• CARATTERISTICHE DI DSEISMIC

VERSIONE 211 del 2007-autori: R.&F.Giordano

Introduzione.

Il sistema Hardware/Software di acquisizione ed elaborazione di dati geosismici “DSeismic” è stato sviluppato presso l’IMFA dell’Università Parthenope di Napoli, in collaborazione con il DIP.TE.RIS. dell’Università di Genova, finanziato con fondi del PNRA.DSeismic è stato progettato specificatamente per l’acquisizione, memorizzazione e post-processing di dati per raggiungere alta risoluzione e facilità interpretativa di profili sismici. DSeismic è stato sviluppato per PC su piattaforma Microsoft Windows ed è composto da più di 10.000 righe di codice.La ricognizione e la classificazione della superfice del fondo del mare e deglistrati sottosuperficiali sono state problematiche molto importanti per geologi,ingegneri e biologi.Circa 25 anni fa semplici procedure furono sviluppate da F.Giordano ed altri per utilizzare processori analogici atti ad identificare la natura del fondo marino attraverso la sua riflettività(coefficiente di riflessione).

Recentemente molte mappe geoogiciche ed alcune di navigazione hanno iniziato a riportare I livelli di sedimenti superficiali del fondo marino.

Queste mappe utilizzando rilevazioni acusstiche ,in particolare sulla piattaforma continentale,dove la morfologia è piuttosto piatta e con una bassa pendenza ,perché pendenze ripide inficiano l’efficienza dei rilievi acustici

Risulta chiaro che I diti forniti dale rilevazioni acustiche devono essereintegrati con campioni diretti di taratura (sampler)

L’impedenza acustica delle tipologie principali di fondali e sottofondali marini e ha valori sufficientemente differenti tali da poterli distinguere e classificare.

Tenendo conto di ciò, alcuni esperimenti furono furono eseguiti negli anni 80 da Giordano usando un processore analogico con sistema di Time Varing Gain (TVG) e con un convertitore ampiezza/ tempo e restituzione su un ecografo marino.

• 2. HARDWAREL’hadware del Dseismic sconsiste di un PC con RAM of 256 MB, 20 and 40 GB Hard Disks, CD Recorder and Reader,National Instruments NI-PCI-MIO-16 E-Board (National Instruments.,

Una Niboard (National Instruments) è utilizzata per acquisire e effettuare il playback su registratori grafici analogici.

La Nibord integra un convertirore AD eDA a 8-16 bit e 8 canali differenziali e due counter hardware per temporizzare le le operazioni( con tempi di ritardo programmabili),

il sample rate è programmabile tra 1Hz e 200kHz ;sono inoltre 8 porte digitali.Il valore dell’ amplificazione dei segnali analogici in ingresso è programmabile selezionando il valore del segnale in volt(signal range in volts).

La Niboard converte il segnale di input analogico in sequenze di digitali che vengono trasmessi al PC e processati da un driver software (DSEISMIC).

• la “command window” nella finestra di DSeismic è collocata in basso

• della schermata e contiene tutti i controlli necessari per l’acquisizione ed il

• playback.

I Menù.Utilizzando il menu collocato in alto ,l’utilizzatore può accedere a diverse opzioni, analizziamole neldettaglio.

•File.

File.

Come da figura 2.1 l’utente ha la possibilità attraverso il menu file dieffettuare 4 operazioni:

• New acquisition (nuova acquisizione in fase di campagna)• Playback (riproduzione di profili gia’ acquisiti)• Terminate acquisition• Quit.

La nuova acquisizione richiede l’inserimento di alcuni parametri.• Nome linea che rappresenta l’identificativo della nuova acquisizione.• Strumento rappresenta il tipo di sorgente utilizzato tipo Sparker,Uniboom,Surfboom, Multitip.(vedi Appendice A).• Numero Primo Fix.Cadenza del fix., essa dipendamente solitamente dalla sorgenteutilizzata per l’acquisizione ,e dunque dal tempo di carica e scarica tragli shot. Note.• Seleziona nome file , ci consente di selezionare un file sul quale•vogliamo dirigere l’acquisizione.•Ciccando su avanti giungeremo alla finestra dei parametri relativi l’•acquisizione. Fig 2.3

Trigger, è un impulso di partenza che da il sincronismo alla sorgente acustica: puo essere esterno e viene generato mediante un sistema elettronico,od interno generato dallo stesso Dseismic (il triggere messo internamente in quanto TTL non è superiore a 5volts). Il livello di ampiezza puo essere settato esclusivamente se il trigger è esterno e non può superare i 10 volts altrimenti si potrebbe danneggiare la componentistica. .Time and range Paramenters.1. Ac voltage range, o range di tensione da acquisire, rappresenta una soglia oltre la quale non si acquisisce.2. Sample Rate , frequenza di campionamento ed è direttamente correlata con il tipo di sorgente utilizzata.3. Sweep Lenght, lunghezza in ms dell’aquisizione da effettuare.4. Ping Interval, cadenza di sparo dipendente dalla sorgente chesi utilizza.5. Tempo massimo di acquisizione ci segnala lo spaziodisponibile sull’HD in termini temporali.

Fig 2.3

Input Signal.1. Channel, indica il numero del canale su cui si sta lavorando.Ciccando successivamente su Next, si presenta la finestra principale o diacquisizione. Fig 2.4

Nella Command window appariranno i comandi relativi l’aquisizione , inparticolare nella sez. Recording vi sono i comandi impostati nella fig 2.3 con iquali si puo ulteriormente interagire ed inoltre si puo impostare il trigger delay,che è essenzialmente il ritardo di acquisizione a partire dall’emissione delloshot.Nella sezione navigation vengo visualizzate a seguito della sincronizzazionecon il segnale GPS(come analizzeremo in seguito) visualizzate le coordinate di lat e long dello shot.

• Nella sezione Current ping verranno segnalati il numero dei ping emessi ed illoro orario di emissione.• Per avviare l’acquisizione ,metterla in Pausa e fermata definitivamente, ciavvaliamo dei pulsanti

canonici di registrazione in basso a sinistra (fig 2.4).

PlayBackSelezionando dal menu file PlayBack, si eseguirà il playback del fileacquisizione.Fig 3.1

Come si può notare la “command window” riporterà le informazioni relative l’acquisizione ,e ci dà la possibilità di intervenire sulla velocità del playback tramite il ping skip e di effettuare dei salti tra Fix tramite il pulsante GOTOcome da fig 3.2, nella quale sarà possibile selezionare il numero del fix su cuidirigire il playback .Fig 3.2La funzionalità start image write ci da la possibilità di trasformare ogni paginadi acquisizione in un immagine BMP o JPG.Terminate Acquisition.Si utilizza per terminare l’acquisizione.Quit.Esce dal D-Seismic .

• Menu View• Il menu view come da figura 4.1 presenta un'unica opzione File Information• 4.1• File InformationCiccando su file information ci troveremo innanzi la seguente schermata fig4.2• Che riportera informazioni relative al file acquisito.• In particolare il nome del file ,la durata dell’acquisizione,il tipo di sorgenteusata,il totale dei ping, il numero dei

fix ed il sample rate.

Menu tools:Il menu tools presenta le seguenti opzioni (fig 5.1)• Time Varing Gain• Filters• Spectrum Analyzer• Fix Now• Set PC to GPS Time• Save current video buffer as Image

Time Varing GainCiccando su Time Varing Gain ci si presenta la finestra presente in fig 5.2: ci consente di abilitare il TVG e i relativi paramentri di delay e slope.Il Bottone ON/OFF abilita e disabilità il TVG.Il paramentro di Delay ci indica il ritardo nell’amplificazione.Lo Slope invece ci indica la pendeza della retta di amplificazione.

Aggiungendo uno o piu filtri numerici (digitali)sarà possibile editarne i paramentri come da fig.5.4

I filtri aggiunti possono essere in momenti successivi eliminati o editati neiparametri principali, inoltre è possibile tramite l’opzione clear (fig 5.3)cancellare tutti i filtri applicati o tramite l’opzione remove eliminarli singolarmente.

Spectrum Analyzer.Ciccando sull’opzione Spectrum Analyzer del menu tools (fig 5.1)Ci apparira una schermata (fig 5.5) che ci consente di impostare i paramentridi lunghezza della FFT in campioni.

FIX NowCi consente di inserire il Fix (ovverosia un marker) manualmente . Ogni Fix èdotato di data ora e coordinate geografiche acquisite tramite GPS.Set PC to GPS TimeQuesta opzione ci consente di sincronizzare il PC con il sistema GPS esterno

Menu SettingsIl Menu setting ci da la possibilità di impostare le seguenti opzioni.fig 5.7• Display• Analog Output• Navigation date Reading• Palette• “.dda” Extension

DisplayConsente di impostare le opzioni relative la visualizzazione.•Minimum printable Voltage:è una soglia che ci visualizza solo un range di voltaggio, viene utilizzataessenzialmente per eliminare visualizzazioni di disturbi.•Contrast , aumenta o diminuisce il contrasto dell’immagine.•ShowGrid visualizza un grigliato per meglio individuare le sezionidell’acquisizione.•Rectification.Ci consente di stampare il positivo o il negativo o entrambe dell’acquisizione.•Fix Options.Tali opzioni ci consentono di aggiungere una linea verticale su ogni fix :coordinate e data.

Menu Window ArrangeArrangeConsente di ripristinare il posizionamento di default delle subfinestre in seguito ad uno spostamento manuale.fig 5.12

PaletteTale opzione ci consente di impostorare la visualizzazione a colori o in scale di grigio dell’acquisizione. Fig 5.10.dda ExtensionCi consente di associare/disassociare i file che presentano tale estensione con il D-Seismic.

Fix Options. Tali opzioni ci consentono di aggiungere una linea verticale su ogni fix e coord inate e data. Analog Output Ci consente di abilitare/disabilitare un uscita verso un dispositivo analogico (plotter, etc…) come in fig 5.8

Fig 5.8

Navigation Data Reading. Queste opzione ci consente di impostare i parametri relativi la periferica

dalla quale si leggono i dati di navigazione, nel dettaglio a quale porta com è

collegato il dispositivo di cui sopra ed il tipo di GPS utilizzato, e la cadenza del fix. Fig 5.9

Fig 5.9

Palette Tale opzione ci consente di impostorare la visualizzazione a colori o in scale di grigio dell’acquisizione. Fig 5.10 .dda Extension

Ci consente di associare/disassociare i file che presentano tale estensione con il D - Seismic.

Fig 5.10

Menu Print

Output on printer Output on Printer Ci consente di abilitare/disabilitare la stampa.fig 5.11

Fig 5.11

Fig 5.13

Sulla toolbar collocate a destra della Track Scope vi sono funzioni di zooming (orizzontale/verticale) e di trascinamento.Di importante rilevanza soprattutto in fase di acquisizione è UNLOCK pulsante posizionato sulla command window, esso permette di proteggere l’acquisizione da eventuali e accidentali pressioni sulla tastiera. Ciccandoci sopra lo si attiva, per sbloccare la tastiera bisogna digitare “UNLOCK”. Fig 5.14

5.14

SIMULAZIONE DI UNA CAMPAGNA GEOSISMICA• PROBLEMATICA SCIENTIFICA• LINEE DI NAVIGAZIONE• STRUMENTAZIONE NECESSARIA• ACQUISIZIONE• RESTITUZIONE• INTERPRETAZIONE GEOFISICA• INTERPRETAZIONE GEOLOGICA• RELAZIONE FINALE

PROGETTO CARGACQUISIZIONE DI LINEE SISMICHE PER LE CORRELAZIONI TERRA MARE

PROBLEMATICA:

Legare le informazioni a terra con quelle a mare

PIANO DI NAVIGAZIONE

Scelto in funzione della problemtica:linee ortogonali alla costa

PROGETTO CARGACQUISIZIONE DI LINEE SISMICHE PER LE CORRELAZIONI TERRA MARE

Linea_15_Ischia_2005Regione Campania

Progetto CARG –Terra Mare

Un esempio di processing, sul profilo Linea15 è consistito nell’ applicazione di amplificazione TVG(Time Varyng Gain) ed applicazione di filtri Butterword di grado 10, passa basso; un esempio è riportato in figura. Come si vede il filtraggio passa basso ha permesso di evidenziare gli orizzonti ha permesso di evidenziare gli orizzonti principali rispetto agli oggetti rimanenti.Una altra efficiente elaborazione è stata quella di far corrispondere ai toni di grigio diversi gradi di elevazione rappresentati su un’ immagine piana attraverso la generazione di ombre e quindi invertire i toni di grigio b).

• Tale elaborazione è in grado di evidenziare maggiormente le differenze delle risposte acustiche dei litotipi presenti,FIGXX1(b

• Per migliorare il rapporto segnale rumore sono stati applicati ai profili:un TVG(Time Varing Gain) lineare e vari filtraggi passa banda al fine di attenuare il rumore.

• Per l’ elaborazione delle immagini dei profili, abbiamo utilizzato filtri lineari e non lineari,realizzati attraverso convoluzioni 2D (Fontoura Costa,2001).L’ applicazione di filtri è risultata utile sia per l’ attenuazione del rumore sia per evidenziarne alcune peculiarità.

• Alla categoria dei filtri lineari appartengono l’ average filter (passa baso)sui punti vicini o neighborhood.L’ effetto del filtro è quello di sostiuire a ciuscun pixel dell’ immagine il valore medio dei livelli di grigio dei pixel vicini.L’ average filter ed il Gaussian filter operano sull’ immagine con uno smooting a finestra.La finestra mobile in genere è quadrata e si sposta occupando con il suo centro tutti i punti che si vogliono trattare.I pixel vicini ad un punto centrale possono essere 4 ovvero 8:

•  • • FiguraXX,)Finestre mobili dei filtri lineari a 4 celle ed ad 8 celle, in ciascuna cella

viene memorizzto un coefficiente, la matrice prende il nome di kernel.Il kernel è normalmente simmetrico rispetto al punto centrale.

• I coefficienti per lo smooting gaussiano,equivalente ad un filtro passa basso 2D, sono definiti dalla funzione:

•

Il parametro a controlla la larghezza della gaussiana circolarmnete simmetrica la cui larghezza cresce all’ aumentare a Abbiamo ottenuto risultati utili ai fini dell’ interpretazione anche applicando alle imma gini filtri non lineari quali il median filter che è un operatore comunemente usato su pixel affetti da rumore che differiscono significativamente dai vicini,creando l’ effetto sale e pepe (cioè punti isolati con livelli di grigio molto diversi da quelli di una regione uniforme). Altre elaborazioni notevoli, che hanno reso più semplice ed efficiente l’ interpretazione sono stati l’ edge detection(ricerca dei bordi ) dei livelli di grigio che è basato sulla rivelazione delle zone dell’ immagine a più elevato contrasto e che vengono determinate con l’ uso della derivata prima(gradiente) o derivata seconda (Laplaciano) .Uno dei metodi più semplici per la stima del gradiende usando il filraggio lineare è quello di filtrare l’ immagine g (x,y) con l’ operatore [-1 1]che equivale a stimare xg / mentre l’ operatore [ -1 1] T stima yg / .Questo metodo permette l’ analisi della orientazione dei bordi.Il modulo del gradiente di una immagine g(x,y) è definito come:

22

y

g

x

gg

Un esempio dell’ applicazione del filtraggio gaussaino prima e dell’edge detection all’ immagine BITMAP della Linea15 è riportato in figura YY a) ove vengono evidenziate le bordature delle tessiture presenti. Il contouring, c ioè la ricerca e tracciamento delle isolinee dei livelli di grigio nell’ immagine dei profili, ha dimostrato molta efficacia nella demarcazione dei limiti delle texture .Un esempio, relativo alla Linea15, è riportato in figura ZZ ove appaiono molto meglio demarcati i margini dell’ unità ‘DA’, rispetto all’ immagine originale.

a) b) Figura YY:a)Elaborazione di una parte della Linea 15 per evidenziare, con l’ edge filter(vedi testo) i salti di impedenza;b)Sulla stessa immagine è stato appl icato il countoring per meglio circoscrivere le unita e le zone reflection free, con mancanza di riflessioni interne.

• US_1 (Unità Stratigrafica di base). La risposta acustica di questa unità si presenta con apprezzabili differenziazioni verticali tra la sommità ed il corpo sottostante: con la prima a riflettività elevata e superfici suborizzontali con continuità limitata a qualche centinaio di metri. Il corpo presenta invece bassissima riflettività interna (reflection free) per cui si può ritenere che essa possa essere caratterizzata da una struttura abbastanza omogenea. Tale unità, in base alle correlazioni con i dati di superficie ricavati nei settori emersi, è interpretabile come Unità Vulcanica Effusiva (UVE) molto probabilmente pre o sincrona con il 1° Ciclo Vulcanico dell’Isola d’Ischia (tardo Pleistocene Medio, di circa 150 Ky b.p.). Tale unità è presente con continuità laterale in entrambi i profili sismici.

• US_2 .Questa unità si posiziona a profondità attorno ai 200 metri nel profili L_15 ed L_21; in particolare nel profilo L_21, è denotata da una risposta sismica con tratti sismografici orizzontali con discreta continuità laterale; l’inclinazione dei tratti, ove presente, segue leggermente la morfologia della formazione di appoggio. L’interpretazione della unità, confortata dai dati geometrici e stratigrafici, propende per essere riconducibile alla formazione del Tufo Verde del M.te Epomeo (55 Ky b.p.).

• US_3. Questa unità che presenta verticalmente in media un tratto ogni 5 metri (assumendo come velocità di propagazione quella di 1500 m/s cioè con la Water Velocity Tickness Equivalent: ”WVTE”); la lunghezza orizzontale media del tratto è mediamente al di sotto dei 100 metri; i tratti si presentano finemente ed irregolarmente seghettati. Il materiale quindi, pur essendo caratterizzato nel complesso da una struttura massiva, è mediamente pseudo-stratificato in modo non perfettamente regolare, evidenziando, con buona probabilità, la presenza di inclusi eterometrici ed eterogenei.

• US_3. L’unità, in base alla “risposta acustica” sopradescritta, e per le informazioni geologiche di superficie e di sottosuolo (analisi stratigrafica di sondaggi meccanici per ricerca d’acqua termale) risulta corrispondente a litotipi costituiti da Tufo Grigio probabilmente di origine ignimbritica.

US_4. Presente nel profilo della L_15 ma non nell’ L_21. US_5a. E’ caratterizzata da una strutturazione esterna a geometria lenticolare ed è delimitata verso l’alto da una superficie di erosione marina; tra i FIX 8 e 9 raggiunge la massima potenza di 35 metri (WVTE). I tratti acustici sono orizzontali e la loro lunghezza è compresa tra i 100 ed i 200 metri. Le analisi confermano la corrispondenza con una unità sedimentaria abbastanza recente (Olocene recente) con lo spessore della stratificazione interna attorno ai 2.5 metri. US_5b. Simile alla precedente, per risposta acustica e sicuramente per la natura litologica. La continuità orizzontale dei tratti raggiunge anche la lunghezza di alcuni Km; la blanda concavità verso il basso che caratterizza l’assetto g eometrico complessivo della unità, è indice di un contesto sedimentario in regime di subsidenza che si potrebbe associare alla sottostante struttura imbutiforme ubicata in corrispondenza del FIX 9. Non sono presenti troncamenti dei tratti imputabili all’azione erosiva ovvero onlap di accrescimento.. US_6. Non è presente al di sotto dell’attuale zona marina. US_7. Questa unità presenta caratteristiche morfologiche strutturali tipiche di depositi di frana (depositi da debris avalanches), costituita da materiali disarticolati e caotici di grande pezzatura ed a densità elevata tale da non permettere al materiale di disporsi in coltre. L’analisi della carta morfobatimetrica dei settori di fondale presi in esame (de Alteriis et alii, 2006) si nota che non si tratta di un deposito strutturato a barriera/terrazzi ma bensì a colline e cuspidi, trenches disposti prevalentemente in senso traversale all’asse maggiore del deposito, alcune controtendenze, vallecole sospese e altre facies tessiturali caratteristiche di tali depositi

Linea21_500_ischia settembre 2005