Il ruolo della cementazione sulla stabilità delle faglie - Giuseppe Volpe

Seminario di Giuseppe Volpe Il ruolo della cementazione sulla stabilità delle faglie Il fault healing è un processo fondamentale del ciclo sismico, che consente alle faglie di ribloccarsi e riacquistare resistenza durante il periodo intersismico. Numerosi studi hanno dimostrato che il tasso di guarigione delle faglie (fault healing rate) svolge un ruolo chiave nel controllare sia la magnitudo dei terremoti sia il tempo di ricorrenza, sia negli esperimenti di laboratorio sia nei sistemi di faglia naturali. Alle scale temporali di laboratorio (1–105 s), i processi di fault healing sono prevalentemente di natura frizionale ed è il risultato della crescita dipendente dal tempo dell’area di contatto dovuta alla deformazione plastica delle asperità di contatto. Al contrario, i cicli sismici in natura avvengono su scale temporali molto più lunghe, permettendo a meccanismi aggiuntivi, spesso controllati da processi chimicamente assistiti, di diventare predominanti. Le osservazioni sul campo mostrano che rocce di faglia cementate chimicamente, come le cataclasiti, sono comunemente presenti nei core di numerose faglie esumate. Nonostante la loro ampia diffusione, l’interazione tra i processi di guarigione controllati chimicamente e la stabilità delle faglie rimane ancora poco vincolata dagli studi di laboratorio, principalmente a causa delle limitate scale temporali sperimentali. In questo lavoro presentiamo i risultati di esperimenti di attrito in laboratorio specificamente progettati per superare tali limitazioni. Abbiamo utilizzato gouge analoghi di faglia costituiti da materiali altamente reattivi, tra cui cemento idraulico, anidrite e calce, testati sia in condizioni nominalmente secche sia in condizioni sature di fluido. Questo approccio consente di investigare gli effetti combinati e competitivi della guarigione frizionale e di quella controllata da processi chimici sul comportamento di scorrimento delle faglie. Le analisi microstrutturali e geochimiche rivelano la formazione di nuove fasi minerali precipitate in condizioni sature di fluido, in accordo con le reazioni attese per i materiali utilizzati. Rispetto al solo healing frizionale, la guarigione controllata chimicamente produce un incremento della resistenza della faglia maggiore e non log-lineare, nonché un aumento nel tempo della resistenza coesiva della faglia. Inoltre, le faglie soggette a healing chimicamente controllata mostrano uno scorrimento instabile, caratterizzato da ricorrenti cicli di stick–slip, rappresentativi di terremoti di laboratorio. Questi risultati indicano che i processi di guarigione controllati chimicamente svolgono un ruolo fondamentale nel recupero di resistenza delle faglie durante il periodo intersismico e possono influenzare in modo critico la stabilità delle faglie su scale temporali geologiche. I nostri risultati suggeriscono inoltre che tali processi di guarigione chimicamente controllata possano favorire lo sviluppo di condizioni favorevoli allo scorrimento instabile anche a basse profondità, con importanti implicazioni per la sismicità naturale e indotta.