Corso di Geologia

Argomento: Appunti integrativi di Sismica a Riflessione

INDICE

1 - Introduzione: le tecniche di prospezione geofisica

Le metodologie di indagine geofisica si basano sulla registrazione e la elaborazione di differenti risposte del sottosuolo, generate da variazioni nelle proprietà fisiche delle rocce. Le tecniche d’indagine più comunemente usate nelle indagini petrolifere e negli studi geologici riguardano lo studio delle variazioni spaziali del campo magnetico (magnetometria), del campo gravimetrico (gravimetria), delle variazioni temporali dei campi elettrici e magnetici (magnetotellurica) e delle variazioni della velocità di propagazione delle onde sismiche (sismica). Tra queste metodologie la sismica è quella che permette di ottenere il più ampio spettro di informazioni di natura geologica: dalle variazioni nelle caratteristiche fisiche dei mezzi attraversati dalle onde, alle più complesse ricostruzioni delle geometrie e degli assetti stratigrafico-strutturali delle aree indagate. Tale tecnica si basa sull'analisi di registrazioni di perturbazioni elastiche naturali, ad esempio quelle che si generano durante un evento sismico (sismica passiva), o sfrutta l’energia delle onde sismiche prodotte da opportune sorgenti (sismica attiva). Tralasciando principi e nozioni che regolano gli eventi sismici naturali, di pertinenza della sismologia, volgeremo la nostra attenzione verso la sismica attiva. Questa complessa disciplina, infatti, consente di effettuare delle indagini del sottosuolo mirate ed estese su vasti areali, ottenendo dati di carattere stratigrafico, strutturale e meccanico. Le informazioni acquisite trovano un’ampia ricaduta sia in campo applicativo (esplorazioni petrolifere, ricerca di falde acquifere, localizzazione del substrato roccioso, caratterizzazione dei versanti in frana, individuazione di faglie e piani di scollamento, studio di fondazioni), che nel settore della ricerca (individuazione delle geometrie e delle caratteristiche fisiche delle rocce presenti nel sottosuolo, ricostruzione delle strutture geologiche sepolte o presenti nelle aree sommerse). E’ una metodologia di indagine indiretta, che sfrutta le variazioni delle proprietà elastiche del sottosuolo (in termini di velocità, densità e impedenza acustica) tramite le quali si può risalire, con un’opportuna conoscenza delle caratteristiche geologiche dell’area indagata, al tipo di rocce che lo compongono, al loro grado di resistenza, compattezza, porosità, nonché all’individuazione delle geometrie dei corpi rocciosi sepolti, della loro disposizione nello spazio e della loro evoluzione tettonica. A differenza delle indagini dirette, pertanto, non si basa sull’osservazione effettiva delle strutture (come avviene, ad esempio, durante una campagna di rilevamento geologico o mediante il prelevamento di campioni, siano essi superficiali che ottenuti attraverso perforazioni, carotaggi, dragaggi, bennate), ma su una “ricostruzione” che sarà tanto più veritiera quanto più adeguati saranno gli strumenti utilizzati, maggiori saranno le informazioni a corredo dell’indagine (studi geologici regionali, correlazioni con aree adiacenti, studi di modelli strutturali, etc..) e, non per ultimo, quanto più accurata (.. e a volte prudente!) sarà l’interpretazione degli operatori. Le due principali metodologie che studiano i percorsi e le velocità di propagazione di onde acustiche opportunamente generate, sono la sismica a riflessione e la sismica a rifrazione. La tecnica sfruttata da entrambi i metodi consiste nel trasmettere delle onde elastiche nel suolo e captare tramite appositi sensori, le onde riflesse e/o rifratte dalle varie superfici di discontinuità presenti in profondità, registrando il tempo necessario a tali onde per tornare in superficie. L’elaborazione dei tempi di percorrenza consente di ricostruire un’immagine fisica da interpretare poi in termini geologici  (Fig. 1).   Figura 1 – Ciascun impulso acustico generato da una sorgente  seguirà delle traiettorie particolari relative alle onde riflesse e/o rifratte (percorsi 1-2:  raggi rifratti attraverso i livelli 2 e 3, ma riflessi alla base del livello 3; percorso 3:  raggi rifratti sia attraverso i livelli 2 e 3, che alla base del livello 3) in grado di segnalare la presenza di ogni discontinuità (litologica e/o fisica) del mezzo attraversato.