Dissertations / Theses on the topic 'GEOFISICA DELLA LITOSFERA E GEODINAMICA'

2004/2005
Il problema inverso della sorgente sismica consiste nel tentativo di ricostruire la distribuzione dello scorrimento sulla superficie della faglia alla sorgente. La soluzione a questo problema è tutt'altro che banale. E' ben noto che il problema è instabile e dal punto di vista computazionale questa instabilità è equivalente alla non unicità della soluzione. Quindi, per ottenere una soluzione definita vi è la necessità di inserire alcuni vincoli fisici nel processo di sorgente in aggiunta alla semplice richiesta di riprodurre i dati osservati. Nella prima parte di questa tesi viene introdotto il problema inverso e lo studio della sorgente nell'ambito della loro impostazione teorica. Dopo un breve excursus storico su come si è sviluppato e ha preso corpo negli anni lo studio e la modellazione della sorgente, vengono presentati i principi meccanici base della teoria della sorgente di un terremoto tettonico (Cap.2) e l'impostazione del problema inverso nell'approccio cinematico (Cap.3). La descrizione dinamica della frattura, seppur fisicamente più adatta, conduce alla formulazione di problemi con condizioni al contorno nella teoria dell'elasticità che sono addirittura irrisolvibili nella loro forma generale. La descrizione cinematica in termini del salto di spostamento sulla superficie della faglia come una funzione della posizione e del tempo, permette non solo di formulare il problema inverso ma anche l'esistenza della soluzione. Usando il teorema di rappresentazione lo spostamento registrato in una stazione sulla superficie della terra può essere espresso in termini della distribuzione di scorrimento sulla superficie della faglia. Assumendo che la faglia sia piana e la direzione dello scorrimento costante, il problema può essere discretizzato, vincolato e ricondotto a un sistema di equazioni lineari del tipo Ax = b, in cui A è la matrice delle funzioni di Green, b rappresenta la matrice dei dati reali, e x è l'incognita rappresentata dalla matrice con la distribuzione di momento sulle celle in cui è suddivisa la faglia. Per risolvere il sistema lineare abbiamo usato il metodo del simplesso. Strumento fondamentale nella procedura di calcolo e cuore della procedura di inversione adottata in questa tesi, il metodo del simplesso viene introdotto nell'ambito dello studio della programmazione lineare e applicato ad un piccolo esempio esplicativo (Cap. 4). Si definiscono come problemi di programmazione lineare tutti quei problemi di ottimizzazione in cui la funzione obiettivo è lineare e i vincoli sono tutti espressi da disuguaglianze lineari (ad esempio il vincolo di non negatività delle variabili). Il Metodo del Simplesso, proposto nel 1947 da G.B.Dantzig, è l'algoritmo di ottimizzazione più famoso e più utilizzato nelle applicazioni. La strategia seguita per determinare la soluzione ottima è la seguente: data una soluzione ammissibile (una scelta qualsiasi di valori che soddisfano i vincoli) se ne determina un'altra in modo da aumentare, o almeno non diminuire, il corrispondente valore della funzione obiettivo. In altre parole, se abbiamo a disposizione una soluzione ammissibile essa ci dà un'approssimazione per difetto del valore ottimo che noi cerchiamo. Nel nostro caso la funzione obiettivo è rappresentata dal vettore dei residui {r = b- Ax) che viene minimizzato seguendo la formulazione sviluppata da Das e Kostrov (Cap. 5). Buona parte del lavoro è stato quello di adattare alle workstation in ambiente linux del Dipartimento di Scienze della Terra, il pacchetto di programmi software elaborato proprio per il calcolo dell'inversione di forme d'onda per ottenere lo scorrimento sismico sulla faglia estesa. L'applicazione pratica della procedura è stato lo studio dei due terremoti forti dell'Islanda nel giugno del 2000. I dati sono stati raccolti attraverso la ISESD, analizzati ed elaborati anche con la collaborazione dell'Università dell'Islanda soprattutto per quanto riguarda l' orientazione delle stazioni accelerometriche scelte per l'inversione e non indicate nel database, mentre per la determinazione dei tempi assoluti di cui non tutte le stazioni dispongono, ci siamo avvalsi di un precedente lavoro svolto al dipartimento. Dopo una breve descrizione, anche dal punto di vista geologico, sull'Islanda in generale e sulla SISZ in particolare (Cap. 6), vengono presentati i risultati sia in termini di distribuzione di scorrimento sulla superficie della faglia sia in termini di confronto tra le forme d'onda reali e calcolate (Cap. 7) delle inversioni dei due eventi, l'uno del17 Giugno e l'altro del 21 Giugno del 2000. Tutte le inversioni sono state fatte imponendo vincoli fisici quali la causalità, la positività e il momento prefissato totale. I risultati migliori sono stati ottenuti usando tutte e tre le componenti dei segnali e mostrano somiglianze con quelli ottenuti dall'inversione di dati geodetici e proposti in altri lavori. Per quanto riguarda l'evento del 21 Giugno il massimo del rilascio di momento sismico è localizzato ad una profondità di circa 5 km, circa 2 km a sud dell'ipocentro e in corrispondenza dell'intersezione della faglia principale con la faglia coniugata che si estende verso ovest, dove sono state osservate fratture superficiali. Nella parte più in profondità della faglia si evidenzia un'incremento del rilascio di momento che segue approssimativamente la distribuzione degli aftershock. Due ulteriori massimi sono localizzati in superficie, il più piccolo 4 km a sud dell'ipocentro, il secondo a 2 km a nord dello stesso. La distribuzione di momento ottenuta invece per l'evento del 17 Giugno mostra come il massimo sia posizionato nella parte centrale della faglia con un'estensione di circa 8 km in lunghezza e 9 km in profondità. Un secondo massimo è localizzato più in superficie, circa 1 km a sud del bordo meridionale della faglia. Due ulteriori picchi sono ottenuti in prossimità della superficie vicino al margine settentrionale della faglia il primo, appena a sud del centro della faglia il secondo. La validità delle inversioni sarebbe testata meglio se i relativi risultati fossero paragonati con le reali distribuzioni di scorrimento sulla faglia, ma questo purtroppo è impossibile per gli eventi naturali. In assenza della possibilità di confrontare le inversioni con le soluzioni vere, l'unico modo per testare l'algoritmo è quello di applicarlo a dei dati sintetici ottenuti dalla soluzione del problema diretto basato sempre sul teorema di rappresentazione (Cap. 8). Questo approccio ci permette di stimare la risoluzione delle soluzioni ottenute. Infine per completare lo studio del processo di sorgente è stato fatto uno scenario dello scuotimento del terreno nella regione in studio (SISZ) utilizzando sia una distribuzione uniforme di momento sulla faglia sia applicando la distribuzione stessa ottenuta dalle inversioni (Cap. 9).
Several attempts were undertaken to solve the inverse problem for the source of a particular earthquake that is to determine the spatial and temporal distribution of slip or slip rate over the fault area. The solution of ali these problems is far from trivial. lt is well known that this inverse problem is unstable and from the computational point of view, this instability is equivalent to the non uniqueness of the solution. Consequently, to obtain a definite solution of such a problem, one needs some physical constraints on the source process, in addition to the requirement of fitting the observed seismograms. In the first part of this thesis we introduce the inverse problem and the seismic source in their theoretical framework. After a brief historical excursus on source modelling, we present the mechanical principles of the tectonic earthquake source (Chap.2) and the kinematic approach to the inverse problem (Chap.3). The dynamic description of fractures, based on fracture mechanics, leads to the I boundary value problems of the dynamic theory of elasticity, which are unsolvable in generai form. The kinematic description in terms of the displacement jump vector on the fracture surface as a function of position and time is more advantageous from this point of view because in this case the most generai solution to the problem of radiation exists, permitting the inverse problem formulation. Using the representation theorem the displacement record at a station located on the earth surface can be expressed in terms of the slip distribution over a fault. Assuming that the fault is planar and that the slip direction is constant over the fault, the problem can be discretized, by dividing the fault into square cells and the source time function into steps, and it can be reduced to the system of linear equations Ax = b, where A is the matrix of the Green' s functions, b is the matrix of the re al data and x is the matrix of the unknowns slips or slip rates. W e use the simplex method of solving the linear programming problem. In mathematics, linear programming (LP) problems are optimization problems in which the objective function and the constraints are alllinear (Chap. 4). The simplex algorithm, developed by George Denting, solves LP problems by constructing an admissible solution (a set of values that satisfies the constraints) and then looking for successively higher values of the objective function until the optimum is reached. In our case the objective function is the vector of the residuals ( r = b - Ax) which is minimized following the approach of Das e Kostrov (Chap. 5). The study of the two M6.5 Iceland Earthquake of June 2000 has been the praticai application of the simplex algorithm. We invert observed records acquired by a local strong-motion network. We use only data from a set of rock-stations distributed uniformly around the fault. The accelerograms are filtered at 1Hz and we model about 15 sec of the signals. The phase of pre-processing has been laborious. The lack of absolute timing has been successfully overcome by estimating the propagation of P waves in a detailed structural model. After discovering that the longitudinal and transversal components as given in the ISESD database were not related to the hypocenter, we had to measure the orientation of the strong motion instruments to derive the correct rotation of horizontal components. The number of stations for one of the two events has been reduced because part of some signals was contaminated by the triggered event occurred a few seconds after the main shock. After a short geologica! description of Iceland in generai and on SISZ in particular (Chap. 6), we present the results (Chap. 7) of the inversions for the two Events. The constraints of the positivity of the slip rates on the fault are used in all cases in this study. In some cases additional physical constraints, such us preassigning the final moment, is also used. The results obtained are appreciable both for the slip distribution, which show some similarities to the ones proposed by inverting geodetic data, and for the waveform fit. As regards the 21 June event our best result shows that the maximum in moment release is located at a depth of about 7 km. An increase in moment release follows approximately the distribution of the aftershocks along the bottom of the fault. Two additional maxima are located at the top of the fault in correspondence of the observed surface ruptures. For the 17 June event on the other hand most of the moment is released on a centrally located patch. A second maximum is located at shallow depth (3 km) roughly l km south of the southem III edge of the fault and two additional peaks in momentum are also obtained near the surface. The soundness of obtained slip inversion is best tested if the inversion results are compared with the actual distribution of slip on the fault, which is impossible for natural earthquakes. In the absence of the possibility to compare the inversion to the true solution, the only way of testing the inverse algorithm is to apply it to synthetic data obtained from the solution of a forward problem based on the representation theorem (Chap. 8). In this way we can estimate the resolution of our results. In arder to complement the study of the physical process of the source with a useful hazard assessment related application, realistic ground shaking scenarios are estimated in the SISZ. The synthetic seismograms are computed using a kinematic approach considering both a constant seismic moment distribution and the seismic moment distribution obtained from the inversions (Chap. 9).
XVIII Ciclo
1975
Versione digitalizzata della tesi di dottorato cartacea.

2006/2007
The Scotia Sea region is found between the south American and Antarctic plates and constitutes a complex area tectonics, characterized from numerous active processes and changes in the movement and in the configuration of the plates. The main tectonics characteristics of the Scotia Sea were object of different studies, nevertheless some details of the interactions tectonics, of the margin of plates and of their relative movement remain still uncertain. In this sense, the determination of the features of the lithosphere and the study of the focal mechanisms develop an important role to understand the geodynamic evolution of the area. This study proposes to use the present technologies for the inversion of wave- forms to the end of to obtain the source mechanisms for a series of earthquakes recorded in the proximity of the Antarctic Base Argentina Orcadas. The appli- cation of the method is possible thanks to the digital seismograms recorded from a regional network installed to leave from 1992 and that includes the Antarctic Seismographic Argentinean Italian Network (ASAIN) and other three seismo- graphic stations of the Global Seismographic Network (GSN) operating in the antarctic Peninsula, Tierra del Fuego and in the islands of the Scotia arc. Were analyzed and reproduced seven events that followed the earthquake of magnitude 7,6 Mw 4 August 2003 known in literature like Centenary Earthquake. The main unit of the study (Chapter 3) is preceded of two chapters dedicated respectively to a detailed description of the situation tectonics and the seismicity of the Scotia Sea region (Chapter 1) and the Italian-Argentinean seismographic network ASAIN with special attention for the response in frequency of the seismograph and the characterization of the seismic noise levels (Chapter 2). Like complement to the analysis of the focal mechanisms, applying the Omori’s law, it has determined the curve of temporal decay of the seismic se- quence recorded from the Orcadas station in sixty days following to the Cente- nary Earthquake.
XIX Ciclo
1960

2011/2012
Un materiale si definisce isotropico quando le sue proprietà non cambiano in funzione della direzione secondo cui vengono misurate. Al contrario, se il mezzo è caratterizzato da una dipendenza direzionale delle sue proprietà, è chiamato anisotropico. Tradizionalmente, l’esplorazione sismica è basata sul processamento e interpretazione di dati acustici relativi a mezzi considerati sismicamente isotropici. Tuttavia, l’isotropia è sempre un modello approssimato per descrivere le formazioni geologiche, specialmente nel caso di bacini sedimentari. L’imaging sismico e la stima delle velocità sismiche nel sottosuolo risultano essere inaccurati quando dati relativi a mezzi anisotropici vengono processati con l’assunzione di isotropia. Conseguentemente è importante definire il modello e l’intensità dell’anisotropia che contraddistinguono l’area in esame e utilizzare queste informazioni per il processamento dei dati sismici. Lo scopo principale di questo studio consiste nella caratterizzazione dell’anisotropia degli scisti bituminosi del giacimento di Abbott, presenti nel Bacino di Arkoma, Oklahoma, USA. I dati consistono in registrazioni sismiche ottenute da due stendimenti di superficie composti da geofoni a sola componente verticale e da accelerometri a tre componenti, acquisite durante la fratturazione idraulica del giacimento. Il monitoraggio sismico di superficie è generalmente meno costoso se comparato al monitoraggio da pozzo, specialmente quando i pozzi di osservazione non sono disponibili e devono essere perforati. La tecnica da superficie è basata sull’acquisizione di dati sismici da centinaia di ricevitori opportunamente distribuiti al suolo ed offre una visione del campo d’onda molto più ampia rispetto al monitoraggio da pozzo, generalmente limitato a qualche decina di ricevitori vicini tra loro. Inoltre, l’analisi dei tempi di arrivo di dati acquisiti da reti di ricevitori di superficie costituisce un metodo più robusto rispetto agli studi di polarizzazione di cui sono oggetto i dati di monitoraggio sismico da pozzo. L’inconveniente è un rapporto segnale rumore sensibilmente più basso a causa delle eterogeneità geologiche presenti in prossimità della superficie. Durante il trattamento degli scisti bituminosi di Abbott, è stato registrato qualche centinaio di eventi microsismici e di questi sono stati analizzati i dieci eventi più forti, oltre che i dati derivanti da scoppi di perforazione. La Vertical Transverse Isotropy (VTI) è, senza dubbio, il modello anisotropico più comune in bacini sedimentari, specialmente in presenza di scisti. La velocità sismica in mezzi VTI varia quando la direzione di propagazione si discosta dalla verticale ma non al variare dell’azimut. L’analisi dei dati sismici relativi alle onde P ha confermato che il modello VTI è quello che meglio si adatta agli scisti di Abbott e/o alle rocce sovrastanti. In mezzi omogenei ed anisotropici di tipo VTI i tempi di arrivo delle onde P ed S si discostano dal moveout iperbolico, che invece caratterizza la propagazione in mezzi omogenei ed isotropici. La non-iperbolicità dei tempi di percorso delle onde sismiche può essere utilizzata per la stima dei parametri di anisotropia. I tempi di arrivo ottenuti dai dati sperimentali possono essere approssimati attraverso l’utilizzo di equazioni analitiche che esprimono i tempi di percorso in funzione dei suddetti parametri di anisotropia. Questa tecnica di inversione è stata testata con dati sintetici e successivamente applicata ai dati del giacimento di Abbott. Dai tempi di arrivo delle onde P ed SH di dieci eventi microsismici sono stati stimati i tre parametri di anisotropia di Thomsen, mentre per quattro scoppi di perforazione è stata applicata l’inversione delle sole onde compressionali. Inoltre è stata accuratamente analizzata la sensibilità del metodo alla presenza di rumore e di eventuale inaccuratezza dei parametri di input. Le inversioni dei tempi di arrivo delle onde P prodotte dagli scoppi di perforazione forniscono parametri di anisotropia tra loro consistenti, mentre i risultati dai tempi di arrivo delle onde compressionali e di taglio relativi agli eventi microsismici sono caratterizzati da una moderata dispersione. Questo risultato può essere spiegato dalla minore accuratezza e più ampia distribuzione spaziale delle sorgenti microsismiche, se paragonate agli scoppi di perforazione. Inoltre, le proprietà elastiche del volume di roccia nell’intorno di ciascuna sorgente microsismica, così come le sue proprietà anisotropiche, variano durante il processo di fratturazione costituendo una possibile causa della dispersione dei parametri di anisotropia stimati. Le inversioni dei tempi di arrivo delle onde SH forniscono elevati valori del parametro di anisotropia associato a questi segnali sismici. Tuttavia è importante sottolineare che si tratta di un’espressione della anisotropia effettiva del mezzo e non di quella intrinseca. Lo shear-wave splitting è considerato un robusto indicatore di anisotropia sismica. Nell’ambito di questo studio, questo fenomeno viene trattato in modo esaustivo, con particolare riguardo ai mezzi VTI. Il tempo di ritardo tra le due onde di taglio soggette a splitting può essere stimato dai dati sismici e quindi invertito per ottenere i parametri di anisotropia. La stima dei tempi di ritardo attraverso il metodo della cross-correlazione fornisce risultati consistenti per ricevitori vicini. L’inversione dei tempi di ritardo è basata sulle approssimazioni dei tempi di percorso delle onde SH ed SV in mezzi debolmente anisotropici e conferma l’anisotropia piuttosto pronunciata già messa in evidenza dalle analisi dei tempi di arrivo delle onde P ed SH. Sono state anche implementate tecniche di analisi dello shear-wave splitting più sofisticate, adatte a modelli di anisotropia più generali. Tuttavia, questi metodi già ampiamente utilizzati per l’analisi di eventi telesismici hanno fornito risultati poco affidabili, principalmente a causa del basso rapporto segnale-rumore caratterizzante i dati del giacimento di Abbott.
A material whose properties do not change with the direction along which they are measured is called isotropic. On the contrary, if the properties of the medium show directional dependency it is called anisotropic. Traditional seismic exploration is based on processing and interpretation of acoustic data and considers seismically isotropic subsoil. However, isotropy is always an approximate model to describe the geological formations, especially in sedimentary basins. Seismic imaging and estimation of subsurface velocities become inaccurate when anisotropic data are treated under the general assumption of isotropy. Consequently it is important to define the model and strength of anisotropy for the study area and use this information in data processing. The main goal of this study is the anisotropy characterization of the Abbott gas shale play located in the Arkoma basin, Oklahoma, USA. The data consist in seismic records obtained from two surface arrays of 1C geophones and 3C accelerometers, respectively, and acquired during the hydraulic fracturing of the reservoir. Surface (or near-surface) monitoring can be less expensive if compared to borehole monitoring when the observation wells must be drilled. The former technique is based on data acquisition from hundreds of receivers widely distributed over the Earth surface and gives a larger field view than borehole monitoring, generally limited to tenth of 3C receivers. Moreover, arrival time analyses of data recorded from surface widely-distributed receiver-networks are generally more robust than polarization studies carried out on borehole microseismic data. The drawback is a significant lower signal-to-noise ratio due to near surface heterogeneities. During the treatment of the Abbott gas shale, a few hundred microseismic events were recorded and the ten strongest events have been analyzed, together with the data from perforation shots. Vertical transverse isotropy (VTI) is, unarguably, the most common anisotropic model for sedimentary basins and particularly for shales. Seismic velocity in VTI media varies with direction of propagation away from the vertical, but not with azimuth. The analysis of the P-waves seismic dataset confirms VTI to be the best-suited model for the Abbott reservoir and/or overburden. P- and S-waves arrival times in homogeneous VTI media deviate from the hyperbolic moveout, which characterize seismic propagation in homogeneous isotropic media. The nonhyperbolicity of the traveltime can be used to estimate anisotropy parameters. The actual arrival times, picked from the experimental data, can be approximated considering analytic traveltime equations, which depend on such parameters. This inversion technique is tested with full wave synthetic data and applied to the Abbott dataset. The three Thomsen anisotropy parameters are estimated from P- and SH-arrival times of ten microseismic events, while only compressional waves are used for the inversion of four perforation shots. Moreover, the sensitivity of the P-wave arrival time inversion to picking noise and inaccuracies of input parameters is thoroughly analyzed. The inversions of the P-wave arrival times of the perforation shots give quite consistent anisotropy parameters, while the results from the compressional and shear waves arrival time inversions of the microseismic events are characterized by moderate scattering. This can be explained by the lower location accuracy and widespread distribution of the microseismic events, compared with the perforation shots. Moreover, the elastic properties of the sismogenic volume, as well as the local anisotropic properties, vary due to the process of fracturing and possibly cause the moderate scattering of the parameters inverted from the microseismic events. The inversions of the SH-wave arrival times result in consistently high values of the anisotropy parameter related to this wave mode. However, it is important to remark that this is the expression of effective and not intrinsic anisotropy. Shear-wave splitting is considered a robust indicator of seismic anisotropy. Such phenomenon is exhaustively addressed and described for VTI media, specifically. The time-delay between the two split waves can be estimated from the seismic records and inverted for anisotropy parameters. The estimation of the splitting times of a seismic event through the cross- correlation method gives consistent results for adjacent receivers. The inversion of the estimated time delays is based on SH- and SV-traveltimes approximations in weakly anisotropic media, and confirms the relatively high degree of anisotropy already highlighted by the P- and SH-wave arrival time analyses. More complex techniques of shear-wave splitting analysis, suitable for more general anisotropic models are also implemented. However, these methods, widely used for teleseismic shear-waves data, give unreliable results mainly because of the low signal-to-noise ratio characterizing the seismic data.
XXV Ciclo
1970

2008/2009
The area of the present study is the central part of southern Tibet. It consists of two accreted terranes, Lhasa and Himalaya terranes, which today record the deformation history that originated from the processes of collision between the Eurasia and India plates. Our study of the crust/mantle structure in terms of seismic velocity, density, anisotropy and petrologic composition are undoubtedly significant to deepen the understanding of the continent-continent collision and its dynamics. This PhD thesis can be briefly summarized into four parts that are listed in the following. 1) In order to reveal the characteristics of the crust/mantle deformation that has been generated by the Indian/Eurasia collision in the southern Tibet plateau, we study the propagation of Quasi-Love (QL) waves. Our study is based on the results from numerical modeling, which proved that QL is sensitive to lateral variation of seismic anisotropy, rather than heterogeneity and other factors. The results we obtain from processing locally observed seismograms, reveal a West-East variation of crust/mantle deformation in each terrane of the plateau. 2) A 3D density model of central-south Tibet is produced by modeling the Bouguer gravity field using all existing constraints. 3) Integrating seismic velocity and density models of the crust in the Lhasa and Himalaya terranes, we infer crustal composition models in central and southern Tibet. 4) Combining crustal density, velocity and mineralogical composition models, some important issues, such as the Indian slab subduction angle, and the relationship between crustal density and earthquake occurrences are discussed. Some results based on the gravity modeling are summarized as follows: 1) under the constraint of the geometrical structure defined by seismic data, a 3-D density model and Moho interface are proposed for central-south Tibet; 2) the lower crustal density, smaller than 3.2 g/cm3, suggests the absence of eclogite or partial eclogitization due to delamination under the central-south Tibet; 3) seismicity is strong or weak in correspondence of the most negative Bouguer gravity anomaly, so there is not a relationship between them; 4) the composition of the lower crust, determined after the temperature-pressure calibration of seismic P wave velocity, might be one or a mixture of: 1. amphibolite and greenschist facies basalt beneath the Qiangtang terrane; 2. gabbro-norite-troctolite and mafic granulite beneath the Lhasa terrane. When using the data set published by Rudnick & Fountain (1995), the composition of the middle crust turns out to be granulite facies and might be pelitic gneisses. Granulite facies used to be interpreted as residues of partial melting, which coincides with the previous study by Yang et al. (2002) on partial melting in the middle crust. Amphibolite facies are thought to be produced after delamination, when underplating works in the rebound of the lower crust and lithospheric mantle. From the seismology study, I have made the following conclusions: 1) through numerical simulation of surface wave propagation in heterogeneous media, we find that amplitude and polarization of surface wave only change a little when considering heterogeneity and QL waves, generated by surface wave scattering, are caused by lateral variation of anisotropy. 2) QL waves have been identified from the seismograms of selected paths recorded by the Tibetan station CAD, and are utilized to determine the variation of the uppermost mantle anisotropy of the Tibetan plateau. The location of the azimuthal anisotropy gradient is estimated from the group velocities of Rayleigh wave, Love wave and QL wave. We find that a predominant south-north lateral variation of azimuthal anisotropy is located in correspondence of the Tanggula mountain, and a predominant east-west lateral variation of azimuthal anisotropy is found to the north of the Gandese mountain (near 85°E longitude and 30°N latitude) and near the Jinsha river fault (near 85°E longitude and 35°N latitude).
XXI Ciclo
1981

2009/2010
Questa tesi di dottorato va a descrivere un lavoro che comprende due diverse parti: scenari di pericolosità sismica e stima degli effetti di sito e magnitudo di coda. La prima parte tratta di scenari di pericolosità sismica in un’area che copre la regione Friuli Venezia Giulia, la parte occidentale della Slovenia e la parte orientale del Veneto. Poichè parte della tesi è stata svolta nell’ambito del progetto Interreg Italia-Austria, Hareia, "Historical and recent earthquakes in Italy and Austria", è stato trattato anche un evento localizzato nella regione Trentino Alto Adige. La pericolosità sismica, espressa in termini di accelerazione o velocità massima attesa sul territorio, è stata dedotta in base al calcolo di molteplici scenari realistici di scuotimento del suolo con eventi connessi a faglie segnalate in letteratura come le più significative dell’area in esame. Questo approccio permette di ottenere una buona stima sull’eventuale pericolosità dell’area, importante per mitigare gli effetti di potenziali terremoti futuri. Le sorgenti sismogenetiche prese in esame sono state tredici. Tutti i calcoli sono stati eseguiti usando un modello di faglia estesa, applicando un modello di velocita’ di propagazione della rottura costante e variando la posizione dell’epicentro lungo la superficie di faglia. La distribuzione del momento sismico è stata considerata sia omogenea che, applicando il modello k², non uniforme. In questo modo, per ogni modello di faglia, possono essere calcolati diversi scenari. I sismogrammi sintetici sono stati calcolati con una frequenza massima di 1 Hz e per ogni punto di una densa griglia di ricevitori posizionati in modo equidistante dal centro della sorgente. Quindi, da ognuno di questi ricevitori, e’ stato possibile ottenere il valore massimo dell’accelerazione e delle velocità del sismogramma, poi plottato sulla mappa finale. Nella seconda parte della tesi, proprio perchè nella metodologia adottata gli scenari di scuotimento del suolo non tengono conto degli effetti di sito, si è applicata la metodologia di Mayeda et al. (2003), per poter ottenere, a diverse strette bande di frequenza, la risposta delle varie stazioni sismiche prese in esame. Il risultato potrà essere usato in futuro per “correggere” le stime di pericolosità calcolate su roccia. Come input a questa metodologia, è stato scelto un database costituito da 200 eventi avvenuti fra il 2006 ed il 2009, con magnitudo locale da 2.5 a 4, registrati da 25 stazioni slovene, austriache ed italiane. Di questi terremoti è stata infine calcolata anche la magnitudo da momento di coda. I valori di magnitudo così ottenuti sono risultati coerenti con le stime ottenute da altri Autori usando metodologie diverse.
XXII Ciclo
1981

2010/2011
ABSTRACT One of the principal goals of seismology is to infer the nature of an earthquake source from observations of seismic ground motion. This work shall discuss the seismic source both in the 2D finite-fault and in the point-source approximation. By inverting 3-component accelerograms the rupture history and the slip distribution for the Mw 6.3 earthquake occurred in central Italy on April 6, 2009 are determined. The method of linear programming is used for the inversion and the simplex method is applied to solve the linear programming problem (Das and Kostrov, 1994). All known parameters, such as crustal structure and station distribution are kept fixed and a large-enough fault area is considered. Physical constraints such as the positivity of the slip rates on the fault and a pre-assigned seismic moment are used to stabilize the solution. Using synthetic data with a checkerboard slip distribution shows that the obtainable spatial resolution is around 2 km. Observed records acquired from local stations of the national strong-motion network are inverted. Only data from rock stations distributed uniformly around the fault at epicentral distances less than 80 km are used. The accelerograms are filtered at 1 Hz and about 15 seconds of the signals are modelled. The obtained slip distribution shows a single major asperity and is in agreement with other similar studies of the L’Aquila earthquake. The main event of L’Aquila is used to validate a stable and automatic procedure implemented by SeiSRaM group (Dep. of Mathematics and Geosciences, University of Trieste) for the SE Alps transfrontier network to estimate in real time the seismic moment, moment magnitude and corner frequency of events recorded by broad-band velocimeters and accelerometers. The procedure has two steps: the first one consists in an interface with the Antelope system (a software that manages the network) from which pre-processed waveforms are retrieved. The second step consists in estimating the seismic moment and the corner frequency by spectral analysis. The S-wave train is identified through an automatic picking procedure of Antelope software or, if that procedure fails, through the estimates arrival times based on the travel-time. The transversal component of motion is used to minimize conversion effects. The analyzed frequency window is selected on the basis of the signal-to-noise ratio (SNR). The source spectrum is obtained by correcting the signals for geometrical spreading and intrinsic attenuation. For the latter, different relationships are tested for frequency-dependent Q value in order to characterize the anelastic proprieties of the seismic region. Source spectra for both velocity and displacement are computed and, following Andrews (1986), the seismic moment and the corner frequency are estimated. The procedure is successfully validated using the recordings of some recent strong earthquakes like Carnia 2002 (Mw=4.9), Bovec 2004 (Mw =5.1), Parma 2008 (Mw =5.4) and Aquila 2009 (Mw =6.3) and the recording of some minor events in the SE Alps area for which independent seismic moment and Mw estimates are available. Since one year the procedure is applied to events recorded by the National Accelerometric Network (RAN). The agreement between moment magnitudes estimated by the SeiSRaM procedure and the INGV local magnitudes is very good.
RIASSUNTO I terremoti sono fenomeni fisici molto complessi a partire dai processi di sorgente alla determinazione della magnitudo, argomenti fondamentali nelle indagini sismologiche. Questa tesi si propone di indagare i processi fisici degli eventi sismici. L’approccio è studiare la sorgente sismica del terremoto a partire dai dati delle registrazioni, 'decifrando' le informazioni contenute in esse con l’uso sia delle teorie fisiche che con modelli matematici. In questo lavoro si discute la sorgente sismica sia nel suo modello più semplice, il caso della sorgente puntiforme, sia nella sua descrizione realistica con dimensioni finite. Una descrizione teorica delle caratteristiche e delle rappresentazioni della sorgente estesa sono rappresentate nel Cap. 1. Sono descritti i fondamenti teorici che, sulla base di numerosi studi sperimentali, sembrano meglio descrivere gli eventi sismici, gli strumenti matematici che governano i processi di rottura, i modelli che rappresentano meglio la situazione fisica che sta alla base dei terremoti, quali il modello di Haskel ed il modello di Brune (1970) e l’approssimazione della sorgente estesa come somma di sorgenti puntiformi. Il tema centrale di questo studio riguarda la comprensione e la modellazione cinematica del processo di rottura di un terremoto su una faglia finita, attraverso l'inversione dei dati accelerometrici. L’inversione di dati simici permette di ottenere gran parte delle informazioni sul comportamento spazio-temporale del processo di rottura. L'approccio cinematico consente di interpretare le forme d’onda che si irradiano dalla sorgente in termini di spostamento relativo lungo il piano di faglia in funzione dello spazio e del tempo (la storia dello scorrimento). Usando il teorema di rappresentazione, lo spostamento registrato da una stazione durante un terremoto può essere espresso in termini della distribuzione di scorrimento sulla superficie di faglia. Assumendo che la faglia sia piana e la direzione di scorrimento costante, il problema può essere discretizzato, vincolato e ricondotto ad un sistema di equazioni lineare Ax=b (Cap. 2). La soluzione a questo problema è tutt’altro che banale. E’ ben noto che il problema è instabile e dal punto di vista computazionale questa instabilità è equivalente alla non unicità della soluzione. Quindi, per ottenere una soluzione definita vi è la necessità di inserire alcuni vincoli fisici nel processo di sorgente in aggiunta alla semplice richiesta di riprodurre i dati osservati (Das e Kostrov, 1990, Das e Suhadolc, 1996). Strumento fondamentale nella procedura di calcolo e cuore della procedura di inversione adottata in questa tesi, il metodo del simplesso viene introdotto nell’ambito dello studio della programmazione lineare e applicato ad un piccolo esempio esplicativo (Cap. 3). Seguendo la formulazione sviluppata da Das e Kostrov (1990,1994) si è applicata la procedura di inversione all’evento principale dell’Aquila avvenuto il 6 aprile 2009. Dopo una breve descrizione geologica dell’Aquila, della struttura utilizzata e del modello di sorgente adottato (Cap. 4) vengono presentati i risultati sia in termini di distribuzione del momento sismico sulla faglia sia in termini di confronto tra le forma d’onda reali e sintetiche (Cap. 5). E’ la prima volta che si utilizzano dati reali con il tempo assoluto. Questo ha portato non pochi problemi principalmente nella scelta del modello di velocità e nella scelta delle stazioni. Sono state considerate solo stazioni della Rete Accelerometrica Nazionale (RAN) su roccia con distanze epicentrali tra 20 km ed 80 km. Attraverso test sintetici e confrontando con quanto riportato in letteratura, è stato scelto il modello di sorgente che meglio si adatta ai dati disponibili. Tutte le inversioni sono state fatte imponendo vincoli fisici quali la casualità, la positività e il momento prefissato totale. Questi vincoli sono stati necessari per avere una soluzione più stabile. Sono stati investigati differenti modelli di faglia, differenti distribuzioni di stazioni e due modelli di velocità. I risultati migliori sono stati ottenuti considerando una faglia lunga 28 km a larga 12 km discretizzata in celle 2km per 2 km, e considerando solo le quattro stazioni situate sul tetto di faglia (Saraò et al.,1996). Il modello di velocità è quello proposto da Costa et al. (1992). La distribuzione del momento mostra somiglianze con i risultati ottenuti dell’inversione di dati sismici proposta da altri autori, confermando che la massima energia è nella parte SE della faglia. Nella seconda parte della tesi l’attenzione si è focalizzata sulla determinazione dei parametri di sorgente. Si è utilizzata la procedura implementata dal gruppo SeisRaM del Dipartimento di Matematica e Geoscienze, che stima in real-time il momento sismico, la magnitude da momento e la frequenza d’angolo. La determinazione della grandezza di un terremoto è un problema aperto. Esistono differenti scale di magnitudo e differenti metodi di calcolo, tanto da ottenere diversi valori per lo stesso evento, da parte dei diversi enti che li determinano. Nel Cap. 6 sono trattate le scale di magnitudo in uso ed in particolare la magnitudo da momento. Infine, sono descritti due metodi utilizzati per il calcolo in real-time della magnitudo da momento, tra cui il metodo di Andrews (1986) utilizzato nella procedura. Nel Cap. 7 dopo una descrizione della procedura automatica, si riportano la validazione ed i risultati. Questo metodo automatico stima in real-time i parametri di sorgente degli eventi delle Alpi sud orientali registrati dalla rete Transfrontaliera e da circa un anno anche degli eventi registrati dalla RAN. La procedura è stata validata sugli eventi recenti avvenuti in Italia e Slovenia: L’Aquila 2009, Parma 2008, Bovec 2004 e Carnia 2002. Il confronto della magnitudo da momento stimata della procedura in studio e quella calcolata con metodi di inversione da altri istituzioni è molto buono, dimostrando l’affidabilità e la robustezza di questo metodo. Questo è stato confermato dalla stima della magnitudo degli ultimi eventi avvenuti in Italia durante la scrittura finale di questa tesi: Verona, 24 gennaio 2012 e Reggio Emilia, 25 gennaio 2012. La magnitudo stimata in real-time dalla procedura è in ottimo accordo con quella stimata dall’INGV. Inoltre sia l’Agenzia sismologica della Slovenia, l’ARSO, che quella romena hanno richiesto di poter utilizzare questa procedura real-time. Questo lavoro spera di essere una fonte di utili suggerimenti nello studio dei processi di sorgente.
XXIV Ciclo
1979

2010/2011
Em geral, verifica-se que as bacias têm um estado isostático anômalo, se for considerada a clássica hipótese isostática que postula que as cargas topográficas e sedimentares são sustentadas pelo espessamento ou afinamento da crosta. Em alguns casos, a alta densidade do material na crosta inferior ou no manto superior tem sido um componente importante na formação das bacias sedimentares de larga escala e na contribuição para o equilíbrio isostático. A maneira mais direta de detectar as anomalias da densidade é pelo estudo do potencial gravitacional e de suas derivadas. A disponibilidade global e a boa resolução dos dados do satélite GOCE, aliadas à disponibilidade de dados de gravimetria terrestre, são ideais para a comparação e classificação das bacias de larga escala, como as bacias sedimentares do Solimões e do Amazonas, no que diz respeito à sua estrutura de densidade litosférica, determinadas por meio de uma modelagem 3D da distribuição de densidades usando as geometrias do embasamento e da descontinuidade de Moho admitidas conhecidas como vínculo inicial. Além disso, por esta técnica pode ser obtido um modelo isostático fisicamente independente do modelo de densidades, bem como outras grandezas associadas ao campo de gravidade como o geóide, a distribuição da anomalia da gravidade e das componentes do tensor gradiente gravimétrico, grandezas importantes para o modelamento e o estudo destas estruturas.
I bacini sedimentari di Amazon e Solimões sembrano avere uno stato anomalo isostatico se si considera l’ipotesi classica dell’isostasia, che presuppone che i carichitopografici e sedimentari siano sostenuti da un ispessimento della crosta terrestre o da un assottigliamento. In alcuni casi, la densità delle rocce nella crosta inferiore o mantello superiore è presumibilmente una componente importante nella formazione dei bacini sedimentari a grande scala, contribuedo all’equilibrio isostatico. Il modo più diretto per rilevare le variazioni di densità è lo studio del campo potenziale di gravità e delle sue derivate. La disponibilità globale e buona risoluzione dei dati della missione satellitare GOCE, unitamente alla disponibilità di dati gravitazionali terrestri sono l'ideale per intraprendere la comparazione e classificazione dei due grandi bacini sedimentari Amazon e Solimões. La struttura della densità della litosfera è stata studiata attraverso una modellazione 3D della distribuzione di densità utilizzando la geometria del basamento e della discontinuità Moho, conosciuti come vincolo iniziale. Poi, un modello isostatico per crosta inferiore o mantello superiore è stato ottenuta. Inoltre, abbiamo preso in considerazione il geoide, e le componenti del tensore gradiente, che sono quantità importanti per la modellazione e lo studio di queste strutture.
In general the basins appear to have an anomalous isostatic state if the classic isostatic hypothesis is considered, which assumes that the topographic and sedimentary loads are sustained by crustal thickening or thinning. In some cases, the high density of the material in the lower crust or upper mantle has been supposedly an important component in the formation of large scale sedimentary basins and in contributing to the isostatic equilibrium. The most direct way to detect density anomalies is the study of the gravity potential field and its derivatives. The global availability and good resolution of the GOCE satellite data mission coupled with the availability of terrestrial gravity data are ideal for the scope of intercomparison and classification of the two large-scale Amazon and Solimoes sedimentary basins. The lithospheric density structure has been studied through a 3D modelling of density distribution using the geometry of basement and Moho discontinuity, assumed to be known as initial constraint. Furthermore, an isostatic model for lower crust or upper mantle has been obtained. Also, we considered others gravity field as geoid, gravity anomaly and gravity gradient tensor components, which are important quantities for modelling and studying these structures.
XXV Ciclo
1981

2008/2009
The Qinghai-Tibet Plateau lies at the continent-continent collision between the Indian and Eurasian plates. Because of their interaction the shallow and deep structures are very complicated with different tectonic units. The force system forming the tectonic patterns and driving tectonic movements is exerted together by the deep part of the lithosphere and the asthenosphere. In the recent decades, many deep explorations have been performed and a series of important results about the collision models of Indian and Eurasian plates and their deep structures have been gained, but the studies on the fine structure of the lithosphere-asthenosphere system are still a few. In order to get knowledge about their formation and evolution, dynamic process, layers coupling and exchange of material and energy, it is important to study the 3-D velocity structures, the material properties and physical state of the lithosphere-asthenosphere system. Based on the Rayleigh wave dispersion theory, we study the 3-D velocity structures, including the crust, of the lithosphere-asthenosphere system in the Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent areas. In the study area (20ºN - 50ºN, 70ºE - 110ºE) we collect long period and broad-band seismic data from the global and regional seismic networks surrounding the area: G (Geoscope), IC (NCDSN) , II/IU (GSN), KZ (Kazakhstan), XA (Bhutan), XR (INDEPTH II&III), YA (2003MIT-China), and YL (Himalayan Nepal Tibet Experiment) during the period of 1966-2007. After making instrumental correction and proper band-pass filtering, group velocities dispersion of fundamental mode of Rayleigh waves are measured using the frequency-time analysis (FTAN). Cluster averaging is applied to similar ray paths and, in such a way, a set of dispersion curves, in the period range from 8 s to 150 s is obtained along 791 paths. A 2-Dsurface-wave tomography method capable to evaluate the average lateral resolution, proposed by Yanovskaya, is applied to calculate the lateral variations in the group velocity distribution at the different periods. The lateral heterogeneity resolution has been estimated to be about 200 km in most of the study area. To be consistent with the resolution level, the group velocity maps, at different periods, are discretized in cells of 2o×2o. The most conspicuous low group velocity anomaly, in the period range from 25 s to 40 s appears in whole Qinghai-Tibet Plateau, while the Indian Plate and the Yangtze craton are characterized by high group velocity anomalies. At the intermediate periods (50 - 80 s) the most dominant feature is the NW-SE directed low velocity anomaly in the Qinghai-Tibet Plateau. At the long ii periods the velocity anomaly is comparable with the anomaly at the lower periods. The determination of the shear-wave velocity distribution versus depth from a surface wave dispersion curve is a severely non-linear problem. The non-linear Hedgehog inversion method (Panza, 1981) is applied to the surface wave tomography cellular dispersion curves to obtain shear wave velocity-depth models of the crust and upper mantle. The non-linear inversion does not depend upon the initial model. Since the Hedgehog is a non-linear procedure, the inversion is multi-valued, i.e., a set of equally probable model is accepted, which is consistent, within the chosen parametrization, with the experimental errors. An ensemble of acceptable models is found and in order to summarize and define the geological meaning of the results, it is often necessary to identify a representative model. Physical and mathematical reasons can be used to define the criteria that allow us to select a unique solutions. The Local Smoothness Optimization (LSO) (Panza et al., 2007；Boyadzhiev et al., 2008) fixes the solution as the one which minimizes the norm between neighbouring cells. Applying the first iteration of LSO, the Starting Cell (SC) is chosen such that satisfies the analogous objective criterion: the cell with the minimal divergence between the accepted solutions. Staring from the SC, the LSO takes, as representative model, the solution that has the smallest distance (difference in the velocity) in l2 with respect to the models of the neighbouring cells. The LSO method is a smoothness criteria, which can avoid the introduction of heterogeneities that can arise from a subjective choice. However, in the Qinghai-Tibet Plateau and its vicinity, the heterogeneity is too severe to apply LSO to the whole study area, because its deep structure is very complicated. It is appropriate to obtain representative models by LSO method in local regions, each with different starting cell (SC). Since the Hedgehog non-linear inversion and the local smoothing algorithm provide us only a mathematical solution, the representative models are chosen, considering a priori geophysical and geological information. The top and bottom of the lithosphere and asthenosphere are recognized from the velocity values and velocity contrast between the layers. These thicknesses are helpful to study the structural differences between the Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent areas and among different geologic units of the plateau. Taking into account also previous investigations, the following conclusions are reached from the distributions of the S-wave velocities in the crust and the upper mantle and thicknesses of the crust, lithosphere and asthenosphere. (1) The crust is very thick in the Qinghai-Tibet Plateau, and varies from 60 km to iii 80 km. The lithospheric thickness in the Qinghai-Tibet Plateau is smaller (125-160 km) than in the adjacent areas. The asthenosphere is relatively thick, varies from 100 km to 200 km, and the thickest area lies in the western Qiangtang block (QT). India, located to the south of the Main Boundary thrust, has a thinner crust (32-42 km), a thicker lithosphere of 190 km and a rather thin asthenosphere of only about 80 km. Sichuan and Tarim basins have the crust thickness less than 50 km. Their lithospheres are thicker than the Qinghai-Tibet Plateau, and their asthenospheres are thinner. (2) The uppermost mantle of the Indian Plate is subducted almost horizontally beneath the Himalaya block (HM) and the Lhasa block (LS), and the subduction is delimited by the Bangong-Nujiang suture belt (BNS). The Indian lithospheric lid is also subducted with a large-angle beneath the Eurasian Plate before the Yalung-Zangbo suture belt (YZS). The low velocity lower crust and asthenosphere, detected in central Qinghai-Tibet Plateau, show that in the Qiangtang block (QT) the temperature is high, well in agreement with the active Cenozoic volcanism in the area. We also think that the underplating of the asthenosphere may thin the lithosphere and that the buoyancy might be the main mechanism of deep dynamics of the uplift of the Qinghai-Tibet hinterland. (3) Inside the plateau two blocks can be recognized, divided by an NNE striking boundary running between 90ºE ~ 92ºE. The shear-wave velocities of the crust and the thicknesses of the lithosphere and asthenosphere in the eastern Qinghai-Tibet Plateau are different from those in the western one. The width of the boundary between the eastern Qinghai-Tibet Plateau and the western one may be 2° ~ 3°. (4)The continental surface loss by the kinematic shortening is not compensated by the increment of the crust thickness due to the collision of Indian Plate and Eurasian Plate. Therefore we may deduce that the crustal material is laterally extruded along a channel between the Jinshajiang suture belt (JSJS) and Banggong-Nujiang suture belt (BNS), and rotated around the eastern Himalayan Syntaxes because of the obstacle of the Yangze block. The source of the lateral extrusion may be in the Qiangtang block (QT).
XXI Ciclo
1974

2011/2012
Il presente lavoro di tesi presenta diverse applicazioni e sviluppi del metodo modale: in particolare, immaginando un percorso logico dalle basse alle alte frequenze, si sono considerate le onde di tsunami, onde sismiche propagantesi in strutture a forte eterogeneità laterale, fino a giungere all’applicazione del metodo al dominio acustico. Nel primo capitolo l’argomento trat- tato è quello degli tsunami (onde di gravità a lungo periodo), estendendo la tecnica modale agli tsunami e mostrando come questa metodologia consenta diversi approcci alla modellazione sia delle eterogeneità del modello strutturale che del processo di rottura sismico che genera l’onda di tsunami. Queste tecniche sono state applicate in diversi contesti, sia al fine di validarne i rela- tivi codici di calcolo (Mar Mediterraneo Occidentale, terremoto e tsunami di Tohoku del marzo 2011) che per valutare scenari di pericolosità da tsunami per le zone considerate (costa del Viet- nam, Mare Adriatico). L’argomento del secondo capitolo è la modellazione di onde sismiche che si propagano in modelli a forte eterogeneità laterale, in particolare con interfacce verticali liquido-solido. Dopo una breve introduzione teorica, vengono mostrati i risultati di alcuni test di modellazione che utilizzano vari modelli strutturali e diversi domini di frequenza (in parti- colare si arriverà a una frequenza massima di 10Hz). Quindi, andando a frequenze sempre più alte, fino a 100Hz, il pacchetto di programmi sviluppato originariamente per le onde sismiche è stato testato e, dopo gli opportuni miglioramenti, utilizzato per studiare la propagazione di onde acustiche in strutture oceaniche. Il fine di questi test, argomento del terzo e conclusivo capitolo di questo lavoro, è capire la sensibilità delle onde acustiche alle caratteristiche della struttura in cui si propagano, come ad esempio la presenza di strati solidi sedimentari a bassa veloc- ità o di un canale a bassa velocità nel liquido. Nel secondo e nel terzo capitolo lo studio dei segnali ottenuti è stata approfondita mediante un’analisi congiunta tempo-frequenza (FTAN) che ha notevolmente aiutato a capirne le caratteristiche salienti, correlate sia alla sorgente che alla struttura, confermando ulteriormente la validità e la poliedricità dell’approccio modale in questo genere di studi.
In this thesis work, we presents several applications and developments of the modal method: in particular, imagining a logical path from low to high frequencies, are considered the tsunami waves, seismic waves propagating in structures with strong lateral heterogeneity, to conclude with the application of the method to the acoustic range. The topic treated in the first chapter is the extension of the modal technique to the tsunami wavefield (long period gravity waves), showing how this methodology allows different approaches to the modeling of both heteroge- neous structural models and of the seismic rupture process that generates the tsunami. These techniques have been applied in different contexts, both in order to validate the computer codes (Western Mediterranean Sea, the Tohoku earthquake and tsunami of March 2011) and to as- sess tsunami hazard scenarios for the selected target zones (Vietnam Coasts, Adriatic Sea). The topic of the second chapter is the modeling of seismic waves propagating in strong laterally het- erogeneous models, in particular with vertical liquid-solid interfaces. After a short theoretical introduction, we shows the results of some modelling tests adopting several structural models and different frequency ranges (in particular reaching a maximum frequency of 10 Hz). Thus, going to higher frequencies, up to 100Hz, the package of programs originally developed for the seismic waves has been tested and, after appropriate improvements, used to study the propa- gation of acoustic waves in the oceanic structures. The purpose of these tests, subject of the third and final chapter of this work, is to understand the sensitivity of the acoustic waves to the characteristics of the structure in which they propagate, such as the presence of low velocity sedimentary layers or a low velocity channel in the liquid. In the second and third chapter, the study of the computed signals was complemented through a joint time-frequency analisys (FTAN) which greatly helped to understand their salient features, related to both the source and the structure, further confirming the validity and the polyhedric nature of the modal approach.
XXV Ciclo
1978

2008/2009
The theory and methodology of ambient noise tomography has been studied and applied to North-China successfully. Continuous vertical-component seismograms, spanning the period from January 1, 2007 to February 28, 2008 recorded by 190 broadband stations and 10 very broadband stations, have been used. The cross correlation technique has been applied to ambient noise data recorded by North-China Seismic Array for each station pairs of the array. Rayleigh wave group velocity dispersion curves are measured at periods between 4 s and 40 s by multiple filter technique. We obtain 5630 high quality dispersion curves. Surface wave tomography is conducted to generate group velocity maps with a grid spacing of 0.25º×0.25º. These maps display higher resolution and extend to shorter periods than previous surface wave tomography maps. Then genetic algorithm is used to invert pure path dispersion curves. The 3-D shear wave velocity structure from 0 to 50 km depth is readily constructed. To the authors' knowledge, the resolution presented here is, so far, the highest one in China mainland. The original results of this thesis are: 1, The SNR of Green Function is proportional to the square root of observation time and can be enhanced by using the symmetric component. The inhomogeneous distribution of seismic noise gives rise to the asymmetry of Green Function. Using more than one year's data, one can get more symmetric and higher SNR Green Function. 2, The characteristics of ambient seismic noise are different for different period bands. In 4-10 s, a coherent phase with large amplitude near zero lag time is observed. In 10-20 s, the sources of ambient seismic noise have a very clear seasonal variability. The azimuthal distributions of noise share a great similarity with the map of average ocean wave height map obtained by TOPEX-Poseidon. In 20-50s range, Rayleigh wave Green Functions are almost symmetrical and show less seasonal variation in both signal strength and directivity, which indicates that the distribution of noise is - ii - almost homogeneous. In 4-20s range, the amplitudes of positive and negative components of Green Functions are obviously asymmetrical, but the arrival times are almost identical, indicating that the distribution of noise has much influence on the amplitude of Green Function, but less influence on arrival time. 3, Tomographic maps at short periods reveal an evident lateral heterogeneity in the curst of North-China, quite well in agreement with known geological and tectonic features. The North China Basin is imaged as a broad low velocity area, while the Taihangshan and Yanshan uplifts and Ordos block are imaged as high velocity zones, and the Quaternary intermountain basins show up as small low-velocity anomalies. 4, The 3-D S-wave crustal velocity model in North China shows a distinct low velocity belt with NW trend at 10 km of depth near Zhangjiakou-Bohai seismic zone. This low velocity belt and the southern margin of Yanshan high velocity anomaly draw the outline of Zhangjiakou-Bohai seismic zone and its northern border line. There is a well-defined low velocity zone in middle-to-lower crust (15-25 km) in the Beijing-Tianjin-Tangshan region, which may be caused by intrusion of hot mantle materials. 5, We analyzed the seismogenic structure near Tangshan，Luanxian and Ninghe earthquake region. We infer that these three earthquakes are mainly caused by vertical deformation of upper mantle and material exchange between crust and upper mantle. The magma intrudes the crust along faults near the boundary of crust and upper mantle, which leads to the low velocity anomaly in the uppermost mantle. The magma intrusion heats up the lower crustal material and drops its viscosity. Some minerals are dehydrated. The water moves up and is trapped in the middle crust. The existence of liquid affects the structure and composition of the fault zone, further changes the stress state, weakens the seismotectonic region and triggers the earthquakes.
XXI Ciclo
1981

2011/2012
La tesi presenta l'estensione ed il raffinamento del modello cellulare tridimensionale della crosta e del mantello superiore dell'area centrale mediterranea e propone una interpretazione geodinamica del suddetto modello nel contesto della asimmetria globale della tettonica delle placche. Il modello cellulare è espresso in termini di velocità delle onde di taglio (VS) e di spessore e densità degli strati, fino ad una profondità di 350 chilometri. Tali proprietà caratterizzanti gli strati sono ottenute mediante avanzate tecniche di inversione non lineare, quali l'inversione con il metodo hedgehog di curve di dispersione delle velocità di gruppo e di fase per la determinazione delle VS e l'inversione non lineare di dati gravimetrici mediante il metodo GRAV3D. Il metodo hedgehog consente la definizione di un insieme di modelli strutturali senza fare ricorso ad alcun modello a priori, considerando la VS e lo spessore degli strati come variabili indipendenti. Data la ben nota non unicità del problema inverso, la soluzione rappresentativa di ogni cella è determinata per mezzo dell'applicazione di algoritmi di ottimizzazione ed è inoltre validata alla luce di dati geologici, geofisici e petrologici indipendenti, in particolare la distribuzione della sismicità, sia passata, ottenuta dai bollettini internazionali, sia presente, ottenuta mediante inversione non lineare dei meccanismi focali. Le proprietà delle sorgenti sismiche sono state studiate utilizzando la metodologia INPAR per l'inversione di forme d'onda complete di periodo relativamente corto (fino a 10 s), che permette la determinazione realistica del tensore momento sismico in particolare per eventi poco profondi. Questa metodologia si rivela particolarmente utile nelle aree caratterizzate da eventi di moderata magnitudo, dove le tecniche globali standard non possono in genere venire applicate. Il metodo INPAR fornisce inoltre risultati attendibili anche quando sono disponibili soltanto pochi segnali registrati da un numero limitato di stazioni. L'inversione gravimetrica è stata vincolata alla geometria degli strati definita dal modello VS ottenuto dai dati sismologici. Ai dati gravimetrici di input è applicato un rumore gaussiano con ampiezza di 1,5 mGal. Al fine di non imporre a priori l’esistenza di decrementi della densità al crescere della profondità, il modello di densità di riferimento utilizzato come input dell’inversione consiste, per tutte le celle, in un modello di densità crescente o costante con la profondità, che soddisfa, entro i valori di incertezza, la relazione di Nafe-Drake. Le anomalie ottenute dal processo di inversione gravimetrica vengono poi trasformate in valori assoluti di densità riferiti al modello di riferimento. Il modello tridimensionale così ottenuto, analizzato e discusso lungo sezioni perpendicolari ai complessi orogenetici dell'area di studio (Appennini, Alpi, Dinaridi) conferma l'esistenza di profonde asimmetrie strutturali tra le subduzioni est e ovest-vergenti e la presenza di litosfera sottile nell'area estensiva del bacino Tirrenico, che sovrasta una zona a bassa velocità (LVZ) indicativa della presenza di vaste aree magmatiche o di fusione parziale, probabile sede di un flusso del mantello verso est. Tale flusso è possibile causa dell'asimmetria riscontrata tra la subduzione appenninica, quasi verticale, e la subduzione alpina e dinarica, caratterizzata da un basso angolo di immersione. Ulteriore ed inaspettata caratteristica del modello è rappresentata dal fatto che la litosfera in subduzione risulta essere meno densa del mantello circostante. Tale risultato apre la strada a nuove interpretazioni riguardo alla dinamica delle zone di subduzione, che nella sua descrizione ortodossa vede come fattore determinante il fenomeno dello slab pull. La tesi si articola in un capitolo introduttivo iniziale dove viene esposta l'ipotesi della asimmetria della tettonica delle placche, con particolare riferimento alle evidenze in area mediterranea, mentre nei capitoli successivi vengono presentati i risultati del modello in VS e densità ottenuto a differenti scale risolutive. Tali risultati sono poi discussi, con l'ausilio di sezioni interpretative lungo profili significativi, alla luce di evidenze indipendenti con l'intento di delineare un quadro geodinamico coerente dell'area di studio. In Appendice, unitamente alla presentazione dei risultati tabulati, sono approfondite alcune tematiche particolari.
This thesis presents the extension and refinement of the 3D cellular model of the crust and upper mantle of the central Mediterranean and offers a geodynamic interpretation of the obtained model in the framework of the global asymmetry of plate tectonics. The cellular model is expressed in terms of shear waves velocity (VS), thickness and density of the layers, to a depth of 350 kilometers. These physical properties are obtained by means of advanced non-linear inversion techniques, such as the hedgehog inversion method of group and phase velocity dispersion curves for the determination of VS and the non-linear inversion of gravity data by means of the method GRAV3D. The hedgehog method allows the definition of a set of structural models without resorting to any a priori model, considering the VS and the thickness of the layers as independent variables. Given the well-known non-uniqueness of the inverse problem, the representative solution of each cell is determined through the application of optimization algorithms and is also validated with the use of independent geological, geophysical and petrological data, e.g. the distribution of historical and recent seismicity, obtained from international bulletins and by non-linear inversion of focal mechanisms. The properties of the seismic sources have been studied using the INPAR methodology for the inversion of complete waveforms at relatively short period (as short as 10 s), that allows the determination of the realistic seismic moment tensor in particular for shallow events. This methodology is very useful in areas of moderate magnitude events, where generally the global standard techniques can not be applied. The INPAR method also provides reliable results even using few signals recorded by a limited number of stations. The gravimetric inversion has been constrained to the geometry of the layers defined by the VS model obtained from the inversion of seismological data. A Gaussian noise with an amplitude of 1.5 mGal has been applied to the gravimetric data input. In order not to impose a priori the existence of the density decreases with increasing depth, the reference density model used in the inversion consists, for all the cells, in a model of increasing or at least constant density with depth, which satisfies, within the range of uncertainty, the Nafe-Drake relation. The density anomalies obtained by the gravimetric inversion process are then transformed into absolute values relative to the reference model. The three-dimensional model thus obtained, analysed and discussed along selected sections perpendicular to the orogenic complexes of the study area (Apennines, Alps, Dinarides) confirms the existence of deep structural asymmetries between E- and W-directed subductions and the presence of a thin lithosphere in the extensional area of the Tyrrhenian basin, which overlies a low velocity zone (LVZ) indicative of the presence of large amount of magma or partial melting, where an eastward mantle flow is likely present. This flow possibly causes the asymmetry found between the almost vertical Apenninic subduction and the Alpine-Dinaric subduction, which is in turn characterized by a low dip angle. Further and unexpected feature of the model is the fact that the subducting lithosphere turns out to be less dense than the surrounding mantle. This result opens the way to new interpretations in subductions dynamics, which in its common description relies on the slab pull phenomenon as a first order acting force. The thesis consists of an introduction where the hypothesis of the global asymmetry of plate tectonics is addressed, with particular attention to the Mediterranean context, while in the Chapters 2, 3 and 4 are presented the VS and density models obtained at different resolution scales. These results are then discussed in the Chapter 5, with the aid of interpretive sections along significant profiles, in the light of the validation though independent data, aiming to establish a coherent geodynamic picture of the study area. In the Appendixes, together with the presentation of the tabulated results, some particular topics are discussed.
XXV Ciclo
1982

2006/2007
Il lavoro si propone di studiare l'evoluzione del sistema magmatico dell'isola d'Ischia in particolare analizzando gli ultimi 10ka di attività. Lo studio è stato effettuato attraverso indagini petrografiche, analisi geochimiche e isotopiche di Sr, Nd e O.
XX Ciclo
1977

2007/2008
In this thesis a new methodology for computing synthetic seismograms, complete of the main direct, refracted, converted phases and surface waves, in three – dimensional anelastic lateral heterogeneous media is presented. It is based on the combination of the Modal Summation technique with the Asymptotic Ray Theory. The three – dimensional models are determined by a set of vertically heterogeneous sections (1D structures) that are juxtaposed on a regular grid. The distribution of these sections in the grid is done in such a way to satisfy the condition of applicability of the WKBJ – approximation, i.e. the lateral variation of all the elastic parameters has to be small with respect to the prevailing wavelength. In each knot of the grid a vertically heterogeneous section is located, hence, the values of the phase velocities, of the phase attenuation and of the group velocities are assigned once and for all. Inside the grid the source and the receiver are located, assigning their coordinates by means of a Cartesian reference system introduced in the grid itself. By this way a vertically heterogeneous structure, hence one-dimensional structure, is associated to the source and another to the receiver. The eigenfunctions of these two structures do contribute to the seismogram. The computational scheme is based, besides on the WKBJ - approximation for weak lateral heterogeneities, on the two point ray – tracing algorithm, by means of the bi - dimensional shooting method. It can be summarized as follows: at first the ray connecting two points, the source and the receiver, is computed solving the Cauchy problem for the system of ordinary differential equations governing the phenomenon of the evolution of the ray itself; the system is solved employing the numerical fourth – order Runge – Kutta method. Once the ray is determined, the attenuation is computed along it, solving, once again using the fourth – order Runge – Kutta method, the Cauchy problem for a system of ordinary differential equations that is made up of four equations: three equations for the ray and one equation governing the evolution of the attenuation along the ray itself. Finally, the geometrical spreading is computed considering two more rays that leave the source with an azimuth that is determined increasing and decreasing the azimuth of the characteristic curve of the ray – tracing system (the true ray) by a fixed quantity. The thesis is divided in two main parts, the first contains a theoretical treatment of the above mentioned arguments, so it opens with a brief summary about the generation of synthetic seismograms in one-dimensional structures by mean of the Modal Summation technique and goes on with the introduction of the WKBJ – approximation for treating the lateral heterogeneities. Then, there is the presentation of the numerical procedure used in this work. The second part is devoted to the validation of the new method, so the simulations executed to this aim are shown. It is very important to stress that the computational codes used in this work are still under development. They will be used for verifying and optimizing the results up to now obtained, both in terms of seismic sources and in terms of structural models, in region of the Scotia Arc.
In questa tesi si presenta una nuova metodologia per il calcolo di sismogrammi sintetici completi delle principali fasi dirette, rifratte, convertite ed onde superficiali in mezzi tridimensionali anelastici lateralmente eterogenei, basata sulla Somma Modale (SM) combinata con la Teoria Asintotica dei Raggi (TAR). I modelli tridimensionali sono determinati da un insieme di sezioni verticalmente eterogenee (strutture 1D) che vengono affiancate su una griglia regolare. La distribuzione di dette sezioni nella griglia e’ tale da soddisfare la condizione di applicabilità della approssimazione WKBJ (acronimo dei nomi dei quattro elaboratori della metodologia: Wentzel, Kramers, Brillouin and Jeffreys), cioè la variazione laterale di tutti i parametri elastici deve essere piccola rispetto alle lunghezze d’onda prevalenti. In ogni nodo della griglia e’ collocata una sezione verticalmente eterogenea, sono, quindi, assegnati una volta per tutte i valori della velocità di fase, dell’attenuazione di fase e della velocità di gruppo. All’interno della griglia si collocano la sorgente ed il ricevitore, assegnando le loro coordinate attraverso un sistema cartesiano di riferimento introdotto nella griglia stessa. In questo modo si associa una struttura verticalmente eterogenea, quindi unidimensionale, alla sorgente ed una al ricevitore. Le autofunzioni di queste due strutture contribuiscono al sismogramma. Lo schema computazionale è basato, oltre che sull’approssimazione WKBJ per eterogeneità laterali deboli, sull’algoritmo per il ray-tracing tra due punti, mediante lo shooting-method bidimensionale. Esso può essere riassunto come segue: dapprima si calcola il raggio che unisce i due punti, la sorgente ed il ricevitore, risolvendo il problema di Cauchy per il sistema di equazioni differenziali alle derivate ordinarie che governa il fenomeno dell’evoluzione del raggio stesso; il sistema è risolto per via numerica mediante il metodo di Runge-Kutta del quarto ordine. Una volta che il raggio è determinato, si calcola lungo esso l’attenuazione, risolvendo, ancora una volta mediante il metodo di Runge-Kutta del quarto ordine, il problema di Cauchy per un sistema di equazioni differenziali alle derivate ordinarie che è costituito dal sistema che governa l’evoluzione del raggio più una quarta equazione che governa l’evoluzione dell’attenuazione lungo il raggio stesso. Infine, il geometrical spreading è calcolato considerando due ulteriori raggi che partono dalla sorgente con un azimuth 5 che è determinato aumentando e diminuendo l’azimuth della curva caratteristica del sistema (raggio vero) di un valore fissato. La tesi è divisa in due parti principali, la prima parte contiene una trattazione teorica degli argomenti precedentemente menzionati, si apre quindi con un breve riassunto sulla generazione di sismogrammi sintetici in strutture unidimensionali mediante la tecnica della Somma Modale e prosegue con l’introduzione dell’approssimazione WKBJ per la trattazione delle eterogeneità laterali. Si passa poi alla presentazione della procedura numerica utilizzata. La seconda parte è dedicata alla validazione del nuovo metodo, dunque sono presentate le simulazioni eseguite a questo scopo. E’ da sottolineare che i codici di calcolo utilizzati, attentamente testati e ripetutamente validati, sono in continuo sviluppo. Essi verranno utilizzati per la verifica e l’ottimizzazione dei risultati fin qui conseguiti, sia in termini di sorgenti sismiche che di modelli strutturali, nella regione dell’Arco di Scotia.
XXI Ciclo
1977

2011/2012
Seismic hazard assessment can be performed following a neo-deterministic approach (NDSHA), which allows to give a realistic description of the seismic ground motion due to an earthquake of given distance and magnitude. The approach is based on modelling techniques that have been developed from a detailed knowledge of both the seismic source process and the propagation of seismic waves. This permits to define a set of earthquake scenarios and to simulate the associated synthetic signals without having to wait for a strong event to occur. NDSHA can be applied at different geographic scale with different detail levels of modelling. At local scale the source and site characteristics can be take account, whereas at the regional scale seismograms at the nodes of a regular grid are computed. Finite fault simulation is needed to compute realistic ground motions close to a ruptured fault. No reasonable deterministic prediction for many details of a future fault motion can be expected and their variability can be treated in practice only from a statistical viewpoint. Therefore, their effect is simulated through Monte-Carlo approach. To test the accuracy of the method, the L’Aquila earthquake occurred on April 6, 2009 has been modelled. The use of a realistic model for the representation of the extended fault introduces a stochastic element in NDSHA. So the variability due to the stochastic component of seismic source has been evaluated. In standard NDSHA at regional scale, seismograms are computed for an upper frequency content of 1 Hz. The use of a more realistic source model than the scaled point source that takes account of effective duration of rupture process allowed to extend the maximum frequency of computation of seismograms of national scale maps to 10 Hz. A first estimation of uncertainty due to the random representation of the source in national scale maps has been obtained by parametric tests on EU-India Grid infrastructure. NDSHA defines the hazard as the maximum ground motion at the site and it does not supply information about the frequency of occurrence of the expected ground motion. The standard procedure of NDSHA has been modified here, to take into account the additional information of recurrence. The introduction of recurrence estimates in NDSHA allows the generation of ground motion maps for specified return periods that permits a straightforward comparison between the NDSHA and the PSHA maps. Furthermore the map of the recurrence has been associated with standard map of ground motion.
La valutazione della pericolosità sismica può essere effettuata seguendo un approccio neo-deterministico (NDSHA) che permette di dare una descrizione realistica del moto del suolo dovuto a un terremoto di data distanza e magnitudo. L’approccio è basato su tecniche di modellazione che sono state sviluppate da una conoscenza dettagliata sia della sorgente che della propagazione delle onde sismiche. Questo permette di definire un set di terremoti di scenario e di simulare i segnali sintetici associati senza dover aspettare l’accadimento di un forte evento. La metodologia neo-deterministica può essere applicata a diverse scale geografiche cui corrispondono differenti livelli di dettaglio nella modellazione. A scala locale è possibile tenere conto delle caratteristiche specifiche della sorgente e del sito considerati, mentre a scala regionale vengono calcolati i sismogrammi ai nodi di una griglia regolare. Per simulare in modo realistico il moto del suolo in prossimità di una faglia è necessario usare un modello di sorgente estesa. Molti dettagli del processo di rottura sulla sorgente non possono essere predetti in modo deterministico e la loro variabilità può essere trattata solo da un punto di vista statistico. Di conseguenza i loro effetti vengono simulati attraverso una approccio Monte-Carlo. Per testare l’accuratezza del metodo è stato modellato il terremoto dell’Aquila del 6 aprile 2009. L’uso di un modello realistico di sorgente per la rappresentazione della sorgente estesa introduce un elemento stocastico nel metodo neo-deterministico. Si è quindi valutata la variabilità dei valori di picco dovuta alla modellazione della sorgente. Nella metodologia neo-deterministica scala regionale i sismogrammi vengono calcolati con una frequenza massima di 1 Hz. L’uso di un modello di sorgente piu` realistico rispetto a quello della sorgente puntiforme in grado di tener in conto dell’effettiva durata del processo di rottura ha consentito di estendere la frequenza massima di calcolo dei sismogrammi delle mappe di pericolosità nazionali a 10 Hz. Una prima stima dell’incertezza legata alla simulazione stocastica della sorgente sulle mappe a scala nazionale è stata ottenuta con l’uso di test parametrici condotti utilizzando l’infrastruttura informatica EU-India Grid. Il metodo neo-deterministico definisce la pericolosità come il massimo scuotimento al sito e non fornisce alcuna informazione sulla ricorrenza del moto del suolo atteso. La procedura è stata modificata per tener conto dell’informazione aggiuntiva della ricorrenza. In questo modo è stato possibile generare delle mappe di scuotimento per specifici periodi di ritorno che consentono un diretto confronto con le mappe probabilistiche. Inoltre alle mappe di massimo scuotimento sono state associate le rispettive mappe di ricorrenza del moto del suolo.
XXV Ciclo
1983

2008/2009
È stato affrontato il problema della definizione della pericolosità sismica utilizzando il metodo neo-deterministico (NDSHA), che si basa sul calcolo di sismogrammi sintetici realistici. Considerando modelli strutturali medi e un set di sorgenti distribuite internamente alle zone sismogenetiche, possono essere definite delle mappe di scuotimento al bedrock complementari alla mappa di pericolosità di tipo probabilistico (PSHA) sulla quale è basata la normativa antisismica italiana. L’analisi di stabilità effettuata ha dimostrato che l’informazione disponibile sui terremoti del passato può non essere rappresentativa per i futuri terremoti, anche se si hanno a disposizione cataloghi estesi nel tempo (∼ 1000 anni). Ciò non è sorprendente se si tiene presente la scala dei tempi dei processi geologici, ma tale consapevolezza è spesso ignorata in PSHA. NDSHA permette di superare questo limite mediante l’uso di indicatori indipendenti sul potenziale sismico di un’area (e.g. nodi sismogenetici e faglie attive) che consentono di colmare le lacune nella sismicità osservata. Il confronto tra le mappe di pericolosità PSHA e NDSHA sul territorio italiano ha evidenziato che NDSHA fornisce valori maggiori di PSHA nelle aree caratterizzate da forti terremoti osservati e in corrispondenza dei nodi sismogenetici. I valori massimi di NDSHA sono confrontabili con quelli di PSHA per lunghi periodi di ritorno (T≥2475 anni). D’altro canto, PSHA tende a sovrastimare, rispetto a NDSHA, la pericolosità sismica in aree a bassa sismicità. È quindi auspicabile una revisione della normativa che tenga conto di questi fatti. Gli scenari di scuotimento sono utili sia per la ricostruzione delle caratteristiche di sorgente dei terremoti del passato (es. terremoto del 1117) che per la previsione degli effetti degli eventi futuri. Quest’ultimo aspetto, importante per le azioni di prevenzione della Protezione Civile, è stato sviluppato nell’ambito del progetto ASI-SISMA mediante la generazione di scenari dipendenti dal tempo a diversa scala di dettaglio. L’applicazione della tecnica analitica di calcolo dei sismogrammi sintetici in mezzi anelatici tridimensionali, per la cui è stata messa a punto una subroutine per la gestione automatica dell’input, è stata applicata allo studio di eventi di profondità intermedia, avvenuti in Vrancea (Romania), considerando sia serie temporali registrate (accelerogrammi) che intensità osservate.
The problem of the definition of the neo-deterministic seismic hazard assessment (NDSHA), based on the computation of realistic synthetic seismograms, has been capably addressed. Considering average structural models and a set of sources distributed within the seismogenic zones, ground shaking maps at the bedrock, complementary to the probabilistic seismic hazard (PSHA) map on which the Italian seismic code is based, can be defined. The stability analysis performed showed that the available information from past events may not be well representative of future earthquakes, even if long earthquake catalogues (< 1000 years) are available. This is not surprising if we consider the geological times, but this awareness is often ignored in PSHA. NDSHA can easily overcome this limit since it allows to take into account, in a formally well defined way, not only the observed seismicity but also independent indicators of the seismogenic potential of a given area like the seismogenic nodes and active faulting data. The comparison between PSHA and NDSHA maps over the Italian territory evidenced that NDSHA provides values larger than those given by PSHA in areas where large earthquakes are observed and in areas identified as prone to large earthquakes (i.e. seismogenic nodes). The maximum values of NDSHA are consistent with those of PSHA for long return periods (T≥2475 years). Comparatively smaller values are obtained in low-seismicity areas. Therefore a revision of the code taking into account these facts is desirable. Ground shaking scenarios are useful in order to detect the main characteristics of the past earthquakes (e.g. the 1117 earthquake) and to predict the expected ground shaking associated with future earthquakes. The last aspect, which constitutes a useful tool for the rescue actions of the Civil Protection, has been developed in the framework of the ASI-SISMA Project by means of the generation of multi-scale time-dependent seismic hazard scenarios. The application of the analytical technique for the computation of synthetic seismograms in three-dimensional anelastic models, for which a subroutine for the automatic generation of the input has been developed, has been applied to the study of intermediate-depth Vrancea (Romania) earthquakes, considering both recorded time series (accelerograms) and observed macroseismic intensities.
XXII Ciclo
1982

2006/2007
A NW di Pechino, nella Cina Orientale, vi sono numerosi plateau basaltici Cenozoici, con dimensioni areali di miglialia di km. Uno tra questi è il plateau di Hannuoba (>1700 km2), costituito prevalentemente da basalti alcalini con inclusi abbondanti xenoliti peridotitici sia di derivazione mantellica (mantello superiore) che crostale. Nella presente tesi è stato affrontato lo studio cristallochimico, termobarometrico e geochimico per gli elementi in traccia di una suite di xenoliti campionati ad Hannuoba. Le stime della temperatura di chiusura intracristallina, basate sullo scambio cationico tra siti non equivalenti di uno stesso minerale, hanno dato valori medi di ~750 °C. Tali temperature suggeriscono che gli xenoliti si sono raffreddati abbastanza lentamente, in accordo con le modalità di messa in posto dei basalti ospiti (flood basalts). Le stime termobarometriche hanno individuato un campo di stabilità P-T nel mantello pari 15-20 kbar e 870-1050 °C, coerente con la localizzazione della Moho a 42 km per l'area in esame. La distribuzione degli elementi in traccia nei clinopirosseni ha confermato la natura in parte impoverita degli xenoliti, evidenziando inoltre per alcuni un arricchimento relazionabile ad un agente metasomatico di derivazione crostale.
XIX Ciclo
1978

2006/2007
Lo scopo di questa tesi di dottorato è la stima del moto forte del suolo nell’area delle Alpi Sud-Orientali. A tal fine sono state proposte delle relazioni empiriche che stimano i parametri del moto in funzione della magnitudo, della distanza dall’epicentro e della classificazione geologica del suolo; successivamente tali relazioni sono state usate per calibrare il software ShakeMaps con il fine di generare in tempo reale le mappe di scuotimento del terreno per la regione Friuli-Venezia Giulia. Le GMPEs (Ground Motion Predictive Equations) per PGA, PGV e SA sono state calcolate nell’area delle Alpi Sud-Orientali utilizzando registrazioni del moto forte del terreno. Sono state selezionate 900 forme d’onde accelerometriche filtrate tra 0.1 Hz e 30 Hz; la distanza epicentrale varia tra 1 km a 100 km, mentre la magnitudo locale, opportunamente calibrata confrontando diversi cataloghi, varia in un intervallo relativamente ampio (3.0 <= ML <= 6.3). Sono stati testati diversi modelli di attenuazione e il miglior risultato è stato individuato utilizzando specifici criteri di valutazione derivanti da considerazioni di carattere statistico (valore di R2, uso dell’ANOVA test, analisi dei residui). I coefficienti del modello finale sono stati determinati oltre che da ML, dalla distanza epicentrale e dagli effetti dovuti al sito, anche dalla saturazione della magnitudo, dalla correlazione tra magnitudo e distanza e dagli effetti di “near-source”. I coefficienti delle GMPEs sono stati calcolati per le componenti verticali ed orizzontali (rappresentata sia con la componente maggiore sia con la somma vettoriale delle due componenti); la tecnica dell’analisi dei gruppi ha permesso di ridurre l’incertezza finale sulle relazioni empiriche. Il confronto con i risultati ottenuti precedentemente evidenzia come le relazioni ottenute in questa tesi abbiano una maggiore attenuazione a basse magnitudo e a grandi distanze; risultati analoghi sono stati ottenuti per le relazioni ricavate dai dati registrati in tutta l’Italia Settentrionale. L’evoluzione recente delle reti sismiche rende oggi disponibile una grossa mole di dati acquisiti in tempo reale, per cui risulta fattibile stimare velocemente lo scuotimento del terreno tramite mappe; il software “ShakeMap” è stato adattato alle Alpi Sud-Orientali implementato allo scopo di ottenere una stabile interfaccia con il sistema di acquisizione dati “Antelope” che garantisca l’estrazione dei parametri del moto dalle forme d’onda e la creazione delle mappe di scuotimento entro 5 minuti dall’evento sismico. Questa procedura richiede una fitta e uniforme distribuzione spaziale degli strumenti di registrazione sul territorio e una classificazione geologica del suolo fatta usando le velocita’ medie, Vs30, dei primi 30m del mezzo immediatamente sotto gli strumenti. La classificazione geologica del suolo prevede la suddivisione in tre categorie (suolo rigido, suolo addensato e suolo soffice) mentre i coefficienti di amplificazione sono stati calcolati usando le relazioni proposte da Borcherdt (1994). Le relative mappe vanno calcolate usando le GMPEs e le relazioni empiriche che legano il moto del terreno all’intensità macrosismica, basate ambedue su dati registrati nella regione alpina. Le GMPEs discusse in precedenza sono state inserite nel software “ShakeMap” per la produzione delle mappe di scuotimento in tempo reale e quasi-reale nell’Italia Nord-Orientale. Per valutare l’effetto della densità di stazioni sulle mappe di scuotimento sono stati calcolati dei sismogrammi sintetici relativi al terremoto di Bovec 2004 variando il passo di griglia e la geometria dei ricevitori. I risultati ottenuti indicano come una distribuzione fitta e uniforme di strumenti sul territorio e una scelta accurata delle dimensioni della griglia dei ricevitori siano cruciali per calibrare le mappe di scuotimento in una ben determinata area geografica. Le mappe di scuotimento del suolo sono state generate per otto terremoti avvenuti nell’area considerata negli ultimi 30 anni; inoltre per gli eventi del Friuli 1976 e Bovec 1998 è stato utilizzato il modello di faglia finita con i parametri di sorgente stimati in precedenti studi. La validazione del modello è stata fatta calcolando il misfit tra le intensità macrosismiche osservate (catalogo DBMI04) e quelle “strumentali” che sono state ottenute dai sismogrammi sintetici tramite relazioni empiriche tra moto del suolo ed intensità. L’analisi è stata fatta per i terremoti del Cansiglio (1936), del Friuli (1976) e di Bovec (1998). I sismogrammi sintetici sono stati calcolati ad una frequenza massima di 10 Hz applicando il modello della riflettività; i parametri del moto sono stati estratti dai segnali sintetici calcolati nelle attuali stazioni di registrazione e successivamente sono state generate le mappe di scuotimento. L’intensità macrosismica “strumentale” è stata ricavata applicando diverse relazioni; il minor misfit è stato ottenuto usando le relazioni proposte da Kästli and Fäh (2006) per tutti e tre i terremoti considerati, il che sembra validare il nostro modello di Shake Maps.
The aim of this PhD thesis is to estimate ground motions in the South-Eastern Alps area. For this purpose we purposed empirical relationships that estimate the ground motion parameters as function of the magnitude, the epicentral distance and the soil geological characterization. Later on these relationships are used to calibrate the ShakeMaps software to generate ground motion shake maps in real time for the Friuli-Venezia Giulia region. The GMPEs (Ground Motion Predictive Equations) for PGA, PGV and SA are computed in the South-Eastern Alps area using strong motion observations. 900 accelerometric waveforms are selected and filtered between 0.1 Hz and 30 Hz; the epicentral distance varies from 1 km to 100 km, while the local magnitude, calibrated by comparison with various catalogues, varies in a relatively wide range (3.0 <= ML <= 6.3). Various attenuation models are tested and the best result is selected by the adoption of specific evaluation criteria derived from statistical considerations (R2 value, ANOVA test, residuals analysis). The coefficients of the final model are determined from ML, the epicentral distance, the site effects, the magnitude saturation, the correlation between the distance and the magnitude and the near-source effects. The coefficients of the GMPEs are computed from vertical and horizontal components (the latter represented both as the largest horizontal component and the vectorial addiction); the cluster analysis reduces the final uncertainties on the empirical relations. The comparison with the previous results evidences that the obtained relationships are characterized by a strong attenuation at low magnitudes and large distances. Similar results are obtained for the relationships derived from data recorded all over Northern Italy. The recent evolution of the seismic networks provides a large number of data, available in real time, so it is possible to quickly estimate shake maps. The “ShakeMap” software has been adapted to the South-Eastern Alps region and implemented to obtain a stable interface with the “Antelope” acquisition system in order to extract the ground motion parameters from the waveforms and the generation of the shake maps within 5 minutes from the earthquake occurrence. This procedure requires a dense and uniform spatial distribution of the recording instruments in the field and a geological classification of the soil derived from the average velocities of the S waves in the first 30m below the recording instruments (Vs30). In the geological classification the soil is divided into three classes (bedrock, stiff soil and soft soil), and the amplification coefficients are computed using the relationships proposed by Borcherdt (1994). The related maps are generated using the GMPEs and the empirical relations that predict the macroseismic intensity from the ground motion, both derived from data observed in the Alpine region. The GMPEs that are obtained in this thesis are inserted in the ShakeMap software to generate shake maps in real time or quasi real time in North-Eastern Italy. To evaluate the effects of the station coverage on the shake maps, synthetic seismograms are computed for the Bovec 2004 earthquake by varying the grid size and the network geometry. The results indicate that a dense and uniform spatial distribution in the field and a careful choice of the grid size are crucial to calibrate the shake maps in a given geographical area. The shake maps are generated for eight earthquakes occurred in the studied area in the last 30 years. Furthermore, the finite-fault model is utilized for the seismic events of the Friuli 1976 and Bovec 1998 selecting the source parameters proposed in previous studies. The model validation is done computing the misfit value between the observed macroseismic data (DBMI04 catalogue) and the “instrumental” intensities that are obtained from the synthetic seismograms using empirical relationships between the ground motion and intensity. This analysis has been done for the earthquakes of Cansiglio (1936), Friuli (1976) and Bovec (1998). The synthetic seismograms are calculated for an upper cutoff frequency of 10 Hz applying the reflectivity model. The ground motion parameters are extracted from synthetic signals computed at the presently operating seismic stations and the shake maps are generated. The macroseismic intensity is derived from various relationships; the lowest misfit is obtained using the relation proposed by Kästli and Fäh (2006) for all considered seismic events and this seem to validate our Shake Maps model.
XX Ciclo
1978

2009/2010
Questa tesi di dottorato è focalizzata sui meccanismi dei sistemi magmatici che possono causare super-eruzioni, e ha come oggetto una sezione fossile che comprende le zone Ivrea-Verbano e la zona Serie dei Laghi (Italia, Nord-Ovest). Questa ricerca presenta evidenze di una caldera di età Permiana che espone il sistema magmatico fino alla profondità di 25 km. La correlazione delle età delle rocce vulcaniche e plutoniche della crosta media ed inferiore, mette in luce come queste costituiscano l’esposizione di un sistema magmatico che ha alimentato una caldera, e evidenzia la relazione cause-effetto tra l’intrusione di fusi basaltici derivanti dal mantello e il vulcanesimo acido. L’eruzione associata al collasso della caldera è stata di VEI > a 8 (Newhall and Self, 1982) e caratterizzata da una unica unità eruttiva a composizione riolitica. Il collasso della caldera è avvenuto in un campo vulcanico maturo, probabilmente tagliando il bordo di una caldera precedente. Il maggior volume di lave eruttate è composto da dacite alte in silice, i termini meno evoluti sono andesi-basalti. Le caratteristiche della caldera e del campo vulcanico sono simili a caldere formatesi durante la transizione da un regime tettonico compressionale ad uno estensionale-transpressivo. Il lavoro documenta una struttura interna della caldera simile a quella descritta per la caldera Grizzly Peak Colorado, USA (Fridrich et al., 1991) dove le frane escono come cunei dal “caldera wall” con una geometria simile ad un “albero di natale rovesciato” insieme ad una zonazione tra zone ricche di litici a zone di ignimbrite con pochi litici. Dopo il collasso, il riempimento della caldera è stato intruso direttamente da granito senza alcune evidenze di “caldera floor”. La composizione delle rocce della caldera del Sesia è compatibile con una ibridazione tra fusi basaltici derivanti dal mantello e una o più componenti anatettiche. La comparazione dell’eruzione che ha causato il collasso della caldera con le rocce del plutone sottostante non mette in luce una parentela con la zona superiore (Upper Valle Mosso); si aprono quindi nuove problematiche che richiedono ulteriori studi isotopici. Abbiamo documentato due stadi di alterazione idrotermale nel riempimento della caldera del Sesia, uno a più alta temperatura ed uno seguente a più bassa temperatura. Si può osservare che la circolazione idrotermale ha causato impoverimento di silice e un inizio di metasomatismo della roccia. La disposizione areale delle vene di quarzo e delle zone di silicificazione indicano che la deposizione ha interessato i confini tra materiali a differente porosità, in particolare tra la porosa ignimbrite intracaldera e materiali meno porosi come le rocce del “caldera wall” (grandi frane intracaldera ed il granito che ha intruso la caldera). Non abbiamo osservato alcuni dei fenomeni associati alla circolazione idrotermale nel granito che intrude il riempimento della caldera, perciò riteniamo che il contatto sia stato un importante confine alla circolazione dei fluidi idrotermali che circolavano principalmente nel riempimento della caldera.
XXIII Ciclo
1976

2010/2011
Riassunto: La finalità di questo studio è la caratterizzazione della litosfera sottostante il bacino intracratonico del Paraná. I modelli gravimetrici adottati sono vincolati ai dati geofisici tra i quali quelli sismologici più recenti (Lloyd et al., 2010) e sono corroborati dai modelli petrografici (Bryan & Ernst, 2008). Si offre un approccio che include la comparazione isostatica a quella sismologica al fine di interpretare al meglio la struttura litosferica nell’area del bacino in analisi e di comprendere le variazioni geodinamiche legate alle province geologiche ivi presenti. Il bacino del Paraná (Sud America) è ubicato nella piattaforma stabile del Sud America, ed è circondato da cratoni tra i quali: il cratone amazzonico, il cratone di San Francisco e il Rio de La Plata. La sua genesi in epoca paleozoica è quella di vasto bacino sedimentario, sul quale però durante il Mesozoico (Cretaceo inferiore) si è sviluppata un’intensa attività vulcanica (Capitolo 3). Quest’attività effusiva lo classifica tra le maggiori LIP (Large Igneous Province) mondiali, provincie magmatiche con volume di materiale espulso superiore a 0.1 Mkm3 (Bryan & Ernst, 2008). L’analisi effettuata in questo lavoro è eseguita tramite lo studio del campo gravimetrico da modelli di nuova generazione derivanti dal satellite GOCE (Gravity field and steady state Ocean Circulation Explorer) e GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). I prodotti gravimetrici satellitari di GOCE possiedono una risoluzione senza precedenti (mezza lunghezza d’onda 80 km): ciò consente di validare i modelli gravimetrici precedenti (280 km, EGM08, Pavlis et al., 2008) che per offrire una maggior dettaglio nelle anomalie integravano ai dati satellitari di GRACE le campagne gravimetriche terrestri, non sempre complete e quindi globalmente precise e di adempire agli indispensabile fini di interpretazione geodinamica. La descrizione dei modelli e la validazione degli stessi sono offerte nel Capitolo 2. I campi potenziali studiati per le principali province geologiche sono illustrati nel Capitolo 5; mentre nel Capitolo 6 si applica la metodologia spettrale sulla seconda derivata verticale del potenziale per discernere le diverse litologie individuate nell’area di studio. L’anomalia di Bouguer calcolata tramite sviluppo in armoniche sferiche viene corretta sia in superficie e in profondità stimando l’effetto di gravità dei sedimenti conosciuti (Capitolo 4) e le conoscenze geofisiche note. Il bacino è composto da: i sedimenti pre-vulcanici paleozoici di spessore pari a circa 3500 m, la Formazione Serra Geral composta principalmente da basalti tholeiitici del cretaceo inferiore (~1500 m di spessore), ed infine i sedimenti post-vulcanici del cretaceo superiore appartenenti al Gruppo Bauru, solo 300 m di spessore (Capitolo 3). Sfruttando i modelli sismologici regionali è stato infine possibile valutare anche il contributo gravimetrico dello spessore crostale stimato con la sismologia. Con questi elementi viene calcolata la Bouguer residua, che è interpretata come anomalia isostatica e quindi correlata alle strutture geologiche locali e regionali. Questo comporta il riconoscimento di una struttura anomala sotto la parte settentrionale del bacino del Paraná comprendente anche parte del settore adiacente Blocco del Guaporé. L’inquadramento a scala maggiore però permette di evidenziare un’area molto più ampia di quanto riconosciuto in prima istanza. Tale anomalia è centrata infatti nel nucleo archeano del cratone amazzonico, di cui quindi il bacino del Paraná risulta solamente il suo braccio più meridionale. In assenza di attività tettonica-magmatica recente (ultima risale 50 Ma) ed in mancanza di grandi anomalie superficiali, tale anomalia positiva potrebbe essere inserita in un contesto regionale e più profondo, rappresentando delle dinamiche di mantello. Infine tramite inversione gravimetrica è stata quantificata numericamente l’anomalia nel bacino di studio utilizzando la geometria semplice di un tronco di cono. La quantità di materiale in presunto underplating che dovrebbe spiegare l’anomalia positiva è compatibile ai modelli petrografici conosciuti. Tali modelli sottolineano come la presenza di un magmatismo noto in superficie rappresenti solo una piccola parte di quello che dovrebbe trovarsi in intrusione: è stato calcolato infatti che il magmatismo superficiale potrebbe rappresentare solo la decima parte di quello associato in profondità.
Abstract: Goal of this study is the characterization of the lithosphere beneath the intracratonic area of Paraná basin. We formulate gravimetric models constrained by geophysical data and new seismological models (Lloyd et al., 2010) and also underpinned by petrographic models (Bryan & Ernst, 2008). Our approach includes isostatic Moho to seismological Moho comparison to better understand lithospheric structures in the area of basin, and geodynamic context of the local geological province. Paraná basin (South America) is located on the stable South American platform, and it is surrounded by some craton areas, as: the Amazon craton, the San Francisco craton and the Rio de La Plata Craton. During Paleozoic epoch the Paraná region was a wide sedimentary basin, while in the Mesozoic (Early Cretaceous) a significant volcanic activity developed on it. This effusive phase classifies the basin between the greatest LIP (Large Igneous Province) worldwide known, where the magmatism volume is greater than 0.1 Mkm3(Bryan & Ernst, 2008). We analyzed gravimetric field using new generation satellite models as GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) and GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). GOCE’s products gives unprecedented resolution (half wavelength: 80 km) helping to validate previous global gravity models as EGM08 (Pavlis et al., 2008). The 280 km satellite- only resolution was increased by integration of terrestrial gravity fields data, but this methodology added some problems during processing, where the terrestrial information is not complete or precise. On Chapter 2 some descriptions and validation among models are shown. We calculated potential field for the main geological provinces of Chapter 5; while in Chapter 6, using spectral methodology on the second vertical derivatives of potential field, we identify main lithologic units. The Bouguer anomaly calculated with the spherical harmonics expansion of the potential field is corrected by known stratigraphic units. The basin is made by pre-volcanic sediments of Paleozoic age, with over 3500 m of thickness, Serra Geral Formation, mainly tholeiitic basalts of Early Cretaceous (~1500 m), and post-volcanic sediment of Bauru Group, only 300 m of thickness. We evaluate the effect of crustal thickness variations on the gravity field by using the seismological crustal model. Removing these elements from the Bouguer anomaly, we obtain the residual Bouguer anomaly. Further we calculate the isostatic anomaly and we correlate it to the local and regional geological framework. This helps to recognize a positive residual anomaly on the northern part of the Paraná basin, including the nearby Guaporé Block. Setting a major scale we see the same phenomenon: it is in agreement with the archean nucleus of the Amazon craton, so we can claim that the anomaly on the Paraná is only the southern part of a greater positive area. The relative gravity positive anomaly in the Paraná basin is not very extended and lack of tectonic activity since50 Ma makes us consider that this anomaly is part of a deeper and greater anomaly, maybe due to mantle dynamic effects. We quantified the intracrustal density anomaly using gravity inversion and adopting a truncated cone geometry and volume in accord to petrographic models. It is known that an underplated magmatic body can be up to 10 time larger than the associated extrusive volume and this corroborates our models.
XXIV Ciclo
1979

2010/2011
In questo lavoro è stata messa a punto una metodologia basata sull’analisi topologica della densità elettronica secondo la teoria di Bader che ha permesso di indagare la stabilità di fasi mineralogiche in condizioni di alta pressione. In una prima fase è stata caratterizzata la decomposizione della ringwoodite (olivina-γ) in Mg-perovskite e periclasio ( post spinel phase transition) che si ritiene essere responsabile della discontinuità sismica che si osserva a 660 Km di profondità, tra la zona di transizione del mantello ed il mantello inferiore. Lo scopo del lavoro è stato quello di ottenere informazioni sulla disposizione degli elettroni nella struttura cristallina e sulla evoluzione al variare delle condizioni di pressione. L’analisi effettuata ha mostrato l’instaurarsi di una forte instabiltà strutturale (caratterizzata da una “conflict catastrophe”) nella ringwoodite a circa 30 GPa. Tale risultato conferma il coinvolgimento della transizione di fase “post-spinel”nella discontinuità sismica a 660 Km. In una seconda fase la procedura è stata applicata alla fase Mg-perovskite allo scopo di testarne la validità. Lo studio dell’evoluzione della topologia della densità elettronica nel range di pressione da 0 a 200 GPa ha permesso di individuare una regione di stabilità della fase perovskitica (da circa 22 a circa 124 GPa) delimitata tra due “fold catastrophes”. Le due “fold catastrophes” si hanno entrambe in prossimità di discontinuità sismiche: la prima, attribuita alla transizione di fase da ringwoodite a Mg-perovskite + periclasio corrisponde alla discontinuità sismica a 660 Km e la seconda, attribuita alla transizione da Mg-perovskite a post-perovskite a circa 130 GPa, osservata a circa 2600 Km di profondità, tra il mantello profondo e il D′′-layer, poco prima della discontinuità di Gutemberg a 2900 Km.
XXIV Ciclo
1975

2005/2006
The aim of this Phd thesis is to get an insight on recent active seismic events occurring in the area of the Alps-Dinarides junction. This area is tectonically active in the greater scenario of the collision between the Eurasian plate and the African one, particularly the Adria microplate. In this study we have adapted the reflectivity method package developed for applied geophysics purpose to obtain synthetic seismograms related to earthquake signals, in particular for what it concerns the extended source modelling, and we have applied it to study the Friuli area events. In particular, to validate the method, we have performed both the direct modelling of the 2002 Carnia event, obtaining for it a 2km x 2km fault area, and calculated a scenario for the Friuli 1976 event, which turns to be compatible in its pattern with the observed macroseismic intensity felt. In the second part we have performed a JHD relocation for the 2004 Bovec sequence, comparing the aftershock relocations with those related to the 1998 sequence. We have observed that the 1998 rupture continued towards NW during the 2004 event. This is in agreement with the post event Coulomb's stress distribution, obtained by modelling the 1998 Bovec event. From the Coulomb stress modelling we recognize also a general increase of stress to the West and to the East of Bovec epicentral area. At last we have performed a waveform source parameter inversion for four events in the Friuli area and eleven events in the Western Slovenia area (magnitude mainly M>3.5), finding fault plane solutions in agreement with both the North-South directed stress field and the geometry of faults in each of the areas.