applicazioni geologico-ambientali Geofisica Applicata applicazioni geologico-ambientali Giorgio Cassiani Dipartimento di Geoscienze Università di Padova, Italia giorgio.cassiani@unipd.it

Testi di riferimento Introduction to Applied Geophysics H.R. Burger, A.F. Sheehan, C.H. Jones W.W. Norton & Company; ISBN: 0393926370 An Introduction to Applied and Environmental Geophysics John M, Reynolds John Wiley and Sons Ltd; ISBN: 0471955558 Applied Geophysics W.M. Telford, L.P. Geldart, R.E. Sheriff Cambridge University Press; ISBN: 0521339383 Principles of Applied Geophysics D.S. Parasnis Kluwer Academic Publishers; ISBN: 0412640805 Exploration Seismology R.E. Sheriff , L.P. Geldart Cambridge University Press; ISBN: 0521468264 Environmental and Engeneering Geophysics Sharma Cambridge University Press; ISBN: 0521572401

Geofisica Applicata PARTE 1a Introduzione: a cosa serve la geofisica applicata Concetti di analisi del segnale e di inversione Geoelettrica e tomografia elettrica Sismica Metodi a potenziale (gravimetria e magnetismo) Metodi elettromagnetici GPR PARTE 2a Applicazioni ambientali con esempi da letteratura Esercitazioni

La misura geofisica G = quantità geofisica misurata strumento G = quantità geofisica misurata P= parametro geofisico del sottosuolo che condiziona G dominio di investigazione G = G(P, F = condizioni forzanti)

è il modello diretto G = G(P, F) Per esempio: G = potenziale elettrico, P = resistività, F = corrente iniettata (geoelettrica) G = vibrazione del suolo, P = velocità delle onde elastiche, F = sorgente (sismica) G = campo elettrico, P = velocità delle onde EM, F = impulso elettrico (GPR) G = campo magnetico, P = suscettibilità magnetica, F = campo della Terra (magnetismo) (metodo passivo) G = campo gravitazionale, P = densità, F = campo della Terra (gravimetria) (metodo passivo)

è il modello inverso P = G-1(G, F) Per esempio: deriva la distribuzione di resistività da misure geoelettriche in CC deriva la distribuzione di velocità sismica da misure sismiche deriva la distribuzione di velocità EM da misure GPR deriva la distribuzione di suscettività da misure magnetiche deriva la distribuzione di densità da misure gravimetriche

MISURA ED ANALISI IN GEOFISICA APPLICATA parametro fisico P segnale G PROCESSING INVERSIONE distribuzione di P (stimata) informazione per l’utente ANALISI

NON UNICITA’ DELLA INTERPRETAZIONE segnale G PROCESSING INVERSIONE modello concettuale del sottosuolo 1 NON UNICITA’ DELLA INTERPRETAZIONE segnale G modello concettuale del sottosuolo 2 PROCESSING INVERSIONE INTERPRETAZIONE … modello concettuale del sottosuolo N modello concettuale del sottosuolo X segnale NON osservato

talora indeterminatezza matematicamente NON UNICITA’ DELLA INTERPRETAZIONE talora indeterminatezza matematicamente talora problemi mal posti molto sensibili a dati con rumore

informazioni ausiliarie, p.es. sulla geologia modello concettuale del sottosuolo 1 NON UNICITA’ DELLA INTERPRETAZIONE segnale G modello concettuale del sottosuolo 2 PROCESSING INVERSIONE INTERPRETAZIONE … modello concettuale del sottosuolo N La scelta si effettua sulla base di informazioni ausiliarie, p.es. sulla geologia

PROCESSING INVERSIONE INTERPRETAZIONE segnale G1 … PROCESSING modello concettuale del sottosuolo 1 NON UNICITA’ DELLA INTERPRETAZIONE PROCESSING INVERSIONE INTERPRETAZIONE segnale G1 modello concettuale del sottosuolo 2 … modello concettuale del sottosuolo n PROCESSING INVERSIONE INTERPRETAZIONE segnale G2 … modello concettuale del sottosuolo N

? METODI APPLICAZIONI GEOFISICI Esplorazione per idrocarburi Esplorazioni per minerali Studi ingegneristici Studi idrogeologici Identificazione di contaminanti Studi geologici regionale Applicazioni forensi Studi archeologici ... Geoelettrica Sismica Georadar Metodi EM Gravimetria Magnetismo ...

METODI GEOFISICI APPLICAZIONI La scelta viene fatta in base dei seguenti criteri: l’obiettivo dell’applicazione deve essere compatibile con la grandezza fisica misurata ll metodo deve aver sufficiente risoluzione spaziale (e temporale) e sufficiente penetrazione costo logistica impatto ambientale

L’obiettivo dell’applicazione deve essere compatibile con la grandezza fisica G misurata: ovvero deve esistere CONTRASTO fra i parametri fisici P in zone diverse, per cui il metodo può identificare la struttura del sottosuolo “ANOMALIE”

L’obiettivo dell’applicazione deve essere compatibile con la grandezza fisica misurata: deve esistere contrasto in zone diverse, per cui il metodo può identificare la struttura o le caratteristiche del sottosuolo mondo reale modello geologico modello geofisico

PROPRIETA’ FISICHE sismica: moduli elastici e densità gravimetria: densità metodi magnetici: suscettività e magn. permanente geoelettrica: conduttività elettrica metodi elettromagnetici: conduttività elettrica polarizzazione indotta: conduttività elettrica complessa potenziale spontaneo: conduttività elettrica e sorgenti ground penetrating radar: costante dielettrica

Inoltre il metodo prescelto deve avere sufficiente risoluzione spaziale e sufficiente penetrazione. risoluzione verticale risoluzione orizzontale max penetrazione

la logistica: facilità di accesso trasporto di equipaggiamento tempo atmosferico e stagione permessi di passaggio/accesso permessi operativi pianificazione del survey: geometria campionamento spazio/tempo progettazione sulla base delle “anomalie” attese presentazione dei risultati (linee, mappe, sezioni, 3D)

Il campionamento spaziale e temporale

INTERPOLAZIONE DI DATI SPARSI ED ESTRAPOLAZIONE

RUMORE GEOFISICO Il rapporto segnale/rumore

RUMORE GEOFISICO Rumore coerente (deterministico) e Rumore incoerente (stocastico)

Per tutti i METODI: Principi fisici (grandezze misurate) Risoluzione, profondità, punti di forza e limitazioni Acquisizione dati Processing dati ed inversione Interpretazione Esempi di applicazione Riferimenti bibliografici