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CARATTERISTICHE DI DSEISMIC VERSIONE 211 del 2007-autori: R.&F.Giordano.

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1 CARATTERISTICHE DI DSEISMIC VERSIONE 211 del 2007-autori: R.&F.Giordano

2 Introduzione. Il sistema Hardware/Software di acquisizione ed elaborazione di dati geosismici DSeismic è stato sviluppato presso lIMFA dellUniversità Parthenope di Napoli, in collaborazione con il DIP.TE.RIS. dellUniversità di Genova, finanziato con fondi del PNRA.DSeismic è stato progettato specificatamente per lacquisizione, memorizzazione e post-processing di dati per raggiungere alta risoluzione e facilità interpretativa di profili sismici. DSeismic è stato sviluppato per PC su piattaforma Microsoft Windows ed è composto da più di righe di codice. La ricognizione e la classificazione della superfice del fondo del mare e deglistrati sottosuperficiali sono state problematiche molto importanti per geologi,ingegneri e biologi.Circa 25 anni fa semplici procedure furono sviluppate da F.Giordano ed altri per utilizzare processori analogici atti ad identificare la natura del fondo marino attraverso la sua riflettività(coefficiente di riflessione).

3 Recentemente molte mappe geoogiciche ed alcune di navigazione hanno iniziato a riportare I livelli di sedimenti superficiali del fondo marino. Queste mappe utilizzando rilevazioni acusstiche,in particolare sulla piattaforma continentale,dove la morfologia è piuttosto piatta e con una bassa pendenza,perché pendenze ripide inficiano lefficienza dei rilievi acustici Risulta chiaro che I diti forniti dale rilevazioni acustiche devono essere integrati con campioni diretti di taratura (sampler) Limpedenza acustica delle tipologie principali di fondali e sottofondali marini e ha valori sufficientemente differenti tali da poterli distinguere e classificare. Tenendo conto di ciò, alcuni esperimenti furono furono eseguiti negli anni 80 da Giordano usando un processore analogico con sistema di Time Varing Gain (TVG) e con un convertitore ampiezza/ tempo e restituzione su un ecografo marino.

4 2. HARDWARE Lhadware del Dseismic sconsiste di un PC con RAM of 256 MB, 20 and 40 GB Hard Disks, CD Recorder and Reader,National Instruments NI-PCI-MIO- 16 E-Board (National Instruments., Una Niboard (National Instruments) è utilizzata per acquisire e effettuare il playback su registratori grafici analogici. La Nibord integra un convertirore AD eDA a 8-16 bit e 8 canali differenziali e due counter hardware per temporizzare le le operazioni( con tempi di ritardo programmabili), il sample rate è programmabile tra 1Hz e 200kHz ;sono inoltre 8 porte digitali.Il valore dell amplificazione dei segnali analogici in ingresso è programmabile selezionando il valore del segnale in volt(signal range in volts). La Niboard converte il segnale di input analogico in sequenze di digitali che vengono trasmessi al PC e processati da un driver software (DSEISMIC).

5 la command window nella finestra di DSeismic è collocata in basso della schermata e contiene tutti i controlli necessari per lacquisizione ed il playback. I Menù. Utilizzando il menu collocato in alto,lutilizzatore può accedere a diverse opzioni, analizziamole nel dettaglio. File.

6 Come da figura 2.1 lutente ha la possibilità attraverso il menu file di effettuare 4 operazioni: New acquisition (nuova acquisizione in fase di campagna) Playback (riproduzione di profili gia acquisiti) Terminate acquisition Quit.

7 La nuova acquisizione richiede linserimento di alcuni parametri. Nome linea che rappresenta lidentificativo della nuova acquisizione. Strumento rappresenta il tipo di sorgente utilizzato tipo Sparker,Uniboom,Surfboom, Multitip.(vedi Appendice A). Numero Primo Fix.Cadenza del fix., essa dipendamente solitamente dalla sorgente utilizzata per lacquisizione,e dunque dal tempo di carica e scarica tragli shot. Note. Seleziona nome file, ci consente di selezionare un file sul quale vogliamo dirigere lacquisizione. Ciccando su avanti giungeremo alla finestra dei parametri relativi l acquisizione. Fig 2.3

8 Trigger, è un impulso di partenza che da il sincronismo alla sorgente acustica: puo essere esterno e viene generato mediante un sistema elettronico,od interno generato dallo stesso Dseismic (il triggere messo internamente in quanto TTL non è superiore a 5volts). Il livello di ampiezza puo essere settato esclusivamente se il trigger è esterno e non può superare i 10 volts altrimenti si potrebbe danneggiare la componentistica..Time and range Paramenters. 1. Ac voltage range, o range di tensione da acquisire, rappresenta una soglia oltre la quale non si acquisisce. 2. Sample Rate, frequenza di campionamento ed è direttamente correlata con il tipo di sorgente utilizzata. 3. Sweep Lenght, lunghezza in ms dellaquisizione da effettuare. 4. Ping Interval, cadenza di sparo dipendente dalla sorgente chesi utilizza. 5. Tempo massimo di acquisizione ci segnala lo spaziodisponibile sullHD in termini temporali. Fig 2.3

9 Input Signal. 1. Channel, indica il numero del canale su cui si sta lavorando. Ciccando successivamente su Next, si presenta la finestra principale o di acquisizione. Fig 2.4 Nella Command window appariranno i comandi relativi laquisizione, in particolare nella sez. Recording vi sono i comandi impostati nella fig 2.3 con i quali si puo ulteriormente interagire ed inoltre si puo impostare il trigger delay, che è essenzialmente il ritardo di acquisizione a partire dallemissione dello shot.Nella sezione navigation vengo visualizzate a seguito della sincronizzazione con il segnale GPS(come analizzeremo in seguito) visualizzate le coordinate di lat e long dello shot.

10 Nella sezione Current ping verranno segnalati il numero dei ping emessi ed illoro orario di emissione. Per avviare lacquisizione,metterla in Pausa e fermata definitivamente, ciavvaliamo dei pulsanti canonici di registrazione in basso a sinistra (fig 2.4). PlayBack Selezionando dal menu file PlayBack, si eseguirà il playback del fileacquisizione. Fig 3.1

11 Come si può notare la command window riporterà le informazioni relative lacquisizione,e ci dà la possibilità di intervenire sulla velocità del playback tramite il ping skip e di effettuare dei salti tra Fix tramite il pulsante GOTOcome da fig 3.2, nella quale sarà possibile selezionare il numero del fix su cui dirigire il playback.Fig 3.2 La funzionalità start image write ci da la possibilità di trasformare ogni pagina di acquisizione in un immagine BMP o JPG. Terminate Acquisition.Si utilizza per terminare lacquisizione. Quit.Esce dal D-Seismic.

12 Menu View Il menu view come da figura 4.1 presenta un'unica opzione File Information 4.1 File InformationCiccando su file information ci troveremo innanzi la seguente schermata fig4.2 Che riportera informazioni relative al file acquisito. In particolare il nome del file,la durata dellacquisizione,il tipo di sorgenteusata,il totale dei ping, il numero dei fix ed il sample rate.

13 Menu tools:Il menu tools presenta le seguenti opzioni (fig 5.1) Time Varing Gain Filters Spectrum Analyzer Fix Now Set PC to GPS Time Save current video buffer as Image

14 Time Varing Gain Ciccando su Time Varing Gain ci si presenta la finestra presente in fig 5.2: ci consente di abilitare il TVG e i relativi paramentri di delay e slope. Il Bottone ON/OFF abilita e disabilità il TVG. Il paramentro di Delay ci indica il ritardo nellamplificazione. Lo Slope invece ci indica la pendeza della retta di amplificazione.

15 Aggiungendo uno o piu filtri numerici (digitali)sarà possibile editarne i paramentri come da fig.5.4

16 I filtri aggiunti possono essere in momenti successivi eliminati o editati nei parametri principali, inoltre è possibile tramite lopzione clear (fig 5.3)cancellare tutti i filtri applicati o tramite lopzione remove eliminarli singolarmente.

17 Spectrum Analyzer. Ciccando sullopzione Spectrum Analyzer del menu tools (fig 5.1) Ci apparira una schermata (fig 5.5) che ci consente di impostare i paramentri di lunghezza della FFT in campioni.

18 FIX Now Ci consente di inserire il Fix (ovverosia un marker) manualmente. Ogni Fix è dotato di data ora e coordinate geografiche acquisite tramite GPS. Set PC to GPS Time Questa opzione ci consente di sincronizzare il PC con il sistema GPS esterno

19 Menu Settings Il Menu setting ci da la possibilità di impostare le seguenti opzioni.fig 5.7 Display Analog Output Navigation date Reading Palette.dda Extension

20 Display Consente di impostare le opzioni relative la visualizzazione. Minimum printable Voltage:è una soglia che ci visualizza solo un range di voltaggio, viene utilizzata essenzialmente per eliminare visualizzazioni di disturbi. Contrast, aumenta o diminuisce il contrasto dellimmagine. ShowGrid visualizza un grigliato per meglio individuare le sezionidellacquisizione. Rectification.Ci consente di stampare il positivo o il negativo o entrambe dellacquisizione. Fix Options.Tali opzioni ci consentono di aggiungere una linea verticale su ogni fix :coordinate e data.

21 Menu Window Arrange Consente di ripristinare il posizionamento di default delle subfinestre in seguito ad uno spostamento manuale.fig 5.12

22 Palette Tale opzione ci consente di impostorare la visualizzazione a colori o in scale di grigio dellacquisizione. Fig 5.10.dda Extension Ci consente di associare/disassociare i file che presentano tale estensione con il D-Seismic. Fix Options. Tali opzioni ci consentono di aggiungere una linea verticale su ogni fix e coordinate e data. Analog Output Ci consente di abilitare/disabilitare un uscita verso un dispositivo analogico (plotter, etc…) come in fig 5.8 Fig 5.8

23 Navigation Data Reading. Queste opzione ci consente di impostare i parametri relativi la periferica dalla quale si leggono i dati di navigazione, nel dettaglio a quale porta com è collegato il dispositivo di cui sopra ed il tipo di GPS utilizzato, e la cadenza del fix. Fig 5.9 Fig 5.9

24 Palette Tale opzione ci consente di impostorare la visualizzazione a colori o in scale di grigio dellacquisizione. Fig 5.10.dda Extension Ci consente di associare/disassociare i file che presentano tale estensione con il D - Seismic. Fig 5.10

25 Menu Print Output on printer Output on Printer Ci consente di abilitare/disabilitare la stampa.fig 5.11 Fig 5.11

26 Fig 5.13

27 Sulla toolbar collocate a destra della Track Scope vi sono funzioni di zooming (orizzontale/verticale) e di trascinamento.Di importante rilevanza soprattutto in fase di acquisizione èUNLOCK pulsante posizionato sulla command window, esso permette di proteggere lacquisizione da eventuali e accidentali pressioni sulla tastiera. Ciccandoci sopra lo si attiva, per sbloccare la tastiera bisogna digitareUNLOCK. Fig

28 SIMULAZIONE DI UNA CAMPAGNA GEOSISMICA PROBLEMATICA SCIENTIFICA LINEE DI NAVIGAZIONE STRUMENTAZIONE NECESSARIA ACQUISIZIONE RESTITUZIONE INTERPRETAZIONE GEOFISICA INTERPRETAZIONE GEOLOGICA RELAZIONE FINALE

29 PROGETTO CARG ACQUISIZIONE DI LINEE SISMICHE PER LE CORRELAZIONI TERRA MARE PROBLEMATICA: Legare le informazioni a terra con quelle a mare PIANO DI NAVIGAZIONE Scelto in funzione della problemtica:linee ortogonali alla costa

30 PROGETTO CARG ACQUISIZIONE DI LINEE SISMICHE PER LE CORRELAZIONI TERRA MARE

31 Linea_15_Ischia_2005 Regione Campania Progetto CARG–TerraMare

32 Un esempio di processing, sul profilo Linea15 è consistito nell applicazione di amplificazione TVG(Time Varyng Gain) ed applicazione di filtri Butterword di grado 10, passa basso; un esempio è riportato in figura. Come si vede il filtraggio passa basso ha permesso di evidenziare gli orizzonti ha permesso di evidenziare gli orizzonti principali rispetto agli oggetti rimanenti. Una altra efficiente elaborazione è stata quella di far corrispondere ai toni di grigio diversi gradi di elevazione rappresentati su un immagine piana attraverso la generazione di ombre e quindi invertire i toni di grigio b).

33 Tale elaborazione è in grado di evidenziare maggiormente le differenze delle risposte acustiche dei litotipi presenti,FIGXX1(b Per migliorare il rapporto segnale rumore sono stati applicati ai profili:un TVG(Time Varing Gain) lineare e vari filtraggi passa banda al fine di attenuare il rumore. Per l elaborazione delle immagini dei profili, abbiamo utilizzato filtri lineari e non lineari,realizzati attraverso convoluzioni 2D (Fontoura Costa,2001).L applicazione di filtri è risultata utile sia per l attenuazione del rumore sia per evidenziarne alcune peculiarità. Alla categoria dei filtri lineari appartengono l average filter (passa baso)sui punti vicini o neighborhood.L effetto del filtro è quello di sostiuire a ciuscun pixel dell immagine il valore medio dei livelli di grigio dei pixel vicini.L average filter ed il Gaussian filter operano sull immagine con uno smooting a finestra.La finestra mobile in genere è quadrata e si sposta occupando con il suo centro tutti i punti che si vogliono trattare.I pixel vicini ad un punto centrale possono essere 4 ovvero 8: FiguraXX,)Finestre mobili dei filtri lineari a 4 celle ed ad 8 celle, in ciascuna cella viene memorizzto un coefficiente, la matrice prende il nome di kernel.Il kernel è normalmente simmetrico rispetto al punto centrale. I coefficienti per lo smooting gaussiano,equivalente ad un filtro passa basso 2D, sono definiti dalla funzione:

34 Il parametro a controlla la larghezza della gaussiana circolarmnete simmetrica la cui larghezza cresce all aumentare a Abbiamo ottenuto risultati utili ai fini dell interpretazione anche applicando alle immagini filtri non lineari quali il median filter che è un operatore comunemente usato su pixel affetti da rumore che differiscono significativamente dai vicini,creando l effetto sale e pepe (cioè punti isolati con livelli di grigio molto diversi da quellidi una regione uniforme). Altre elaborazioni notevoli, che hanno reso più semplice ed efficiente l interpretazione sono stati l edge detection(ricerca dei bordi ) dei livelli di grigio che è basato sulla rivelazione delle zone dell immagine a più elevato contrasto e che vengono determinate con l uso della derivata prima(gradiente) o derivata seconda (Laplaciano).Uno dei metodi più semplici per la stima del gradiende usando il filraggio lineare è quello di filtrare l immagine g (x,y) con l operatore [-1 1]che equivale a stimare xg / mentre l operatore [-1 1] T stima yg /.Questo metodo permette l analisi della orientazione dei bordi.Il modulo del gradiente di una immagine g(x,y) è definito come: 2 2 y g x g g

35 Un esempio dell applicazione del filtraggio gaussaino prima e delledge detection all immagine BITMAP della Linea15 è riportato in figura YY a) ove vengono evidenziate le bordature delle tessiture presenti. Il contouring, cioè la ricerca e tracciamento delle isolinee dei livelli di grigio nell immagine dei profili, ha dimostrato molta efficacia nella demarcazione dei limiti delle texture.Un esempio, relativo alla Linea15, è riportato in figura ZZ ove appaiono molto meglio demarcati i margini dell unità DA, rispetto all immagine originale. a) b) Figura YY:a)Elaborazione di una parte della Linea 15 per evidenziare, con l edge filter(vedi testo) i salti di impedenza;b)Sulla stessa immagine è stato applicato il countoring per meglio circoscrivere le unita e le zone reflection free, con mancanza di riflessioni interne.

36 US_1 (Unità Stratigrafica di base). La risposta acustica di questa unità si presenta con apprezzabili differenziazioni verticali tra la sommità ed il corpo sottostante: con la prima a riflettività elevata e superfici suborizzontali con continuità limitata a qualche centinaio di metri. Il corpo presenta invece bassissima riflettività interna (reflection free) per cui si può ritenere che essa possa essere caratterizzata da una struttura abbastanza omogenea. Tale unità, in base alle correlazioni con i dati di superficie ricavati nei settori emersi, è interpretabile come Unità Vulcanica Effusiva (UVE) molto probabilmente pre o sincrona con il 1° Ciclo Vulcanico dellIsola dIschia (tardo Pleistocene Medio, di circa 150 Ky b.p.). Tale unità è presente con continuità laterale in entrambi i profili sismici. US_2.Questa unità si posiziona a profondità attorno ai 200 metri nel profili L_15 ed L_21; in particolare nel profilo L_21, è denotata da una risposta sismica con tratti sismografici orizzontali con discreta continuità laterale; linclinazione dei tratti, ove presente, segue leggermente la morfologia della formazione di appoggio. Linterpretazione della unità, confortata dai dati geometrici e stratigrafici, propende per essere riconducibile alla formazione del Tufo Verde del M.te Epomeo (55 Ky b.p.). US_3. Questa unità che presenta verticalmente in media un tratto ogni 5 metri (assumendo come velocità di propagazione quella di 1500 m/s cioè con la Water Velocity Tickness Equivalent: WVTE); la lunghezza orizzontale media del tratto è mediamente al di sotto dei 100 metri; i tratti si presentano finemente ed irregolarmente seghettati. Il materiale quindi, pur essendo caratterizzato nel complesso da una struttura massiva, è mediamente pseudo-stratificato in modo non perfettamente regolare, evidenziando, con buona probabilità, la presenza di inclusi eterometrici ed eterogenei. US_3. Lunità, in base alla risposta acustica sopradescritta, e per le informazioni geologiche di superficie e di sottosuolo (analisi stratigrafica di sondaggi meccanici per ricerca dacqua termale) risulta corrispondente a litotipi costituiti da Tufo Grigio probabilmente di origine ignimbritica.

37 US_4. Presente nel profilo della L_15 ma non nell L_21. US_5a. E caratterizzata da una strutturazione esterna a geometria lenticolare ed è delimitata verso lalto da una superficie di erosione marina; tra i FIX 8 e 9 raggiunge la massima potenza di 35 metri (WVTE). I tratti acustici sono orizzontali e la loro lunghezza è compresa tra i 100 ed i 200 metri. Le analisi confermano la corrispondenza con una unità sedimentaria abbastanza recente (Olocene recente) con lo spessore della stratificazione interna attorno ai 2.5 metri. US_5b. Simile alla precedente, per risposta acustica e sicuramente per la natura litologica. La continuità orizzontale dei tratti raggiunge anche la lunghezza di alcuni Km; la blanda concavità verso il basso che caratterizza lassetto geometrico complessivo della unità, è indice di un contesto sedimentario in regime di subsidenza che si potrebbe associare alla sottostante struttura imbutiforme ubicata in corrispondenza del FIX 9. Non sono presenti troncamenti dei tratti imputabili allazione erosiva ovveroonlap di accrescimento.. US_6. Non è presente al di sotto dellattuale zona marina. US_7. Questa unità presenta caratteristiche morfologiche strutturali tipiche di depositi di frana (depositi da debris avalanches), costituita da materiali disarticolati e caotici di grande pezzatura ed a densità elevata tale da non permettere al materiale di disporsi in coltre. Lanalisi della carta morfobatimetrica dei settori di fondale presi in esame (de Alteriiset alii, 2006) si nota che non si tratta di un deposito strutturato a barriera/terrazzi ma bensì a colline e cuspidi, trenches disposti prevalentemente in senso traversale allasse maggiore del deposito, alcune controtendenze, vallecole sospese e altre facies tessiturali caratteristiche di tali depositi

38 Linea21_500_ischia settembre 2005


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