IL SISTEMA DI MONITORAGGIO SISMICO DELL' OSSERVATORIO VESUVIANO - INGV

1. EARTHWORM Fonti dati ( Earthworm, Winpick ) Sistema gestione eventi INTERNET WEB SERVER Sistema di gestione dei documenti Interfaccia End User ( applicazioni lato server ) INTERNET CLIENT Interfaccia End User ( applicazioni lato client ) Stazioni Digitali Punto centralizzazione Acquisizione File Centro di sorveglianza Utility IASPEI File Utility SISMI Analisi Visualizzazione Controllo Archivio Web server Stampa segnali Stampante Earthworm IASPEI SISMI EARTHWORM Dati WinPick • IL SISTEMA DI MONITORAGGIO SISMICO • DELL' OSSERVATORIO VESUVIANO - INGV • G. Alessio, G. Borriello, C. Buonocunto, M. Capello, A. Caputo, M. Castellano, P. Cusano, • W. De Cesare, F. Giudicepietro, M. Martini, S. Petrosino, P. Ricciolino, G. Talarico e V. Torello. • INGV - Osservatorio Vesuviano, Centro di Monitoraggio, Napoli Obiettivo principale del monitoraggio dei vulcani attivi è individuare e misurare fenomeni che possono essere indotti dal movimento del magma in profondità. Dal punto di vista sismologico questi fenomeni possono essere sciami sismici, eventi a bassa frequenza, microtremore vulcanico ed eventi very long period (VLP). Attraverso la misura, l'analisi e la corretta interpretazione di questi fenomeni è possibile capire in anticipo se un vulcano sta evolvendo verso una ripresa dell'attività eruttiva. L'Osservatorio Vesuviano - INGV ha tra i suoi compiti istituzionali il monitoraggio del Vesuvio, dei Campi Flegrei e di Ischia che sono, come è noto, vulcani a alto rischio a causa del loro stile eruttivo prevalentemente esplosivo e della presenza nelle loro prossimità di vaste aree urbanizzate. Per effettuare il monitoraggio sismologico di dette aree l'Osservatorio Vesuviano ha sviluppato e mantiene una rete che trasmette i dati in continuo al centro di sorveglianza. La configurazione attuale della rete comprende 28 stazioni analogiche a corto periodo (1Hz) e 4 stazioni digitali a larga banda. LE AREE Il Vesuvio è un vulcano attivo la cui ultima eruzione è avvenuta nel 1944. Attualmente è caratterizzato dalla presenza di un sistema idrotermale che alimenta un campo di fumarole all'interno del cratere ed è sede di unamodesta sismicità rappresentata da alcune centinaia di piccoli terremoti per anno. Gli eventi sismici risultano localizzati nell'area craterica, con profondità ipocentrali comprese nei primi 6 km, ed hanno valori di magnitudo che raramente risultano maggiori di 3.0 (MD max = 3.6). Le caratteristiche spettrali degli eventi sismici, i meccanismi focali e la formad'onda sono tali da far attribuire il meccanismo sorgente a fenomeni di fratturazione delle rocce. I primi sistemi per il monitoraggio strumentale della sismicità del Vesuvio risalgono alla seconda metà dell'800, quando con l'istituzione dell'Osservatorio Vesuviano, questo vulcano diventò un laboratorio naturale per la sperimentazione di strumentazione sismometrica. Lo sviluppo di un moderno sistema dimonitoraggio è iniziato negli anni settanta, con l'installazione delle prime stazioni della rete sismica, ed ha avuto una rapida progressione fino a raggiungere la configurazione attuale. I Campi Flegrei sono una depressione vulcanica all’interno della quale si trovano diversi coni formatisi a seguito delle numerose eruzioni verificatesi nell'area da oltre 10.000 anni. L'ultima eruzione è avvenuta nel 1538 ed ha portato alla formazione dell'edificio di Monte Nuovo. Negli ultimi decenni la sismicità si è manifestata, generalmente, in occorrenza di fasi di deformazione del suolo con moto ascendente. Le manifestazioni più recenti di questa dinamica sono rappresentate dalle due crisi di bradisismo del '70-'72 e del '82-'84, durante le quali si è verificato un sollevamento complessivo di circa 3 m. In occasione di questi fenomeni si è avuta una intensa attività sismica. In particolare l'ultima crisi è stata accompagnata da oltre 10.000 terremoti, spesso in sciami. Dopo il 1984 si è avuto un breve periodo di attività sismica nel 1989, in coincidenza con una fase di sollevamento del suolo di modesta entità. Una nuova ripresa della sismicità ai Campi Flegrei si è verificata nei mesi di luglio ed agosto del 2000. Anche in questo caso i primi eventi si sono verificati quando nell'area era in atto un lieve sollevamento (3.5 cm alla fine di luglio), rilevato già dal marzo dello stesso anno. Attualmente il livello di sismicità dei Campi Flegrei è basso. Ischia è un complesso vulcanico che ha avuto diversi periodi di attività ed ha dato luogo anche a grandi eruzioni esplosive, come quella del Tufo Verde verificatasi circa 55.000 anni fa. L'ultima eruzione è avvenuta nel 1302 con la formazione della colata dell'Arso. Attualmente sull'isola sono installate 3 stazioni sismiche (2 a componente verticale ubicate a Forio ed a Castello d'Ischia e 1 a tre componenti ubicata a Casamicciola) che trasmettono in continuo i segnali sismici al Centro di Sorveglianza. Ogni anno le stazioni sismiche rilevano pochi eventi di bassa energia; in particolare, nel corso del 2001 sono stati registrati 5 terremoti, uno solo dei quali avvertito dalla popolazione il giorno 27 Luglio. In passato sull'isola si sono verificati forti terremoti che hanno provocato ingenti danni. In particolare, gli eventi sismici del 1881 e 1883 ebbero effetti disastrosi. Il terremoto del 4 Marzo 1881 provocò gravi danni a Casamicciola e a Lacco Ameno e fu avvertito anche in altre località. Il terremoto del 28 Luglio 1883 fu l'evento più catastrofico avvenuto sull'isola negli ultimi secoli. Il sisma distrusse gran parte della cittadina di Casamicciola e fu distintamente avvertito in tutta l'isola con particolare intensità a Lacco Ameno e Forio. Questo terremoto, avvertito anche a Napoli, fu seguito da numerose repliche. SISTEMI DI ACQUISIZIONE E PROCESSAMENTO AUTOMATICO DEI DATI Rete Sismica Analogica Stazioni digitali Centralizzazione segnali (acquisizione dati, invio verso centri di raccolta) Le stazioni della Rete Sismica dell'Osservatorio Vesuviano (RSOV) trasmettono i segnali via radio o con linee telefoniche dedicate al Centro di Monitoraggio dove questi sono processati dal sistema di acquisizione ed analisi denominato SISMI e, successivamente, controllati ed archiviati dagli analisti del laboratorio sismico. Allo stato attuale l'impegno delle istituzioni e dei gruppi di lavoro coinvolti nell'implementazione e gestione dei sistemi di monitoraggio sismologico è fortemente orientato allo sviluppo di sistemi automatici per il processamento dei dati. I primi sistemi di questo tipo, che consentivano l'acquisizione in continuo dei segnali sismici di reti analogiche in trasmissione ed effettuavano la detezione automatica degli eventi, sono stati realizzati nei primi anni '70 (sistema IASPEI), e si sono rapidamente diffusi andando a istituire di fatto degli standard per i formati dei dati sismologici. Questi sistemi sono tuttora in uso in molti osservatori vulcanologici e sismologi del mondo. Tuttavia i sistemi di nuova generazione sono progettati per realizzare prestazioni più avanzate, soprattutto riguardo gli aspetti dell'analisi in tempo reale, della trasmissione dati e del controllo remoto dei processi. Tra questi citiamo Earthworm, un sistema open source sviluppato presso l'United States Geological Survey (USGS), e SISMI, sviluppato presso l'Osservatorio Vesuviano, che sono utilizzati congiuntamente presso il Centro di Monitoraggio. La figura a destra mostra schematicamente l'interazione tra i vari sistemi di acquisizione ed analisi installati presso il Centro di Monitoraggio dell'Osservatorio Vesuviano. In blu sono riportati i sistemi progettati e sviluppati dal personale addetto all'acquisizione dati del Centro. In verde è riportato il sistema IASPEI, sviluppato presso l'USGS, più tradizionale rispetto ad Earthworm ed a SISMI, ed in viola è rappresentato Earthworm. I vantaggi offerti da questi sistemi sono molteplici. Essi consentono di inviare via rete i segnali provenienti dalle stazioni sismiche verso più centri di raccolta dati, permettono di eliminare una serie di operazioni manuali, spesso ripetitive, che possono comportare ritardi nella comunicazione dei fenomeni rilevati agli enti competenti e favoriscono la rapida implementazione di nuovi moduli per l'analisi in tempo reale dei dati. Quest'ultimo aspetto ha portato come conseguenza un più stretto legame tra l'attività di sorveglianza e l'attività di ricerca in campo sismologico poiché attualmente la gran parte delle tecniche di analisi sviluppate nell'ambito della ricerca di base, che abbiano una qualche valenza per il monitoraggio, possono essere implementate in maniera automatica ed applicate in tempo reale grazie alle caratteristiche dei moderni sistemi di processamento dei dati. Ciò qualifica e rende più efficace l'attività di monitoraggio consentendo di interpretare meglio i fenomeni che si rilevano. Acquisizione Dati SISMI SISMI IASPEI INTERNET INTERNET Centro di sorveglianza ( visualizzazione, analisi, controllo, stampa, archivio) Dati eventi sismici INTERNET Earthworm Earthworm Winpick Winpick Localizzazione eventi Localizzazione eventi sismici Off sismici, interfaccia con line , interfaccia con WBSM WBSM WBSM WSMS Sistema di gestione degli eventi Sistema di gestione dei documenti Interfaccia end user SISTEMI IN USO PRESSO IL CENTRO DI MONITORAGGIO OV-INGV Sistema Sismometrico Modulare Integrato (SISMI) Earthworm Sistema IASPEI e integrazione dei dati digitali Web Based Seismological Monitoring Sistema per analisi manuale:Programma WinPick Rete Sismica Rete Sismica Dati Punto di centralizzazione SISMI Acquisizione Dati Segnali sismici Centro di sorveglianza Archivio Ricezione Dati Earthworm (localizzazioni automatiche , interfaccia verso WBSM, integrazione dati con le altre sezioni) Altre sezioni Archivio Analisi Visualizzazione Moduli Sismi Moduli WBSM Controllo Altre sezioni Web server Stampa WBSM segnali Stampante Sismi Earthworm • SISMI (Osservatorio Vesuviano INGV) • Acquisizione dei segnali delle stazioni analogiche • Trasmissione dei dati da un punto di centralizzazione al centro di sorveglianza via rete • Archiviazione dei dati su disco • Visualizzazione in continuo dei segnali su monitor • Inserimento nel sito web dei segnali sismici in tempo reale • Stampa giornaliera dei dati di un certo numero di canali • Analisi in continuo delle proprietà spettrali e di polarizzazione del rumore sismico • Detezione degli eventi • Interfaccia con Earthworm per l'immissione o la richiesta dei dati in tempo reale • Interfaccia con il sistema IASPEI • Controllo dell'integrità del sistema. • Earthworm (U.S. Geological Survey) • Picking automatico delle fasi • Localizzazione automatica degli eventi • Accesso ai dati in tempo reale da remoto • Archiviazione temporanea dei dati su disco • Interfaccia con WBSM • Scambio dati con le altre sezioni dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia • Winpick (Osservatorio Vesuviano INGV) • Picking manuale delle fasi • Localizzazione degli eventi con procedura off line • Archiviazione su disco rigido • Interfaccia con i sistemi Web • Sistema IASPEI (U.S. Geological Survey) • Acquisizione dati stazioni digitali • Web Based Seismological Monitoring WBSM (Osservatorio Vesuviano INGV) • Pubblicazione delle informazioni relative alle localizzazioni automatiche e di quelle effettuare dagli operatori • Costituzione automatica di una base dati con forme d'onda e dati parametrici • Interfaccia Web per le localizzazioni automatiche • Accesso ai dati da remoto • Analisi delle forme d'onda da remoto • Interfaccia Web per i sistemi di analisi off line • Localizzazione degli eventi con procedura off line • Archiviazione su disco rigido • Interfaccia con i sistemi Web • BIBLIOGRAFIA • Castellano M., Buonocunto C., Capello M. and La Rocca M.; 2002: Seismic surveillance of active volcanoes: the Osservatorio Vesuviano Seismic Network (OVSN – Southern Italy). Seism. Res. Lett., 73, 2, 177-184. • Giudicepietro F., De Cesare W., Martini M., Meglio V.; 2000: Il sistema sismometrico modulare integrato (SISMI). Osservatorio Vesuviano Open-File Report N.6. • Johnson, C.E., Bittenbinder A., Bogaert B., Dietz L., Kohler W.;1995: Earthworm: A Flexible Approach to Seismic Network Processing. IRIS Newsletter, V14 N2, p1-4. • Iannaccone G., Alessio G., Borriello G., Cusano P., Petrosino S., Ricciolino P., Talarico G., Torello V.; 2001: Characteristics of the seismicity of Vesuvius and Campi Flegrei occurred during the year 2000. Annali di Geofisica, Vol. 44 n. 5/6, 1075-1091.