Studio di una faglia sismogenetica in rocce carbonatiche attraverso indagini di terreno ed analisi sperimentali sulla Faglia di Monte Marine (Appennino Centrale, Italia)

Questa tesi è una collezione di lavori legati dal comune obiettivo di investigare la formazione e l’evoluzione di zone di faglia sismogenetiche in rocce carbonatiche attraverso lo studio della faglia di Monte Marine (MMF) e di campioni di rocce di faglia provenienti dalla faglia di Fiamignano, in Appennino Centrale. Questa tesi consta di tre capitoli principali e si apre con uno studio metodologico volto alla revisione delle più comuni tecniche analitiche utilizzate per la caratterizzazione delle rocce di faglia in carbonati. In questo studio, pubblicato sulla rivista Journal of Structural Geology, si analizza il modo in cui le procedure analitiche influenzano il calcolo della dimensione frattale in rocce di faglia in carbonati, prendendo in esame dei campioni raccolti lungo il piano di faglia di Fiamignano. Alla fine del capitolo vengono fornite delle line guida generali per la caratterizzazione delle rocce di faglia in carbonati. Il secondo capitolo di questa tesi si focalizza sull’analisi dell’architettura strutturale e delle proprietà petrofisiche delle rocce di faglia affioranti nel blocco di letto della Faglia di Monte Marine (MMF), in provincia de L’Aquila, attraverso analisi di terreno e di laboratorio. Lo scopo di questo studio è capire la formazione e l’evoluzione della zona di faglia attraverso l’interpretazione delle eterogeneità strutturali e delle proprietà microstrutturali delle rocce di faglia, mediante mappatura sul terreno e caratterizzazione in laboratorio delle proprietà granulometriche e morfometriche di cataclasiti e brecce. Il risultato finale di questo studio consiste in un modello evolutivo che spiega la formazione di ingenti volumi di rocce brecciate in un’alternanza di fasi di fault creeping e di rottura cosismica durante il ciclo sismico. Il terzo ed ultimo capitolo di questa tesi riporta i risultati degli esperimenti frizionali condotti con l’apparato SHIVA (Slow to High Velocity Apparatus, INGV, Roma) su un gouge naturale raccolto lungo la MMF. Gli esperimenti sono stati condotti a diverso slip rate (1 m/s e 0.001 m/s) e sforzo normale efficace (1 MPa e 5 MPa) in condizioni dry (usando Argon come fluido di poro) e wet (usando acqua come fluido di poro). Lo scopo di questo lavoro è stato quello di capire il ruolo dei fluidi durante la rottura cosismica e applicare queste conoscenze al caso studio della MMF. I risultati di questo lavoro mostrano che i meccanismi di indebolimento dinamico ad es. per formazione di nanoparticelle e pressurizzazione termica del fluido) avvengono a velocità cosismiche e specialmente in presenza di acqua. La comparazione tra microstrutture prodotte sperimentalmente e microstrutture osservate sul terreno mostra come la rottura cosismica lungo la Faglia di Monte Marine sia avvenuta prevalentemente in condizioni dry.