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Sismica a rifrazione Principi fisici: onde piane in mezzi stratificati Passando da un mezzo più lento ad uno più veloce, il raggio si allontana dalla normale.

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Presentazione sul tema: "Sismica a rifrazione Principi fisici: onde piane in mezzi stratificati Passando da un mezzo più lento ad uno più veloce, il raggio si allontana dalla normale."— Transcript della presentazione:

1 Sismica a rifrazione Principi fisici: onde piane in mezzi stratificati Passando da un mezzo più lento ad uno più veloce, il raggio si allontana dalla normale. Per la legge di Snell: Se v 2 >v 1, esiste un angolo di incidenza tale per cui langolo di rifrazione è pari a 90°. Questo angolo di incidenza è detto angolo critico.Per angoli di incidenza superiori, tutta lenergia (relativa a quel tipo di onde) viene riflessa. (1) se v 2 >v 1 (2) se v 2

2 Sismica a rifrazione Principi fisici: onde rifratte criticamente Abbiamo visto che se un mezzo più lento sta sopra un mezzo più veloce, esiste un angolo di incidenza critico. Lenergia corrispondente viaggia con incidenza radente nel mezzo più veloce e ogni punto dellinterfaccia può ritrasmettere energia nel mezzo a velocità più bassa. Sfruttando il principio di Huygens si ricostruisce facilmente langolo di emergenza per i piani a fase costante re-irradianti energia, uguale a quello critico. Nota che la teoria delle onde piane non prevede che ci sia energia trasportata secondo queste traiettorie. Il paradosso trova soluzione se si considera che i fronti donda sono curvi. SP h

3 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: Geometria profondità tempo offset punto di cross-over onda rifratta onda diretta onda riflessa distanza critica

4 Sismica a rifrazione Il metodo a rifrazione si basa strettamente sul picking dei primi tempi di arrivo. Sismica a rifrazione

5 Se un mezzo più lento sta sopra un mezzo più veloce, esiste un angolo di incidenza critico. Lenergia corrispondente viaggia con incidenza radente nel mezzo più veloce e ogni punto dellinterfaccia può ritrasmettere energia nel mezzo a velocità più bassa. L angolo di emergenza è uguale a quello critico. Sismica a rifrazione Il metodo di sismica a rifrazione utilizza lenergia rifratta criticamente, che si manifesta come primi arrivi a partire da una certa distanza dalla sorgente (crossover distance) Il metodo funziona se esiste un aumento di velocità con la profondità Se esiste uninversione di velocità, si ha il caso di un strato nascosto. V1V1 V2V2 icic A icic B SG Z i 2=90°

6 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione T1T1 x t Metodo del tempo intercetto

7 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione e usando: La profondità si può trovare anche dal tempo di cross-over: T1T1 z z T1T1 x t x t x cross

8 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: RITARDI o DELAY TIME Si dimostra che il tempo necessario per percorrere con velocità V 1 il tratto KA è uguale al tempo necessario per percorrere con velocità V 2 il tratto HA: per cui: Il tempo Ssi dice RITARDO (R) o DELAY TIME: e si ritrova il risultato già visto Z V1V1 K V2V2 icic icic icic HA V1V1 V2V2 icic A icic CBD SG Z S

9 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: più strati Le velocità si ottengono direttamente dalla pendenza dei tratti di retta. Gli spessori si possono ottenere dai tempi intercetti (e dalle velocità). Per lultima interfaccia: Alle altre interfacce: Seguendo lo stesso raggio si ha: zizi S G vivi i i,n i n-1,n Si può dimostrare, usando la definizione di delay time, che il tempo totale di percorrenza nel caso di n strati è che è lequazione di una retta con pendenza 1/V n

10 Sismica a rifrazione (in applicazioni a piccola scala al max 3 strati) Data la registrazione di campagna, tracciamo le dromocrone: a)il numero di segmenti rettilinei da il numero degli strati ( a velocità crescente!) b)la pendenza dei segmenti da la velocità, da cui si calcolano gli angoli di rifrazione c)i tempi intercetti danno gli spessori, procedendo dal primo tempo intercetto (T 1 ) da cui si ottiene z 1, fino a T n-1 che da z n-1. Nota che la stima di profondità dipende fortemente dalla stima di velocità (difficili meglio 50 m/s) con possibili errori di profondità anche del % z2z2 z1z1 Sismica a Rifrazione: più strati

11 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: strati pendenti Se il rifrattore ha pendenza : il tempo totale di percorrenza è Siccome: SG x v1v1 v2v2 z2z2 H2H2 z1z1 k2k2 icic icic A B H1H1

12 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: strati pendenti Strati pendenti producono onde rifratte ma i tempi di transito sono affetti dalla pendenza: sparo in salita: la velocità appare maggiore sparo in discesa: la velocità appare minore

13 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: strati pendenti Spari coniugati: si acquisisce sulla stessa linea sparando dalla due estremità. Per strati orizzontali le dromocrone sono simmetriche Per strati pendenti le velocità della rifratta appaiono diverse nei due scoppi. Le dromocrone sono asimmetriche

14 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: strati pendenti Nota che i tempi di transito totali nelle due direzioni sono uguali. Ma la loro dipendenza dalla distanza x dalla sorgente è diversa: il tempo updip (in salita) risulta: il tempo downdip (in discesa) risulta: Nota che: V up >V down icic icic icic

15 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: strati pendenti Pertanto, se il rifrattore ha pendenza, è necessario acquisire dati in due direzioni opposte: updip e downdip. In pratica si deve sempre procedere in questo modo, non conoscendo a priori la pendenza dei rifrattori. Date le due velocità apparenti V up e V down, langolo critico i c e langolo del rifrattore si determinano dal sistema di equazioni: e quindi: da cui:

16 Sismica a rifrazione LIMITAZIONI: strati a bassa velocità sono del tutto invisibili al metodo a rifrazione causano un errore di interpretazione per la profondità degli strati sottostanti, che appaiono essere più profondi di quanto siano in realtà

17 Sismica a rifrazione LIMITAZIONI: strati nascosti Se lo strato 2 è sottile e la velocità V3 è molto maggiore di V2, può accadere che la rifratta dalla strato due non arrivi mai per prima: le distanze di cross-over non sono nella sequenza usuale. avviene anche un errore di interpretazione per la profondità degli strati sottostanti, che appaiono essere più superficiali di quanto siano in realtà

18 Sismica a rifrazione Progettare lacquisizione Geophoni: spesso si usano geofoni a frequenza più bassa di quelli utilizzati in riflessione, a causa del percorso più lungo dellenergia nel caso della rifrazione (p.es. 10 Hz vs 100 Hz). Si usano geofoni singoli. Lunghezza del profilo: tipicamente da 5 a 10 volte la profondità di investigazione. Punti di scoppio: tipicamente 5 per ogni posizione dello stendimento e comunque almeno due alle estremità.

19 Sismica a rifrazione

20 Sismica a Rifrazione: Metodo del plus minus A G B F E D C ZGZG icic icic V1V1 V2V2 X L Definisci:

21 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: Metodo del plus minus A G B F E D C ZGZG icic icic V1V1 V2V2 X L INFORMAZIONE DI PROFONDITA INFORMAZIONE DI VELOCITA

22 Sismica a rifrazione (A) Composite travel time- distance graphs (A) (B) (C) (B) Tˉ graph (B) Calculated depths to a refractor Sismica a Rifrazione: Metodo del plus minus

23 Sismica a rifrazione Sismica a Rifrazione: applicazioni del GRM

24 Sismica a rifrazione METODO A RIFRAZIONE VANTAGGI Richiede di solito meno punti di energizzazione e meno punti di acquisizione e quindi è si solito molto più economico Il processing è ridotto e limitato per lo più a scalare le tracce o ad un filtraggio per aiutare il processo di picking dei primi arrivi I modelli di interpretazione sono analitici ed estremamente semplici da applicare anche dallutente non esperto METODO A RIFLESSIONE SVANTAGGI Richiede molte sorgenti e molti ricevitori e pertanto si tratta di un metodo costoso Il processing è complesso e computazionalmente molto intenso. Richiede un hardware sofisticato e competenze specialistiche. Si tratta di operazioni costose La grande massa di dati raccolti provenienti da ogni possibile percorso dellenergia sismica nel sottosuolo richiede uninterpretazione sofisticata effettuata da personale altamente specializzato

25 Sismica a rifrazione METODO A RIFRAZIONE SVANTAGGI Richiede offset sorgente-ricevitori abbastanza ampi La sismica a rifrazione funziona solamente nel caso in cui la velocità degli strati aumenta con la velocità I risultati vengono di solito interpretati in termini di strati, eventualmente pendenti La sismica a rifrazione usa solo i tempi di primo arrivo in funzione della distanza METODO A RIFLESSIONE VANTAGGI Richiede offset sorgente-ricevitori abbastanza ridotti La sismica a riflessione lavora per ogni distribuzione di velocità nel sottosuolo I risultati vengono interpretati più facilmente in termini di strutture di una geologia anche complessa La sismica a riflessione usa lintera forma donda. Con informazioni dampiezza, frequenza e fase


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