Analisi delle fluttuazione nei valori di resistività

apparente misurate in Val d’Agri

(Appennino Meridionale)

associate a possibili effetti di sorgente

Balasco M.(1), Lapenna V.(1), Romano G.(1), Telesca L.(1), Siniscalchi A.(2)

(1) Istituto di Metodologie per l’Analisi Ambientale, Consiglio Nazionale delle Ricerche(IMAA-CNR), C/da S. Loja, 85050, Tito Scalo (PZ), Italy

(2) Dipartimento di Geologia e Geofisica, Università di Bari, Campus Via Orabona, 70126 Bari, Italy

Rete di Monitoraggio Magnetotellurico in VDARete di Monitoraggio Magnetotellurico in VDA

MN:Marsico Nuovo 2007CR: Campo Reale 2008BA: Barricelle 2003-2005VA: Villa d’Agri 2007TR: Tramutola 2006-2008

Il metodo magnetotellurico/ScopiIl metodo magnetotellurico/Scopi

Eij (,t) = Zij (,t)Hij (,t)Eij (,t) = Zij (,t)Hij (,t)

Eij (,t) = Zij (,t)Hij (,t) + Eij (,t) = Zij (,t)Hij (,t) +

Scopo della nostra attività di monitoraggio: studio della “curva caratteristica” di app del sito di misura 2

,, tZt ijoMT

ija

È una tecnica geofisica passiva: attraverso lo studio della propagazione del campo geomagnetico naturale terrestre si determinano le proprietà elettriche del sottosuolo

Esso si basa sulla misura simultanea delle variazioni delle componenti di H e di E in superficie, legate alla funzione di trasferimento Z, da cui si ricava la resistività del sito investigato in funzione della frequenza.

Ripetendo le osservazioni nel tempo e nello stesso sito, se non avvengono cambiamenti significativi della resistività, la funzione di trasferimento del sito non cambia.

È necessario applicare tecniche robuste di analisi atte a definire la stabilità e l’accuratezza delle stime di resistività riuscendo a definire, alla comparsa di una variazione significativa del segnale, quale ne sia l’origine.

Stazione di Monitoraggio Magnetotellurico in VDA

Ey

Ecommon

Ex

50 m

50 m

Hx

Hy

I datiI dati

periodo di misura analizzato: luglio 2007 – settembre 2008

campionamento continuo a 6.25Hz

subset : 24 ore: n = 394

stima delle curve di resistività apparente nel range di frequenze 0,74473-238,31273 sec: metodi di analisi robusti (Egbert and Booker, 1986)

Metodologie d’analisiMetodologie d’analisi

Studio delle fluttuazioni dei segnali (t, T)

Variogrammi

))((

)))(())((()(

,

,,,

yxc

yxcyxiyxi TLog

TLogTLogT

Curva caratteristica MT di resistività apparenteCurva caratteristica MT di resistività apparente

Ottenuta calcolando per ogni frequenza la mediana

delle serie temporali di resistività

1 10 100

1

10

100

period (T)

Ohm

*m

xy

yx

c(T)

variogramma (set 24h) Tramutola rxy

giorni

Lo

g(P

eri

od

)(s

)

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

1.5

2

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

data missing: 7%

)()()()( TTTT cici

10s fluttuazione minore

periodicità annuale superficiale

periodicità di 28 giorni profonda

mappa significatività giornaliera Tramutola rxy

Giorno

Lo

g(P

eri

od

)(s

)

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

1.5

2

0

1

Metodologie d’analisiMetodologie d’analisi

Detrend Fluctuation AnalysisDFA, Peng 1995

Individuazione di leggi scala

Detrend Fluctuation Analysis Detrend Fluctuation Analysis

nnF

kykyN

nF

xixky

kxN

x

N

k

n

k

i

ave

N

k

ave

)(

)()(1

)(

)()(

)(1

1

2

1

1

x(i) = serie temporale di resistività apparentei=1,2,…,N N = lunghezza della serie

xave = valor medio della serie

la serie viene integrata

la serie viene divisa in finestre di lunghezza n e calcolato il trend lineare locale yn(k)

il fit lineare y(k) complessivo della serie viene sottratto a quello locale yn(k)

Se F(n) è una funzione power-law di n possiamo descrivere la fluttuazione in termini di

rappresenta la pendenza del fit lineare di Log[F(n)] in funzione di Log(n)

Per tutte le serie temporali ad ogni frequenza è stato calcolato l’

Un unico trend è stato ottenuto a corto periodo (0.74-1.46 sec) e a lungo periodo (>163,84 sec).

0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

unique

=0.73+-0.01

T=0.93 s

Log 10

(F(n

))

Log10

(n)

> 0.5 segnale correlato positivamente

= 0.5 segnale non correlato (white noise)

< 0.5 segnale correlato negativamente

Per 1.46<Ti<163,84 si osservano trend diversi a piccola e grande scala cross-over a 26-31 giorni

0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

large

=1.31+-0.08small

=0.77+-0.02

Lo

g 10(F

(n))

Log10

(n)

small time scale large tima scale

T = 8.62 s

1 10 1000,0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8XY-component

Fluttuazioni Gaussiane (=0.5)

Periodo (T)

unica scala piccola scala grande scala

>0.5 fino a T 30-40s

Gli andamenti degli a

piccola e grande scala

corrispondono alle

dinamiche superficiali e

profonde osservate nei

variogrammi.

cross-over 15sec

Onde magnetoidrodinamiche presenti all’interno della magnetosfera terrestre il cui periodo fondamentale è di 10-45s.

Pulsazioni continue (Pc)

Notazione Periodo (s)

Pc1 0.2-5

Pc2 5-10

Pc3 10-45

Pc4 45-150

Pc5 150-600

Pulsazioni irregolari (Pi)

Notazione Periodo (s)

Pi1 10-40

Pi2 40-150

A terra l’ampiezza delle pulsazioni varia da qualche decimo fino a qualche centinaio di nT e crescenti all’aumentare della latitudine magnetica del sito di osservazione

Pc3, Pulsazioni GeomagnetichePc3, Pulsazioni Geomagnetiche

Indice K Attività solare

K≤3 Quiet sun

K≤5 Minor storm

K≤7 Major Storm

K<7 Severe storm

Indici KIndici K

Gli indici K forniscono una misura dell'attività geomagnetica

originata dalla radiazione corpuscolare proveniente dal Sole

variogramma (set 24h) Tramutola rxy

giorni

Lo

g(P

eri

od

)(s

)

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

1.5

2

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

ConclusioniConclusioni

Tecniche robuste ci hanno consentito di caratterizzare le dinamiche dei segnali, di valutarne le loro fluttuazioni e le loro possibili sorgenti.

Le diverse analisi applicate convergono agli stessi risultati:

La ciclicità a 28 gg ed il periodo caratteristico di 10-45sec delle fluttuazioni sembrano indicare la presenza delle Pc3 nelle serie registrate

Altra ipotesi: presenza di ‘effetti di marea’ la loro azione sui fluidi profondi modifica localmente la distribuzione di resistività e quindi le stime di resistività apparente.