Corso di Geofisica Applicata

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1 Uniersita di Trieste-DISGAM -Eploration Geophsics Grop Corso di Geofisica Applicata ORARIO MARTEDI ( ) 1.45) Geofisica Ala B-ia Weiss MERCOLEDI ( ) 11) Geofisica Ala B-ia Weiss GIOVEDI ( ) 11) Geofisica Ala B-ia Weiss GIOVEDI ( ) DSP Esercit. Laboratorio ia Weiss 1 Possibile effettare alcne esercitaioni pi estese (na giornata), da concordare MICHELE PIPAN - pipan@nits.it Tel Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 1

2 Uniersita di Trieste-DISGAM -Eploration Geophsics Grop Corso di Geofisica Applicata STRUTTURA CORSO LEZIONI FRONTALI 40 ore 10 settimane ESERCITAZIONI e TRAINING AL CALCOLATORE e CON STRUMENTAZIONE 36 ore 16 ore 1 settimane giornate Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan

3 Uniersita di Trieste-DISGAM -Eploration Geophsics Grop Corso di Geofisica Applicata STRUTTURA CORSO () 5 modli dedicati ai segenti temi: Teoria onde sismiche Strmentaione Metodo sismico a rifraione Metodo sismico a riflessione Ed n modlo aggintio dedicato ai fondamenti di: Trattamento dati Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 3

4 Uniersita di Trieste-DISGAM -Eploration Geophsics Grop Corso di Geofisica Applicata programma 5 modli con laboratorio, esame finale orale. M1 Fondamenti di propagaione delle onde sismiche, eqaione d onda, parametri elastici, elocita onde P ed S, rapporto di Poisson, geometria delle onde sismiche, riflessione, rifraione, diffraione, coefficiente di riflessione, tempi di arrio degli eenti sismici: Acqisiione dati; Sismicaa riflessione, sorgenti sismiche, sensori, geometria di acqisiione, metodologie di acqisiione (terra/mare), acqisiione dati sismici a rifraione, tomografia cross well, VSP; Correioni statiche, correioni dinamiche, attenaione e correioni di ampiea: M Trattamento dati sismici: seqene ed operaioni fondamentali slle seqene (somma, moltiplicaione, traslaione, crosscorrelaione, atocorrelaione) Sistemi lineari e staionari (conolione), cenni slla trasformata diforier, Z Trasformata, filtri nmerici e filtraggio dati sismici. M3 Acqisiione dati sismici:modalita progettaione riliei,stendimenti, copertra singola e mltipla,stacking chart, teoria e progettaionearra, definiione parametri acqisiione; M4 Metodo sismico a rifraione, ridione ed elaboraione dati, metodi di interpretaione [Generalied Reciprocal Method (GRM) metodi basati si tempidela(gardner)]; M5 Trattamento dati edimagingsismico:stack emodalita attenaione rmore coerente, filtraggifk, modelloconoltiotraccia sismica, deconolione(filtraggio inerso esatto,wiener, predittio), migraione post stack, metodi alle differene finite,kirchhoff,fk. Cenni slle tecniche di migraionepre stacke slla ricostrione del macromodello VZ. Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 4

5 Uniersita di Trieste-DISGAM -Eploration Geophsics Grop STRUTTURA CORSO (3) per i modli metodologici considereremo: Fondamenti teorici Acqisiione dati Elaboraione Inersione/Interpretaione Esercitaione in campagna per il modlo di trattamento dati: Cenni sl trattamento e l interpretaione dati digitali con esercitaioni al compter Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 5

6 Uniersita di Trieste-DISGAM -Eploration Geophsics Grop TESTI CONSIGLIATI Sheriff R.E., Geldart L.P., Eploration Seismolog ( nd Ed.) Cambridge Uniersit Press Yilma O. Seismic Data analsis ( ol.) Societ of Eploration Geophsicists Telford W.M., Geldart L.P., Sheriff R.E. - Applied Geophsics ( nd Ed.) Cambridge Uniersit Press Dobrin M.B., Sait C.H. - Introdction to Geophsical Prospecting (4 th Ed.) McGraw-Hill Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 6

7 Uniersita di Trieste-DISGAM -Eploration Geophsics Grop Corso di Geofisica Applicata ESAME (reqisiti minimi) 5 domande (1 per ogni tema/modlo) 1 relaione s na delle esercitaioni a scelta ORALE SCRITTO Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 7

8 DEFINIZIONI GEOFI SI CA: la sciena che si occpa dell applicaione della fisica allo stdio della terra e dei pianeti GEOFI SI CA APPLI CATA: la sciena che cra la determinaione delle condiioni sbsperficiali attraerso l esecione ed interpretaione di misre di proprieta fisiche, di norma con obiettii economici (reperimento e sfrttamento risorse natrali) PROSPEZI ONI GEOFI SI CHE PER L I NGEGNERI A: applicaione metodi geofisici per lo stdio di materiali e strttre sbsperficiali di interesse per l ingegneria PROSPEZI ONI GEOFI SI CHE PER L AMBI ENTE: applicaione metodi geofisici per lo stdio di processi chimico-fisici sperficiali di interesse per la gestione dell ambiente Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 8

9 BREVE STORIA 1600 Gilbert, De Magnete (applicaioni magnetismo) 1840 Prime prospeioni magnetiche per minerali 1900 Prospeioni graimetriche e sismiche per idrocarbri Prospeioni elettriche ed elettromagnetiche 1960 Strmentaione geofisica digitale OGGI : Sismica, Georadar, Geoelettrica, Metodi EM, Magnetometria, Graimetria, Metodi termici, Radioattiita, Metodi geofisici in poo Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 9

10 Obiettii (1) Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 10

11 Definiione ed obiettii La sismica d esploraione sa onde elastiche generate artificialmente per ottenere informaioni sl sottosolo e, in particolare: Localiare risorse natrali Ottenere informaioni geologiche e geotecniche per l ingegneria Ottenere informaioni sl sottosolo per lo stdio scientifico della strttra, stratigrafia ed eolione della crosta terrestre Caratteriare il sottosolo (strttra e caratteristiche dei materiali) per indagini ambientali, archeologiche, indstriali Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 11

12 Bree storia 1888: Bilancia di Torsione (Eötos) 196: Prima scoperta geofisica di giacimento petrolifero 1678: Iniio fondamenti teoria elasticita (L. di Hooke) : teoria onde sismiche (Cach, Poisson, Knott, Wiechert, Zoepprit, Raleigh, Loe, Stonele) 1848: iniio sismologia sperimentale (Mallet) 1914: primo breetto sll so di onde sismiche per l esploraione del sottosolo (Fessenden) e primo sismografo per esploraione (Mintrop) Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 1

13 Bree storia () 1946: Prime seioni sismiche 195: Prime registraioni analogiche s nastro magnetico 1953: iniio silppo sorgenti alternatie (terra, mare) 1956: I niio registraioni CMP 1960: iniio riolione digitale 1976: iniio sismica 3-D Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 13

14 Bree storia (3) Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 14

15 Inestimenti per obiettio (1991) Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 15

16 Cenni di teoria delle onde sismiche Stress (sforo) Definiione: fora per area nitaria F A Sforo normale (pressione): se fora perpendicolare ad area Sforo di taglio: se fora parallela ad area In generale, lo sforo po essere risolto in componenti normali e di taglio Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 16

17 Cenni di teoria delle onde sismiche Analisi degli sfori che agiscono s n elemento infinitesimo Se il meo e in eqilibrio statico gli stress deono essere bilanciati. ( ) ( ),, OABC,, DEFG Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 17

18 Cenni di teoria delle onde sismiche Analisi degli sfori che agiscono s n elemento infinitesimo Inoltre, gli sfori di taglio formano coppie che tendono a rotare l elemento intorno agli assi, fora braccio ( dd)d All eqilibrio il momento totale dee essere nllo qindi E, in generale ij ji Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 18

19 Cenni di teoria delle onde sismiche Strain (deformaione) ariaione relatia di forma o dimensioni di n corpo Si erifica se (,) (,) Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 19

20 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 0 Cenni di teoria delle onde sismiche Le coordinate dei pnti prima e dopo la deformaione saranno: ), ( );, ( ), ( );, ( ' ' d d d Q d Q P P ), ( );, ( ), ( );, ( ' ' d d d S d S d d d d d d R d d R

21 Cenni di teoria delle onde sismiche Variaioni in e sono molto pi piccole di d e d, dnqe prodotti e potene di (δ/δ, δ/δ), (δ/δ, δ/δ) possono essere trascrate. Si ha qindi che: 1. PQ amenta in lnghea di (δ/δ)d PS amenta in lnghea di (δ/δ)d. δ 1 (δ/δ) ; δ (δ/δ) 3. Angolo retto in P diminisce di δ 1 δ (δ/δ δ/δ) 4. Rettangolo rota in senso anti-orario di (δ 1 - δ )/ (δ/δ -δ/δ)/ Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 1

22 Cenni di teoria delle onde sismiche Si definiscono qindi le segenti deformaioni: Normali ε ; ε ; ε w Di taglio ε ε ε ε ε ε w w Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan

23 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 3 Cenni di teoria delle onde sismiche Si definiscono qindi le segenti deformaioni: Normali ε, ε, ε Di taglio ε, ε, ε E inoltre le segenti rotaioni: w w θ θ θ

24 Cenni di teoria delle onde sismiche Variaioni di dimensioni dote a sfori normali prodcono ariaioni di olme. La ariaione di olme per olme nitario prende il nome di dilataione (Δ). Partendo da n parallelepipedo di dimensioni d, d, d Si arria a dimensioni deformate date da d(1 ε ), d(1 ε ), d(1 ε ) Trascrando i prodotti dei termini infinitesimi, la ariaione di olme sara (ε ε ε )ddd E la dilataione Δ (ε ε ε ) (δ/δ) (δ/δ) (δw/δ) Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 4

25 Cenni di teoria delle onde sismiche Legge di Hooke La deformaione e direttamente proporionale allo sforo (qando la deformaione e piccola > > nel caso sismico Δ 10-8 ad ecceione intorno sorgente, qindi alida) Mltipli sfori prodcono deformaioni indipendentemente l no dall altro e deformaione totale e somma deformaioni indiidali. Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 5

26 Cenni di teoria delle onde sismiche Legge di Hooke () In generale λ λ λ λ λ λ λ λ λ ε 0 ε 0 ε 0 ε 0 ε ε Ma per meo isotropo, si ridce a ii ij λδ ε ij ε ii ( i, j ( i,,, ), ; i j) Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 6

27 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda Se il meo non e in eqilibrio possiamo scriere per gli sfori slla faccia DEFG Essendo sfori opposti a qelli s faccia OABC, lo sforo netto non bilanciato sara Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 7 d d d

28 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda () d d d la fora per olme nitario nelle direioni,, sara,, Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 8

29 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (3) analoghe eqaioni si ottengono per le altre facce: qindi la fora totale che agisce nella direione sara Per la legge di Newton, la fora non bilanciata nella direione per olme nitario e t ρ Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 9

30 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (4) analoghe eqaioni si ottengono per il moto lngo gli assi e. Qeste eqaioni legano spostamenti a stress. Usando legge di Hooke possiamo esprimere sfori come deformaioni e da qeste passare agli spostamenti. Si ha: ii λδ εii ε ( i, j ij ij ( i,, ),, ; i ρ t j) Δ λ ε Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 30 ε ε

31 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 31 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (5) Δ Δ w t λ ε ε ε λ ρ

32 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 3 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (6) ( ) w w Δ Δ Δ λ λ λ

33 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 33 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (7) Si ottengono qindi analoghe eqaioni per e w ( ) ( ) w t w t Δ Δ λ ρ λ ρ

34 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 34 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (8) L eqaione d onda si ottiene differeniando rispettiamente per,, e sommando I risltati ( ) ( ) Δ Δ Δ Δ Δ λ ρ λ ρ t w w t

35 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 35 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (9) O anche ( ) ( ) Δ Δ Δ Δ ρ λ α α λ ρ / 1 t t

36 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 36 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (10) Sottraendo la deriata di (1) rispetto a dalla deriata di () rispetto ad si ottiene: ( ) ( ) Δ Δ w w t w w t t ρ λ ρ λ ρ

37 Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 37 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (11) ρ β ϑ ϑ β ρ 1 t w w t

38 Cenni di teoria delle onde sismiche Eqaione d onda (1) La solione generale dell eqaione d onda e la fnione La qantita (± t) e la fase. f(± t) Le sperfici caratteriate da identica fase (per le qali il moto dell onda e lo stesso) sono I fronti d onda. Se la pertrbaione e la stessa s n piano perpendicolare alla direione di propagaione il fronte d onda e piano e si ha n onda piana Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 1

39 Cenni di teoria delle onde sismiche Onde P ed S De tipi di onde si possono propagare in n meo omogeneo ed isotropo: Onde P (dilataionali, longitdinali, irrotaionali, compressionali): corrispondono a ariaioni nella dilataione. Onde S (di taglio, trasersali, rotaionali): corrispondono a ariaioni in na o pi componenti della rotaione θ. Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan

40 Cenni di teoria delle onde sismiche Onde P ed S () Velocita delle Onde P: α ( λ µ ) ; ρ Velocita delle Onde S : β µ ρ Definiamo poi il rapporto di Poisson come Corso di Geofisica Applicata 007/08 - Michele Pipan 3 λ ( λ µ )