Mineralogical, geochemical and microstructural characterization of fault rocks from the Koyna deep drilling project (India)

This master's thesis describes the mineralogical and microstructural characteristics of fault rock samples taken from deep perforation boreholes in the Koyna area, India (https://www.icdp-online.org/projects/world/asia/koyna-india/). This area is of exceptional significance from the point of view of human-induced seismic activity. In fact, in 1967, in this area with very low natural seismicity, following the construction of a reservoir in the early 1960s, the most violent human-induced earthquake was recorded (magnitude - ML= 6.3, 177 casualties). Geologically, the area is characterized by 2 km thick basaltic lava flows belonging to the Deccan Traps, a magmatic province formed 65 Ma and covering the underlying Archean granitic basement (2.8 Ga). The basement hosts fractures and faults reactivated by anthropogenic activities. The drilling project includes 9 boreholes reaching a maximum depth of 3500 m, and is aimed not only at the installation of seismometers and other instruments for measuring deformation, temperature, etc., but also at sampling the basement fault rocks. Thanks to a scientific collaboration with Prof. Sukanta Roy, leader of the Koyna drilling project, and Elena Spagnuolo (INGV - Rome) we have at our disposal 17 samples of fault rocks. The objectives of the thesis are (1) mineralogical characterization of the rock samples by analysis with the X-ray powder diffraction technique and (2) identification of the succession of deformation events (and in particular of the last phase associated with the reactivation of faults caused by anthropogenic activity) by optical and ultra-high resolution electron microscopy (FEG-SEM).

In questa tesi magistrale vengono descritte le caratteristiche mineralogiche e microstrutturali di campioni di roccia di faglia prelevati dai pozzi di perforazione profonda dell’area di Koyna, India (https://www.icdp-online.org/projects/world/asia/koyna-india/). Questa area è di eccezionale rilevanza dal punto di vista dell’attività sismica indotta dall’uomo. Infatti, nel 1967, in questa zona con bassissima sismicità naturale, a seguito della realizzazione di un invaso nei primi anni ’60 del secolo scorso, venne registrato il più violento terremoto indotto da attività antropiche (magnitudo - ML= 6.3, 177 vittime). Dal punto di vista geologico la zona è caratterizzata fino a 2 km di profondità da una pila di colate laviche basaltiche appartenenti ai Deccan Traps, una provincia magmatica formatasi 65 Ma e che copre il sottostante basamento granitico Archeano (2.8 Ga). Il basamento ospita le fratture e le faglie riattivate dalle attività antropiche. Il progetto di perforazione comprende 9 pozzi che raggiungono una profondità massima di 3500 m, ed è mirato oltre all’installazione di sismometri e altri strumenti per la misura di deformazioni, temperature, ecc., anche al campionamento delle rocce di faglia del basamento. Grazie ad una collaborazione scientifica con il Prof. Sukanta Roy, leader del progetto di perforazione di Koyna, ed Elena Spagnuolo (INGV – Roma) abbiamo a disposizione 17 campioni di rocce di faglia. Gli obiettivi della tesi sono: (1) caratterizzazione mineralogica dei campioni di roccia tramite analisi con la tecnica di diffrazione da polveri a raggi X e (2) identificazione della successione di eventi deformativi (e in particolare dell’ultima fase associata alla riattivazione delle faglie causata dall’attività antropica) mediante microscopia ottica ed elettronica ad altissima risoluzione (FEG-SEM).