Corso di Geologia

Argomento: Appunti integrativi di Sismica a Riflessione

INDICE

5.2 - Sorgenti di energia

La detonazione di una carica esplosiva è stata la sorgente di energia di uso più comune sin dai primi, rudimentali, rilievi effettuati a partire dal dopoguerra. Negli ultimi decenni, tale metodo è stato affiancato, se non sostituito, da metodi più innovativi, computerizzati, che permettono di commensurare l’energia prodotta (in termini di quantità, ampiezza, frequenze) con il tipo di indagine e, da non sottovalutare, che non producono danni né al territorio né all’ecosistema. La generazione dell’energia sismica sarà pertanto diversa a seconda degli obiettivi da raggiungere e dell’ambiente di acquisizione del profilo (terrestre o marino).  Per i rilievi terrestri generalmente si utilizza una massa battente se la massima profondità da esplorare non è superiore ai 30-40 metri, un fucile sismico se la massima profondità da esplorare esplorata non è superiore a 100 m oppure dell`esplosivo che consente di regolare l’energia immessa nel terreno e raggiungere profondità anche elevate (Fig. 11). Il collegamento di time-break fra il punto di sparo e la stazione di acquisizione si realizza con un doppio filo elettrico o con un sistema radio.    Figura 11 – Esempio di profilo sismico a riflessione acquisito a terra (sorgente sismica: esplosivo).  Per il rilievi marini esiste un’ampia gamma di energizzatori sismici di cui sono dotate le più moderne navi ocenografiche: dai metodi acustici ad altissima frequenza, che consentono di ottenere immagini dettagliate del fondo marino (prevalentemente side scan sonar e multibeam), agli strumenti che permettono una visualizzazione dei primi livelli del sottosuolo (sub bottom, chirp), fino alla sismica profonda con sorgenti di tipo monocanale ad alta risoluzione (sparker) o di tipo multicanale, ad alta penetrazione (air gun) (Figg. 12-16).    Figura 12 – Esempio di immagine del fondo marino acquisita mediante Side Scan Sonar. Come si osserva dall’immagine, il cui dettaglio mostra la presenza del relitto di una nave affondata, il SSS consente di ottenere una sorta di “immagine fotografica” in negativo.    Figura 13 – Esempio di immagine acquisita mediante Multibeam, che permette di ottenere una visione tridimensionale del fondo marino. Al centro dell’immagine, la diversa scala di colori mostra la presenza un rilievo.    Figura 14 – Profilo sismico acquisito con sorgente di tipo sub bottom. La scala verticale (già convertita in profondità) mette in evidenza l’alto potere di risoluzione dello strumento accompagnato, comunque, da una bassa penetrazione.    Figura 15 – Profilo sismico acquisito con sorgente monocanale di tipo Sparker. Nonostante l’elevato potere di risoluzione dello strumento, la scala verticale (visualizzata sia in tempi che in profondità) evidenzia una maggiore capacità di penetrazione delle onde sismiche prodotte.    Figura 16 – Profilo sismico acquisito con sorgente multicanale di tipo Air-gun. Si osservi il potere di risoluzione inferiore rispetto ai profili precedentemente mostrati, ma la maggiore capacità di penetrazione delle onde sismiche prodotte.  In generale, ciascuna sorgente sismica possiede una “firma” caratteristica dei segnali prodotti, che presenteranno un contenuto in frequenze (detto spettro di ampiezza) commensurato con la profondità di indagine che si intende raggiungere, ovvero con il dettaglio superficiale che si cerca di ottenere. Le alte frequenze, infatti, vengono di norma filtrate a mano a mano che l’onda penetra in profondità, di contro le basse frequenze riescono a penetrare in profondità ma non riescono a discriminare superfici riflettenti vicine tra loro, poiché la distanza tra le discontinuità risulta inferiore alla lunghezza dell’onda prodotta.  Si definisce potere di risoluzione la distanza minima tra due riflettori che riescono ad essere distinti in una registrazione sismica, mentre il potere di penetrazione è la capacità di un’onda sismica di indagare riflettori profondi.  Lunghezze d’onda più corte (e alte frequenze) hanno un più alto potere di risoluzione, che comunque decresce all’aumentare della profondità; per ottenere lunghezze d’onda più piccole viene aumentata la frequenza del segnale prodotto: sorgenti sismiche con alto potere di risoluzione ma bassa penetrazione avranno, pertanto, uno spettro di ampiezza “spostato” verso le alte frequenze, mentre sorgenti sismiche con alta penetrazione ma basso potere di risoluzione avranno uno spettro di ampiezza “spostato” verso le basse frequenze [ad es., per avere una risoluzione di 1 m, cioè per discriminare corpi litologici aventi un 1 m di spessore ed una velocità di 2000 m/s, il segnale dovrà avere un periodo di 1 ms (t=sx2/v=1x2/2000)]. La risoluzione ideale si avrebbe con un segnale infinitamente breve, ma la penetrazione sarebbe bassa: questa infatti, aumenta con la lunghezza d’onda, ma decresce all’aumentare della frequenza, perché gran parte dell’energia viene riflessa dai riflettori più superficiali.  Risoluzione e penetrazione sono due grandezze inversamente proporzionali: un profilo sismico con un elevato potere di risoluzione non raggiungerà profondità elevate, di contro un profilo con un’alta penetrazione avrà un minor dettaglio nei livelli più superficiali, ma riuscirà ad intercettare orizzonti profondi fino al livello crostale (come, ad esempio, i profili CROP, Fig. 17).    Figura 17: Profilo sismico crostale. Si osservi l'elevata profondità raggiunta dalle onde sismiche, in grado di intercettare le discontinuità crostali e il limite crosta-mantello.