Metodi di esplorazione dei fondali marini

1. SISTEMI DI POSIZIONAMENTO:

1.SISTEMA LORAN C (Long Range Aid to Navigation):

È un sistema di radionavigazione terrestre tramite onde radio LF (a bassa frequenza) che

sfrutta l'intervallo di tempo tra i segnali ricevuti da tre o più stazioni per determinare la

posizione di una nave o di un aereo.

Radiolocalizzazione iperbolico tramite ricezione contemporanea dei segnali emessi da

due stazioni (master e slave) per il calcolo del LOP (Line Of Position ramo di iperbole:).

L'intersezione di 2 LOP fornisce la posizione dell'imbarcazione.

Si misura la misura la differenza di fase tra il segnale della Master (Catanzaro) e una delle

tre Slave. Il luogo dei punti con uguale differenza di fase è un ramo di iperbole. Da due

rami di iperbole ottengo il punto nave.

La frequenza di lavoro è attorno ai 100 kHz. Ad ogni master, 4 slave Distanza entro 1000

miglia di distanza dal master Errore di 200 m o più.

2. G.P.S. (Global Positioning System):

Sistema satellitare che trasmette un segnale elettromagnetico su due frequenze portanti

L1 e L2 ad un segmento di controllo e al ricevente. I segnali provenienti da almeno 4

satelliti forniscono la localizzazione.

Lo Space Segment è composto da: 24 satelliti, posti su 6 diverse orbite inclinate di 55°

rispetto all'equatore ed equispaziate di 60° tra di loro, a circa 20000 km di quota, con un

periodo di rivoluzione di 12 ore; in ogni orbita si trovano 4 satelliti spaziati di 90 gradi.

Con tale disposizione in ogni punto della terra ed in qualsiasi istante sono visibili

contemporaneamente tra i 5 e gli 8 satelliti.

Il Control Segment è costituito da varie sezioni

• Master Control Station ed una di riserva top secret a Colorado Springs

• Alcune serie di stazioni con le antenne di trasmissione

• Alcune stazioni di monitoraggio disposte (circa) intorno all’equatore.

Lo User Segment prevede varie e differenti applicazioni, alcune di queste sono presentate

nell’immagine.

Errore di posizionamento:

Prima del 2000 codice militare (preciso) e civile errore di 100 (in modalità Attualmente

hanno tolto la limitazione per uso civile e la precisione media è di circa 5-20 metri. Per

migliorare la precisione posso usare una correzione differenziale (DGPS). una tecnica nella

quale si usano due o più ricevitori: uno su di un vertice di riferimento A (stazione base o

master) di posizione nota ed uno su B (stazione rover), solitamente in movimento che

occupa i punti di nuova determinazione. La stazione base calcola le correzioni e le loro

variazioni nel tempo, trasmettendole al ricevitore remoto (montato sull’imbarcazione). La

procedura può essere eseguita in tempo reale realizzando un collegamento tra le due

stazioni via radio modem o modem GSM. Il posizionamento differenziale può essere

applicato al range del codice (DGPS) oppure alla fase (RTK). Quest’ultimo differisce dal

metodo standard perché il dato fornito non necessita di elaborazione (e correzione

differenziale) in “postprocessing”, ma è disponibile e fruibile in tempo reale. Problema

RTK è che le due antenne si devono vedere per comunicare (quindi quando imbarcazione

perde contatto con antenna, la correzione si perde). Tale problema è stato risolto con PPK,

dove tramite correzioni in fase di post-processing riusciamo ad avere il dato RTK anche

quando le due antenne non comunicavano tra loro.

Accuratezza, precisone e risoluzione: 1

PRECISIONE Indica il grado di uniformità e riproducibilità di una misura, cioè

 l’accordo tra una singola misura e una serie di misure dello stesso parametro

ACCURATEZZA è una misura dell’affidabilità, cioè della differenza tra il valore vero

 e il valore più probabile tra quelli misurati

RISOLUZIONE è il più piccolo intervallo misurabile da uno strumento

 2

. SISMICA A RIFLESIONE E RIFRAZIONE

La rifrazione e la riflessione dell'energia elastica sono fenomeni che si verificano

quando un pacchetto d'onde sismiche incontra una superficie di discontinuità

(stratigrafica, tettonica o, nell'ambito dello stesso litotipo, per variazioni di

compattazione, fratturazione, ecc.) tra due mezzi diversi. Le indagini di sismica a

rifrazione e/o riflessione consentono di definire lungo un profilo indagato, tramite

la velocità di propagazione delle onde di compressione e di taglio, le unità

litologiche presenti, la loro geometria (spessori e superfici di contatto) ed inoltre

consentono di stimare i valori dei moduli elastici dei terreni investigati.

La sismica a rifrazione è un metodo di indagine del sottosuolo che utilizza,

come la sismica a riflessione, le onde acustiche prodotte da una sorgente

opportunamente tarata, ma che hanno subito un fenomeno di rifrazione lungo le

superfici di discontinuità fisica e/o meccanica dei mezzi attraversati. Tale

metodologia si basa sull’analisi dei tempi di arrivo delle onde rifratte (first breaks)

che, elaborati tramite sistemi talvolta molto complessi (es. algoritmi di inversione

tomografica), permetteranno di individuare in profondità strati con caratteristiche

meccaniche migliori e di risalire ai moduli elastici dinamici dei terreni investigati.

La prospezione, molto utilizzata soprattutto in campo ingegneristico, prevede uno

stendimento di geofoni in superficie (generalmente in numero di 12 o 24) e

diversi punti di energizzazione. All' atto di trasmissione dell'impulso elastico al

terreno viene avviato un registratore che permette di misurare il tempo

impiegato dalla perturbazione sismica indotta nel terreno a percorrere la distanza

tra la sorgente e i geofoni, disposti in punti equispaziati lungo il profilo (Fig. 3).

L'elaborazione di opportuni diagrammi spazio-tempo (dromocrone) condurrà alla

ricostruzione di un profilo del sottosuolo (in termini di disposizione geometrica e

di caratteristiche meccanico-elastiche dei litotipi presenti al di sotto della zona di

indagine) in grado di evidenziare le velocità di trasmissione delle onde elastiche

per i diversi corpi attraversati. A differenza del profilo sismico a riflessione,

quindi, il prodotto finale non sarà una riproduzione (più o meno fedele!) delle

geometrie, delle strutture e delle successioni stratigrafiche presenti nel

sottosuolo indagato; sebbene conterrà dettagliate informazioni circa i parametri

geomeccanici e geotecnici (utili ad es. nella valutazione della risposta sismica di

un sito, o nella ricostruzione dei limiti stratigrafici), fornirà informazioni circa la

velocità e la profondità delle superfici sismiche, ma la geometria e la disposizione

spaziale dei riflettori non sarà di chiara ed immediata interpretazione.

La sismica a riflessione analizza i tempi che intercorrono tra l'istante di

generazione di un impulso elastico e l'istante di ricezione in superficie, dopo una

o più riflessioni da parte di altrettante superfici riflettenti. Tale metodologia

sfrutta le proprietà elastiche del terreno: ogni superficie che marca un passaggio

litologico, sia essa di carattere stratigrafico o tettonico, rappresenta una

discontinuità in grado di riflettere parte dell'energia sismica indotta nel

sottosuolo. I raggi sismici generati dalla sorgente (S), si rifletteranno sulle

interfacce che separano i diversi corpi presenti nel sottosuolo (caratterizzati da

differenti litologie, differenti proprietà fisiche, etc..); i segnali riflessi, registrati in

superficie da appositi ricevitori (geofoni o idrofoni, a seconda che si stia

conducendo un’indagine delle aree emerse o di quelle sommerse) ed

opportunamente elaborati, permetteranno di produrre delle sezioni sismiche in

grado di mettere in evidenza l'esistenza di orizzonti caratterizzati da diversa

impedenza acustica, di determinarne la profondità, di studiarne la geometria e di

trarre elementi di giudizio sulle caratteristiche strutturali dell'area indagata. 3

La sismica a riflessione può essere eseguita con la metodologia MONOCANALE o

MULTICANALE. La differenza fra questi due tipi di indagine risiede nel numero di

volte che ogni singolo punto del sottosuolo risulta indagato.

Con la riflessione monocanale, si ottiene la copertura singola che consiste

nell’indagare ogni punto una sola volta nel corso del rilievo.

Con la riflessione multicanale lo stesso punto viene indagato più volte ottendo

così una ritondanza di dati che sono utili per indagare più profondamente e in

dettaglio la zona interessata permettendo di eliminare l’eventuale rumore dovuto

all’acquisizione dei dati.

(essendo randomici possono essere ridotti con una sovrapposizione di più

immagini sismiche). In questa possiamo individuare un CDM

flow-chart per l’elaborazione sismica multicanale.: I passi fondamentali

nell’elaborazione sismica multicanale sono:

1) Sorting (riorganizzazione delle tracce da shot a CDP o punto di riflessione

comune);

2) Gaining (applicazione di un guadagno d’ampiezza per controbilanciare l’effetto

dell’attenuazione dell’onda nel suo percorso);

3) Analisi di velocità per poter correggere l’effetto del differente tempo di arrivo

delle riflessioni nel CDP (punto 4);

4) Correzione di NMO (riporto delle tracce a offset 0);

5) Stack (somma delle tracce per lo stesso CDP);

6) Migrazione 4

è possibile raggruppare le tracce sismiche in famiglie= GHATER che prenderanno

il nome di

SHOT GAHTER: se provengono da una stessa sorgente acustica;

COMMON OFF SET: se comprendono lo stesso of set di dati;

CDP GHATER : che sono riferite a stessi punti sulla superficie.

Abbiamo una relazione che permette di correlate TEMPO / DISTANZA

1. se x(distanza tra sorgente e idrofono) <<< H  il tempo di arrivo sarà

pochissimo quindi veloce. t=(2Hi)/vi 2. se x >>> H  il tempo di arrivo sarà

tanto quindi lento.t=x/vi

3. se x = H  il tempo di arrivo sarà

definit dall’equazione di un’ iperbole:

t=x^2/v^2 +(4Hi^2)/(vi^2 ) . i dati

verrano plottati ungo un ramo di

iperbole che mostrerà il fold=

copertura del dato, ossia quante volte

viene investigato uno stesso punto.

linea sismica è l’insieme di più



tracce sismiche che sono le più veloci tra le onde genrate da un terremoto

e dunque le prime che vengono avvertite da una dtazione sismica posta in

superficie(ONDE P).

QUESTO CI SERVE PER POTER EFFETTUARE UN LINE DROWING INTREPRETATIVO

PER EPLORARE LE GEOMETRIE DEL SOTTOSUOLO:

Un profilo sismico è costituito da tracce senza offset cioè che abbiano sorgente e

ricevitori nella stessa posizione.

• La riflessione (evento) ha un tempo doppio (andata e ritorno del segnale)e

un’ampiezza

• Ogni riflessione (evento) è rappresentato come un’ondina

All’interfaccia tra due strati possiamo scomporre l energia cdell’onda che li

attraversa. Dobbiamo considerare l’impedenza del materiale che è

direttamente correlata con il coefficente di riflessione

L’IMPEDENZA ACUSTICA= capacità di un materiale di resistere al passaggio di

un onda acustica. Questa si calcola come Z (impedenza acustica) = V (densità x

velocit 5

Coefficiente di Riflessione R= ampiezza dell’onda riflessa/ampiezza dell’onda

incidente

Vedi coefficiente di trasmissione 6

2.1 :DISTURBI E ANOMALIE DEI SEGNALI SISMICI:

1)Riflessioni multiple

Si tratta di riflessioni generate da onde sismiche rimbalzate più

volte tra due superfici riflettenti presenti nel sottosuolo. Tale

fenomeno si verifica quando le onde sismiche attraversano

corpi geologici caratterizzati da una grande variazione

dell’impedenza acustica, quindi limitati da interfacce da un alto

coefficiente di riflessione.

Nell’esempio di Fig. 20 si ipotizzi un impulso acustico generato

da Pn, che subisce in R una riflessione sull’interfaccia A; dopo

un certo tempo t1 l’onda, che avrà effettuato il percorso Pn R

Gn, verrà registrata in Gn rivelando la presenza del riflettore A.

Dopo un tempo t2, il ricevitore Gn registrerà la riflessione

dell’onda che, subita in N la riflessione, avrà effettuato il

percorso Pn N Gn ed il cui tempo di arrivo ci segnalerà la

presenza dell’interfaccia B. Nel caso in cui la prima interfaccia

attraversata (A) sia caratterizzata da un alto coefficiente di

riflessione (si consideri, ad esempio, che il primo mezzo

attraversato sia una colonna d’acqua e A il fondo del mare) può

accadere che l’onda prodotta rimanga “intrappolata” nel primo

mezzo subendo riflessioni successive in R1, R2 ed R3, per

essere finalmente registrata in Gn, dopo aver effettuato il

percorso Pn R1 R2 R3 Gn. Poiché il tempo impiegato dall’onda per effettuare tale percorso è lo

stesso che avrebbe avuto effettuando il percorso percorso Pn Rm Gn ed il ricevitore Gn è in

grado di registrare il solo tempo di arrivo dell’onda, indipendentemente dal percorso effettuato,

il verificarsi di tale fenomeno può generare un orizzonte (Am) che, di fatto, non esiste ma che è

stato prodotto da una riflessione multipla.

Caratteristiche di una riflessione multipla :

• La riflessione è regolarmente localizzata ad

una profondità doppia rispetto al primo riflettore

(solitamente il fondo del mare, poiché è nei profili

sismici acquisiti a mare che si il fenomeno di

verifica con maggiore evidenza);

• Il falso riflettore ricalca la morfologia del fondo

mare , ma ne amplifica le pendenze;

“si sovrappone”

• L’orizzonte ai segnali reali

sottostanti;

• Si osservano segnali continui e ben evidenti anche

a profondità elevate;

• Se il contrasto di impedenza acustica è molto

elevato (es. fondo mare), la riflessione multiplo

può ripetersi più volte sempre ad intervalli

regolari (nell’esempio di Fig. 21 si osservano ben 2 riflessioni multiple

Il processing di deconvoluzione può eliminarle ma verrà eliminato in parte anche il dato reale.

Possiamo avere varie tipologie di riflessione multipla:

- multipla “normale” se una delle due interfacce è la superficie libera e l’altra è il fondo mare;

- peg-leg riflessioni all’interno del sottofondo (in genere sempre con il fondo mare;

 7

- ghost effetto a metà tra il ringning e la multipla: ? vedi inter



2) iperboli di diffrazione

La diffrazione è un fenomeno che si verifica quando un’onda sismica colpisce un punto di

discontinuità di un orizzonte, ad esempio il bordo di una faglia (Fig. 22); in accordo con il

principio di Huygens questo si comporterà come una sorgente puntiforme di onde sferiche

secondarie che si propagheranno all’interno del mezzo dando origine ad una serie di falsi

segnali, chiamati iperboli di diffrazione, che si

sovrapporranno alle riflessioni reali (Fig. 23).

Caratteristiche di un’iperbole di diffrazione :

• Forma tipicamente iperbolica;

“si sovrappone” “si incrocia”

• E’ un segnale che e con

i segnali reali sottostanti;

• Il vertice dell’iperbole si trova in corrispondenza del

punto che l’ha generata;

• Si genera frequentemente in corrispondenza di

faglie;

• Unendo i vertici di una serie di iperboli si può

ricostruire idealmente il piano di faglia che le ha

generate.

3) Esagerazione verticale:

caratterizza generalmente le registrazioni di sismica monocanale ad alta risoluzione; per

discriminare anche le più piccole discontinuità stratigrafiche e strutturali, si effettua un’elevata

esagerazione verticale della sezione sismica, che mostrerà l’asse delle ordinate più espanso di

quello delle ascisse. Tale artificio genererà pendenze apparenti enormemente più grandi di

quelle reali, effetto di cui si dovrà tener conto in

fase di interpretazione.

4) Ringing:

è un disturbo causato dall’assorbimento e dalla

risonanza dell’impulso acustico emesso dalla fonte

energizzante. Frequentemente riconosciuto nei

profili sismici acquisiti a mare, dà luogo ad una

serie di superfici riflettenti che si ripetono con

regolare spaziatura sul fondo del mare (Fig. 24). Il

ringing è più forte per i maggiori salti di impedenza

acustica; dato che il primo picco è il più energetico,

in profondità (al diminuire dell’energia), il segnale

tende a pulirs 8

Geometrie apparenti e geometrie reali: quando le onde sismiche intercettano particolari

geometrie come le pieghe, siano esse antiformi che sinformi, il segnale registrato può riprodurr