75527 - ESPLORAZIONE GEOFISICA DEL SOTTOSUOLO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce i fondamenti di analisi dei segnali nel dominio del tempo e della frequenza e le basi teoriche e pratiche dei principali metodi di esplorazione geofisica del sottosuolo. Lo studente è in grado di applicare 1) metodi sismici tradizionali in foro e in superficie, 2) metodi elettrici, 3) metodi gravimetrici, 4) metodi elettromagnetici a diverse problematiche geologiche applicative, a scala superficiale e profonda.

Contenuti

Sistema Internazionale

Simboli delle grandezze fisiche fondamentali

Media e deviazione standard

Teoria degli errori: come si scrivono le incertezze

Teoria degli errori: stima dell'incertezza nelle grandezze derivate (con esempi)

Propagazione delle incertezze

Regressione lineare e non lineare standard (trattazione classica)

Il dominio del tempo: digitalizzazione dei segnali (frequenza di campionamento, terminologia)

Il dominio della frequenza: analisi spettrale

Buone norme per una FFT (detrending, tapering, padding)

Operazioni nel dominio del tempo e della frequenza

Aliasing spaziale e temporale

Filtri digitali e analogici

Dinamica di uno strumento

Convoluzione, correlazione (cross-correlazione e auto-correlazione)

LA PROSPEZIONE SISMICA

Sforzo e deformazione

Tipi di onde

Equazione d'onda (velocita' dell'onda)

Equazione d'onda (velocita' della particella)

Moduli elastici

Velocita' caratteristiche delle onde nei sedimenti e rocce

Effetto dell'acqua su VP e VS

Impedenza sismica

Attenuazione geometrica e anelastica

Principio di Huygens, principio di Fermat

Coefficienti di trasmissione e riflessione (equazioni di Zoepprtiz)

Leggi della riflessione e rifrazione ("dimostrazione" attraverso principio di Fermat)

Diffrazione

Sorgenti sismiche (esplosivi, martelli e pesi, fucili sismici, sorgenti da mare: air gun, water gun, sparker)

Trasduttori da sismica (geofoni, idrofoni)

Orientamento dei ricevitori in funzione delle onde da registrare

Sismica a rifrazione (2 strati, interfaccia piana)

Distanza di cross-over

Distanza critica

Sismica a rifrazione (3 strati, interfacce piane, caso generale N strati, interfacce piane)

Profondita' di indagine, numerosita' dei ricevitori, numerosita' delle sorgenti

Strato inclinato (caso generale)

Caso di variazione laterale (diretta e sottointerfaccia piana)

Lo strato nascosto: 1) Inversione di velocita', 2) Strato sottile

Discontinuita' di interfaccia

Altri metodi (delay time, GRM, tomografia)

Il metodo down-hole

Il metodo cross-hole

Il cono sismico e il dilatometro sismico

Breve storia sulla nascita del metodo sismico a riflessione

Sismica a riflessione (1 strato, interfaccia piana)

Sismica a riflessione (piu' strati, interfacce piane): metodi di Green e di Dix

Sismica a riflessione (interfaccia inclinata)

Riflessioni multiple

Copertura

Concetti di common depth point, common mid point, shot gather

Risoluzione verticale e orizzontale

Correzioni statiche: topografia e strato alterato

Correzioni dinamiche: migrazione

ESERCITAZIONE IN CAMPAGNA DI PROSPEZIONE SISMICA A RIFRAZIONE IN ONDE P e S

 

LA PROSPEZIONE ELETTRICA

Tipologie: metodi attivi (ER, IP, EM) e passivi (correnti telluriche, SP)

Cenni storici sulle prime sperimentazioni dei diversi metodi

Strumentazione (elettrodi, tipo di energizzazione)

Elementi base e prima legge di Ohm

Mezzo omogeneo e isotropo:

- Sorgente di corrente puntiforme

- Due elettrodi di corrente

- Distribuzione della corrente con la profondita'

- Due elettrodi di potenziale

Due strati, una interfaccia orizzontale:

- Distribuzione della corrente con la profondita'

- Resistivita' apparente (considerazioni qualitative)

- Resistivita' apparente (derivazione quantitativa col metodo delle immagini)

Constant spread e expanding spread traverse

Array Wenner (e variazione di Lee), Schlumberger, dipolo-dipolo: geometrie, fattori geometrici, limiti e vantaggi storici, limiti e vantaggi attuali, sensibilita' delle diverse geometrie

Resistivita' dei materiali geologici

Mezzi multistrato:

- Interpretazione dei dati con "master curve"

- Principi di equivalenza e soppressione

Interfaccia verticale

Due interfacce verticali

Strutture semisferiche

Interfacce inclinate

Applicazioni tomografiche moderne

Esempi applicativi

Polarizzazione indotta, caricabilita'

ESERCITAZIONE IN CAMPAGNA DI PROSPEZIONE GEOELETTRICA (Wenner, Schlumberger, dipolo-dipolo)

 

LA PROSPEZIONE GRAVIMETRICA

Generalita'

Gravimetri

Correzioni della gravita' per la latitudine

Correzioni in aria libera, di Bouguer e topografica

Correzioni per la deriva strumentale e la marea.

Anomalie di gravita' indotte da corpi sferici (half maximum technique) e cilindrici orizzontali.

Anomalie di gravita' indotte da corpi cilindrici verticali

ESERCITAZIONE IN CAMPAGNA DI GRAVIMETRIA

 

LA PROSPEZIONE RADAR

Ground Penetrating Radar

ESERCITAZIONE IN CAMPAGNA DI METODI RADAR

 

LA PROSPEZIONE MAGNETICA

Definizioni generali: campo magnetico, momento magnetico, intensita' di magnetizzazione. Proprieta' diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche dei materiali, isteresi magnetica.

Il campo magnetico terrestre (declinazione, inclinazione, campo magnetico totale).

Magnetometri a saturazione di flusso e a protoni.

Potenziale del campo magnetico, campo magnetico in un punto dovuto a un monopolo e a un dipolo.

GIOCO FINALE DI VERIFICA

Testi/Bibliografia

INTRODUCTION TO APPLIED GEOPHYSICS, Burger, Sheehan, Jones, Norton, 2006, 600 p. + CD

NEAR SURFACE APPLIED GEOPHYSICS, M.E. Everett, Cambridge, 2013, 400 p.

Altre letture:

AN INTRODUCTION TO GEOPHYSICAL EXPLORATION, Kearey, Brooks, Hill, Blackwell Publ., 2002, 262 p.

I METODI GEOELETTRICO E SISMICO PER LE INDAGINI SUPERFICIALI DEL SOTTOSUOLO, Carrara, Rapolla, Roberti, Liguori ed., 2012, 295 p.

ESPLORAZIONE GEOFISICA DEL SOTTOSUOLO, Musset, Aftab Khan, Zanichelli, 2003, 420 p.

Metodi didattici

Lezioni frontali.

Esercitazioni in campagna.

Esperimenti in aula.

Elaborati obbligatori di laboratorio da produrre a casa.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

ACCESSO ALL'ESAME: dall'anno accademico 2017-18 per accedere all'esame finale è necessario aver svolto e consegnato 3 relazioni individuali sui temi seguenti:

1. analisi spettrale
2. interpretazione sismica rifrazione in onde P
3. prospezione gravimetrica

Tali relazioni vengono valutate e costituiscono un punteggio extra da 0 a 3 punti che si sommano a quelli della prova scritta e fanno media nel voto finale. Chi non ha potuto seguire il corso deve chiedere indicazioni al doce

nte su come produrre queste 3 relazioni e deve consegnarle almeno 7 giorni prima di sostenere l'esame scritto.

PROVA SCRITTA (durata: 2h 30')
Non è consentito allontanarsi dall’aula (nemmeno per andare al bagno).
Non è consentito l’uso di testi, appunti, del telefono cellulare. E’ consentito solo l’uso di normali calcolatrici. I fogli di bella e brutta copia sono forniti dal docente.
Contenuti: 3 esercizi

E' sempre presente un esercizio di prospezione sismica. Gli altri esercizi riguardano la restante parte del programma (teoria dei segnali o altre tecniche di prospezione geofisica).

Voto minimo per accedere all’orale: 14/30.

 

PROVA ORALE
La prova orale va sostenuta entro la stessa sessione.

Tutte le dimostrazioni e tutti gli argomenti trattati a lezione costituiscono possibili domande orali.

 

VOTO FINALE

Il voto finale è la media tra i voti della prova scritta e della prova orale, più la votazione degli elaborati individuali obbligatori.

 

NON SI CONCEDONO APPELLI STRAORDINARI.

E’ possibile presentarsi ad entrambi gli appelli della stessa sessione.

E’ necessario segnalare la propria presenza attraverso il sito AlmaEsami.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Castellaro