PROVE GEOFISICHE DI SISMICA A RIFLESSIONE E GEO-RESISTIVE (S.E.V.) ESEGUITE PRESSO CENTRALE ELETTRICA A BIOMASSE SITA NEL COMUNE DI SPOMGOLI (KR) RAPPORTO TECNICO DI PROVA PRELIMINARE REV. Data e località Committente Redatto 0 Luglio. 2014 Spongoli (Kr) Geostudi s.r.l. Dott. Geol. G. Coco Controllato Approvato COMM.-JOB: IG_57_14 IL PRESENTE DOCUMENTO E PROPRIETA GEOCHECK S.r.l. A TERMINE DI LEGGE OGNI DIRITTO E RISERVATO 1
INDICE pag. 1-0 INTRODUZIONE... 3 2.0 - SISMICA A RILFESSIONE... 5-2.1 - Acquisizione dei dati.... 5 2.2 - Elaborazione dei Dati... 5 2.3- RISULTATI PRELIMINARI... 7 3.0 INDAGINE GEOELETTRICA... 9 3.1 - Metodologia utilizzata... 9 3.2 - Resistività delle rocce... 10 3.3 Elaborazione dei dati... 13 3.3 -RISULTATO S.E.V.... 13 2
1-0 INTRODUZIONE Le prove geofisiche oggetto del presente rapporto sono state eseguite nell ambito di uno studio dettagliato, con risoluzione metrica, della porzione superficiale (0-180 metri di profondità) del sottosuolo al fine di caratterizzare, in termini di spessori, di velocità di propagazione e di resistività, le serie riflettiva alluvionale e per ricostruire la geometria e la profondità del substrato di probabile natura argillosa. Le prospezioni sono state tarate allo scopo di individuare e realizzare interventi per ampliare il potenziale sfruttabile delle risorse idriche profonde. A tal fine sono state eseguite prove geofisiche non invasive di tipo sismico a riflessione e geoelettrico 1D (S.E.V sondaggio elettrico verticale) Di seguito vengono tabulate le quantità, le denominazioni e le configurazioni geometriche eseguite: ID LUNGHEZZA Sismica Riflessione (m) SR _L1 375 m ID AB/2 S.E.V. (m) VES_1 200 m Tabella 1 Elenco e configurazione dei transetti sismici eseguiti. Le prove geofisiche sono state eseguite nei luoghi indicati dal committente. Nel caso specifico la lunghezza delle indagini è stata condizionata dalla presenza dalla linea ferroviaria e dalla SS106 presenti, rispettivamente, ad EST e ad Ovest dell area studiata. Di seguito è riportata una immagine. 3
Linea sismica Figura 1. Schema planimetrico ubicazione Foto cantiere 4
2.0 - SISMICA A RILFESSIONE - 2.1 - Acquisizione dei dati.. Il sistema d acquisizione impiegato consiste di 1 sismografo multicanali MAE A6000S equipaggiati con 48 geofoni verticali a 30 Hz. Durante la fase di acquisizione dati, i canali tenuti attivi sono stati 36 per energizzazione. Le energizzazioni sono state realizzate impiegando una sorgente sismica esplosiva (fucile sismico con cartucce industriali cal. 8). La somma delle tre registrazioni in un identica posizione consente di aumentare la potenza del segnale e contestualmente ridurre il rumore ambientale già in fase d acquisizione. I profili sismici sono stati acquisiti mediante geometria end-on (sorgente posta ad un estremo della linea sismica) con una multiplicità di copertura pari al 1200%. Tale strategia d acquisizione ha previsto l impiego di uno stendimento di geofoni con spaziatura regolare di 7.5 metri, mentre l offset scoppi/ricevitori è stato di 15 metri. Questa configurazione ha permesso d ottenere un interdistanza tra i CDP (Common Depth Point) di 3,5 m ed un elevata ridondanza di campionamento in profondità dei dati, così da consentire una ricostruzione dettagliata delle strutture indagate. La geometria d acquisizione utilizzata consente di campionare in un ampio intervallo di offset gli eventi riflessi. 2.2 - Elaborazione dei Dati L elaborazione a riflessione è stata eseguita attraverso il software SUNT della CWP (Center for wave phenomena). L'elaborazione, schematizzata in figura 2, è stata articolata in tre fasi: 1) preprocessing; 2) analisi di velocità e stacking; 3) post-stack. Il flusso generale mostrato in figura 2. I dati grezzi sono stati importati e convertiti in formato *.SU e, successivamente, è stata assegnata la geometria di acquisizione in coordinate metriche. Durante la successiva fase dell elaborazione, definita pre-processing, il dato raggruppato per punto di energizzazione comune (Common shot gather - CSG) è stato tratto al fine di incrementare il rapporto segnalerumore. Successivamente al pre-processing ai segnali sismici è stata applicata una funzione di controllo automatico del guadagno (AGC) per normalizzare le ampiezze. I segnali così trattati sono stati ulteriormente processati con l applicazione della deconvoluzione che ha ulteriormente compresso l ondina sismica aumentandone il suo contenuto in frequenza e conseguentemente la 5
risoluzione verticale. Tali operazioni attenuano le riverberazioni e le multiple a corto periodo, a favore degli eventi riflessi primari. Figura 2. Sequenza di processing utilizzata per l elaborazione dei profili sismici. I segnali così trattati, sono comunque affetti da un notevole rumore ambientale incoerente dovuto all attività industriale prossima all area di studio. Il rumore ambientale ed il disturbo legato alla presenza delle onde superficiali che dell onda d aria sono stati attenuati rispettivamente con filtraggi passa-banda e con algoritmi mirati all attenuazione di rumore coerente di tipo lineare. Le onde guidate sono state invece attenuate attraverso l applicazione di un moveout lineare che ha 6
consentito di rendere le onde guidate orizzontali (velocità apparente infinita) ed limitare l aliasing spaziale delle onde superficiali e dell onda sonora, aumentandone la velocità apparente. Il moveout linare è stato seguito da un filtraggio in velocità eseguito nel domino F-K (frequenza-numero d onda). Nella seconda fase d elaborazione, i dati sono raggruppati per punto comune di riflessione (CDP) per eseguire l analisi di velocità, necessaria per la correzione di Normal Moveout (NMO) e la successiva sommatoria (stack) delle tracce sismiche con gli eventi riflessi tutti in fase. I modelli preliminare di velocità di stacking sono stati ottenuti integrando pannelli di Constant Velocity Stack e semblance. Nella fase di post-stack (terza fase) i segnali elaborati vengono ulteriormente processati tramite analisi di filtraggio, l AGC, l applicazione delle correzioni statiche, la conversione in profondità attraverso il modello di velocità definito nella fase di correzione del NMO e con operazioni di migrazione. 2.3- RISULTATI PRELIMINARI Il dato acquisito caratterizzato nel complesso da un basso rapporto segnale/rumore, sia a causa dei fenomeni di scattering comuni nelle acquisizioni in ambiente alluvionale, sia per l alto rumore ambientale legato all attività industriale del sito d indagine. In termini generali la sezione stack/profondità mostra, a circa 85 metri di profondità, un riflettore avente un andamento sub-orizzontale e marcata continuità laterale (linea tratto verde/azzurro). Altri riflettori sono intercettati sia più in superficie (circa 50 m) sia a maggiore profondità ma sono caratterizzati da scarsa ampiezza e continuità laterale. 7
Figura 3. Sezione Stack profilo sismico L1 8
3.0 INDAGINE GEOELETTRICA Tale indagine ha avuto lo scopo di stimare la resistività apparente dei tipi litologici più superficiali. 3.1 - Metodologia utilizzata I sondaggi elettrici verticali (S.E.V.), sono stati realizzati utilizzando la tecnica quadripolare Schlumberger (Figura 4), la quale consiste nell inviare nel terreno corrente continua d intensità nota I mediante due elettrodi (A e B) e misurare la differenza di potenziale V in corrispondenza d altri due elettrodi (M ed N) collineari e simmetrici. Nel metodo SEV si aumenta progressivamente la distanza tra gli elettrodi e si misura di volta in volta il rapporto tra la d.d.p. e l intensità di corrente fino alla variazione dello stesso che avverrà al variare della resistività con la profondità e per la diversa posizione geometrica dei picchetti che sono stati cambiati di posizione. Proprio per questo secondo effetto sarà necessario apportare una correzione geometrica e cioè introdurre nel calcolo della resistività dei fattori che dipendono dalle distanze MN (elettrodi di misura) e AB (elettrodi di immissione). Figura 4. Configurazione Schlumberger Caratteristica peculiare del metodo è il rapporto elevato tra le distanze AB ed MN (generalmente compreso tra 5 e 20). La resistività apparente a risulta : a = KdV/I (1) dove K è un fattore geometrico dipendente dal rapporto delle distanze AB ed MN e che, in prima approssimazione, influenza la profondità di penetrazione delle linee di corrente. 9
I valori di resistività ricavati dalla (1) sono riportati su un diagramma bilogaritmico contro un parametro convenzionale che è la semidistanza tra gli elettrodi di corrente (AB/2). Considerata la particolarità della zona in esame, questo metodo, rispetto ad altri metodi in uso, offre il vantaggio di ridurre sensibilmente gli effetti causati dalle variazioni laterali di resistività dello strato superficiale, anche se necessita di tensioni di alimentazione piuttosto elevate. Inoltre la particolare geometria caratterizzata da una non elevata distanza fra gli elettrodi MN consente di ridurre gli effetti dovuti alla presenza di potenziali spontanei. 3.2 - 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; 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. 10
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 - ρs : resistività (Ω m) del suolo parzialmente saturo di fluido; - ρf : resistività (W m) del fluido presente nei pori; - S : frazione del volume di pori occupata dal fluido; - m : coefficiente di saturazione ( solitamente assunto essere pari a 2 in caso di saturazione in acqua); - a : costante empirica, detta di Winsaur (tipico per sabbia: 0.62); - n : coefficiente empirico, detto di "tortuosità" (tipico per sabbia: 2.15); - φ : porosità del suolo. 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 = 0.0123 + 10 (3.562-0.955 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 ( ). 11
V K I Vengono di seguito elencati i range di resistività di alcune rocce, minerali e metalli: ROCCE MINERALI - METALLI Rocce sedimentarie Resistività (ohm*m) Calcare 100 5000 Argilla 1 100 Ghiaia 100 5000 Sabbia 100 10 3 Arenaria 100-10 4 Marna 1-100 Quarzite 5000 10 5 Rocce ignee e metamorfiche Basalto 10 10 5 Granito 100-10 5 Marmo 100 10 6 Scisto 10 10 4 Gabbro 10 3 10 6 Ardesia 100 10 6 Minerali e metalli Pirite 0,0001-10 Argento 10-7 Grafite 0,001-1 Quarzo 10 5 Salgemma 10 10 9 Bauxite 200-6000 Galena 0,01-200 Acque Di mare < 0,2 Pura 100 10 3 Naturale 1-100 Con 20% di sale (NaCl) 0,001 12
3.3 Elaborazione dei dati I dati di campagna sono stati elaborati mediante un programma di calcolo (RES1D) basato sulla definizione di un modello teorico iniziale (metodo a filtro lineare (Koefoed 1979) di resistività successivamente invertito fino al raggiungimento del minore scarto tra il modello teorico calcolato e i valori sperimentali misurati (ottimizzazione dei minimi quadrati di Lines e Treitel 1984). Nel caso oggetto di studio, in mancanza di dati stratigrafici, il modello georesitivo iniziale del sottosuolo è stato definito come un multi-elettrostrato con strati avente resistività costante e spessore crescente con andamento esponenziale.. 3.3 -RISULTATO S.E.V. L inversione del dato ha prodotto un modello i cui valori teorici hanno un scarto pari all 11.22% rispetto ai valori misurati. I risultati mostrano un sottosuolo riconducibile ad una sequenza di tre elettrostrati. In dettaglio si ha una copertura medio resistiva potente circa 11 metri sovrastare un elettrostrato conduttivo il cui spessore risulta circa 32 metri. A circa 43 di profondità si ha un passaggio ad un elettrostrato relativamente resistivo il cui spessore non è quantificabile. Profondità (m) 1 10 100 100 resisistivo medio resisistivo ohm*m 10 conduttivo 1 1 10 100 AB/2 (m) modello 1D geo-resistivo Valori sperimentali Valori calcolati. Figura 5. Configurazione Schlumberger 13