Elementi di sismica a riflessione e Georadar (Gian Piero Deidda, UNICA)
•
1 like•3,883 views
Questo corso riguarda gli aspetti teorici della propagazione delle onde sismiche e i principali legami tra caratteristiche di propagazione (velocità, attenuazione) e caratteristiche geometriche e fisico-meccaniche dei materiali del sottosuolo. Successivamente, saranno illustrati gli aspetti pratici dell'utilizzo dei metodi sismici a riflessione per la caratterizzazione dei suoli e delle rocce, delineando gli aspetti essenziali delle fasi di acquisizione, elaborazione ed interpretazione dei dati e le loro applicazioni in campo ingegneristico. Infine verranno dati alcuni cenni sul principio di funzionamento del GPR e sulle sue applicazioni pratiche.
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Similar to Elementi di sismica a riflessione e Georadar (Gian Piero Deidda, UNICA)
Similar to Elementi di sismica a riflessione e Georadar (Gian Piero Deidda, UNICA) (20)
More from CRS4 Research Center in Sardinia
More from CRS4 Research Center in Sardinia (20)
Elementi di sismica a riflessione e Georadar (Gian Piero Deidda, UNICA)
- 1. 1 Geofisica Applicata Piattaforma WEB per la geofisica applicata al campo ambientale e geotecnico (metodi e applicazioni) ELEMENTI DI SISMICA A RIFLESSIONE E GEORADAR Parte 1: Principi fisici e Caratterizzazione dei materiali Gian Piero Deidda Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale e Architettura UNIVERSITÀ DI CAGLIARI Cagliari, 21 Maggio 2015
- 2. 2 Metodi geofisici ? Misurare direttamente delle grandezze fisiche (grandezze desiderate) che caratterizzano il sottosuolo: velocità sismiche, attenuazione, resistività, densità, ecc. ecc. Ciò che vorremmo fare Ciò che possiamo fare Misurare delle grandezze fisiche sulla superficie del suolo che abbiano qualche legame con le grandezze fisiche desiderate. ( )zyxv ,, ( )zyx ,,ρ ( )zyxQ ,, ( )zyx ,,δ
- 3. 3 Metodi sismici ? Misurare direttamente i parametri (visco-)elastici dei materiali nel sottosuolo. Ciò che vorremmo fare Ciò che possiamo fare Misurare ampiezze e tempi di percorrenza delle onde sismiche sulla superficie del suolo. ( ), ,x y zµ ( )zyxQ ,,( ), ,x y zλ ( ), ,D x y z
- 4. 4 Metodi elettromagnetici ? Misurare direttamente i parametri elettromagnetici costitutivi (conducibilità elettrica, permettività elettrica, permeabilità magnetica, ecc.) dei materiali del sottosuolo. Ciò che vorremmo fare Ciò che possiamo fare Misurare la resistività apparente, le ampiezze e i tempi di percorrenza delle onde elettromagnetiche. ( ), ,x y zε( ), ,x y zσ ( ), ,x y zµ
- 5. 5 COS’È UN’ONDA SISMICA? COS’È UN’ONDA ELETTROMAGNETICA?
- 6. 6 Un’onda sismica è uno stato “meccanico” di non-equilibrio, definibile da una grandezza fisica meccanica (sforzo, deformazione, spostamento, velocità, accelerazione, …), che si propaga da un punto all’altro di un mezzo (non il vuoto) COS’È UN’ONDA SISMICA?
- 7. 7 COS’È UN’ONDA SISMICA? 2a EQUAZIONE DI NEWTON aF m= LEGGI COSTITUTIVE • ELASTICITÀ LINEARE • VISCOELASTICITÀ LINEARE Legge di Hooke Legge di Hooke Legge di Newton µγ=T µγ=T dt d T γ η= Esempi + 2 2 t grad ∂ ∂ = u T ρ
- 8. 8 CET = klijklij eCT ⋅= xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz xx xy xz xy yy yz xz yz zz Tij Cijkl ekl 9 9 81 ELASTICITÀ LINEARE Legge di Hooke
- 9. 9 ( ) xxxxzzyyxxxx eeeeeT µλθµλ 22 +=+++= LEGGE DI HOOKE GENERALIZZATA Componentidi sforzonormale ( ) yyyyzzyyxxyy eeeeeT µλθµλ 22 +=+++= ( ) zzzzzzyyxxzz eeeeeT µλθµλ 22 +=+++= xyxy eT µ2= xzxz eT µ2= yzyz eT µ2= Componenti di sforzo tangenziale λ µ Parametri di Lamé I parametri di Lamé sono caratteristici di ciascun materiale e ne definiscono completamente il comportamento in campo elastico Materiali isotropi
- 10. 10 Modulo di Youngxxxx EeT = θkPh −= Modulo di compressibilità µγ=xyT Modulo di taglio l l d d Δ Δ =σ Rapporto di Poisson zzxx eT λ= Modulo di Lamè MODULI ELASTICI – MATERIALI ISOTROPI
- 11. 11 =ijklG Funzione di rilassamento (81 parametri viscoelastici) Materiali viscoelastici isotropi BG SG k µ ( ) ( ) ∫∞− −= t kl ijklij d d d tGT τ τ τε τ materiali viscoelastici materiali elastici VISCOELASTICITÀ LINEARE Relazione generalizzata Sforzi-deformazioni
- 12. 12 VISCOELASTICITÀ LINEARE Sfasamento tra Sforzi e deformazioni ( ) ti eTtT ω ⋅= 0 ( ) ti et ω γγ ⋅= 0 t T,γ γ T ( ) ti eTtT ω ⋅= 0 ( ) )( 0 δω γγ − ⋅= ti et t T,γ γ Tω δ Materiale Viscoelastico Materiale Elastico
- 13. 13 VISCOELASTICITÀ LINEARE Modulo di Viscoelasticità ( ) ( ) ( ) ( )δδ γγγγ δ δω ω sincos 0 0 0 0 0 0 i T e T e eT t tT G i ti ti +⋅=⋅=⋅== − ∗ GiGG ʹ′ʹ′+ʹ′=∗ Modulo Elastico Modulo Viscoso
- 14. 14 1T 2T 21 TT ≠ Non-equilibrio degli sforzi Se in un punto di un mezzo materiale esiste un non-equilibrio (un gradiente) degli sforzi, allora questo stato di non-equilibrio si propaga mediante onde a tutti gli altri punti del mezzo COS’È UN’ONDA SISMICA? aF m= 2 2 t grad ∂ ∂ = u T ρ =ρ Massa volumica =u Vettore spostamento 2 * * * 2 2 ( )grad div t ρ λ µ µ ∂ = + ⋅ + ∇ ∂ u u u
- 15. 15 Potenziale scalare dello spostamento COS’È UN’ONDA SISMICA? 2 * * 2 2 2 t ϕ λ µ ϕ ρ ∂ + = ⋅∇ ∂ Potenziale vettoriale dello spostamento 2 * 2 2 t µ ρ ∂ = ⋅∇ ∂ ψ ψ Onde P * * * 2 PV λ µ ρ + = Onde S * * SV µ ρ = Tipi di onde sismiche
- 16. 16 * *P P P P k i V V ω ω α= = + ( ) ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = ρ ω * Re B P G V ( ) * Im B P P P G D V ω α ω ρ ⎧ ⎫⎪ ⎪ = =⎨ ⎬ ⎪ ⎪⎩ ⎭ ( ) ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = ρ ω * Re S S G V ( ) * Im S S S S G D V ω α ω ρ ⎧ ⎫⎪ ⎪ = =⎨ ⎬ ⎪ ⎪⎩ ⎭ Dispersione intrinseca Attenuazione intrinseca COS’È UN’ONDA SISMICA? Dominio di frequenza – Equazione di Helmoltz 2 2 0Pkϕ ϕ∇ + ⋅ = 2 2 0Sk∇ + ⋅ =ψ ψ * *S S S S k i V V ω ω α= = +
- 17. 17 Un’onda elettromagnetica è uno stato “elettromagnetico” di non-equilibrio, definibile da una grandezza fisica elettromagnetica (campo elettrico, campo magnetico, …) che si propaga da un punto all’altro di un mezzo (anche il vuoto) COS’È UN’ONDA ELETTROMAGNETICA?
- 18. 18 t rot ∂ ∂ −= B E t rot ∂ ∂ += D JH Qdiv =D 0div =B EJ σ= ED ε= HB µ= LEGGE DI FARADAY LEGGE DI AMPÈRE LEGGE DI OHM LEGGI COSTITUTIVE LEGGE DI GAUSS (PER IL CAMPO ELETTRICO E) LEGGE DI GAUSS (PER IL CAMPO MAGNETICO H) 1 2 3 4 6 5 7 EQUAZIONI DI MAXWELL
- 19. 19 EQUAZIONI DEI CAMPI EM Campo elettrico Campo magnetico DOMINIO DEL TEMPO 2 2 2 tt ∂ ∂ + ∂ ∂ =∇ EE E µεµσ 2 2 2 tt ∂ ∂ + ∂ ∂ =∇ HH H µεµσ 2 2 iωµσ ω µε∇ = − −E E E 2 2 iωµσ ω µε∇ = − −H H H DOMINIO DELLA FREQUENZA PROPAGAZIONE DEI CAMPI EM IN UN MEZZO CONDUTTIVO (CAMPI DIFFUSIVI) PROPAGAZIONE ONDULATORIA DEI CAMPI EM (FREQUENZE > 10 MHZ – ONDE RADAR)
- 20. 20 2 2 k iµεω µσω= + k i i V ω β α α= + = + Numero d’onda: k ONDE ELETTROMAGNETICHE 2 2 iωµσ ω µε∇ = − −E E E 2 2 iωµσ ω µε∇ = − −H H H 2 2 ( )iω µε ωµσ∇ = − +E E 2 2 ( )iω µε ωµσ∇ = − +H H 2 2 k∇ = −E E 2 2 k∇ = −H H
- 21. 21 2 1 1 2 V µε σ ω β ω εω ⎡ ⎤ ⎛ ⎞⎢ ⎥= + + =⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦ 2 1 1 2 µε σ α ω εω ⎡ ⎤ ⎛ ⎞⎢ ⎥= + −⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦ ONDE ELETTROMAGNETICHE PARTE REALE DEL NUMERO D’ONDA PARTE IMMAGINARIA DEL NUMERO D’ONDA Numero d’onda: k
- 22. 22 2 σ µ α ε ; 2 2 2 1 σ ω ε = Mezzo dielettrico (poco conduttivo) ONDE ELETTROMAGNETICHE 1 V µε = VELOCITÀ COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE QUANDO 0σ = 8 0 0 1 3 10V m/s µ ε = ⋅; 0α = VUOTO
- 23. 23 Mezzo conduttivo ONDE ELETTROMAGNETICHE 2 2 2 1 σ ω ε ?QUANDO 2 ωµσ β α= = 2 V ω µε = VELOCITÀ COEFFICIENTE DI ATTENUAZIONE
- 24. 24 Profondità(m) Distanza (m) Sorgente Propagazione delle onde: Ampiezza e tempi di percorrenza
- 25. 25 Pausa caffè … solo virtuale!!!
- 26. 26 ELEMENTI DI SISMICA A RIFLESSIONE E GEORADAR Parte 2: Acquisizione ed Elaborazione Dati Geofisica Applicata Piattaforma WEB per la geofisica applicata al campo ambientale e geotecnico (metodi e applicazioni) Gian Piero Deidda Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale e Architettura UNIVERSITÀ DI CAGLIARI Cagliari, 15 Maggio 2015
- 27. 27 Duomo salino SISMICA A RIFLESSIONE RICERCA PETROLIFERA
- 28. 28 SISMICA 3D SISMICA A RIFLESSIONE
- 29. 29 SISMICA A RIFLESSIONE La Sismica a Riflessione è una tecnica di imaging geofisico. I segnali sismici generati sulla superficie del suolo e riflessi dalle interfacce che separano materiali con differenti caratteristiche ‘’elastiche’’ vengono captati in superficie, registrati in forma digitale, ed utilizzati per produrre un’immagine del sottosuolo che può essere interpretata geologicamente. TECNICA DI ‘‘IMAGING’’
- 30. 30 Tx Rx Il GPR è una tecnica di imaging geofisico. I segnali elettromagnetici generati sulla superficie del suolo e riflessi dalle interfacce che separano materiali con differenti caratteristiche ‘’elettriche’’ vengono captati in superficie, registrati in forma digitale, ed utilizzati per produrre un’immagine del sottosuolo che può essere interpretata geologicamente. GROUND PENETRATING RADAR - GEORADAR TECNICA DI ‘‘IMAGING’’
- 32. 32 1ρ 2ρ 1V 2V h ( ) 2 1 2 1 Z Z r h Z Z − = + COEFFICIENTE DI RIFLESSIONE SISMICA A RIFLESSIONE E GPR MODELLO CONVOLUZIONALE t * RIFLETTIVITÀ TRACCIASISMICA TRACCIARADAR SEGNALE SORGENTE 2h t V = h 1ε 1µ 2ε 2µ Z = Impedenza acustica Impedenza intrinseca
- 33. 33 SISMICA A RIFLESSIONE Sismica a Riflessione multi-offset L’elaborazione e la ricomposizione geometrica dei segnali multi-offset producono un’immagine del sottosuolo che può essere interpretata geologicamente. TECNICA DI ‘‘IMAGING’’
- 34. 34 Imaging sismico 2D: dalla Geologia alla Sezione Sismica GEOLOGIA RECORDS ACQUISIZIONE SISMICA A RIFLESSIONE
- 35. 35 RECORDS SEZIONE SISMICA Elaborazione Imaging sismico 2D: dalla Geologia alla Sezione Sismica SISMICA A RIFLESSIONE
- 36. 36 Iperbole DROMOCRONE Vh S G CDP x CMP !(#)=√#↑2 /*↑2 +!↓0↑2 !↓0 =2ℎ/* !↓0 PRINCIPI GENERALI
- 37. 37 CMP CDP PRINCIPI GENERALI CMP SORTING Famiglia CMP Registrazioni multi-offset (CSG) CDP
- 38. 38 ( ) ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +=−=Δ 11 2 0 00 TV x TTxtt NMO NMO Il NMO è la differenza tra il tempo di arrivo di un segnale riflesso ad un offset x, t(x), e il tempo di andata e ritorno ad offset zero, T0. Per piccoli offsets esso può essere approssimato da 0 2 2 2 TV x t NMO NMO ⋅⋅ ≈Δ NORMAL MOVE OUT PRINCIPI GENERALI
- 39. 39 Senza correzione NMO Dopo correzione NMO CMP x = 0 Multi-Offset Zero-Offset PRINCIPI GENERALI
- 40. 40 CMP CDP Famiglia CMP Common offset - bistatico CDP GPR – Acquisizione multi-offset T R T R T R T R T R T R T T T T T T R R R R R R
- 41. 41 GPR – Acquisizione multi-offset Esempio multi-antenna
- 42. 42 “There are some areas where good data cannot be obtained. There are even areas where bad data cannot be obtained. However, in areas of good data, it is always possible to obtain bad or no data. Every area has its own character; thus, what works in some circumstances will not work everywhere. Therefore, it is desirable to design data acquisition parameters for obtaining the best quality data possible for the given objective.” Determinazione dei parametri di acquisizione From Steeples (1986)
- 43. 43 Lunghezza di registrazione Intervallo di campionamento Far-offset Near-offset Distanza tra i geofoni Tipo di stendimento … … Selezione dei Parametri Cosa vogliamo vedere? Cosa ci occorre per vederlo? Come ottenere ciò che ci occorre per vederlo? Determinazione dei parametri di acquisizione
- 44. 44 Parametri di acquisizione - Sismica Lunghezza di registrazione 1. La lunghezza (tempo) di registrazione deve essere abbastanza lunga per consentire di registrare, con sufficiente sicurezza, gli arrivi dall’interfaccia più profonda (considerando la massima distanza scoppio-ricevitore per tener conto del NMO). 2. La lunghezza di registrazione determina anche la risoluzione spettrale: Pertanto, quando si ha la necessità di eseguire un’analisi spettrale dettagliata, la lunghezza di registrazione deve essere sufficientemente grande. 1 f T Δ =
- 45. 45 Intervallo di campionamento Δt max2 1 f t ≤Δ ( ) max54 1 f t ÷ =Δ Teorema del Campionamento In pratica L’intervallo di campionamento deve essere sufficientemente piccolo affinché le massime frequenze attese vengano registrate senza aliasing temporale. Parametri di acquisizione - Sismica
- 46. 46 Offset massimo Il valore ottimale della massima distanza sorgente-ricevitore scaturisce da un compromesso che tiene conto di: 1. Normal Move Out 2. NMO stretching – Stiramento tracce per correzione NMO 3. Riflessioni supercritiche Parametri di acquisizione - Sismica
- 47. 47 Offset massimo - NMO 2 2 2 2max 0 0 02 2NMO NMO NMO X T T T T T V Δ + + Δ ⋅ = + 2 max 0 02 2NMO NMO NMO NMO NMOX V T T T V T T= Δ + Δ ⋅ ≅ Δ ⋅ 2 2max 0 02NMO NMO X T T T V Δ = + − .domin 1 f TNMO =Δ 0 max . 2 NMO domin T X V f = Applicando la condizione: Minimo valore di Xmax Parametri di acquisizione - Sismica
- 48. 48 Offset massimo - Stretching T 0T Correzione NMO (desiderata) Parametri di acquisizione - Sismica
- 49. 49 Offset massimo - Stretching T 0T T 0T domT domTʹ′ Diverso NMO Correzione NMO (reale) Parametri di acquisizione - Sismica
- 50. 50 Offset massimo - Stretching 0. T T f f NMOstretch Δ = Δ = domin 5.0 0 = Δ = T T NMOstretch 00 2 1 TTTT =−=Δ 2 02 2 000 2 3 2 1 T V X TTTT NMO +==+= 2 02 2 2 0 4 9 T V X T NMO += NMONMO VTVTX ⋅⋅=⋅⋅= 00 25.1 4 5 Imponendo: Parametri di acquisizione - Sismica
- 51. 51 Offset massimo - Stretching T 0T Stretch Muting Diminuzione copertura CMP Parametri di acquisizione - Sismica
- 52. 52 Offset massimo – riflessioni supercritiche 0 30 60 90 Angolo di Incidenza (°) 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 Ampiezza 0 30 60 90 Angolo di Incidenza (°) -180 -90 0 90 180 Fase(°) RSH TSH a b Angolo di Brewster θcr =41.81 θcr =41.81 Angolo di incidenza Offset ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = 2 1 arcsen V V cθ chX θtan2≤ Parametri di acquisizione - Sismica
- 53. 53 Offset minimo 0.1 0.2 0.3 0.4 0.0 0 10 20 0.1 0.2 0.3 0.4 0.0 Distanza scoppio-geofono (m) Tempi(s) Tempi(s) Finestra ottimale Parametri di acquisizione - Sismica
- 54. 54 Spaziatura geofoni Δx max 1 2 x k Δ ≤ Teorema del Campionamento La spaziatura tra i geofoni deve essere sufficientemente piccola affinché i massimi numeri d’onda (più propriamente, frequenze spaziali) attesi vengano registrati senza aliasing spaziale. max max mina f k V = min max2 aV x f Δ ≤ Parametri di acquisizione - Sismica
- 55. 55 Spaziatura geofoni Δx e ALIASING spaziale Parametri di acquisizione - Sismica
- 56. 56 Risoluzione La risoluzione definisce la capacità di vedere separati due punti posti a piccola distanza l’uno dall’altro. La risoluzione, distinta in risoluzione verticale e risoluzione laterale, dipende dalla lunghezza d’onda dominante, definita da: dom dom V f λ = Parametri di acquisizione - Sismica
- 57. 57 Risoluzione verticale La risoluzione verticale, così come definita sopra, implica solamente la distinguibilità tra le ondine riflesse dal tetto e dal letto di uno strato sottile Massima risoluzione verticale = max min4 4 ( ) V f f λ ⋅ − ; Parametri di acquisizione - Sismica tempofrequenza
- 58. 58 Risoluzione laterale Riflettore S A A’ O 4 0 λ +z 0z T0 T1 z V V z T o2 0 = V z T o )4/(2 1 λ+ = AAʹ′ = Diametro Ia zona di Fresnel 0 0 2 2 TV R z f λ ≅ =Risoluzione laterale Parametri di acquisizione - Sismica
- 59. 59 Parametri di acquisizione - Georadar Frequenza centrale dell’antenna – banda spettraleAmpiezza (dB) cf f 0 -‐3 1.5 cf0.5 cf cB f= B Banda spettrale La frequenza massima del segnale emesso è ben superiore alla frequenza centrale dell’antenna!! In pratica max 3 cf f=
- 60. 60 Parametri di acquisizione - Georadar Frequenza centrale dell’antenna 75R r f z ε ≥ Δ4 R V f z ≥ ⋅Δ MHz 30C r f L ε ≤ Δ MHz 10 C V f L ≤ ⋅Δ 4 z λ Δ = 10 L λ Δ = RISOLUZIONE DESIDERATA LIMITAZIONE «CLUTTERING» (PICCOLE ETEROGENEITÀ) SCELTA DELLA FREQUENZA CENTRALE R C cf f f≤ ≤
- 61. 61 Parametri di acquisizione - Georadar Lunghezza di registrazione La lunghezza (tempo) di registrazione deve essere abbastanza lunga per consentire di registrare, con sufficiente sicurezza, gli arrivi dall’obiettivo (più profondo), considerando la massima distanza tra le antenne nel caso di acquisizione multi-offset. 2 1.3 h T V = h = V = Profondità dell’obiettivo Velocità ipotizzata (o stimata)
- 62. 62 Parametri di acquisizione - Georadar Intervallo di campionamento temporale Come nel caso della Sismica, discende dal teorema del campionamento. max 1 1 1 2 2 1.5 3c c t f f f Δ ≤ = = ⋅ In pratica: 1 6 c t f Δ =
- 63. 63 Parametri di acquisizione - Georadar Intervallo di campionamento spaziale – Intervallo tra le tracce Come nel caso della Sismica, discende dal teorema del campionamento. max 1 2 2 6Nyq c V V x k f f Δ ≤ = = 75 c r x f ε Δ ≤ xΔ cf [MHz] [m]
- 64. 64 Parametri di acquisizione Modellizzazione - Esempio V1 = 200 V3= 2000 7 m 3 m V2 = 1500 Distanza scoppio-geofono (m) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 10 20 30 0 10 20 30 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Tempo(s) Tempo(s) Onde P Onde SH Basamento sotto copertura con falda
- 65. 65 Parametri di acquisizione Walkaway noise test – Test di rumore
- 66. 66 ELABORAZIONE DATI L’elaborazione dei dati sismici a riflessione consiste nel “manipolare” le registrazioni (shot records) e presentarle in modo che possano essere interpretate geologicamente. Gli obiettivi dell’elaborazione sono: 1- enfatizzare i segnali riflessi attenuando gli altri segnali (rumori), e 2- ricomporre geometricamente i segnali riflessi al fine di produrre una sezione sismica “zero-offset”, cioè come se fosse stata acquisita con sorgente e ricevitore nella stessa posizione
- 67. 67 ELABORAZIONE DATI PREPROCESSING GEOMETRICAL PROCESSING WAVELET PROCESSING IMAGE PROCESSING FASIPRINCIPALI Conversione dei dati Geometria Editing delle tracce Attenuazione rumore CMP Sorting Analisi di velocità e NMO Statiche residue CMP stacking Deconvoluzione Migrazione Registrazioni Fasi di Elaborazione Immagine sottosuolo Input Sistema Output
- 68. 68 Moveouts – Ritardi temporali I moveouts tra una traccia e l’altra dipendono dalla combinazione di cause dinamiche and statiche: Si definisce Moveout il ritardo temporale tra i segnali riflessi da uno stesso riflettore. 1- Normal Moveout (NMO), causato dalla diversa distanza tra sorgente e ricevitori; 2- Dip Moveout (DMO), causato dalla pendenza dei riflettori; 3- Variazioni topografiche (diverse quote di sorgenti e ricevitori); 4- Variazioni laterali di velocità nell’”aerato”
- 69. 69 Senza correzione NMO Dopo correzione NMO CMP x = 0 Correzione per NMO Multi-Offset Zero- Offset
- 70. 70 a) Riflessione con NMO b) Correzione con velocità troppo alta c) Correzione con velocità troppo bassa d) Correzione con velocità esatta Correzione per NMO Procedura ‘Trial and error’
- 71. 71 Analisi di Velocità L’analisi di velocità è una delle più importanti fasi nell’elaborazione dei dati sismici a riflessione. Senza una buona analisi di velocità le riflessioni non vengono ben rappresentate sulla sezione Stack. L’analisi di velocità è la fase di elaborazione che permette la stima delle velocità di stack delle riflessioni L’analisi di velocità è essenzialmente una procedura di modellizzazione diretta di tipo trial-and-error.
- 72. 72 Spettri di velocità ∑ ∑= = = N i M j ijt aS 1 1 ∑∑ ∑ ∑ = = = = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = N i M j ij N i M j ij SMB aM a C 1 1 2 1 2 1 ( )∑∑ ∑ ∑ = = = = − = N i M j ij N i M kj ikij NXC aMM aa C 1 1 2 1 1, 1 2 Funzioni di coerenza Semblance Somma Covarianza Semblance CMP gather con e senza iperboli interpretate
- 73. 73 Spettri di velocità Procedura (semi-) automatica minV maxVstimatoV )
- 74. 74 Analisi di Velocità Georadar monostatico - Diffrazioni Tempo(ns) Tempo(ns) Distanza (m) Profondità(m) Profondità(m) h B A X 0T 2 2 2 2 02 2 4X h X T T V V + = = + IPERBOLE DI DIFFRAZIONE
- 75. 75 Eseguita la correzione per NMO e applicate le correzioni statiche residue le tracce di una famiglia CMP vengono sommate producendo una singola traccia stack con un elevato rapporto segnale/rumore. CMP Gather con NMO CMP Gather senza NMO Traccia Stack L’insieme di tutte le tracce stack, una per ogni posizione CMP, costituisce la Sezione Stack o Sezione Zero-Offset CMP STACKING
- 76. 76 Posizione CMP Velocità di stack (m/s) Tempo(s) Tempo(s) Tempo(s) Tempo(s) Esempio di Sezione sismica con campo di velocità
- 77. 77 (300, 200) (500, 300) V=1500 m/s Migration collapses diffracting hyperbolas and moves (migrates) the image of a reflecting interface in its true position Perché la Migrazione?
- 78. 78 !↑2 (ℎ)=!↓0 ↑2 +4ℎ↑2 /*↑2 ↓-./ CMP stack CRS stack !↑2 (#↓0 ,ℎ)=[!↓0 +2(#↓0 −#↓0 )2345/6↓0 ]↑2 +2 Il CRS stack utilizza più famiglie CMP per produrre una traccia stack e lo fa in modo automatico sulla base di tre funzioni di coerenza. Il risultato ha un più elevato rapporto segnale/disturbo. La procedura standard CMP trasforma le famiglie CMP in una singola traccia stack. • Non necessita di un modello di velocità; • Tre parametri (α, RNIP e RN) anziché la VNMO; • Totalmente (o quasi) automatizzata CRS STACK MIGLIORAMENTO ELABORAZIONE DATI
- 79. 79 CRS STACK CONFRONTO CMP -‐ CRS
- 80. 80 Dati Sismici GRID Elaborazione remota Sezione Stack Campo velocità Risultati preliminari Trasmissionedati wireless Acquisizione dati GRID COMPUTING CONTROLLO QUALITÀ E OTTIMIZZAZIONE
- 81. 81 Campi di Applicazione Sismica a riflessione superficiale Ingegneria Ambientale Idrogeologia Ingegneria Sismica e Geotecnica • Geometria dei corpi di discarica • Topografia del basamento impermeabile • Verifica degli spessori dei materiali di chiusura • Determinazione dei confini dell’acquifero • Stima di alcuni parametri idrogeologici (porosità, contenuto in fluidi, …) • Risposta sismica locale • Caratterizzazione geotecnica dei terreni
- 82. 82 Campi di Applicazione Georadar Ingegneria Ambientale Idrogeologia Ingegneria Geotecnica • Monitoraggio prove di portata • Stima del contenuto in acqua dei suoli • Analisi sedimentologica • Caratterizzazione di discariche • Individuazione di fusti sepolti • Monitoraggio dei flussi di contaminante • Caratterizzazione della fratturazione del bedrock • Profondità del basamento
- 83. 83 L’individuazione delle riflessioni sulle registrazioni grezze è essenziale per un corretto e appropriato utilizzo della Sismica a Riflessione e del GPR. La capacità di riconoscere i limiti del metodo, di modificare i parametri di acquisizione, di cambiare strumentazione, o di decidere di terminare l’acquisizione è una caratteristica professionale che garantisce qualità. Una sufficiente esperienza nell’apprezzare che i metodi geofisici non sempre funzionano e la buona fede nell’ammetterlo è fondamentale per un efficace utilizzo degli stessi nella caratterizzazione dei siti. Un’attenta valutazione delle caratteristiche del sito e degli obiettivi di interesse fornisce importanti informazioni sull’applicabilità del metodo, ma niente può sostituire un’attenta ed esperta analisi di un test sul campo (field walkaway test data). La sismica a riflessione superficiale e il GPR non sempre funzionano!!! OSSERVAZIONE IMPORTANTE
- 84. 84 Anche nei casi in cui funziona, attenzione a … … ai falsi riflettori
- 85. 85 Onda sonora “spatial aliased”Onda rifratta Anche nei casi in cui funziona, attenzione a … … ai falsi riflettori SISMICA A RIFLESSIONE
- 86. 86 Anche nei casi in cui funziona, attenzione a … … ai falsi riflettori SISMICA A RIFLESSIONE
- 88. ALIASING ω1 ω2 ω3 ω1 < ω2 < ω3
- 89. Risposta Sismica Locale La RISPOSTA SISMICA LOCALE è un insieme di modifiche in ampiezza, durata e contenuto in frequenza che un moto sismico, relativo ad una formazione rocciosa di base (il basamento), subisce attraversando gli strati di terreno sovrastanti fino alla superficie. BASAMENTO
- 90. PERIODO DI RISONANZA 2 π π π2 π3 2 5π 2 3π Fattore di frequenza 0 2 4 6 8 10 Amplificazione I = 2.5 I = 5 I = 10 I = inf. n=1 n=2 n=3 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = SS V H IV H H ωω ω 2 2 2 1 sin 1 cos 1 )( !↓=94> =4?/*↓@ V1H V2 ;=A↓2 *↓2 /A↓1 *↓1 FUNZIONE DI TRASFERIMENTOρ1 ρ2 FATTORE AMPLIFICAZIONE Risposta Sismica Locale
- 91. !↓=94> =2!↓0 =4?/*↓@ !↓0 =2?/*↓@ PERIODO DI RISONANZA Tempo(s) 0.1 0.0 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Distanza (m) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5550 2 8 14 20 Offset (m) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 IL PERIODO DI RISONANZA DI UN SITO PUÒ ESSERE STIMATO DIRETTAMENTE DALLA SEZIONE STACK Risposta Sismica Locale
- 92. STIMA DEL RAPPORTO DI SMORZAMENTO D −B4[C↓2 (:↓2 ,D)/C↓1 (:↓1 ,D) ]=B4(:↓ G = H + 0 ∙ D Frequenza, D Y m = coeff. angolare E=0/∆F 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Tempo(s) 0 6 9-3 Offset (m) Attenuazione anelastica
- 93. Caratterizzazione di un basamento fratturato T R T R Diffrazioni R T Time slice fratture fratture fratture 2D 3D Pozzo
- 94. Stima del contenuto in acqua dei suoli
- 95. Monitoraggio di un ‘pennacchio’ di DNAPL
- 96. Analisi sedimentologica in un delta