale, eseguiti all interno delle aree comunali interessate dalla presenza dei segmenti di faglia, aumentando il numero di indagini in prossimità della struttura tettonica stessa. Tali indagini hanno permesso di ricostruire la distribuzione dei valori della frequenza di risonanza e individuare le aree potenzialmente influenzate da effetti di amplificazione. Inoltre, in alcune zone, è stato caratterizzato il processo di deformazione superficiale attraverso la progettazione, realizzazione e installazione, lungo i segmenti di faglia, di una rete di monitoraggio geodetico, al fine di ottenere informazioni sulla cinematica della faglia e sul campo di stress locale. L'integrazione dei risultati ottenuti dalle indagini strutturali, geologiche e geofisiche, insieme ad una dettagliata revisione dei dati presenti in letteratura hanno fornito importanti indicazioni sullo sviluppo in profondità dei segmenti di faglia; è stato così possibile ricostruire un modello 3D della geometria che caratterizza il margine meridionale dello scivolamento di una porzione del versante orientale etneo . Diversi dati di deformazione, presenti in letteratura, suggeriscono che lo slip lungo il sistema di faglie non è uniforme, ma può essere meglio descritto da una distribuzione di sorgenti dislocate lungo le superfici di faglia. Per modellare la distribuzione dello slip lungo le superfici di faglia, è stata effettuata una modellazione inversa di dati di deformazione DInSAR . Questo progetto è stato finalizzato al riconoscimento degli effetti di sito, che caratterizzano le aree studiate, al fine di evidenziare le caratteristiche sismo-stratigrafiche e tettoniche del sottosuolo, nonché alla caratterizzazione del campo di deformazione relativo ai segmenti di faglia, attraverso l implementazione di una rete di monitoraggio geodetico (GEO-UNICT geodetic network). I risultati hanno consentito di ottenere importanti informazioni su tutti i parametri che possono incrementare la pericolosità sismica locale; tutti questi approcci differenti ma convergenti, hanno permesso uno studio completo dell'area indagata. Questo studio fornisce informazioni essenziali per una corretta pianificazione territoriale, che ha come obiettivo principale la mitigazione dei rischi che possono colpire la popolazione.

In this thesis are shown the results of a multidisciplinary research, including geophysical, structural and geodetic surveys, carried out along the Tremestieri-Trecastagni-San Gregorio-Acitrezza fault system with the aim to provide additional insightful about its geometry and kinematics; also, additional geophysical surveys were performed at various sites of the municipalities most affected by the fault segments presence in order to obtain information on site response. This fault system, considered as "laboratory structure", was selected for the different kinematic characteristics and different modes of strain-energy release, that characterized its fault segments. In the northernmost portion, this system has a kinematic behavior of normal fault and releases energy during coseismic deformation, while in the southernmost portion presents a kinematic behavior of a right-lateral strike-slip fault with releases energy during aseismic creep. Furthermore, this fault system, which can be considered the southern boundary of the sliding of Etnean eastern slope, was less studied than the northern sliding boundary and very little is known about the depth geometry of its fault segments. The surveys were performed after an analysis of the data relating to shallow geology and to morphological, structural, stratigraphic, geophysical and seismological aspects; these detailed surveys have confirmed and highlighted a variety of geological and geomorphological conditions that can determine the existence of different stress following the occurrence of an earthquake. After have performed a detailed structural survey, the project has planned the acquisition and analysis of many ambient noise samplings, and of other geophysical surveys, undertaken within the municipalities affected by the presence of the fault segments, increasing the surveys near the fault. All this in order to reconstruct the resonance frequency distribution and detect the possible presence of areas affected by amplification effects. Moreover, in some areas, the surface deformation process was characterized through the design, implementation and installation, across the fault segments, of a geodetic monitoring network, in order to obtain information on the fault kinematics and on the local stress field. The integration of the results obtained from structural, geological and geophysical surveys, with a complete literature review has provided important information on the development in depth of the fault segments; it was thus possible to reconstruct a 3D model of geometry that characterized the southern boundary of Etnean eastern slope sliding. Various deformation data such as GPS displacements, InSAR images, level data and measures with extensometers suggest that the slip along the fault system is not uniform, but can be better described by a distribution of dislocation sources along the fault surfaces. In order to model the slip distribution along the fault surfaces, an inverse modeling of DInSAR deformation data was carried out. This project was aimed to the recognizing site effects, that characterize the studied areas, in order to highlight the seismo-stratigraphic and tectonic behavior of subsoil, as well as, to the characterization of the deformation field related to the fault segments, through the implementation of a new geodetic monitoring network (GEO-UNICT geodetic network). The results allowed to obtain important information on all parameters that can increment the local seismic hazard; all these different but converging approaches, have permitted a complete study of the investigated area. This study providing essential information for a proper land use planning, having as main objective the mitigation of risks that can affect the population.