FIRST HINTS OF THE SEISMOELECTROMAGNETIC SIGNAL APPLICABILITY FOR THE SUBSOIL CHARACTERIZATION

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1 35 Convegno Nazionale Lecce novembre 2016 FIRST HINTS OF THE SEISMOELECTROMAGNETIC SIGNAL APPLICABILITY FOR THE SUBSOIL CHARACTERIZATION A. Siniscalchi (1), G. Romano (1), M. Balasco (2), S. Tripaldi (1), S. Piscitelli (2), E. Rizzo (2) Dipartimento di Scienze della Terra e Geoambientali, Università di Bari, Bari, Italia Istituto di Metodologie per l Analisi Ambientale CNR-IMAA, Tito Scalo (Pz), Italia

2 Dove siamo Il sistema Terra è un sistema complesso e, talvolta, difficile da caratterizzare. Gli strumenti a nostra disposizione per la sua caratterizzazione sono i diversi metodi geofisici..solo che Dati sismici Dati ElettroMa -gnetici Dati Elettrici Joint Inversion, modelli integrati, etc

3 Dove vorremmo arrivare Creazione di un dataset integrato di dati sismici ed elettromagnetici Unione di dataset elettromagnetici e simici colocati Acquisizione simultanea di dati sismici ed ElettroMagnetici Co-locati e correlati Dato sismico Dato ElettroMagetico

4 Prime osservazioni Segnali elettromagnetici connessi ad attività sismica: Sciame sismico del Pollino (2012) Anomalie elettriche e magnetiche non connesse al movimento dei sensori. Similitudini sia nel dominio nel tempo che della frequenza tra tracce sismiche ed ElettroMagnetiche

5 Formulazione matematica Sono state sviluppate diverse teorie per spiegare la comparsa di questi fenomeni. In ognuna di esse, il ruolo chiave è giocato dalla presenza di fluidi. Il lavoro più completo sembra essere quello descritto in: S. Pride, 1994 Governing equations for the coupled electromagnetics and acoustics of porous media. Physical Review B,50, formule (senza contare quelle incluse nelle appendici) per combinare insieme le Equazioni di Maxwell (per la propagazione dei campi EM) e le equazioni di Biot (per la propagazione delle onde sismiche nei mezzi porosi saturi).

6 La densità di corrente J è la somma di due termini legati rispettivamente alla conduzione elettrica e alla densità di streaming currents Lo spostamento relativo fase fluida fase solida (w) ha due contributi, il primo di natura elettrica ed il secondo di natura meccanica Il coefficiente di accoppiamento L( ) è un parametro complesso e dipendente dalla frequenza.

7 Formulazione matematica Secondo la formulazione di Pride 1994 quando un onda sismica si propaga in un mezzo poroso contenente dei fluidi, si generano due tipi di segnali EM. Segnale co-sismico: Segnale legato al movimento relativo tra la fase solida e la fase liquida. Il segnale EM così generato è «confinato» nell onda sismica e si propaga con la velocità di quest ultima Risposta all interfaccia: Segnale generato quando l onda sismica incontra la superfice di separazione tra due mezzi caratterizzati da differenti proprietà (elettriche o idro-meccaniche). Questo segnale viaggia con le velocità tipiche delle onde EM

8 Esiste qualcosa di concretamente applicabile? Immagine tratta da: S. Warden,1 S. Garambois,2 P. Sailhac,1 L. Jouniaux1 and M. Bano1, 2012 Curvelet-based seismoelectric data processing Geophys. J. Int. (2012) Identificazione della risposta all interfaccia che che può essere approssimata ad un dipolo oscillante perpendicolarmente all interfaccia (Thompson & Gist 1993; Garambois&Dietrich 2001).

9 Caso studio RICEN: Repeated and InduCed Earthquake and Noise Responsabile scientifico: Prof. Gaetano Festa 50 stazioni sismiche a tre-componenti sparse in tutta l area della Solfatara 24 stazioni sismiche mono-componente con una configurazione a spirale posizionate all interno della fangaia 240 stazioni mono-componente disposte secondo una griglia regolare con copertura areale di 115 x 90 m 2 Immagine tratta dal sito

10 Caso studio 3 stazioni MagnetoTelluriche (MT) sono state lasciate in acquisizione per tutta la durata dell esperimento RICEN Acquisizione campo elettrico in 2 direzioni (N-S ed E-O) Stazione MT Acquisizione campo magnetico in 2 direzioni (N-S ed E-O) Sono visibili segnali sismo indotti?

11 Caso studio Zoom del segnale magnetico acquisito e relativo spettro wavelet Segnale della sorgente sismica (Vibroseis) e relativo spettro wavelet

12 Caso studio Caratterizzazione spettrale del campo magnetico registrato Con Vibroseis non attivo, «normale» spettro MagnetoTellurico Con vibroseis attivo, aumento della potenza spettrale nel range 10 Hz -50Hz Con vibroseis attivo, incremento della potenza collegato alla distanza sorgente-ricevitore

13 Caso studio La distanza sorgente-ricevitore è l unico parametro che influenza l aumento di potenza dello spettro del segnale magnetico nel range 10 Hz-50 Hz? Verica su dati EM acquisiti durante l indagine sismica 2D Stazione MT x Posizione s. sismica Anomalia individuabile nelle serie MT

14 Caso studio Calcolando, per ogni posizione della sorgente sismica, lo spettro dei segnali EM nel range 10Hz- 50HZ, è possibile ricavare una pseudosezione in cui vengono mostrate le ampiezze spettrali

15 Concludendo.. La ricerca e l individuazione dei segnali sismo-indotti è complicata dalla naturale variabilità temporale dei segnali EM Esiste chiaramente una relazione tra perturbazioni meccaniche e perturbazioni EM I segnali EM sismo-indotti sembrano attenuarsi come i segnali sismici La distanza tra sorgente e ricevitore non è l unico fattore a giocare un ruolo chiave nell attenuazione dei segnali sismo-indotti Tanto ancora resta da fare per rendere fruibile l utilizzo di questa fenomenologia.. Tuttavia.

16 Concludendo.. Grazie mille per la cortese attenzione