Caratterizzazione di depositi bentonitici attraverso l utilizzo integrato delle proprietà elastiche dinamiche e di resistività

Corso di dottorato in Scienze e Tecnologie della Terra e dell Ambiente - XXXI ciclo Cagliari 14 Marzo 2016 Caratterizzazione di depositi bentonitici attraverso l utilizzo integrato delle proprietà elastiche dinamiche e di resistività elettrica ottenute da indagini geofisiche di superficie Tutor: Prof. Luigi Carmignani Co-Tutor: Geol. Tommaso Colonna Co-Tutor: Prof. Funedda Antonio Stefano Bernardinetti

SOMMARIO 1. INQUADRAMENTO GENERALE 2. ORIGINALITÀ DEL TEMA 3. OBIETTIVI ATTESI 4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI 5. EVENTUALI PROBLEMI RISCONTRABILI DURANTE PERCORSO 6. STUDIO ALL ESTERO E COLLABORAZIONE CON ALTRE SEDI

1. INQUADRAMENTO GENERALE Obiettivo: caratterizzazione litologica di depositi bentonitici attraverso l utilizzo integrato di modelli tomografici di velocità e resistività elettrica Vp +Vs + ρ Acquisizioni sismiche di superficie Acquisizioni elettromagnetiche di superficie Correlazioni empiriche Individuazione correlazioni tra parametri geofisici e litologie Caratterizzazione litologica Restituzione di modelli interpretati del sottosuolo

1. INQUADRAMENTO GENERALE Vp e Vs dipendono da: densità porosità microporosità associata al contenuto in argilla pressione di confinamento grado di saturazione ρ dipende da: porosità grado di saturazione resistività del fluido capacità scambio cationico minerali metallici 1 2

2. ORIGINALITÀ DEL TEMA Approccio multimetodico integrato Integrazione di dati indipendenti VELOCITÀ RESISTIVITÀ Riduzione del grado di indeterminazione nell interpretazione Capacità di discretizzazione all interno della stessa litologia 1 2

3. OBIETTIVI ATTESI I. Acquisizione dati 2D di velocità sismica delle onde P e S e di tipo resistività elettrica. II. Modelli tomografici di velocità e resistività. III.Prove dirette di caratterizzazione mineralogica e geotecnica su campioni prelevati in sito. IV.Analisi statistica dei modelli tomografici, individuazione dei parametri governanti il comportamento elastico e la resistività elettrica dei mezzi indagati. V. Individuazione e taratura di leggi empiriche. VI. Caratterizzazione litologica e strutturale del sottosuolo.

4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI 1 anno 2 anno 3 anno FASE 1 FASE 2 - Individuazione siti test con differenti assetti geologici -Test preliminari di valutazione del metodo di caratterizzazione - Individuazione del sito di studio - Pianificazione delle indagini -Acquisizione dati in sito -Caratterizzazione mineralogica e geotecnica FASE 3 - Elaborazione dei dati - Individuazione correlazioni empiriche - Caratterizzazione litologica

4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI Siti test preliminari: Laterina (Arezzo) - Deposito alluvionale terrazzato su substrato costituito da limi argilla e sabbia con vario grado di cementazione -Valutazione della capacità di caratterizzazione in presenza di bassi contrasti di resistività e impedenza acustica Area di studio Depositi quaternari (ghiaie, sabbie e limi) Depositi continentali (sabbie e limi con vario grado di cementazione)

4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI Siti test preliminari: Bibbona(Livorno) - Presenza di alternanze litologiche con differente risposta elettrica e sismica in assetto monoclinale - Valutazione della risoluzione del metodo in assetto geologico-strutturale complessa Area di studio Formazione argille azzurre Argille e gessi Marne argillose Conglomerati Argille a palombini

4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI Siti test preliminari: Majella(Abruzzo) - conca intramontana -Valutazione della rappresentatività del metodo in presenza di forti contrasti di impedenza acustica e di resistività elettrica -Condizione geofisica prossima a depositi bentonitici idrotermali

4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI Strumentazione per acquisizione dati di resistività elettrica Misura della resistività elettrica con corrente continua Syscalpro switch96 a 10 canali - tomografia di resistività elettrica - profondità massima di indagine 180 m Misura della resistività con metodo elettromagnetico nel dominio del tempo G-TEM Geonics - profili verticali di resistività - profondità massima di indagine ~ 300 m Misura della resistività con metodo elettromagnetico nel dominio della frequenza Stratagem EH4 - profili verticali di resistività - profondità massima di indagine ~ 1000 m

4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI Strumentazione per acquisizione dati di sismica attiva Sismografo per acquisizioni di tipo sismico a rifrazione/riflessione GEODE Geometrics Acquisizione fino a 192 canali Alta risoluzione temporale e spaziale Sorgente impulsiva per la generazione di segnale sismico Minibang Isotta con cartucce industriali cal. 8 Medio contenuto energetico Elevata ripetibilità del segnale Medio contenuto in frequenza Sorgente vibratoria per la generazione di treni d onda IVI Minivib Alto contenuto energetico Elevato contenuto in frequenza

4. PERSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI Caratterizzazione mineralogica e geotecnica analisi diffrattometriche su polveri composizione mineralogica caratterizzazione geotecnica su terre e rocce proprietà indice limiti di atterberg curve granulometriche

5. PROBLEMATICHE ATTESE individuazione area test già caratterizzate per ovviare alla possibile mancanza di indagini dirette(log e prove su campioni), per la taratura del metodo e dei modelli complessità dei parametri che regolano risposta sismica ed elettromagnetica scelta della scala di indagine e consecutiva risoluzione del dato rappresentatività dell aree test applicabilità in diversi contesti geologici

6. STUDIO ALL ESTERO E COLLABORAZIONE CON ALTRE SEDI Struttura: The Petroleum Institute, Abu Dhabi, U.A.E. Referente: Prof. Pier Paolo Bruno Periodo: da definire Sviluppo di competenze: Processing dati di sismica attiva

GRAZIE PER L ATTENZIONE

Bibliografia Dell aversana, 2016, A Global Integration Platform for Optimizing Cooperative Modeling and Simultaneous Joint Inversion of Multi-domain Geophysical Data Dell aversana, 2012, Metodi geofisici integrati per l esplorazione petrolifera - Atti del 1º Congresso dell Ordine dei Geologi di Basilicata, Ricerca, Sviluppo ed Utilizzo delle Fonti Fossili: Il Ruolo del Geologo, Potenza, 30 Novembre - 2 Dicembre 2012 McNeill, 1980, Electrical conductivity of soils and rocks, Technical note Rojas et alii, 2005, Vp-Vs ratio sensitivity to pressure, fluid, and lithology changes in tight gas sandstones Santarato, Lezioni di geofisica applicata, I metodi elettrici Scotellaro, 2005, Influenza delle argille sulle proprietà elastiche ed elettriche di mezzi eterogenei e porosi ed applicazione del Modello Elettrosismico, tesi di dottorato in geofisica applicata