PARTE 3-B TEORIA DELLA SISMICA A RIFLESSIONE

Progetto SEALAND-Principato di Monaco sketch delle indagini geofisiche interpretazione dei profili sismici : Francesco Giordano(Martec)

Propagazione delle Onde meccaniche in un mezzo elastico da Waters K. H Propagazione delle Onde meccaniche in un mezzo elastico da Waters K.H. Reflection Seismology a tool for Energy Resource Exploration J.WILEY

Nel caso della sismica marina si ha che fare solamente con onde ti tipo P in quanto le S non si trasmettono nei liquidi(il loro modulo di taglio è zero). Le ampiezze di oscillazione delle particelle di materiale o grani interessate da una onda generata dalla la sismica per riflessione dipende dalla potenza della sorgente e dalla distanza Il range parte dall’ Angstrom.Nei mezzi reali bisogna tener conto che essi possono essere una miscela di materiali e la risposta di essi alla perturbazione dipende dalla lunghezza d’ onda della perturbazione stessa rafforntata alle dimensioni dei grani. Lunghezze d’ onda corrispondenti ad onde aventi come Frequenza fondamentale f=1/T ;lunghezza d’ onda lambda=c T=c/f v(m/s) f(Hertz) lambda 1500 100 15 m “ “ 1000 1.5 m 10.000 0.15 100.000 0.015

I valori delle velocità sono ricavabili dalle costanti elastiche : in particolare nel caso dei terreni e dei fondali,si utlizzano il modulo di Young e la densità media. Se i suoli sono saturi d’ acqua,allora si utilizza il modulo K, poiche’ l’ acqua confina le particelle annullando i vuoti. La velocita’ c è ricavabile indirettamente utilizzando la formula generale vedi clay Valori tipici delle velocità(Km/s) e densità di alcune rocce sono Kg/m^3 Materiale velocità(Km/s) densita’(Kg/m^3) SALGEMMA 4.9-6.9 1900-2000 GRANITIE ROCCE 4.0-5.8 2500-3000 VULCANICHE DOLOMIE E CALCARI 2.7-5.0 2300-2800 ARENARIE 0.8-3.4 2100-2600 ARGILLE 0.8-2.0 2000-2500

Table 4.1 Approximate ranges of compressional wave velocities in common offshore materials. Lithology Vp(km s-1) Seawater 1.45-1.53 Unconsolidated sand 1.5-2.0 Deep—sea pelagic ooze 1.5-1.9 Clay 1.0-2.5 Shales 2.0-4.1 Permafrost 3.5-4.0 Sandstones (Tertiary) 2.0-2.5 Sandstones (Carboniferous) 4.0-4.5 Chalk (Cretaceous) Limestones (Jurassic) 3.0-4.0 Limestones (Carboniferous) 5.0-5.5 Dolomite 2.5-6.5 Halite 4.0-5.5 Basalt 3.5-6.0 Gabbro 6.0-7.0 Granite 4.0-6.1 Ultrabasic rock 7.5-8.5 Serpentinite 5.5-6.5 Gneiss 3.5-7.6 Data sources: Christensen {1982), Kearey and Brooks {1991). Sheriff and Geldart (1995), Reynolds (1996).

VELOCITA’ di MISCELE DI MEZZI 1° CASO: Miscela di due mezzi aventi velocità C1 e C2, la lunghezza d’ onda è grande per risolvere le differenze granulometriche. Quindi si può fare un modello semplificato. Il modello più semplice è quello di considerare separati i due mezzi. F = frazione di materiale con velocità C2 presente nel materiale a vel C1 ; velocità della miscela C

Vel=C2 Vel=C1 Lunghezza = f L Lunghezza = (1-f)L Il tempo necessario ad attraversare lo spessore L è

Con lo stesso schema si può calcolare la densità media r = (1-f)r1+f r2 Ad esempio: una arenaria con r1=2.4 contiene una frazione di argille del 30/100 con r2=2 r=2.4*(100-30)/100+ 2 *30/100=2.28*10 3 Kg/m 3

TABLE 2.1 SEISMIC VELOCITIES IN UNCONSOLIDATED SEDIMENTS. CONSOLIDATED SEDIMENTS. AND METAMORPHE ROCKS   Velocity (km/sec) Velocity (1000ft/sec) Material a(P) a (S) b(P) b(S) Remarks Alluvium 0.5-0.2 -- 1.64-6.56 Near surface 3.0-3.5 9.34-11.48 2000 m depth Clay 1.1-2.5 3.6I-8.20 Loam 0.8-1.8 2.62-5.91 Loess 0.3-0.6 0.98-1.96 Sand Loose 0.2-2.0 0.66-6.56 1.00 0.04 3.28 1.31 Above water table 1.08 0.05 5,91 1,64 Below water table Calcarecus 0.8 2,62 Wet 0.75-1.5 2.46-4.92 Weathered layer 0.3-0.9 0.98-2.95 Glacial Till 0.43.-1.04 1.41-3.41 Unsatured 1,73 5,67 Satured Sand and gravel 0.38-0.50 1.25-1.64 1,67 5.48 Sandstone-shale Tertiary 2.1-3.5 6.89-11.46 Cretaceous 2.4-3.9 787-12.80 Depth range Pennsylvanian 2.9-4.4 9.51-14.44 0.3-3.6 km Ordovician 3.3-4.5 10.83-14.76 0.3-2.1 km Sandstone 1.4-4.3 4.59-14.11

Sandstone   Conglomerate 2.04 -- 0,352083333 Australia Limestone Soft 1.7-4.2 5.58-13.78 Hard 2.8-6.4 9.19-21.00 Solenhofen 5,97 2,88 19,59 9,45 US. Mid-continent 0,135416667 9.02 and Gulf Coast 3.4-6.1 11.15-21.0 Argillaceous, Texas 6.03 3.03 19,78 9,94 to bedding Argillaceuus, Texas 5,71 3.04 18,73 9,97 Dolomitic. Penn. 19.59 Cement rock. Penn. 7.07 23.20 CrysLal|1ne.Texas, NM., Okla. 5.67-6.40 18.60-21.00 Dense. U.S.S.R. 5.90-7.00 3.03-3.59 19.36-22.97 9.94-11.78  Salt. cornallite. sylvite 4.-1-6.5 14.44-21.38 Caprock. salt. anhydrite. gypsum.Limeswne 3.5-5.5 11.48-18.04

GEOMETRIA DELLA RIFLESSIONE E RIFRAZIONE ALLE INTERFACCE (BOUNDARY) MEZZO 1 MEZZO 2 ONDE P ed S con indici i = incidenti, pedici 1 e 2 per mezzo 1 e 2 rispettivamente ONDE P ed S con indici r= riflesse e rifratte, pedici 1 e 2 per mezzo 1 e 2 rispettivamente Le frecce indicano la direrzione dell’ oscillazione delle particelle del mezzo.

Caso di onde incidenti P ed S

Caso di onde incidenti S, nascita delle onde di scambio

Relazioni tra angoli e velocità dalla legge di Snell: