First identification and characterization of long-period earthquakes in the Larderello-Travale Geothermal field

Determining and characterising seismic activity in geothermal fields is crucial for understanding the dynamic behaviour and associated risks of these uniquely volatile regions. The present study of the Larderello-Travale Geothermal field in Tuscany represents the first ever documented identification and comprehensive analysis of long-period, low-frequency seismic signals in Italy. The research utilises seismic waveform data captured by a TRIF seismic station located at the heart of the Larderello-Travale area with the magnitudes ranging from -1.0 local magnitude (ML) recorded between January 2011 and April 2024. Employing frequency index (FI) analysis by calculating the ratio of low-frequency and high-frequency waveforms, the study quantifies the relative dominance of low-frequency components of seismic signals. An estimation of the stress drop was then calculated by employing spectra modelling for long-period earthquake events. The aim was to identify long-period earthquake events that are distinct from regular earthquake signals and often associated with unique subsurface mechanisms, such as the slow movement of fluids and magma in the shallow crust and tectonic processes in the deep crust. From over 1500 seismic events detected by the TRIF, I identified 13 long-period earthquakes utilising a frequency index threshold of 1.25. Remarkably, spectral fitting techniques revealed the identified long-period earthquakes possess significantly lower corner frequencies and stress drops compared to the global range for typical earthquakes. These findings enhance our understanding of the complex seismic activities of the Larderello-Travale Geothermal field. This emerging knowledge should inform the development of more effective monitoring and management strategies, contributing to the sustainable production of geothermal energy.

La determinazione e la caratterizzazione dell'attività sismica nei campi geotermici è fondamentale per comprendere il comportamento dinamico e i rischi associati di queste regioni uniche e volatili. Il presente studio sul campo geotermico di Larderello-Travale, in Toscana, rappresenta la prima identificazione documentata e l'analisi completa di segnali sismici di lungo periodo e a bassa frequenza in Italia. La ricerca utilizza i dati della forma d'onda sismica acquisiti da una stazione sismica TRIF situata nel cuore dell'area di Larderello-Travale, con magnitudo comprese tra -1,0 magnitudo locale (ML) e registrate tra gennaio 2011 e aprile 2024. Utilizzando l'analisi dell'indice di frequenza (FI), calcolando il rapporto tra le forme d'onda a bassa e ad alta frequenza, lo studio quantifica la dominanza relativa delle componenti a bassa frequenza dei segnali sismici. Una stima della caduta di stress è stata poi calcolata utilizzando la modellazione degli spettri per eventi sismici di lunga durata. L'obiettivo era quello di identificare gli eventi sismici di lungo periodo che sono distinti dai segnali sismici regolari e spesso associati a meccanismi unici del sottosuolo, come il lento movimento di fluidi e magma nella crosta superficiale e i processi tettonici nella crosta profonda. Da oltre 1500 eventi sismici rilevati dal TRIF, ho identificato 13 terremoti di lungo periodo utilizzando una soglia di indice di frequenza di 1,25. Le tecniche di adattamento spettrale hanno rivelato che i terremoti a lungo periodo identificati possiedono frequenze angolari e cadute di stress significativamente più basse rispetto alla gamma globale dei terremoti tipici. Questi risultati migliorano la nostra comprensione della complessa attività sismica del campo geotermico di Larderello-Travale. Queste conoscenze emergenti dovrebbero informare lo sviluppo di strategie di monitoraggio e gestione più efficaci, contribuendo alla produzione sostenibile di energia geotermica.