Docente

prof. Emanuele Forte eforte@units.it

Crediti

6 CFU

Attività formativa prevista

(24 lezioni frontali; 24 laboratorio; 16 uscite didattiche)

Il corso è articolato in lezioni teoriche, acquisizione di dati in situ, attività in laboratorio sia su dati sintetici, sia sui dati acquisiti in uscite didattiche dedicate.

Finalità

Il corso ha l’obiettivo di fornire allo studente le conoscenze di base per la scelta delle metodologie geofisiche da applicare nelle diverse situazioni, dei parametri e delle modalità di acquisizione e dei principali algoritmi per l’elaborazione e l’inversione. Ulteriore finalità del corso è quella di rendere lo studente capace di valutare in autonomia la validità e le eventuali criticità di procedure geofisiche utilizzate e descritte in letteratura.

Programma

Il corso è articolato in un modulo introduttivo e 4 moduli specifici, ciascuno dei quali è suddiviso in diverse unità didattiche comprendenti lezioni frontali, simulazione al computer di dati sintetici, acquisizione dati con uscite didattiche in siti test opportunamente scelti ed elaborazione/inversione dei dati acquisiti.I moduli trattati, con le descrizioni sintetiche dei contenuti sono:

Introduzione ai metodi geofisici.

Concetti fondamentali, parametri geofisici, risoluzione, sensibilità, applicabilità dei metodi in funzione delle caratteristiche e della profondità degli obiettivi. Progettazione dei rilievi e modellazione di dati sintetici con esempi al computer.

Metodi elettrici.

Meccanismi di conduzione nelle rocce. Potenziali spontanei. Modalità di misura, applicabilità. Peculiarità e limitazioni delle metodologie. ERT: logistica, modalità di acquisizione, problemi casuali e sistematici. Principi di equivalenza e soppressione dello strato.

Inversione di dati di resistività. Sensibilità e discretizzazione dei modelli. Valutazione degli errori. Esempi di applicazione 2D e 3D.

Polarizzazione indotta. Principi fisici fondamentali. Strumentazione e modalità di acquisizione dati. Basi fisiche degli effetti di polarizzazione.

Misure nel dominio del tempo. Caricabilità effettiva e apparente. Misure nel dominio della frequenza Esempi di applicazione a diversa scala. Potenzialità e limiti della metodologia.

Metodi elettromagnetici. Basi fisiche: regime di induzione e di propagazione. Classificazione e nomenclatura. Magnetotellurica/VLF, FDEM, TDEM. Metodi attivi e passivi nel dominio della frequenza (continuous wave): strumentazioni small loop e large loop. Parametri di acquisizione in sistemi mono e multi-frequenza. Skin depth. Parametri effettivi di misura e di restituzione delle misure. Conduttività. Risoluzione/massima profondità di indagine.

Metodi nel dominio del tempo (pulse transient). Strumentazione e configurazioni di acquisizione. Restituzione delle misure. Diffusion depth ed approssimazioni connesse. Esempi di applicazione e confronto critico tra i metodi TDEM/TDM e FDEM.

Ground Penetrating Radar – GPR.

Cenni alle basi fisiche: onde elettromagnetiche nei mezzi. Velocità in mezzi conduttivi e dielettrici, impedenza elettromagnetica ed attenuazione intrinseca. Strumentazione: antenne trasmittenti e riceventi e tipologie di strumenti. Parametri fondamentali di acquisizione e risoluzione verticale e laterale. Valori di attenuazione e della permettività dielettrica relativa dei più comuni mezzi geologici. Campi di applicazione e limitazioni.

Acquisizione single-fold, multi-fold, multi-componente e cenni alla polarizzazione. Modalità di acquisizione entro pozzi: riflessione, VRP e tomografia con esempi di applicazione (velocità e attenuazione). Peculiarità delle acquisizioni Multi-fold.

Analisi di velocità e discriminazione dei rumori coerenti. Descrizione dei segnali presenti su CMP. Campo di velocità, correzione di Normal Move Out, conversione in profondità ed informazioni legate al campo di velocità.

Scelta dei parametri per le acquisizioni GPR: frequenza e tipologia antenne; lunghezza delle tracce/numero di campioni per traccia/intervallo di campionamento; intervallo fra le tracce; intervallo fra i profili; direzione dei profili. Principali algoritmi e fasi di elaborazione: conversione dati; editing e geometrizzazione; drift removal (zero time correction); Analisi spettrale e filtraggi; rimozione delle componenti di rumore coerente (background); analisi e recupero di ampiezza (gain); analisi di velocità; correzione di NMO e Stack; conversione in profondità/migrazione.

Metodi sismici.

Richiami teorici e tipi di onde generate ed utilizzate nei diversi metodi sismici. Modalità di visualizzazione. Coefficienti di riflessione/trasmissione: diverse approssimazioni. Sorgenti impulsive e non impulsive. Criteri e modalità di utilizzo in funzione dell’energia prodotta, delle caratteristiche, della logistica e dei costi. Geofoni: fattore di smorzamento, sensitività e frequenza naturale.

Sismica a riflessione. Modello convolutivo della traccia sismica. Risoluzione verticale e principi della deconvoluzione (aspetti applicativi ed esempi di casi reali). Analisi di velocità e correzioni statiche e dinamiche. Cenni alla migrazione.

Sismica a rifrazione: metodi e criteri di progettazione dei rilievi, acquisizione ed elaborazione dati. Tempo intercetto, distanza di crossover, metodo reciproco generalizzato.

Multichannel Analysis of Surface Waves – MASW. Onde di corpo e onde superficiali, modo fondamentale e superiori, curve di dispersione. Modalità di acquisizione, analisi ed inversione dei dati. Potenzialità e limiti. Stima della Vs30 e stima degli effetti di sito. Cenni alla vigente normativa italiana.

Magnetometria.

Principi fisici del magnetismo terrestre. Campo interno e campo esterno. Classificazione sostanze e modelli di magnetizzazione.

Strumenti e tecniche di misura. Magnetometri e gradiometri. Schemi di misura, correzioni e cenni di elaborazione dei dati.

Esercitazioni

Le esercitazioni costituiscono parte integrante del corso e vengono effettuate sia mediante simulazioni di dati sintetici (forward modeling), sia elaborando/invertendo i dati acquisiti nel corso delle uscite didattiche.

Bibliografia

In aggiunta al materiale presentato dal docente che viene preventivamente messo a disposizione, si suggeriscono i seguenti testi di riferimento:

Sharma P. V., Environmental and engineering geophysics, Cambridge University Press, 1997.

Reynolds J. M., An introduction to applied and environmental geophysics, Wiley, 1997.

Jol H. M. (Editor) Ground Penetrating Radar: Theory and Applications, Elsevier, 2009.

Young R. A., A Lab Manual of seismic reflection processing, EAGE publications, 2004.

Yilmaz O., Seismic data analysis, Processing, Inversion and interpretation of seismic data, SEG, vol.1, 2001.

Carrara E., Rapolla A. e Roberti N., Le indagini geofisiche per lo studio del sottosuolo: metodi geoelettrici e sismici, Liguori ed., 1992

Fedi M., Rapolla A., I metodi gravimetrico e magnetico nella geofisica della terra solida, Liguori ed., 1993.

Modalità d'esame

Relazione su uno o più argomenti svolti durante il corso e colloquio orale.

Orario e luogo di ricevimento

Da concordarsi preventivamente mediante e-mail

Indirizzi

Studio del docente: Trieste, polo di San Giovanni, via Weiss, 1 – Palazzina C (stanza T26)