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La Geofisica di esplorazione
Anno Accademico 2009/2010
Docente:Elena Pettinelli
Dipartimento di Fisica “Edoardo Amaldi”
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Osservazione diretta dell’interno della Terra
Il pozzo più profondo mai scavato si trova nella penisola di Kola (Russia) ed ha raggiunto una profondità di 12261 m
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L’esplorazione geofisica utilizza le leggi della fisica e le sue tecniche di misura, per studiare la struttura interna della Terra a diverse scale spaziali
1) Posso dedurre le informazioni attraverso le relazioni matematiche tra grandezze fisiche.
2) Posso fare una “immagine” della struttura interna della Terra o di parte di essa
Tecniche d’indagine dell’interno
della Terra
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Tecniche di indagine remota (remote sensing)
• In senso lato il termine inglese remote sensing si riferisce ad un gruppo di metodiche che acquisiscono informazioni a piccola o grande scala relativamente ad un oggetto o ad un fenomeno, utilizzando tecniche di misura, acquisizione in tempo reale e/o registrazione attraverso appositi dispositivi, che non si trovano in contatto fisico con l’oggetto in studio.
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Tecniche di indagine remota (remote sensing)
Dipartimento di Fisica “Edoardo Amaldi”
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Tecniche di indagine remota (remote sensing)
• Le tecniche classiche di remote sensing, quali le immagini ottiche o nell’infrarosso, quelle multispettrali, quelle in banda X, quelle radiometriche e quelle radar, che operano da aereo, da satellite o da pallone sono state essenzialmente sviluppate negli ultimi 50 anni, e sono applicabili principalmente allo studio degli oggetti che si trovano al di sopra dell’interfaccia aria-suolo, o comunque che si trovano all’interno dei primi centimetri di suolo.
• Le tecniche d’indagine geofisica, diversamente, sono state sviluppate principalmente nel corso di tutto il XX secolo, sono finalizzate all’indagine della struttura del sottosuolo alle diverse scale spaziali orizzontali e verticali, e possono raggiungere profonditàd’investigazione anche di qualche chilometro.
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Tecniche non distruttive• Il concetto di remote sensing è spesso confuso con quello di non distruttività di una metodica d’indagine. Si definisce non distruttiva una tecnica che non produce alcuna alterazione, danneggiamento, distruzione parziale o totale dell’oggetto o del fenomeno in studio. Ad esempio, lo scavo e il carotaggio sono da considerarsi tecniche distruttive. Tuttavia, il concetto di tecnica distruttiva si estende oltre al concetto di danno meccanico: è a tutti noto, ad esempio, l’effetto biologico distruttivo dei raggi X, di conseguenza anche nell’ambito delle indagini diagnostiche definite non distruttive, devono essere valutate con cautela natura fisica, frequenza, ampiezza, energia associata e potenza dei segnali utilizzati al fine di effettuare le suddette indagini.
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Geofisica di esplorazioneLa geofisica di esplorazione si sviluppa all’inizio del ‘900 come disciplina autonoma finalizzata alla localizzazione dei depositi minerari e petroliferi.
1922 Prima misura di una
anomalia gravitazionale positiva
con una bilancia a torsione ed
individuazione di un domo salino
associato ad un campo petrolifero
1926 Scoperta di due
domi salini con tecniche di sismica a riflessione
1913 Scoperta del primo
deposito di minerali metallici
non magnetici attraverso misure di potenziale elettrico
del sottosuolo
12 aprile 1919 la prima
acquisizione di sismica a riflessione
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Geofisica di esplorazione
Domo salino
Petrolio
“Immagine” sismica
di un domo salinoDipartimento di Fisica “Edoardo Amaldi”
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La geofisica di esplorazione, per investigare le proprietà fisiche del sottosuolo di un pianeta, utilizza concetti e tecniche di misura proprie della fisica.
La conoscenza di tali proprietà permette di ottenere informazioni su:
• la litologia• i rapporti geometrici tra i corpi rocciosi• la presenza di acqua nel sottosuolo• la presenza di inquinanti nel terreno• la presenza di oggetti sepolti• la presenza di petrolio o di metalli e minerali preziosi
La geofisica di esplorazione
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Esplorazione geofisica della LunaAll'inizio degli anni settanta il metodo elettromagnetico impulsivo
venne utilizzato in una delle missioni Apollo per sondare il sottosuolo lunare. Le condizioni ambientali particolarmente favorevoli (assenza di acqua), conferivano al suolo lunare caratteristiche dielettriche simili a quelle dei ghiacci
permettendo, quindi, una notevole penetrazione del segnale
Missione Apollo 17
Radar subsurface sounder
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• Le misure fisiche che possono essere effettuate sono di tipo:
• passivo (non si perturba il sistema): variazioni dei campi naturali associati alla Terra (gravimetrico o magnetico);
• attivo (si perturba il sistema): risposta del terreno alla generazione di segnali artificiali (sismico, elettrico, GPR);
Magnetometro - passivo GPR - attivo
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I metodi geofisici localizzano i confini attraverso i quali esiste un marcato contrasto di proprietàfisiche.
Il contrasto può essere rilevato a distanza poichéorigina una anomalia geofisica
• Anomalia geofisica: indica una variazione delle proprietà fisiche rispetto a quelle dell’area circostante (background)
• Bersaglio geofisico (target): la sorgente fisica dell’anomalia (petrolio o gas – cavità – falda –oleodotto – deposito minerario – oggetto sepolto).
Anomalie geofisiche
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Anomalie geofisiche I tre fattori fondamentali di un bersaglio geofisico sono: proprietà fisica, dimensioni, profondità.
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Metodi geofisici
METODO GEOFISICO RELATIVA PROPRIETA’ FISICA
Gravimetrico Densità
Magnetico Suscettività
Sismico a riflessione Modulo elastico – densità
Sismico a rifrazione Modulo elastico – densità
Resistività Resistività elettrica
Potenziale spontaneo Differenza di potenziale
Polarizzazione indotta Resistività – capacità
Elettromagnetico (EM) Conducibilità – induttanza
EM-VLF Conducibilità – induttanza
Ground Penetrating Radar Permettività – conducibilità -permeabilità
Magnetico-tellurico Resistività
Radiometrico Radioattività
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Relazione proprietà fisica - target
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I metodi geofisici localizzano i confini attraverso i quali esiste un marcato contrasto di proprietàfisiche.
Il contrasto può essere rilevato a distanza poichéorigina una anomalia geofisica
Anomalie geofisiche
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Bg∆
x
1ρ
2ρ
21ρρ >
contrasto
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Anomalia geofisica
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Indica una variazione delle proprietà fisiche
rispetto a quelle dell’area circostante (background)
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Bersaglio geofisico (target)
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La sorgente fisica dell’anomalia (petrolio o gas – cavità – falda –
oleodotto – inquinante –oggetto sepolto).
Inquinanti
nei pori di un
suolo o di una roccia
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L’utilizzo delle tecniche geofisiche a scala spaziale ridotta
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L’utilizzo delle tecniche geofisiche a scala spaziale ridotta
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L’idea di fare una immagine della struttura interna di un oggetto è nata da…
Wilhelm Konrad Roentgen - 1895
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Immagini con onde meccaniche
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Immagini magnetiche
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Immagini con onde
elettromagnetiche
Boundary zone thickness varies
Polo marziano
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