Esplorazione sismica delle Debris Avalanches nei settori marini occidentale e settentrionale dell’ isola d’ Ischia F.Giordano (1), A.Sbrana A. (2) , R. M.Toccaceli (2), I.Giulivo (3) e L.Monti (3) (1) Dipartimento di Scienze per l’Ambiente, Università Parthenope, Via Acton 38 – Napoli (2) Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Pisa, Via S. Maria 56 – Pisa (3) Regione Campania, Settore Difesa Suolo, Via De Gasperi 26– Napoli

Introduzione Sono presentati e discussi dati di sismica marina monocanale ad alta risoluzione di recente acquisizione (2005) relativi all’esplorazione di "Debris Avalanches" (Siebert, 1984; Ui et ali,2000) rinvenibili lungo i settori costieri e di off-shore occidentale e settentrionale dell’isola d’Ischia (Budillon et alii, 2003; de Alteriis, et alii, 2006).

Sommario Introduzione La campagna I profili sismici ed il Piano di Navigazione I materiali Elaborazione delle tracce - Filtraggi 2D Sezioni geologiche Conclusioni

La Campagna Sismica Nel settembre del 2005, con preciso riferimento alle attività di rilevamento geologico in corso di completamento per la nuova cartografia geologica dell’Isola d’Ischia (PROGETTO CAR.G. 1:50.000; CONVENZIONE REGIONE CAMPANIA – UNIVERSITÀ DI PISA) è stata organizzata una campagna di sismica marina monocanale con sorgente sparker.

I profili sismici realizzati I profili, opportunamente ubicati, hanno consentito di definire, nel dettaglio e complessivamente, l’articolata morfostruttura dei depositi di D.A., la struttura interna e quella sottostante per tutto il tratto di fondale investigato. La sismica marina a riflessione ha permesso di individuare la base delle unità ad hummocky con un’incertezza verticale dell’ ordine del metro.

Piano di Navigazione Sono indicate le linee L15 ed L21 descritte in seguito

MATERIALI Sorgenti Sparker Queste sorgenti assicurano ottime prestazioni perché offrono un buon compromesso tra risoluzione (<1 metro)e penetrazione nel sottofondale nelle nostre aree costiere. Con questi sistemi monocanale si può lavorare facilmente da sottocosta da -5 e fino -1000 metri, con penetrazioni anche di centinaia di metri

Sorgente Sparker:SAM96 SAM96:Sparker Array Multitip 96 electrodi Materiali SAM96:Sparker Array Multitip 96 electrodi Sviluppato nell’ ambito del PNRA

DIAGRAMMI DI RADIAZIONE A CONFRONTO Materiali DIAGRAMMI DI RADIAZIONE A CONFRONTO Array/Nav. Dir. Polar radiation diagram of directivity function left : SAM-96, right: 3 electrode array (teoretical)

Firma e Banda in frequenza di SAM96 Materiali Firma e Banda in frequenza di SAM96 Sopra:firma della sorgernte sparker SAM96 a 5KJ(onda diretta campionata a 6m di distanza dalla sorgente e sotto, spettro in frequenza la cui larghezza Df convenzionalmente viene presa ad 1/e del valore massimoDf=1600Hz Ancora sopra è evidenziata la durata Dt=0.63,ricavata con la formulaDt=1/Df corrispondente alla banda in frequenza e si nota come essa sia quasi coincidente con la larghezza della firma ad 1/e del valore massimo della sua altezza.

Linea L15-Ischia_2005.bmp generata da DSeismic Fondo scala tempi :1/2 secondo;Lunghezza linea 7 Km

Elaborazione delle tracce in ambiente D-Seismic e Matlab METODI Elaborazione delle tracce in ambiente D-Seismic e Matlab Elaborazione 1D delle tracce mediante: TVG Filtri Butterworth Medie temporali(singola traccia) Medie Moving Average (3 tracce) Miglioramento del Rapporto Segnale /Rumore

Elaborazione delle immagini delle sezioni Per l’elaborazione delle immagini dei profili, abbiamo utilizzato filtri lineari e non lineari,realizzati attraverso convoluzioni 2D (Fontoura Costa, 2001). EFFETTI:attenuazione del rumore evidenziazione delle peculiarità. RISULTATO FINALE: INTERPRETAZIONE FACILITATA

Alla categoria dei filtri lineari appartiene l’ average filter (passa basso 2D)sui punti vicini . L’ effetto del filtro è quello di sostituire a ciascun pixel il valore medio dei livelli di grigio dei valori vicini.

L’ average filter ed il Gaussian filter operano sull’ immagine con uno smooting a finestra mobile. Puliscono l’ immagine attenuando il rumore di fondo e quello sale e pepe, cioè punti isolati con livelli di grigio molto diversi da quelli di una regione uniforme.

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: 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 ad esempio dalla funzione: Il parametro a controlla la larghezza della gaussiana circolarmente simmetrica la cui larghezza cresce all’ aumentare di a

FILTRI EDGE 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)

Orientazione dei bordi : ESEMPIO :Ricerca dei bordi orizzontali 64 64 g(x) g(x)-g(x-1) immagine matrice

E’ conveniente che lo smooting sull’ immagine , con un filtro a finestra mobile (average filter),preceda l’ edge filtering La determinazione dell’ orientazione dei bordi si realizza : In orizzontale :filtrando l’ immagine g(x,y) con l’ operatore [-1 1], il che equivale a stimare dg/dx (derivata orizzontale) . In verticale : filtrando con l’ operatore [-1 1]T si stima il gradiente verticale.

L’evidenziazione dei bordi (con toni di grigio)avviene utilizzando il modulo del gradiente dell’immagine g(x,y) :

Filtro “Edge” su L15

PARTICOLARE DI APPLICAZIONE EDGE FILTER su L15 Filtro Edge applicato alla L15, esaltazione dei bordi e quindi delle variazioni di riflettività acustica

Contouring sulla L15_Ischia rumore

CONTOURING Il contouring, 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 ove appaiono molto bene individuate le aree con i medesimi toni di grigio quindi con i medesimi contrasti di impedenza acustica.

Elaborazioni 2D linea_15 CONTOUR EDGE Reflection free

INTERPRETAZIONE GEOLOGICA Per l’ interpretazione geologica dei profili marini ci si è avvalsi dei risultati dei rilievi a terra e delle stratigrafie dei numerosi pozzi presenti nelle zone costiere. Per definire la stratigrafia a mare sono state molto utili le elaborazioni delle tracce e delle immagini dei profili

Interpretazione L15 terra Sezione geologica L15

La multipla da fastidio:eliminazione della stessa con filtro numerico di lunghezza variabile

Individuazione della base dell’ orizzonte della base della Debris Avalance

Il processing geofisico dei profili sismici eseguito Elaborando ciascuna traccia o gruppi di tracce .(es. horiz. mov.average) Elaborando graficamente il profilo come immagine con una strategia che investe tutto il profilo Deve risultare d’ aiuto all’ interpretazione geologica,sia fornendo profili con rapporto Segnale/Rumore alto sia elaborazioni delle immagini che possono mettere in evidenza caratteristiche di interesse.

Sezione sismica L21 Sezione geologica L21

Una possibile interpretazione Ora vediamo una animazione schematica del fenomeno VAI a “effetti speciali”

CONCLUSIONI L’ elaborazione dei profili , già di ottima qualità : Ha agevolato la fase di individuazione degli orizzonti principali; Ha consentito di definire, nel dettaglio e complessivamente, l’articolata morfostruttura dei depositi di D.A. Ha evidenziato, la struttura interna e quella sottostante per tutto il tratto di fondale investigato. La sismica marina a riflessione ha permesso di individuare la base delle unità ad hummocky con un’incertezza verticale dell’ ordine del metro.