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Una panoramica sulla geofisica. Capitolo 15 - An overview of geophysics. Chapter 15

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Prospezioni geofisiche. I metodi elettrici e i metodi elettromagnetici - Geophysical prospecting. The electrical methods and the electromagnetic methods.

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Una panoramica sulla geofisica. Capitolo 15 - An overview of geophysics. Chapter 15

  1. 1. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE Chapter 15  The Electrical methods and the Electromagnetic methods Capitolo 15  I metodi Elettrici e i metodi Elettromagnetici 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting
  2. 2. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE 15-The Electrical methods and the Electromagnetic methods 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting A set of Geophysical methodologies that use electrical and electromagnetic properties of the rocks were developed. The natural flowing currents and the artificially produced electricity are used. The direct reaction of the rock formations to the current flow is sometimes measured, but also the effect induced by the electrical and electromagnetic fields is detected. Horizontal and vertical changes in the resistivity of the rocks are investigated at various levels of detail. Some borehole logs are specific applications of these methods. 15-I metodi Elettrici e i metodi Elettromagnetici Sono state sviluppate delle metodologie Geofisiche che utilizzano le proprietà elettriche ed elettromagnetiche delle rocce. Sono utilizzate sia le correnti naturali che energia elettrica prodotta artificialmente. Viene misurata la reazione diretta delle formazioni rocciose al flusso di corrente, ma anche rilevato l'effetto indotto dai campi elettrici ed elettromagnetici. Variazioni orizzontali e verticali nella resistività delle rocce sono indagati a vari livelli di dettaglio. Alcune misurazioni nei pozzi trivellati sono applicazioni specifiche di questi metodi.
  3. 3. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods The Electrical Resistivity is a measure indicating how strongly a specific material (component) opposes the flow of electric current. Typical electrical Resistivity values of some materials Standard resistance formula R is the resistance of the component. V the potential difference applied across the component in Volt I is the current passing through the component in Ampere 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting The electrical resistivity (R) unit: ohm metre R = Ωm. The opposite is the Conductivity (C). la Resistività Elettrica indica con che intensità un materiale specifico (componente) si oppone al passaggio della corrente elettrica. Unità della resistività elettrica (R): ohm metre R = Ωm L’opposto è la Conduttività (C). Tipici valori di Resistività elettrica di alcuni materiali Formula Standard della resistività R è la resistenza del materiale. V la differenza di potenziale applicata al componente in Volt I la current che passa attraverso il componente in Ampere AMPEROMETRO AMPER METER MATERIALE MATERIAL
  4. 4. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE Self Potential (SP) Natural potentials are measured. They occur mainly between dissimilar materials, near varying concentrations of electrolytic solutions and due to the flow of fluids. A simple SP survey consists of a base electrode and a roving electrode to determine potential differences on a gridded survey or along profile lines. Example: Simple Self Potential survey Schetch and results 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting Potenziale Spontaneo (SP) Si misurano i Potenziali naturali che si generano soprattutto tra materiali dissimili, vicino a concentrazioni variabili di soluzioni elettrolitiche e dovuti al flusso di fluidi. Un semplice sondaggio SP è costituito da un elettrodo di base e un elettrodo vagante per determinare differenze di potenziale in un rilievo a maglia o lungo le linee di un profilo. millivoltmetro Elettrodo base sequenza di elettrodi di misura Distanza-Distance  Superficie-surface Ampiezza SP Esempio: Semlice rilievo del Potenziale Spontaneo Schema e risultati Corpo sepolto - Buried body 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods
  5. 5. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE Most of the investigations with the Self Potential and the Telluric Currents methods give qualitative evaluations. Actually S/N ratio strongly affects the data because random variations of the natural Earth currents occur. The interpretation of these data is often poorly accurate and scarcely reliable. Telluric Currents. It is similar to the previous method, but it has deeper investigation. It compares the amplitude of the simultaneous oscillations of the Telluric currents from place to place. These currents flow within the Earth and produce gradients at the surface. 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting Correnti telluriche. E’ simile al metodo precedente, ma ha indagine più profonda. Esso confronta l'ampiezza delle oscillazioni simultanee delle correnti telluriche da luogo a luogo. Queste correnti scorrono dentro la Terra e producono gradienti in superficie. La maggior parte delle indagini con il Potenziale Spontaneo e con le correnti telluriche fornisce valutazioni qualitative. Infatti il rapporto S/N influenza fortemente i dati perché si verificano variazioni casuali delle correnti naturali della Terra. L'interpretazione di questi dati è spesso poco precisa e scarsamente affidabile. 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods
  6. 6. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting Equipotential-line. Two couples of electrodes are used. A current is injected into the ground with two far electrodes and the measurements are done with two search electrodes. Theoretically the current generated in between the two far electrodes has homogeneous flow lines on a Horizontal plane. Actually with this Method the equipotential lines (same potential) are mapped. They are perpendicular to the flow lines. The presence of anomalous resistivity bodies induces distortion to the Equipotential lines (see next figure) Linee-Equipotenziali. Vengono utilizzate due coppie di elettrodi. Una corrente viene iniettata nel terreno con due elettrodi lontani e le misurazioni vengono effettuate con due elettrodi di ricerca. Teoricamente la corrente generata tra i due elettrodi lontani ha linee di flusso omogenee su un piano orizzontale. In realtà con questo metodo sono mappate le linee equipotenziali (stesso potenziale). Essi sono perpendicolari alle linee di flusso. La presenza di corpi aventi resistività anomala induce distorsione alle linee equipotenziali (vedi la prossima figura) PIANTA - PLAN VIEW Elettrodo di corrente Linea di flusso della corrente Linea equipotenziale 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods
  7. 7. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE Interpretation is mainly qualitative Measurements are done moving one of the two search electrodes inside the area between the two current electrodes. The equipotential lines are drawn connecting the couples of points that show no current. 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting Le misurazioni vengono effettuate spostando uno dei due elettrodi di ricerca all'interno della zona tra i due elettrodi di corrente. Le linee equipotenziali sono disegnate collegando le coppie di punti che non mostrano corrente. L’interpretazione è prevalentemente qualitativa PIANTA INGRANDITA ZOOMED PLAN VIEW Linea equipotenziale Corpo ad alta resistività Dettaglio della precedente figura Detail of the previous  figure 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods
  8. 8. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE Resistivity Method. The current A is injected into the ground with two Current electrodes. The potential V is measured with the Potential electrodes. Different surface configurations are used. The Standard electrical resistance formula is modified to take into account the acquisition Geometry and the obtained Resistance is called Apparent resistivity (Greek letter ρ) ρ = Formula generale della resistività apparente General formula of the Apparent resistivity 2 π V I 1 1 1 1 1 r1 r2 R1 R2 The depth of investigation increases with the spacing of the electrodes. 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting Metodo della resistività. La corrente A viene iniettata nel terreno con due elettrodi di corrente. Il potenziale V è misurato con gli elettrodi di potenziale. Vengono utilizzate diverse configurazioni di superficie. La formula della resistenza elettrica Standard è modificata per tenere conto della geometria di acquisizione e la Resistenza ottenuta è chiamata resistività apparente (Lettera greca ρ) La profondità di indagine aumenta con la distanza fra gli elettrodi A V 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods
  9. 9. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE Two main methods of surveying are used: 1- Fixed separation of the electrodes (the array is moved around). It allow the detection of anomalous bodies shallower than the penetration depth of that electrode spacing. 2 – Variable separation of the electrodes (the electrodes spacing is progressively increased up to the desired penetration depth). This allows to define the depth of the anomalous bodies. It is called Geoelectrical sounding. 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting Example: Resistivity profile with method 2 Sono usati due metodi principali di indagine: 1 - distanza fissa degli elettrodi (che vengono spostati nell’area). Consente di individuare corpi anomali meno profondi della profondità di penetrazione di tale distanza fra gli elettrodi. 2 - distanza variabile degli elettrodi (essa viene progressivamente aumentata fino alla profondità di penetrazione desiderata). Questo consente di definire le profondità dei corpi anomali. E’ detto Sondaggio geoelettrico. Esempio: profilo di Resistività col metodo 2 The Resistivity method can give reliable and accurate results, particularly in shallow surveys Il metodo di resistività può dare risultati affidabili e accurati, soprattutto nelle indagini superficiali 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods
  10. 10. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting Induced polarization (IP): when a current injected into the ground is turned off, the ground could discharge current for some tenths of a second. This phenomenon is complex and related to the flow of current across an interface between Ionic (an electrolyte in the pores of a rock) and electronic conduction (e.g. metallic minerals). The IP method measures the decaying potential differences during the time (time domain) or the change in resistivity, as the frequency of alternating currents is increased (frequency domain). The surveying configurations are the same as in the resistivity method. Mappa di polarizzazione indotta-Induced polarization map Polarizzazione indotta (IP): quando una corrente iniettata nel terreno viene interrotta, il terreno potrebbe rilasciare corrente per alcuni decimi di secondo. Questo fenomeno è complesso ed è in relazione al flusso di corrente attraverso un'interfaccia tra la conduzione ionica (un elettrolita nei pori della roccia) e quella elettronica (ad es. nei minerali metallici). Il metodo IP misura le differenze di potenziale in calo durante il tempo (dominio del tempo) o la variazione di resistività all’aumentare della frequenza della corrente alternata (dominio di frequenza). Le configurazioni di rilevamento sono le stesse del metodo della resistività. Resistivitàapparente-Apparentresistivity 15-I metodi Elettrici 15-The Electrical methods
  11. 11. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE When this occurs, a current flows in that body in response to the induced electromotive force. That current generates a secondary magnetic field. The receiver coil, at some distance from the transmitter coil, is therefore energized by two fields: from the transmitter and also from the field induced by the currents in the ground. 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting 15-I metodi Elettromagnetici 15-The Electromagnetic methods Electromagnetic methods. The absolute resistivity is detected. Some electromagnetic methods are based on the electromagnetic induction process. It can be simplified as follows: a magnetic field is generated by an alternate current flowing trough a loop of wire. Lines of force of this magnetic field penetrate the earth and may cross a conductive body. Metodi elettromagnetici. Viene rilevata la resistività assoluta. Alcuni metodi elettromagnetici sono basati sul processo di induzione elettromagnetica che può essere semplificata come segue: un campo magnetico è generato da una corrente alternata che fluisce in un spira. Le linee di forza di questo campo possono incontrare un corpo conduttivo nel terreno. Quando questo si verifica, una corrente fluisce in tale corpo in risposta alla forza elettromotrice indotta. Tale corrente genera un campo magnetico secondario. La bobina ricevente, ad una certa distanza dalla bobina trasmittente, sarà quindi alimentata sia dal campo del trasmettitore che dalle correnti indotte nel terreno.
  12. 12. 2005-2014 UNA PANORAMICA SULLA GEOFISICA (BILINGUE) AN OVERVIEW OF GEOPHYSICS (BILINGUAL) mngfnc@yahoo.com09-AE Other Electromagnetic methods use directly generated electromagnetic fields or indirect fields from other sources, like the seismic waves or the telluric currents. 3a UNITA’ - Prospezioni Geofisiche 3rd UNIT – Geophysical Prospecting The Electromagnetic investigations have a low depth of penetration into the ground. Example: Contour map of an Electro- magnetic survey Altri metodi elettromagnetici usano campi elettromagnetici generati direttamente, o campi indiretti da fonti quali le onde sismiche o le correnti telluriche. Esempio: Curve di livello di un rilievo Elettro- magnetico Le indagini Elettromagnetiche hanno una bassa profondità di penetrazione nel terreno. 15-I metodi Elettromagnetici 15-The Electromagnetic methods

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