UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SIENA FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN GEOLOGIA APPLICATA Relatore: Dott. Tommaso COLONNA Correlatori: Dott.ssa Marilena TROTTA Dott. Italo G. DI GIOVANNI Dott. Italo G. DI GIOVANNI Analisi dell’efficacia di differenti tecniche geofisiche per la caratterizzazione lito-stratigrafica per la caratterizzazione lito-stratigrafica di un versante in area calanchiva di un versante in area calanchiva in Località Toiano (Palaia – PI) in Località Toiano (Palaia – PI) Tesi di laurea di: Gianpier ALGERI Anno Accademico 2008/2009

SOMMARIO 1.Inquadramento dell’area di studio ÿInquadramento geografico ÿInquadramento geologico ÿInquadramento geomorfologico 2.Obiettivi 3.Campagna di acquisizione geofisica ÿSismica a rifrazione (P e S) ÿGeoelettrica 4.Elaborazione tomografica e metodo di analisi ÿChiave interpretativa e criteri di rappresentazione 5.Risultati ÿTomografie sismiche ÿTomografie elettriche 6.Creazione del modello geofisico finale ÿCarte degli spessori ÿAttendibilità del modello 7.Conclusioni

INQUADRAMENTO GEOGRAFICO -Comune: PALAIA (PI) -Località: Borgo medievale TOIANO -Elevazione del rilievo: 280 m s.l.m. -Area di studio: Versante Sud, con fattorie e campi agricoli. N Toiano

INQUADRAMENTO GEOLOGICO Sabbie gialle (Pliocene medio) Limi sabbiosi (Pliocene medio) Argille azzurre (Pliocene inferiore) Serie marina Pliocenica ? ? N S ? ? sabbie gialle e i limi sabbiosi? limi sabbiosi e la F.ne delle Argille azzurre? i depositi cartografati come frana Problema: è possibile individuare un limite netto tra: N S

INQUADRAMENTO GEOMORFOLOGICO Balze Balze: erosione e scalzamento delle argille, crollo dei livelli sabbiosi. Vistose forme di erosione Calanchi Calanchi: erosione idrica superficiale delle argille. BALZE CALANCHI

INQUADRAMENTO GEOMORFOLOGICO Scalzamento al piede dei livelli limosi Erosione accelerata arretramento del versante = Limi sabbiosi Sabbie gialle Principale causa dei dissesti delle strutture presenti

OBIETTIVI 1. Constatare l’efficacia di differenti metodologie geofisiche per l’individuazione dei target geologici descritti 2. Ricostruzione dell’andamento delle principali discontinuità individuate 3. Elaborazione di carte per rappresentare gli spessori dei depositi individuati nel versante

CAMPAGNA DI ACQUISIZIONE GEOFISICA: SISMICA A RIFRAZIONE  Presa visione della logistica del sito Suddivisione del versante in 3 parti: monte – centro – valle  Studio dei sondaggi geognostici osservazione diretta stratigrafia calibrazione dei rilievi geofisici  Acquisizione: 26 stendimenti: 14 onde P e 12 onde S Geofoni verticali da 14 Hz e orizzontali da 10 Hz Spaziatura intergeofonica: 5 m (115 m) Monitoraggio del rumore di fondo del sito (tempo di registrazione e frequenza di campionamento) Energizzazioni: N° 9 - minibang a canna regolabile Registrazione dei segnali 2944 m lineari indagati  Scelte operative: N. sufficiente di linee sismiche Geofoni adatti al tipo di onda Spaziatura idonea target presenti N. energizzazioni elevato

CAMPAGNA DI ACQUISIZIONE GEOFISICA: GEOELETTRICA 1900 m lineari indagati  Conoscenza logistica del sito Suddivisione del versante in 3 parti: monte – centro – valle  Studio dei sondaggi geognostici osservazione diretta stratigrafia calibrazione dei rilievi geofisici  Acquisizione: 6 stendimenti 64 elettrodi metallici Spaziatura interelettrodica: 3 – 4 – 5 e 10 m Lunghezza stendimenti: min. 189 m max. 630 m Profondità di indagine: min. 35 m max. 110 m Array utilizzato: Schlumberger  Scelte operative: N. sufficiente di linee elettriche N. elettrodi elevato (alta risoluzione tomografica) Spaziatura e lunghezza stendimenti idonei ai target presenti Buon compromesso tra risoluzione verticale ed orizzontale

SOFTWARE: ELABORAZIONE TOMOGRAFICA E METODO DI ANALISI Tomografie sismicheTomografie elettriche SOFTWARE: PARAMETRI DI ELABORAZIONE: Risoluzione: Altissima più risoluta verticalmente Griglia di elaborazione: Rettangolare hx > hz PARAMETRI DI ELABORAZIONE: Modello rifinito: metà della spaziatura interelettrodica Griglia di elaborazione: Quadrata hx = hz Ricostruzione 2D ad alta risoluzione del sottosuolo

CHIAVE INTERPRETATIVA E CRITERI DI RAPPRESENTAZIONE Confronto tra riferimenti bibliografici Riferimento alla geologia del sito Calibrazione con i sondaggi geognostici Scala di rappresentazione utilizzata per le tomografie sismiche a rifrazione in onde P Individuazione dei due limiti principali ATTENZIONE: gli intervalli di velocità dello strato intermedio limoso, si sovrappongono con i valori di velocità delle sabbie e delle argille!

CHIAVE INTERPRETATIVA E CRITERI DI RAPPRESENTAZIONE Scala di rappresentazione utilizzata per le tomografie sismiche a rifrazione in onde S Individuazione dei due limiti principali Confronto tra riferimenti bibliografici Riferimento alla geologia del sito Calibrazione con i sondaggi geognostici ATTENZIONE: gli intervalli di velocità dello strato intermedio limoso, si sovrappongono con i valori di velocità delle sabbie e delle argille!

CHIAVE INTERPRETATIVA E CRITERI DI RAPPRESENTAZIONE Confronto tra riferimenti bibliografici Riferimento alla geologia del sito Calibrazione con i sondaggi geognostici Scala di rappresentazione utilizzata per le tomografie geoelettriche Individuazione dei range principali Migliore rappresentazione dei parametri che influenzano i valori di resistività: granulometria, cementazione, contenuto d’acqua, minerali presenti, contenuto di argilla.

TOMOGRAFIE SISMICHE 900 m/s 1700 m/s 400 m/s 550 m/s Onde P Onde S Depositi prevalentemente sabbiosi Depositi prevalentemente limosi molto eterogenei Argille più compatte

TOMOGRAFIE GEOELETTRICHE E E’ Passaggio verticale Lenti ed intercalazioni Eteropie laterali A A’

Acquisizione di campagna Elaborazione di un Modello geofisico DATI GeologiaSondaggi geognostici Presa visione delle litologie presenti Tomografie acquisite Stratigrafie MODELLO GEOFISICO FINALE

CREAZIONE DEL MODELLO GEOFISICO FINALE Posizionamento spaziale Digitalizzazione limiti geoficici X Y Z metri N X Y Z metri N X Y Z metri N E’ E

CREAZIONE DEL MODELLO GEOFISICO FINALE 1° superficie (andamento calcolato del primo limite geofisico) 2° superficie (andamento calcolato del secondo limite geofisico) Topo to Raster Extract by mask N N N

MODELLO GEOFISICO: CARTE DEGLI SPESSORI MODELLO GEOFISICO: CARTE DEGLI SPESSORI Spessore P.d.C – 1° limite geofisico (Depositi prevalentemente sabbiosi) Spessore 1° - 2° limite geofisico (Depositi prevalentemente limosi) Raster calculator

CARTE DEGLI SPESSORI Spessore P.d.C – 1° limite geofisico (Depositi prevalentemente sabbiosi) Evidenze riscontrate Depositi prevalentemente sabbiosi Monte: spessori (18 – 34 m) Centro: spessori (8 – 12 m) Valle: spessori (2 – 6 m)

CARTE DEGLI SPESSORI Evidenze riscontrate Spessore 1° - 2° limite geofisico (Depositi prevalentemente limosi) Depositi prevalentemente limosi Monte: spessori (6 – 28 m) Centro: spessori (16 – 32 m) Valle: spessori (2 – 12 m)

ATTENDIBILITA’ DEL MODELLO Spessore P.d.C – 1° limite geofisico (Depositi prevalentemente sabbiosi) Spessore 1° - 2° limite geofisico (Depositi prevalentemente limosi) Verifica di campagna

ATTENDIBILITA’ DEL MODELLO Depositi prevalentemente sabbiosi

ATTENDIBILITA’ DEL MODELLO Depositi prevalentemente limosi

CONCLUSIONI Le prospezioni geofisiche realizzate, hanno permesso efficacemente la caratterizzazione del sito studiato nonostante le difficoltà derivanti dalla natura intrinseca dei depositi. In particolare la sismica a rifrazione ha evidenziato meglio il passaggio verticale tra le litologie, mentre la geoelettrica, oltre ad individuare i due limiti geofisici principali, ha permesso di caratterizzare in maniera più risoluta i depositi prevalentemente sabbiosi e limosi, evidenziando lenti, intercalazioni e passaggi laterali all’interno dei corpi. con la creazione del modello geofisico e la relativa restituzione delle carte, è stato possibile quantificare gli spessori, ricreando l’andamento dei depositi individuati nei tre settori del versante, al fine di ottenere un riscontro fra un modello interpretativo indiretto ed i dati di osservazione diretti.