Data analysis of active geological processes by development of geomatic models - Analisi e sviluppo di modelli geomatici per l’acquisizione di dati provenienti da differenti sistemi geologici attivi.

This research describes the shallow expressions (deformation) of active geological processes linked to certain space-time relationships, located in central Sicily, through geodetic, geophysical and geological analyses. The surface expressions of active geological processes have been discriminated into two typologies, those linked to long-term deformation processes of tectonic origin (regional scale) and the transient ones (local scale) tied to deformation processes following the main tectonic dynamics. This research also provides guidelines for monitoring and surveying phenomena consequent to active tectonic processes, formulated according to geological, kinematic and seismological models. These guidelines have been synthesised considering the distinctive characteristics of the individual methodologies and instruments used during this project. The first part of the thesis introduces the concepts of active geological processes, their monitoring and survey, the study areas (open-air laboratory) being studied by the research group of the GEODynamics & GEOMatic Laboratory, and the one being studied located in central Sicily (Central Sicily Laboratory). Based on the conceptual model of the Central Sicily Laboratory, the geological, kinematic and seismological models and possible scenarios were defined. Subsequently, the applied methodologies, the principles on which they are based and their application were introduced. The main objective of the research is to detect and define the surface kinematic behaviour that characterises the study area and consequently define the parameters useful for the development of statistical, analytical and numerical models. To this end, SAR interferometric data were processed according to the A-DInSAR techniques of Permanent Scatters (PS) by means of StaMPS-MTI to obtain the field deformation of the Laboratory of Central Sicily. GNSS campaigns were also carried out on some sites of the IGM95 network integrated with data from the permanent networks present on the Sicilian territory (RING, RDN and TopgeoLive). The integration between PS and GNSS data makes it possible to define the real velocity field and to validate the velocity field obtained through PS. In addition, a geodetic topographic (3D) detail analysis was carried out by APR (remotely piloted aircraft) photogrammetry in the area affected by sedimentary volcanism (Maccalube di Santa Barbara, Caltanissetta) to monitor and detect deformations related to mud volcano activity. The results obtained made it possible to draw up a seismotectonic map of the Laboratory of Central Sicily supported by horizontal and vertical kinematic data and to define guidelines for monitoring geological processes in areas affected by active tectonics. Finally, areas have been identified in which the acting dynamics need to be investigated with further studies, such as areas affected by interseismic disequilibrium (Hyblean Plateau), areas in which phenomena of decoupling of regional deep and local surface deformation processes are detected (western slopes of Etna), and areas that bear witness to uplift of tectonic origin (south-western area of western Sicily.

Questa ricerca descrive le espressioni superficiali (deformazione) dei processi geologici attivi legate a determinati rapporti spazio-tempo, localizzati in Sicilia centrale, attraverso analisi geodetiche, geofisiche e geologiche. Le espressioni superficiali dei processi geologici attivi sono state distinte in due tipologie, quelle legate a stadi deformativi a lungo termine di origine tettonica (scala regionale) e quelle transienti (scala locale) legate a processi deformativi conseguenti alle principali dinamiche tettoniche. Questa ricerca fornisce inoltre le linee guida per il monitoraggio e rilievo dei fenomeni conseguenti ai processi di tettonica attiva, formulate in funzione ai modelli geologico, cinematico e sismologico. Queste linee guida sono state sintetizzate considerando le caratteristiche peculiari delle singole metodologie e delle strumentazioni utilizzate durante questo progetto. La prima parte della tesi introduce i concetti di processi geologici attivi, il loro monitoraggio e rilievo, le aree di studio (laboratori a cielo aperto) oggetto di studio da parte del gruppo di ricerca del GEODynamics & GEOMatic Laboratory, e di quello oggetto di studio localizzato in Sicilia centrale (Laboratorio della Sicilia centrale). Sulla base del modello concettuale del Laboratorio della Sicilia centrale, sono stati definiti i modelli geologico, cinematico e sismologico e i possibili scenari. Successivamente sono state introdotte le metodologie applicate, i principi su cui si basano e la loro applicazione. Obiettivo principale della ricerca è quello di rilevare e definire il comportamento cinematico superficiale che caratterizza l’area di studio e conseguentemente definire i parametri utili allo sviluppo di modelli statistici, analitici e numerici. A tale scopo sono stati elaborati i dati interferometrici SAR, secondo le tecniche A-DInSAR dei Permanent Scatters (PS) tramite StaMPS-MTI per ottenere la deformazione di campo del Laboratorio della Sicilia centrale. Sono state inoltre eseguite delle campagne GNSS su alcuni siti della rete IGM95 integrate con dati provenienti dalle reti permanenti presenti sul territorio siciliano (RING, RDN e TopgeoLive). L’integrazione tra dati PS e GNSS consente di definire il campo di velocità reale e di validare il campo di velocita ottenuto tramite PS. È stata eseguita inoltre un’analisi di dettaglio geodetico topografica (3D) tramite fotogrammetria da APR (aeromobile pilotaggio remoto) nella zona interessata da vulcanismo sedimentario (Maccalube di Santa Barbara, Caltanissetta) per monitorare e rilevare le deformazioni legate all’attività del vulcano di fango. I risultati ottenuti hanno permesso di elaborare una carta sismotettonica del Laboratorio della Sicilia centrale supportata da dati cinematici orizzontali e verticali e di definire le linee guida per il monitoraggio dei processi geologici in aree interessate da tettonica attiva. Infine, sono state individuate le zone in cui è necessario approfondire, con ulteriori studi, le dinamiche agenti, come aree affette da disequilibrio intersismico (Plateau Ibleo), aree in cui si rilevano fenomeni di disaccoppiamento dei processi deformativi regionali profondi e superficiali locali (pendici occidentali Etna), aree che testimoniano sollevamento di origine tettonica (area sudoccidentale della Sicilia occidentale.