Seismotectonic characterization of the South-Western Balkans seismogenic sources and 3D modelling of the uppermost part of the Hellenic Subduction Zone

La tesi descrive i risultati ottenuti nella caratterizzazione sismotettonica dei Balcani sud-occidentali, basata sull’accurato studio e parametrizzazione delle sorgenti sismogeniche identificate in quest'area. La maggior parte di esse interessano i settori esterni della catena orogenica Dinaro-Albano-Ellenica, originatasi a seguito della collisione continentale tra Adria ed Eurasia. Numerose strutture tettoniche appartenenti alla Grecia settentrionale e alle Albanidi-Ellenidi interne sono state invece trattate in precedenti lavori (e.g. Pavlides et al., 2010; Caputo et al., 2012; Sboras, 2012). La letteratura riguardante le sorgenti balcaniche è molto varia ma sparsa in numerosi lavori; pertanto, questa tesi si propone di uniformare tutte le informazioni utili esistenti, adottando un approccio sistematico, al fine di caratterizzare al meglio il contesto sismotettonico dell’area e fornire spunti utili per futuri studi sismotettonici e sulla pericolosità. Per il riconoscimento e la parametrizzazione delle sorgenti è stato adottato l'approccio ormai consolidato del DISS (Database of Individual Seismogenic Sources) e del GreDaSS (Greek Database of Seismogenic Sources), così come la distinzione tra Sorgenti Composite ed Individuali. Ciò faciliterà l’inserimento dei risultati ottenuti nella prossima versione del GreDaSS (3.0), rendendoli così accessibili anche agli utenti esterni. In primo luogo, sono stati raccolti tutti i dati utili per l'assegnazione dei principali parametri delle sorgenti. Tra questi, la massima profondità sismogenica riveste un ruolo centrale, in quanto vincola il volume di roccia entro cui può avvenire la nucleazione dei terremoti. Data la mancanza di sismicità rilocalizzata nei Balcani, specialmente in Montenegro e Albania, la massima profondità delle sorgenti è stata vincolata adottando un approccio reologico indipendente. La transizione fragile-duttile (BDT) è infatti considerata un buon vincolo anche per il passaggio tra comportamento sismico e asismico. Il recente lavoro di Maggini et al. (2023) sul modello 3D termo-reologico della Regione Egea, ha permesso di dedurre lo spessore sismogenico di buona parte dell’area di studio adottando come vincolo la profondità della BDT modellata. Diverse sorgenti sismogeniche sono state mappate e parametrizzate anche lungo la “Cephalonia Transform Fault Zone” (CTFZ) e nel settore interessato dalla subduzione oceanica Ellenica; in quest’ultimo le sorgenti sono state principalmente individuate nel cuneo d’accrezione e nella placca Egea (Peloponneso occidentale). La caratterizzazione di sorgenti appartenenti ad entrambi i domini (collisione continentale e subduzione oceanica) ha permesso una comparazione dei dati ottenuti. Seguendo la metodologia proposta da Maggini et al. (2023), si è cercato di modellare la porzione sismogenica (i.e. Wadati-Benioff) dello slab Ellenico adottando un approccio reologico. Più nel dettaglio, ricostruendo il comportamento reologico sia della porzione inferiore della placca di tetto che della porzione superiore della placca di letto, è stata modellata la profondità massima dei volumi di roccia a comportamento fragile e quindi potenzialmente sismogenici, in corrispondenza dell'interfaccia di subduzione. Con un approccio basato sul dato sismologico, invece, si è cercato di rifinire geometria della porzione superficiale (fino ad una profondità di circa. 50 km) del suddetto slab. Infine, sono state analizzate possibili applicazioni quali simulazioni di scenario per tsunami e valutazioni probabilistiche della pericolosità sismica e da tsunami che, tra gli input iniziali, necessitano di un database di sorgenti sismogeniche accuratamente parametrizzate.

The thesis describes the results of the seismotectonic characterisation of the southwestern Balkans, achieved through a precise and detailed study and parameterisation of the seismogenic sources identified in this area. Most of them affect the Outer Dinarides-Albanides-Hellenides fold-and-thrust belt, which develops along the continental collision domain between the Adria and the Eurasian plates. Most structures affecting the Northern Aegean Region and the Inner Albanides-Hellenides have already been characterised in previous works (e.g. Pavlides et al., 2010; Caputo et al., 2012; Sboras, 2012). The literature on Balkan sources is scattered in numerous works by different authors; therefore, the aim of this work is to unify all the available information, using a systematic approach, and to improve the seismotectonic knowledge of this area in order to provide accurate data for future seismotectonic and hazard assessment studies. The recognition and parametrization procedures followed the same consolidated approach of the DISS (Database of Individual Seismogenic Sources) and GreDaSS (Greek Database of Seismogenic Sources), including the distinction between Composite Seismogenic Sources (CSS) and Individual Seismogenic Sources (ISS). In this way, the results of this thesis will be easily included in the next version of GreDaSS (3.0) to be accessible to external users. As a first step, all available data useful for assigning the main geometric (location, length, width, strike, dip, minimum and maximum depth), kinematic (rake) and seismological (slip per event, magnitude, recurrence interval) parameters to the seismogenic sources have been collected. Among these, the maximum seismogenic depth plays a central role; indeed, it is fundamental in determining the volume of rock in which earthquakes could nucleate in active regions. Due to the lack of relocated seismicity for the Balkan region, especially for Montenegro and Albania, an independent approach based on rheology has been adopted to constrain the maximum depth parameter. Indeed, the Brittle Ductile Transition (BDT) is also a good proxy for determining the seismic-aseismic boundary (see references in the text). Accordingly, I considered the proposed 3D thermo-rheological model (Maggini et al., 2023) for the broader Aegean Region, including the Balkans, to infer the thickness of the seismogenic layer of the study area, using the BDT depth as a constraint. Several seismogenic sources (CSSs and ISSs) have also been mapped and parametrised along the Cephalonia Transform Fault Zone (CTFZ) and in the southern sectors affected by the Hellenic Subduction Zone (HSZ); in the latter, sources have been identified mainly offshore, in the accretionary wedge and in the Aegean upper plate (western Peloponnese). Having parameterised sources in both regimes (i.e. continental collision and oceanic subduction) allowed comparisons between the obtained data. Following the proposed approach by Maggini et al. (2023), the seismogenic portion of the Hellenic slab (i.e. the Wadati-Benioff zone) has been tentatively modelled on rheological basis. More specifically, I reconstructed the rheological behaviour of the lowermost portion of the upper plate and the uppermost portion of the lower one, in order to identify the maximum depth of the brittle and potentially seismogenic sectors, in correspondence of the modelled subduction interface (Maggini et al., 2023). Adopting a seismological approach, the uppermost (~50 km) down-dip geometry of the proposed HSZ (Maggini et al., 2023) has been tentatively refined. In addition, possible applications such as tsunami simulation scenarios, probabilistic tsunami and seismic hazard assessment, which require as a primary input an accurate and fully parameterised repository of seismogenic sources, have been further analysed.