potenzialitÀe limiti della sismica a … frontiere per la geofisica applicata 1 rovereto, 25-26...
TRANSCRIPT
1 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
NUOVE FRONTIERE PER LA GEOFISICA NUOVE FRONTIERE PER LA GEOFISICA APPLICATAAPPLICATA
POTENZIALITÀ E LIMITI DELLA SISMICA A RIFLESSIONE PER ONDE
SH
ROVERETO, 25-26 GIUGNO 2009
GIAN PIERO DEIDDAGIAN PIERO DEIDDA
NOVITÀ TECNOLOGICHE E DI ELABORAZIONE ILLUSTRATE CON PRESENTAZIONI IN MUSEO E DIMOSTRAZIONI PRATICHE
PRESSO SPERIMENTAREA
2 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Ricerca petroliferaCAMPI CAMPI DIDI APPLICAZIONE DEI METODI SISMICIAPPLICAZIONE DEI METODI SISMICI
3 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Ingegneria geotecnicaCAMPI CAMPI DIDI APPLICAZIONE DEI METODI SISMICIAPPLICAZIONE DEI METODI SISMICI
4 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Indagini non distruttive
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Distanza (m)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Dis
tanza (
m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Velocità onde S (km/s)
CAMPI CAMPI DIDI APPLICAZIONE DEI METODI SISMICIAPPLICAZIONE DEI METODI SISMICI
5 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Ingegneria sismica: Effetti di SitoCAMPI CAMPI DIDI APPLICAZIONE DEI METODI SISMICIAPPLICAZIONE DEI METODI SISMICI
6 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Informazioni ottenibiliInformazioni Geometriche
1- Profondità del basamento2- Localizzazione di faglie e zone di fratturazione3- Rigetto delle faglie4- Localizzazione di paleoalvi5- Stratigrafia6- … … … …
Informazioni fisiche
1- Velocità delle onde sismiche e moduli elastici2- Attenuazione (Q or D)3- Frequenza di risonanza di un sito4- Anisotropia5- Porosità6- … … … …
UTILITUTILITÀÀ DEI METODI SISMICIDEI METODI SISMICI
7 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
PROPRIETPROPRIETÀÀ GEOTECNICHE DEI TERRENIGEOTECNICHE DEI TERRENIModulo di Taglio e Rapporto di Smorzamento
8 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
PROPRIETPROPRIETÀÀ GEOTECNICHE DEI TERRENIGEOTECNICHE DEI TERRENICurve di degradazione
9 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
METODI INVASIVICrosshole e DownholeSeismic Cone Penetration TestPS logging
SISMICA A RIFLESSIONE SH
METODI SISMICI PER ONDE SMETODI SISMICI PER ONDE S
METODI NON INVASIVISismica a rifrazioneOnde superficiali
metodi attivi (p.e., SASW e MASW)metodi passivi (p.e., microtremori)
10 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
PERCHPERCHÉÉ LE ONDE SH?LE ONDE SH?
P
SH
SV
11 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Grazie all’esteso utilizzo nell’esplorazione petrolifera, la sismica a riflessione è il metodo geofisico più “evoluto”. Esso viene comunemente utilizzato per produrre immagini del sottosuolo.
SISMICA A RIFLESSIONE = TECNICA SISMICA A RIFLESSIONE = TECNICA DIDI““IMAGINGIMAGING””
12 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Principio di funzionamentoUna sorgente sismica genera energia meccanica che si propaga nelsottosuolo mediante onde sferiche. Sulla base del principio di Fermat, dopo aver subito fenomeni di rifrazione e riflessione, le onde sismiche vengono captate in superficie da uno stendimento di geofoni. I segnali elettrici provenienti dai geofoni vengono quindi registrati da un sismografo digitale in uno Shot Record.
Shot Record
METODO SISMICO A RIFLESSIONEMETODO SISMICO A RIFLESSIONE
13 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
METODO SISMICO A RIFLESSIONEMETODO SISMICO A RIFLESSIONEImaging sismico 2D: dalla Geologia alla Sezione Sismica
GEOLOGIA
RECORDS
ACQ
UIS
IZIO
NE
14 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
RECORDS
SEZIONE SISMICA
ELABO
RAZIO
NE
METODO SISMICO A RIFLESSIONEMETODO SISMICO A RIFLESSIONEImaging sismico 2D: dalla Geologia alla Sezione Sismica
15 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Acquisizione multicanale
Common Shot gather
Le tracce di questa famiglia hanno in comune
una stessa posizione di sorgente. I dati a
riflessione vengono acquisiti in questa
modalità
Common Mid Point (CMP) gather
Lo stesso punto CMP è comune a tutte le
tracce
CDP
CMP
16 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Lo stendimento può essere spostato lungo la linea sismica in modo da campionare più volte i punti sui riflettori. Per esempio, il punto P viene campionato dalla traccia sismica 9 dello “shot record” A, dalla traccia 5 dello “shot record” B, e dalla traccia 1 dello “shot record” C. Questo punto del riflettore, cosi come i punti Q, S, and T, è detto CRP o CDP
Near Offset(Common ReflectionPoint o Common DepthPoint).Il punto sulla superficie coincidente con il punto medio tra sorgente e geofono è detto CMP(Common Mid Point).Il numero di tracce che campionano un CRP definisce la “copertura multipla CMP”.
ACQUISIZIONE : COPERTURA MULTIPLAACQUISIZIONE : COPERTURA MULTIPLA
17 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
N° di Stazione
A *
C **
D
B
E *F *
*
120
COG
130
CRG
CSG
150
140
CMP
CMP SortingCMP Sorting
CMP Gather
Stacking Chart
CSG = Common Shot GatherCRG = Common Receiver GatherCOG = Common Offset Gather
CMP = Common Mid Point Ghater
18 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
D
S G
Riflettore
Superficie
x
h
h
S’
DSSD ′=
DRDSDRSD +′=+
( ) ( )2222hx +=+′ DRDS
[ ] ( )2222)( hxxtV +=⋅
2
02
22
2
22 2
)( TV
x
V
h
V
xxt +=
+=
Teorema di Pitagora
2
02
2
)( TV
xxt +=
x
Nel caso di un singolo riflettore la dromocrona èun’iperbole
T0
t(x)
Slope = 1/V
DROMOCRONA ONDA DROMOCRONA ONDA RIFLESSARIFLESSA
19 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
( )
−
+=−=∆ 11
2
0
00TV
xTTxtt
NMO
NMO
Normal Move Out (NMO)
Il NMO è la differenza tra il tempo di arrivo
di un segnale riflesso ad un offset x, t(x) e il
tempo di andata e ritorno ad offset zero, T0.
Per piccoli offsets esso può essere
approssimato da
0
2
2
2 TV
xt
NMO
NMO ⋅⋅≈∆
ESPRESSIONE DEL NORMAL MOVE ESPRESSIONE DEL NORMAL MOVE OUTOUT
20 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Senza correzione NMO Dopo correzione NMO
CMP
x = 0
CORREZIONECORREZIONE per NMOper NMOMulti-Offset Zero-Offset
21 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
a) Riflessione con NMOb) Correzione con velocità troppo altac) Correzione con velocità troppo bassad) Correzione con velocità esatta
CORREZIONE PER NMOCORREZIONE PER NMO
22 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Eseguita la correzione per NMO e applicate le correzioni statiche residue le tracce di una famiglia CMP vengono sommate producendo una singola traccia stack con un elevato rapporto segnale/rumore.
CMP Gather
Con NMO
CMP Gather
Senza NMO Traccia Stack
CMP STACKING
L’insieme di tutte le tracce stack, una per ogni posizione CMP, costituisce la Sezione Stack o Sezione zero-offset
23 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
ESEMPIO ESEMPIO DIDI SEZIONE SEZIONE SISMICA CON CAMPO SISMICA CON CAMPO DIDI
VELOCITVELOCITÀÀ
24 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
POTENZIALITPOTENZIALITÀÀ DELLA SISMICA A RIFLESSIONEDELLA SISMICA A RIFLESSIONEVelocità di propagazione negli strati
2
02
2
)( TV
xxt +=
Analisi del legame spazio-tempo dei segnali riflessi
Velocità di Stack
Velocità di Intervallo(formula di DIX)
( ) ( )
∆−∆
∆≅ ∑∑
−
=−
=
1
1
2
1
1
21 k
i
ikstack
k
i
ikstack
k
k tVtVt
V
25 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
POTENZIALITPOTENZIALITÀÀ DELLA SISMICA A RIFLESSIONEDELLA SISMICA A RIFLESSIONEVelocità di propagazione nel substrato
Analisi delle ampiezze: tecnica AVO
0 30 60 90
Angolo di Incidenza (°)
0
0.4
0.8
1.2
Ampiezza
V1
V2
h
S GX
M
C
tr
tr
VV
VVR
θρθρθρθρ
θcoscos
coscos)(
1122
1122
+−
=
26 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
POTENZIALITPOTENZIALITÀÀ DELLA SISMICA A RIFLESSIONEDELLA SISMICA A RIFLESSIONEAttenuazione anelastica: rapporto di smorzamento D
Analisi spettrali delle ampiezze
( )( )
ωωω
⋅∆⋅+
=
− tD
R
R
RA
RA
2
1
11
22 ln,
,ln
ωmqY −=
ω
Y
q
m = coefficiente angolare
t
mD
∆=
27 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
POTENZIALITPOTENZIALITÀÀ DELLA SISMICA A RIFLESSIONEDELLA SISMICA A RIFLESSIONEEffetti di sito: periodo di risonanza
Funzione di Trasferimento
+
=
SS V
H
IV
HH
ωωω
2
2
2 sin1
cos
1)(
2
π π π2 π32
5π2
3π
Fattore di frequenza
0
2
4
6
8
10
Amplifica
zione
I = 2.5I = 5I = 10I = inf.
n = 1
n = 2
n = 3 S
fondV
HT
4=
V1H
11
22
V
VI
ρρ
=
1ρ
V22ρ
28 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
POTENZIALITPOTENZIALITÀÀ DELLA SISMICA A RIFLESSIONEDELLA SISMICA A RIFLESSIONEEffetti di sito: periodo di risonanza
Analisi dei tempi di riflessione zero-offset
T0
SV
HT
20 =
V1H 1ρ
V22ρ
024
TV
HT
S
fond ==
29 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
… ha grandi potenzialità …
…È la tecnica d’indagine maggiormente utilizzata nella ricerca petrolifera…
Perché è scarsamente utilizzata in ambito ingegneristico?
? ??
30 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Costi di acquisizione ed elaborazione
Strumentazione:RegistratoriSorgentiRicevitori
Celerità di acquisizione
31 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Land StreamersNovità nell’acquisizione dei dati
Sorgenti Vibranti
32 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Sinistra Destra
Le registrazioni SH richiedono due Scoppi con versi opposti che devono essere sottratti per attenuare le onde P. Inoltre, un’attenuazione ottimale delle onde P richiede l’equalizzazione delle ampiezze e la rimozione delle variazioni del tempo zero (determinate mediante crosscorrelazione) delle registrazioni prima della sottrazione.
ProcedureNovità nell’acquisizione dei dati
33 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
SWYPHONE
SWYPHONE è un ricevitore orizzontale che rende più rapida l’acquisizione ed elimina alcune fasi di preprocessing sulle registrazioni. Con questo ricevitore è possibile acquisire segnali SH con poca contaminazione di onde P, e con una sola energizzazione.
SwyphoneStandard
(a) Registrazione ottenuta con geofoni standard e procedura tradizionale. (b) Registrazione ottenuta con swyphones con una sola direzione di energizzazione, cioècon metà dell’energia.
ProcedureNovità nell’acquisizione dei dati
34 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Un esperimento “ultra-shallow”SISMICA A RIFLESSIONE PER ONDE SHSISMICA A RIFLESSIONE PER ONDE SH
Deidda, G.P., and Balia, R., (2001); An ultra-shallow SH-wave seismicreflection experiment on a subsurface ground model. Geophysics, 66, 1097-1104.
ACQUISIZIONERegistratore :Geometrics
ES2420, A/D = 16 bit, 24 ch
∆x = 30 cm∆s = 30 cmCopertura CDP = 1200%
35 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
UN ESPERIMENTO UN ESPERIMENTO ““ULTRAULTRA--SHALLOWSHALLOW””
36 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Analisi di velocitàUN ESPERIMENTO UN ESPERIMENTO ““ULTRAULTRA--SHALLOWSHALLOW””
37 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Sezione tempi e sezione profonditàUN ESPERIMENTO UN ESPERIMENTO ““ULTRAULTRA--SHALLOWSHALLOW””
38 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
CONDIZIONI IMPORTANTICONDIZIONI IMPORTANTI
1. Il contrasto di impedenza acustica deve essere sufficientemente
alto per poter generare riflessioni registrabili. Ciò richiede una
significativa variazione di velocità e/o di densità.
2. Il contenuto spettrale del segnale deve essere ampio per poter
avere le riflessioni separate da altri eventi quali diretta, rifratta e
onde superficiali.
3. La strumentazione deve essere adeguata e avere sufficiente banda
dinamica per registrare in alta fedeltà i segnali sismici.
Per poter utilizzare la Sismica a riflessione superficiale devono
verificarsi tre importanti condizioni:
Queste condizioni devono essere sempre verificate per ogni sito e per ogni obiettivo.
39 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
L’individuazione delle riflessioni sulle registrazioni grezze èessenziale per un corretto e appropriato utilizzo della Sismica a Riflessione. La capacità di riconoscere i limiti del metodo, di modificare i parametri di acquisizione, di cambiare strumentazione, o di decidere di terminare l’acquisizione è una caratteristica professionale che garantisce qualità.
Una sufficiente esperienza nell’apprezzare che i metodi geofisici non sempre funzionano e la buona fede nell’ammetterlo èfondamentale per un efficace utilizzo degli stessi nella caratterizzazione dei siti. Un’attenta valutazione delle caratteristiche del sito e degli obiettivi di interesse fornisceimportanti informazioni sull’applicabilità del metodo, ma niente può sostituire un’attenta ed esperta analisi di un test sul campo (fieldwalkaway test data).
La sismica a riflessione superficiale non sempre èuna tecnica di indagine che funziona!!
OSSERVAZIONE IMPORTANTEOSSERVAZIONE IMPORTANTE
40 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Anche nei casi in cui funziona, attenzione a …
… ai falsi riflettori
41 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Onda sonora “spatial aliased”Onda rifratta
Anche nei casi in cui funziona, attenzione a …
… ai falsi riflettori
42 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Anche nei casi in cui funziona, attenzione a …… ai falsi riflettori
43 Rovereto, 25-26 Giugno 2009Nuove Frontiere per la Geofisica Applicata
Grazie per l’attenzione