La Geofisica di esplorazione

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1 La Geofisica di esplorazione Anno Accademico 2009/2010 Docente:Elena Pettinelli 1

2 Osservazione diretta dell interno della Terra Il pozzo più profondo mai scavato si trova nella penisola di Kola (Russia) ed ha raggiunto una profondità di m 2

3 Tecniche d indagine dell interno L esplorazione geofisica utilizza le leggi della fisica e le sue tecniche di misura, per studiare la struttura interna della Terra a diverse scale spaziali della Terra 1) Posso dedurre le informazioni attraverso le relazioni matematiche tra grandezze fisiche. 2) Posso fare una immagine della struttura interna della Terra o di parte di essa 3

4 Tecniche di indagine remota (remote sensing) In senso lato il termine inglese remote sensing si riferisce ad un gruppo di metodiche che acquisiscono informazioni a piccola o grande scala relativamente ad un oggetto o ad un fenomeno, utilizzando tecniche di misura, acquisizione in tempo reale e/o registrazione attraverso appositi dispositivi, che non si trovano in contatto fisico con l oggetto in studio. 4

5 Tecniche di indagine remota (remote sensing) 5

6 Tecniche di indagine remota (remote sensing) Le tecniche classiche di remote sensing, quali le immagini ottiche o nell infrarosso, quelle multispettrali, quelle in banda X, quelle radiometriche e quelle radar, che operano da aereo, da satellite o da pallone sono state essenzialmente sviluppate negli ultimi 50 anni, e sono applicabili principalmente allo studio degli oggetti che si trovano al di sopra dell interfaccia aria-suolo, o comunque che si trovano all interno dei primi centimetri di suolo. Le tecniche d indagine geofisica, diversamente, sono state sviluppate principalmente nel corso di tutto il XX secolo, sono finalizzate all indagine della struttura del sottosuolo alle diverse scale spaziali orizzontali e verticali, e possono raggiungere profondità d investigazione anche di qualche chilometro. 6

7 Tecniche non distruttive Il concetto di remote sensing è spesso confuso con quello di non distruttività di una metodica d indagine. Si definisce non distruttiva una tecnica che non produce alcuna alterazione, danneggiamento, distruzione parziale o totale dell oggetto o del fenomeno in studio. Ad esempio, lo scavo e il carotaggio sono da considerarsi tecniche distruttive. Tuttavia, il concetto di tecnica distruttiva si estende oltre al concetto di danno meccanico: è a tutti noto, ad esempio, l effetto biologico distruttivo dei raggi X, di conseguenza anche nell ambito delle indagini diagnostiche definite non distruttive, devono essere valutate con cautela natura fisica, frequenza, ampiezza, energia associata e potenza dei segnali utilizzati al fine di effettuare le suddette indagini. 7

8 Geofisica di esplorazione La geofisica di esplorazione si sviluppa all inizio del 900 come disciplina autonoma finalizzata alla localizzazione dei depositi minerari e petroliferi Scoperta di due domi salini con tecniche di sismica a riflessione 1922 Prima misura di una anomalia gravitazionale positiva con una bilancia a torsione ed individuazione di un domo salino associato ad un campo petrolifero 12 aprile 1919 la prima acquisizione di sismica a riflessione 1913 Scoperta del primo deposito di minerali metallici non magnetici attraverso misure di potenziale elettrico del sottosuolo 8

9 Geofisica di esplorazione Petrolio Domo salino Immagine sismica di un domo salino 9

10 La geofisica di esplorazione La geofisica di esplorazione, per investigare le proprietà fisiche del sottosuolo di un pianeta, utilizza concetti e tecniche di misura proprie della fisica. La conoscenza di tali proprietà permette di ottenere informazioni su: la litologia i rapporti geometrici tra i corpi rocciosi la presenza di acqua nel sottosuolo la presenza di inquinanti nel terreno la presenza di oggetti sepolti la presenza di petrolio o di metalli e minerali preziosi 10

11 Esplorazione geofisica della Luna All'inizio degli anni settanta il metodo elettromagnetico impulsivo venne utilizzato in una delle missioni Apollo per sondare il sottosuolo lunare. Le condizioni ambientali particolarmente favorevoli (assenza di acqua), conferivano al suolo lunare caratteristiche dielettriche simili a quelle dei ghiacci permettendo, quindi, una notevole penetrazione del segnale Missione Apollo 17 Radar subsurface sounder 11

12 Le misure fisiche che possono essere effettuate sono di tipo: passivo (non si perturba il sistema): variazioni dei campi naturali associati alla Terra (gravimetrico o magnetico); attivo (si perturba il sistema): risposta del terreno alla generazione di segnali artificiali (sismico, elettrico, GPR); Magnetometro - passivo GPR - attivo 12

13 Anomalie geofisiche I metodi geofisici localizzano i confini attraverso i quali esiste un marcato contrasto di proprietà fisiche. Il contrasto può essere rilevato a distanza poiché origina una anomalia geofisica Anomalia geofisica: indica una variazione delle proprietà fisiche rispetto a quelle dell area circostante (background) Bersaglio geofisico (target): la sorgente fisica dell anomalia (petrolio o gas cavità falda oleodotto deposito minerario oggetto sepolto). 13

14 Anomalie geofisiche I tre fattori fondamentali di un bersaglio geofisico sono: proprietà fisica, dimensioni, profondità. 14

15 Metodi geofisici METODO GEOFISICO Gravimetrico Magnetico Sismico a riflessione Sismico a rifrazione Resistività Potenziale spontaneo Polarizzazione indotta Elettromagnetico (EM) EM-VLF Ground Penetrating Radar Magnetico-tellurico Radiometrico RELATIVA PROPRIETA FISICA Densità Suscettività Modulo elastico densità Modulo elastico densità Resistività elettrica Differenza di potenziale Resistività capacità Conducibilità induttanza Conducibilità induttanza Permettività conducibilità -permeabilità Resistività Radioattività 15

16 Relazione proprietà fisica - target 16

17 Anomalie geofisiche I metodi geofisici localizzano i confini attraverso i quali esiste un marcato contrasto di proprietà fisiche. Il contrasto può essere rilevato a distanza poiché origina una anomalia geofisica g B x ρ 2 contrasto ρ 1 ρ 1 > ρ 2 17

18 Anomalia geofisica Indica una variazione delle proprietà fisiche rispetto a quelle dell area circostante (background) 18

19 Bersaglio geofisico (target) La sorgente fisica dell anomalia (petrolio o gas cavità falda oleodotto inquinante oggetto sepolto). Inquinanti nei pori di un suolo o di una roccia 19

20 L utilizzo delle tecniche geofisiche a scala spaziale ridotta 20

21 L utilizzo delle tecniche geofisiche a scala spaziale ridotta 21

22 L idea di fare una immagine della struttura interna di un oggetto è nata da Wilhelm Konrad Roentgen

23 Immagini con onde meccaniche 23

24 Immagini magnetiche 24

25 Immagini con onde elettromagnetiche Polo marziano Boundary zone thickness varies 25