TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D E 3D ESEGUITA A SUPORTO DELLO STUDIO DEL DISSESTO IDROGEOLOGICO **************************** -

Transcript

1 TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D E 3D ESEGUITA A SUPORTO DELLO STUDIO DEL DISSESTO IDROGEOLOGICO **************************** - RAPPORTO TECNICO DI PROVA PROSPEZIONE GEOELETTRICA 2 D E 3D. REV. 0 Data e località Nov.2013 Troina (EN) Ditta committente Dott. Geol. F. Furia Redatto G. Coco Controllato Dr. M. Corrao Approvato Dr. M. Corrao COMM.-JOB: IG_131_13 IL PRESENTE DOCUMENTO E PROPRIETA GEOCHECK S.r.l. A TERMINE DI LEGGE OGNI DIRITTO E RISERVATO test Pagina 1 13/03/2014

2 INDICE pag PREMESSA PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA GENERALITÀ RESISTIVITÀ DELLE ROCCE STRUMENTAZIONE ED ACQUISIZIONE DATI PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA TRIDIMENSIONALE GENERALITÀ DISPOSITIVO GEOMETRICO ELETTRODICO ELABORAZIONE DATI RISULTATI TOMOGRAFIA ELETTRICA 3D PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA BI-DIMENSIONALE DISPOSITIVO GEOMETRICO DEGLI ELETTRODI RISULTATI PROFILO GEOELETTRICO Nota descrittive sezione 2D elettro-tomografica 16 test Pagina 2 13/03/2014

3 1.0- PREMESSA Le prove geofisiche oggetto del presente rapporto tecnico, commissionate dal xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxed hanno riguardato la caratterizzazione geo-resistiva del sottosuolo su cui insiste il quartiere di case della lottizzazione denominata xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. Lo scopo è stato quello di determinare l assetto idrogeologico del sottosuolo onde evidenziare eventuali linee di impluvio sepolte. Nella tabella seguente vengono identificati lunghezze, numero elettrodi ed ID di riferimento: Tomo 2D ID prove Nr. Elettrodi Distanza tra gli Lunghezza geolettriche elettrodi (m) (m) ERT_ Tabella 1 Elenco prove eseguite Tomo 3D n 1 indagine geoelettrica tomografica tridimensionale denominata TE3D. L ubicazione delle indagini è schematizzata di seguito: Figura 1. Ubicazione indagini test Pagina 3 13/03/2014

4 2.0 - PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA GENERALITÀ La tecnica Tomografica è un processo di calcolo che consente la ricostruzione per immagini di un mezzo da investigare. Si tratta di un processo di stima dei parametri del modello che meglio approssimano i dati osservati. Il calcolo dovrà condurre ad un modello finale, accettabile dal punto di vista fisico-matematico, quando lo scarto tra i dati osservati e quelli calcolati tende al minimo. La Tomografia Elettrica consiste nella determinazione di profili o volumi di resistività e/o caricabilità attraverso la disposizione sul terreno di un numero elevato di elettrodi che progressivamente vengono spostati lungo una data direzione variandone la distanza inter-elettrodica al fine di aumentare la profondità d investigazione. Il set di dati così ottenuto consente la costruzione di una matrice di valori di resistività la cui inversione, mediante algoritmi matematici, restituisce la definizione del mezzo investigato in immagini di elettro-resistive RESISTIVITÀ DELLE ROCCE La resistività delle rocce, considerando che queste sono praticamente isolanti, dipende principalmente dalla presenza di acqua nei pori. La quantità dei pori nella roccia è definita dalla porosità che è data dal rapporto tra il volume dei pori e quello della roccia. macrofessure o cavità laddove l unica presenza è l aria hanno un comportamento elettrico nullo, cioè la resistività tende a valori altissimi (infinito dal punto di vista teorico). La resistività di una roccia dipende ancora dalla tessitura, cioè dalla disposizione, forma e dimensioni dei granuli che la compongono, e dai vuoti riempiti di acqua. Si precisa che le rocce ed i minerali non sono mezzi isotropi e cioè corpi materiali dove le grandezze fisiche si mantengono le stesse prescindendo dalla direzione, ma variano da leggermente a fortemente anisotropi. L anisotropia delle rocce, relativamente alla resistività, è il risultato di una combinazione di differenti caratteristiche spaziali legate a microfessurazioni, stratificazioni variabili, tessitura, porosità. Quindi riepilogando la resistività elettrica, oltre materiale indagato, principalmente dai seguenti fattori: alle proprietà elettriche intrinseche del grado di saturazione dei pori e porosità; la densità, ovvero lo stato d addensamento (specie in terreni alluvionali) della formazione; la granulometria; l eventuale grado di fatturazione; test Pagina 4 13/03/2014

5 la presenza di acqua o di umidità e quindi il grado di saturazione; salinità del fluido presente nei pori; la presenza di vuoti; temperatura; presenza di sostanze organiche (idrocarburi, solventi,ecc.); presenza di argilla. La relazione empirica proposta da Archie, invece, è valida per suoli avente scarsa componente argillosa (sabbie, ghiaie): dove: -n S-m ρs = ρf a φ la resistività del fluido ρf è calcolabile, qualora si conoscano le concentrazioni di ioni in soluzione (ad es. Cl-, SO4 =, NO3-, ecc.), utilizzando la formula: ρf = ( log10c ) dove C è la somma delle concentrazioni (pesate da opportuni coefficienti ricavati sperimentalmente per ciascun ione) di tutti gli ioni presenti. In geoelettrica si osserva il flusso delle cariche attraverso le rocce, trascurando le tendenze allo squilibrio elettrico. Il flusso di cariche è la corrente elettrica che scorre per convezione da un polo positivo (+) ad un altro negativo (-). Questa si misura in Ampere (A) e cioè la quantità che passa in un punto del circuito nell unità di tempo (1 secondo). Ciò che determina il flusso è la differenza di potenziale (d.d.p.) e cioè la depressione elettrica tra due punti distanti. La d.d.p. si misura in Volt (V). Nelle rocce il flusso di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale (V). Il rapporto tra d.d.p. e corrente (I), a meno di un coefficiente geometrico (K), definisce la resistenza offerta da un corpo a farsi attraversare da cariche. Questo semplice rapporto, definito come legge di Ohm, introduce una terza grandezza: la resistività elettrica (ρ). V ρ = K I Vengono di seguito elencati i range di resistività di alcune rocce, minerali e metalli: test Pagina 5 13/03/2014

6 ROCCE MINERALI - METALLI Rocce sedimentarie Resistività (ohm*m) Calcare Argilla Ghiaia Sabbia Arenaria Marna Quarzite Rocce ignee e metamorfiche Basalto Granito Marmo Scisto Gabbro Ardesia Minerali e metalli Pirite 0, Argento 10-7 Grafite 0,001-1 Quarzo 10 5 Salgemma Bauxite Galena 0, Acque Di mare < 0,2 Pura Naturale Con 20% di sale (NaCl) 0,001 test Pagina 6 13/03/2014

7 3.0 - STRUMENTAZIONE ED ACQUISIZIONE DATI La strumentazione utilizzata consiste in un georesistivimetro multielettrodico digitale (24 bit) modello X612-EM aventi le seguenti caratteristiche tecniche: test Pagina 7 13/03/2014

8 L acquisizione dei dati consiste nel generare corrente continua tramite elettrodi di corrente (poli d immissione) e misurare la differenza di potenziale che si genera nei picchetti di misura M N, secondo geometrie prefissate. Le procedure seguite per l operazione d acquisizione dati può essere così riassunta: ricerca preliminare dei sotto servizi prima dell infissione degli elettrodi nel terreno disposizione sul campo degli elettrodi lungo la geometria prefissata (scelta della configurazione geometrica polo-dipolo, wenner, dipolo dipolo); controllo della resistenza di contatto elettrodo/terreno; controllo della continuità elettrica tra cavo ed elettrodi; riduzione della resistenza di contatto, fino ad un 1K ohm, mediante l utilizzo di bentonite e di acqua con aggiunta di Sali; scelta delle tabelle di misura misura dei potenziali spontanei; immissione della corrente secondo forma d onda quadra ad intervalli di tempo regolari; misura ed archiviazione dati. I dati archiviati sono in forma matriciale e contengono informazioni sulle acquisizioni di campagna consentendone l immediata elaborazione. Località: Troina riferimento: Ricerca conduttivo configurazione: POLO-DIPOLO intervallo: 3 (m) muro di contenimento armato. L elettrodo 25 è stato posizionato sul note: lato del muro mis A B M N I (ma) V (mv) PS (mv) ρ (Ohm*m) s.d. M (ms) Tabella 2 Tabella misure di campagna test Pagina 8 13/03/2014

9 4.0 -PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA TRIDIMENSIONALE GENERALITÀ Ha avuto lo scopo, nella fattispecie, di ricostruire un volume tridimensionale elettroresistivo e di individuare all interno dello stesso eventuali anomalie elettriche imputabili alla presenza deflusso idrico preferenziale. La Tomografia elettrica 3D consiste nella determinazione di blocchi tridimensionali di resistività grazie alla disposizione sul terreno di un numero elevato di elettrodi, secondo geometrie prefissate, attraverso i quali viene immessa corrente elettrica continua nel terreno e misurata la differenza di potenziale della corrente in risalita. Il set dati così ottenuto consente la costruzione di una matrice di valori di resistività la cui inversione, mediante algoritmi matematici, restituisce la definizione del mezzo investigato in blocchi elettro-resistivi. Figura 2. Planimetria area di studio e ubicazione elettrodi test Pagina 9 13/03/2014

10 4.2 DISPOSITIVO GEOMETRICO ELETTRODICO Per la prova in oggetto sono stati utilizzati 48 elettrodi (47 picchetti + 1 elettrodo in posizione remota - Tab.3 ) la cui disposizioni è stata progettata al fine di ottenere misure di potenziale secondo una configurazione polo-dipolo (Figura 4 e 5). Tabella 3 Coordinate dei picchetti in metri Elettrodo di immissione Elettrodi di misura Superficie A M N na a Figura 3. Configurazione Polo-Dipolo test Pagina 10 13/03/2014

11 remoto Figura 4. Disposizione geometria degli elettrodi. La configurazione polo-dipolo, in relazione alla possibilità di disporre liberamente gli elettrodi in superficie, ha, rispetto ad altre geometrie (wenner, dipolo-dipolo, polo-polo ecc.), una migliore copertura orizzontale, una maggiore potenza del segnale ed è meno afflitta dal rumore tellurico rispetto, ad esempio, alla matrice polo-polo. A differenza delle altre geometrie, il polo-dipolo è una geometria fortemente asimmetrica e per ciò le misurazioni devono essere effettuate con le modalità "forward" e "reverse" degli elettrodi. L'utilizzo di misurazioni ridondanti con sovrapposizione dei livelli di misura, aumenta la densità dei dati contribuendo a migliorare la risoluzione del conseguente modello di inversione. test Pagina 11 13/03/2014

12 Figura 5. Blocco 3D configurazione geometrica e volume analizzato. I numeri in riquadro indicano gli elettrodi ELABORAZIONE DATI 1 L elaborazione dei valori di resistività apparente calcolati sulla base dei potenziali misurati in sito, è stata eseguita attraverso un algoritmo d inversione tomografica 3D del tipo full 3D dimensional. Questo tipo di algoritmo, basato su elementi finiti tetraedrici, consente l input di dati topografici complessi e di invertire il data-set dei dati registrati, anche in presenza di elevato noise elettrico di fondo. 1 Software Ertlab+ test Pagina 12 13/03/2014

13 4.4 - RISULTATI TOMOGRAFIA ELETTRICA 3D I risultati consistono nella definizione dell immagine elettroresistiva tridimensionale del volume di terreno circostante e sottostante l area interessata dal dissesto idrogeologico. Le restituzioni riguardano il blocco georesistivo 3D complessivo, ed i piani XY estratti a diversa quota. Il volume geo-resistivo è per lo più dato da valori di resistività riferibili a terreni conduttivi e, marginalmente e più in superficie, da terreni resistivi.. Il blocco conduttivo ( res < 100 ohm *m) è caratterizzato dalla presenza di due plume fortemente conduttivi ( res < 5 ohm *m), indicati con un riquadro bianco tratteggiato, localizzati,rispettivamente, alla base del muro di contenimento e tra le coordinate X Tali plume si sviluppano da monte verso valle e potrebbero indicare la presenza di terreni imbibiti. Figura 6. Immagine elettrotomografica 3D complessiva. I pallini rossi identificano gli elettrodi (per la numerazione si rimanda alla tabella 3 ed alla fig. 5) test Pagina 13 13/03/2014

14 S2 S1 S1 Nella seguente figura sono riportate le aree prima descritte e la probabile direzione di flusso idrico (freccia con tratteggio bianco). Tali aree sono estratte nel piano XY a diversa quota. 995 m (s.l.m.m.) 1000 m (s.l.m.m.) S2 S m (s.l.m.m.) 1006 m (s.l.m.m.) S 2 S 2 S1 Figura 7. Sezione XY. test Pagina 14 13/03/2014

15 5.0 - PROSPEZIONE GEOELETTRICA TOMOGRAFICA BI-DIMENSIONALE Ha avuto lo scopo, nella fattispecie, di localizzare e designare anomalie elettriche imputabili alla presenza di eventuali linee di deflusso idrico preferenziale DISPOSITIVO GEOMETRICO DEGLI ELETTRODI Le linee geoelettriche sono state eseguite con geometria lineare e configurazione quadripolare dipolo-dipolo (Figura 8). La geometria dipolo-dipolo è molto sensibile alle variazioni di resistività orizzontali, ma relativamente insensibile alle variazioni verticali di resistività. Così, la disposizione dipolare è efficace per la mappatura delle strutture verticali (quali cavità), ma poco efficace per definire le strutture orizzontali. La profondità media di indagine di questa matrice dipende sia dalla "a" spaziatura ed il fattore "n". Figura 8. Configurazione dipolo - dipolo test Pagina 15 13/03/2014

16 5.2 - RISULTATI PROFILO GEOELETTRICO Di seguito si riportano i risultati della linea elettro-tomografica, che consiste nella restituzione grafica della resistività reale del terreno (inversione tomografica) Nota descrittive sezione 2D elettro-tomografica Le sezione geo-elettrica ERT1 è caratterizzata dalla presenza di due aree fortemente conduttive ( res. < 5 ohm*m) e di un blocco alto-resistivo ascrivibile al muro di contenimento. Le aree conduttive, indicate con un tratteggio bianco, sono concentrate, la prima al centro della sezione la seconda alla base del blocco alto-resistivo. La prima area ha un andamento nucleiforme (vd. Fig.6), mentre la seconda ha una morfologia tronco-conica che indicherebbe una linea di deflusso idrico preferenziale. Di seguito sono riportate lo stralcio planimetrico con l ubicazione dei sondaggio ERT e la sezioni elettro-tomografica invertita. Tomografia elettrica 2D e suo verso S1 S2 Tomografia Elettrica ERT_1 Figura 9 Ubicazione sezione 2D Figura 10 ERT. 1 Sezione elettro-tomografica test Pagina 16 13/03/2014