Geofisica applicata

Inietto corrente (I) con elettrodi di corrente

Registro ΔV con elettrodi di potenziale

Proprietà elettriche

• Resistenza
• Resistività (considera la geometria del corpo)

dipende

• natura litologica (minerali)
• 10⁰ < R < 10⁸ Ω·m
• porosità
• fluidi nei pori

La dipendenza tra resistività e porosità è spiegata dalla legge di Archie

La corrente si propaga

• elettronica (elettroni liberi sulle superfici)
• elettrolitica (fluidi)

In campagna misuriamo valori di resistività apparente, questa può corrispondere alla resistività reale solo nel caso di un mezzo omogeneo.

3 modalità di indagine

1. 1D -> la resistività cambia in 1 direzione, es. in verticale
2. 2D
3. 3D

CONFIGURAZIONI ELETTRODICHE

Quadripolo ➔ 2 elettrodi di corrente2 elettrodi di potenziale

Ogni fendicunto ha un fattore geometrico k

Chiave: per Polo si intende 1 elettrodo (C o P)per Dipolo si intende 2 elettrodi uguali

Polo-Polo

Polo-Dipolo

Dipolo-Dipolo

Wenner = la distanza elettrodica è uguale bassa ρ

2

γ

β = al dipolo-dipolo

Metodo Roll-along

Si utilizza per estendere lo schedumento quando si ha un limitato numero di dettatori a disposizione, o semplicemente, non bastano a coprire la distanza desiderata.

È un metodo utile anche per verificare la bontà delle misure di resistenza acquisite.

Procedura

• Si fa un primo schedumento e si acquisisce la prima sequenza di misura.
• Si shifta di una certa distanza orizzontale lo schedumento e si fa una 2° acquisizione di misura.

Tra i due schedumenti c’è una certa sovrapposizione, così facendo si osserva se ci sono anomalie/discontinuità tra le due sequenze di misura. Una piccola differenza tra le 2 sequenze di misura può essere attribuita a un disturbo. Un importante differenza implica un errore, quindi bisogna rifare l’acquisizione.

Wenner-Schlumberger

• Per bassi valori di n (n=1), l'andamento della sensibilità è piatto, quindi è sensibile alla strutture orizzontali. Aumentando n l'andamento si verticalizza, vede meglio strutture verticali. Questo procedimento può essere un buon compromesso in zone in cui ci si aspetta esclusivamente le strutture.
• Profondità di indagine poco superiore del Wen (circa 10% in più)
• Intensità del segnale più bassa del Wen, ma più elevata del polo-dipolo e dipolo-dipolo. Utile in zone umide e per acquisizioni di Wen non di una doppia difa.
• Copertura orizzontale leggermente maggiore del Wenner. Finestra di dipolo-dipolo e ex polo-dipolo

Dipolo-Dipolo

• Questo schieramento ha valori di sensibilità maggiori sotto i dipoli (C2-P e P2-B). Per bassi valori di n (n=1) si hanno buoni valori di sensibilità anche al centro dello schieramento. All'aumentare di n (n>2) la sensibilità si verticalizza.
• È sensibile a cambiamenti orizzontali della resistività, idoneo per identificare strutture verticali (digradi, cavità, faglie)
• La distanza tra i 2 dipoli viene progressivamente aumentata seguendo multipli interi di n. Ha una profondità di indagine confrontabile con il Wenner, e leggermente minore.
• L'intensità di segnale decresce secondo il cubo di n, questo comporta che la qualità del dato può declinare per alti valori di n (cioè ai valori di sensibilità in profondità). Per ottenere un dato di qualità, raggiungendo comunque maggiori profondità, piuttosto che aumentare la distanza tra i due dipoli e muoverli.

Il modello ha delle dimensioni delle celle predefinite, in situazioni in cui c'è elevata variabilità della resistività si possono restringere le celle. Ridurre le celle implica aumentare il numero di parametri del modello, quindi aumenta il tempo di elaborazione.

In genere la cella è circa la metà della spaziatura, tipo 1 m, in base a quello che devo discretizzare posso scendere a 50 cm.

Un metodo per gestire la topografia

Il programma RES2DINV ha tre diversi metodi per inserire la topografia nel modello di inversione. In tutti questi metodi i nodi superficiali della maglia sono traslati su e giù fino a riprodurre la topografia reale. La topografia diventa parte della maglia ed è automaticamente incorporata nel modello di inversione. La differenza tra questi tre metodi è il modo in cui vengono traslati i nodi.

Il modo più semplice consiste nel traslare tutti i nodi superficiali della stessa quantità lungo la stessa linea verticale. Questo è accettabile in tutti i casi con una variazione topografica limitata. Lo svantaggio è che ogni ondulazione nella superficie topografica viene riprodotta da tutti gli strati.

SISMICO

Invetto onde sismiche (meccaniche) in sottosuolo e registrano i tempi di arrivo attraverso dei geofoni.

I principi e le leggi fisiche alla base del metodo sismico:

• Fermat ➔ minimo tempo
• Huygens ➔ ciascun punto di un fronte d’onda è sorgente di un fronte d’onda secondario
• Snell ➔ _{sen O1} / _V1 = _{sen O2} / _V2 parametro del raggio costante

Un'onda sismica può subire fenomeni di attenuazione e amplificazione:

• Divergenza Sferica ➔ in base alla geometria (sferico o ellissoidico) con cui si propagano i fronti d'onda si ha che l'intensità dell'onda è inversamente prop. alla distanza.
• Atenuazione intrinseca ➔ parte dell'energia si disperde, a causa di frizione e attriti, ne consegue che l'attenuazione dell'ampiezza di un'onda è direttamente prop. alla sua frequenza di oscillazione.
• Scattering ➔ quando l'onda incontra una discontinuità subisce rifrazione e riflessione, l'energia si ripartisce nelle varie fasi. Oveggioria sonore le discontinuità (eterogenee) maggiore sarà lo scattering.

La ripartizione di energia tra 2 mezzi a contatto è legata al contrasto di impedanza sismica. Questa è data dal prodotto fra velocità e densità del mezzo.

Sapendo che E ∝ A² si può definire il rapporto tra le ampiezze per ottenere quando genoci di riflettività e di trasmissività.

trigger: primo geofono a cui arriva il segnale e che attiva gli altri. È un orizzonte riflettente che viene chiuso nell'istante in cui la mezzaria colpisce la superficie, questo consente di produrre un impulso, potendo così determinare il resto dell'istante in cui i punti si ricevono il segnale della sorgente.

Per un adeguata interpretazione nella riflessione occorre porre almeno:

• 2 fili offset cioè esterni ed equidistanti ai lati dello spiegamento di qualche distanza pari a metà della lunghezza dello spiegamento.
• 2 fili agli estremi dello spiegamento.
• 1 filo centrale.

La procedura nella sismica è la seguente

• sorgente e tipo di spiegamento
• picking dei primi arrivi
• tracciamento delle cronocorrezione → se si usa il metodo iterativo, cioè partendo da un modello teorizzato delle velocità in sottosuolo, si va a sovrapporre l’info sperimentale trovata, la differenza tra i voluti si minimizza col metodo dei minimi quadrati
• scelta del metodo di interpretazione

Conoscendo le posizioni di sorgente e ricevitore si possono calcolare dei tempi teoria.

Poi si esegue la misura reale dei tempi e si confronta con i tempi teorici calcolati.

Da ciò si costruisce un sistema di equazioni lineari che leghi la differenza Δt_o al modello reale.

In genere il sistema lineare è sovradeterminato, cioè ha più equazioni che incognite.

Questo tipo di sistema può essere risolto con la tecnica dei minimi quadrati. Questa permette di calcolare i valori incogniti del sistema.

Infine si ottiene un modello di velocità reale con un valore di RMS.

L’RMS è il valore medio del quadrato dei residui, cioè il discostamento tra i valori misurati e quelli teorici. Questo valore è accettabile fino a una certa soglia (ex 20%), se superiore occorre cambiare il modello di velocità teorico di partenza e rifare l'elaborazione.