1 Geofisica Applicata applicazioni geologico-ambientali Giorgio Cassiani Dipartimento di Geoscienze...

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Geofisica Applicataapplicazioni geologico-ambientali

Giorgio CassianiDipartimento di GeoscienzeUniversità di Padova, Italia

giorgio.cassiani@unipd.it

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Testi di riferimento

Introduction to Applied GeophysicsH.R. Burger, A.F. Sheehan, C.H. JonesW.W. Norton & Company; ISBN: 0393926370

An Introduction to Applied and Environmental Geophysics John M, ReynoldsJohn Wiley and Sons Ltd; ISBN: 0471955558

Applied Geophysics W.M. Telford, L.P. Geldart, R.E. Sheriff Cambridge University Press; ISBN: 0521339383

Principles of Applied Geophysics D.S. Parasnis Kluwer Academic Publishers; ISBN: 0412640805

Exploration Seismology R.E. Sheriff , L.P. Geldart Cambridge University Press; ISBN: 0521468264

Environmental and Engeneering Geophysics Sharma Cambridge University Press; ISBN: 0521572401

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Geofisica Applicata

PARTE 1a

Introduzione: a cosa serve la geofisica

applicata Concetti di analisi del segnale e di inversione Geoelettrica e tomografia elettrica Sismica Metodi a potenziale (gravimetria e

magnetismo) Metodi elettromagnetici GPR

PARTE 2a

Applicazioni ambientali con esempi da

letteratura Esercitazioni

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La misura geofisica

strumento

dominio di investigazione

G = quantità geofisica misurata

P= parametro geofisico del sottosuolo che condiziona G

G = G(P, F = condizioni forzanti)

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G = G(P, F)

è il modello diretto

Per esempio:

G = campo gravitazionale, P = densità, F = campo della Terra (gravimetria) (metodo passivo)

G = potenziale elettrico, P = resistività, F = corrente iniettata(geoelettrica)

G = vibrazione del suolo, P = velocità delle onde elastiche, F = sorgente (sismica)

G = campo elettrico, P = velocità delle onde EM, F = impulso elettrico(GPR)

G = campo magnetico, P = suscettibilità magnetica, F = campo della Terra (magnetismo) (metodo passivo)

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P = G-1(G, F)

deriva la distribuzione di densità da misure gravimetriche

deriva la distribuzione di resistività da misure geoelettriche in CC

deriva la distribuzione di velocità sismica da misure sismiche

deriva la distribuzione di velocità EM da misure GPR

è il modello inverso

Per esempio:

deriva la distribuzione di suscettività da misure magnetiche

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FISICA

MISURA ED ANALISI IN GEOFISICA APPLICATA

parametrofisico P

segnale G

PROCESSINGINVERSIONE

distribuzionedi P

(stimata)

informazioneper l’utente

MISURA

ANALISI

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NON UNICITA’ DELLAINTERPRETAZIONE

segnale G

PROCESSINGINVERSIONE

INTERPRETAZIONE

modello concettuale

del sottosuolo 1

modello concettuale

del sottosuolo 2

modello concettuale

del sottosuolo N

segnale NONosservato

modello concettuale

del sottosuolo X

…

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NON UNICITA’ DELLAINTERPRETAZIONE

talora indeterminatezza matematicamente

talora problemi mal posti molto sensibili a dati con rumore

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segnale G

PROCESSINGINVERSIONE

INTERPRETAZIONE

modello concettuale

del sottosuolo 1

modello concettuale

del sottosuolo 2

modello concettuale

del sottosuolo N

La scelta si effettuasulla base di informazioni ausiliarie,p.es. sulla geologia

…

NON UNICITA’ DELLAINTERPRETAZIONE

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segnale G1

PROCESSINGINVERSIONE

INTERPRETAZIONE

modello concettuale

del sottosuolo 1

modello concettuale

del sottosuolo 2

modello concettuale

del sottosuolo n

modello concettuale

del sottosuolo N

segnale G2

PROCESSINGINVERSIONE

INTERPRETAZIONE

……

NON UNICITA’ DELLAINTERPRETAZIONE

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METODIGEOFISICI

APPLICAZIONI

Geoelettrica

Sismica

Georadar

Metodi EM

Gravimetria

Magnetismo

...

Esplorazione per idrocarburi

Esplorazioni per minerali

Studi ingegneristici

Studi idrogeologici

Identificazione di contaminanti

Studi geologici regionale

Applicazioni forensi

Studi archeologici

...

?

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METODIGEOFISICI

APPLICAZIONI

La scelta viene fatta in base dei seguenti criteri:

l’obiettivo dell’applicazione deve essere compatibile

con la grandezza fisica misurata

ll metodo deve aver sufficiente risoluzione spaziale

(e temporale) e sufficiente penetrazione

costo

logistica

impatto ambientale

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L’obiettivo dell’applicazione deve essere compatibile con la grandezza fisica G misurata:

ovvero deve esistere CONTRASTO fra i parametri fisici P in zone diverse, per cui il metodo può identificare la struttura del sottosuolo

“ANOMALIE”

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L’obiettivo dell’applicazione deve essere compatibile con la grandezza fisica misurata:

deve esistere contrasto in zone diverse, per cui il metodo può identificare la struttura o le caratteristiche del sottosuolo

modello geofisico

modello geologico

mondo reale

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PROPRIETA’ FISICHE

sismica: moduli elastici e densità

gravimetria: densità

metodi magnetici: suscettività e magn. permanente

geoelettrica: conduttività elettrica

metodi elettromagnetici: conduttività elettrica

polarizzazione indotta: conduttività elettrica complessa

potenziale spontaneo: conduttività elettrica e sorgenti

ground penetrating radar: costante dielettrica

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Inoltre il metodo prescelto deve avere sufficiente

risoluzione spaziale e sufficiente penetrazione.

risoluzione verticale

risoluzione orizzontale max

penetrazione

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la logistica:

facilità di accesso

trasporto di equipaggiamento

tempo atmosferico e stagione

permessi di passaggio/accesso

permessi operativi

pianificazione del survey:

geometria

campionamento spazio/tempo

progettazione sulla base delle “anomalie” attese

presentazione dei risultati (linee, mappe, sezioni, 3D)

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Il campionamento spaziale e temporale

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INTERPOLAZIONE DI DATI SPARSI ED ESTRAPOLAZIONE

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RUMORE GEOFISICO

Il rapporto segnale/rumore

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RUMORE GEOFISICO

Rumore coerente

(deterministico)

e

Rumore incoerente

(stocastico)

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Per tutti i METODI:

Principi fisici (grandezze misurate)

Risoluzione, profondità, punti di forza e limitazioni

Acquisizione dati

Processing dati ed inversione

Interpretazione

Esempi di applicazione

Riferimenti bibliografici