Physical-transport properties variations within carbonate-bearing fault zones: insights from the Monte Maggio Fault (Central Italy)

Fabio Trippetta (*), Silvio Mollo (**), Brett Carpenter (**) & Cristiano Collettini (**,***)
(*) Dipartimento di Scienze della Terra, Sapienza Università di Roma. (**) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Roma. (***)Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Perugia.

Variazioni delle proprietà fisiche e di trasporto all'interno delle zone di faglia in rocce carbonatiche: l'esempio della faglia di Monte Maggio (Italia Centrale). Le proprietà fisiche delle rocce di faglia variano nello spazio e nel tempo, in particolare la permeabilità è una delle caratteristiche che maggiormente risente delle variazioni indotte dai processi di deformazione. Dati di letteratura mostrano che la permeabilità di alcune zone di faglia dell'Appennino Settentrionale varia tra 10-16 m2 - 10-20 m2, e queste variazioni sono funzione delle proprietà fisiche delle rocce incassanti, dello stato di stress e del livello di fratturazione. In questo studio verranno indagate le proprietà fisiche della faglia diretta di Monte Maggio in Appennino Settentrionale (circa 10 km di lunghezza per 500 metri di rigetto), su campioni raccolti in un ampio affioramento del piano di faglia in Calcare Massiccio (CM). Sono stati eseguiti dei fori perpendicolarmente al piano di faglia e si sono ottenute delle carote di 100 mm di diametro e fino a 200 mm di lunghezza. perpendicolarmente rispetto al piano di faglia. Queste carote sono state utilizzate: 1. per ottenere informazioni sull'evoluzione della zona di danneggiamento e 2. per ottenere campioni di 38 mm di diametro sia perpendicolari che paralleli al piano di faglia sui quali effettuare prove di laboratorio. La zona di danneggiamento della faglia di Monte Maggio presenta 2 zone principali: una caratterizzata da una cataclasite cementata (CC) adiacente al piano di faglia, che evolve in una cataclasite porosa (PC) allontanandosi dal piano di faglia. Le misure di laboratorio a pressioni di confinamento crescenti fino a 100 MPa, effettuate presso il laboratorio HP-HT di Geofisica e Vulcanologia Sperimentali dell'INGV sezione di Roma1, indicano come i campioni di CC presentino velocità delle onde P e permeabilità rispettivamente di circa 5.9 km/s e 10-19 m2 indipendentemente dalla pressione di confinamento applicata. I campioni di PC mostrano invece un aumento della velocità delle onde P da 4.9 a 5.9 km/s e una diminuzione della permeabilità da 10-17 a 10-18 m2 all'aumentare della pressione di confinamento. La velocità delle onde S segue lo stesso andamento delle onde P, si ottiene così un rapporto Vp/Vs indipendente dalla pressione applicata. Per verificare l'applicabilità delle misure di laboratorio alla scala crostale, le misure di velocità delle onde P da laboratorio sono state confrontate con i dati di velocità registrati in 4 pozzi perforati in Appennino settentrionale che hanno incontrato la formazione del CM: Pieve Santo Stefano 1, Tavullia 1, Villa Degna 1 e Daniel 1. Le velocità di pozzo mostrano velocità significative comprese tra 5,7 – 6,9 km/s con variazioni che non sono funzione dell'aumento della profondità. La velocità maggiormente registrata in pozzo è di circa 6.3 km/s ovvero il 5% più alta rispetto alla massima velocità registrata in laboratorio (6.1 km/s). Analisi di immagine sulle carote di 100 mm di diametro aiuteranno a quantificare e a meglio caratterizzare lo stato e l'evoluzione della fatturazione e quindi il suo rapporto con le variazioni delle proprietà fisiche nella zona di faglia.

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