TEST2: la struttura di velocità locale 3D da dati di pozzo, sismica attiva, laboratorio e geologia

Diana Latorre1, Andrea Lupattelli2, Fabio Trippetta3, Francesco Mirabella2, Anthony Lomax4, Lauro Chiaraluce1

1 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Roma2 Università degli Studi di Perugia3 Università La Sapienza, Roma4 Anthony Lomax Scientific Software, Mouans-Sartoux, France

Velocity model buildingExploration seismology => corretto posizionamento in profondità dei riflettori sismici

Tecniche: -iterative prestack depth migration-full-waveform inversion-traveltime inversion

Velocity model buildingExploration seismology => corretto posizionamento in profondità dei riflettori sismici

Tecniche: -iterative prestack depth migration-full-waveform inversion-traveltime inversion

! In contesti geologici complessi, i modelli di velocità vengono sempre vincolati con informazioni “a priori” (dati di pozzo, geologia di superficie, modelli strutturali, ...) per ridurre gli artefatti nelle immagini sismiche

Velocity model buildingExploration seismology => corretto posizionamento in profondità dei riflettori sismici

Tecniche: -iterative prestack depth migration-full-waveform inversion-traveltime inversion

Earthquake seismology => localizzazione dei terremoti accurata e realistica

! In contesti geologici complessi, i modelli di velocità vengono sempre vincolati con informazioni “a priori” (dati di pozzo, geologia di superficie, modelli strutturali, ...) per ridurre gli artefatti nelle immagini sismiche

Velocity model buildingExploration seismology => corretto posizionamento in profondità dei riflettori sismici

Tecniche: -iterative prestack depth migration-full-waveform inversion-traveltime inversion

Earthquake seismology => localizzazione dei terremoti accurata e realistica

Tecniche: - Generazione di modelli 1D per la localizzazione

- Tomografia 3D a scala locale

! In contesti geologici complessi, i modelli di velocità vengono sempre vincolati con informazioni “a priori” (dati di pozzo, geologia di superficie, modelli strutturali, ...) per ridurre gli artefatti nelle immagini sismiche

Velocity model buildingExploration seismology => corretto posizionamento in profondità dei riflettori sismici

Tecniche: -iterative prestack depth migration-full-waveform inversion-traveltime inversion

Earthquake seismology => localizzazione dei terremoti accurata e realistica

Tecniche: - Generazione di modelli 1D per la localizzazione

- Tomografia 3D a scala locale

! Modelli di velocità non “realistici”

! Artefatti nel modello di velocità dovuti alla geometria di acquisizione (distribuzione irregolare di sorgenti/ricevitori)

! In contesti geologici complessi, i modelli di velocità vengono sempre vincolati con informazioni “a priori” (dati di pozzo, geologia di superficie, modelli strutturali, ...) per ridurre gli artefatti nelle immagini sismiche

Velocity model buildingExploration seismology => corretto posizionamento in profondità dei riflettori sismici

Tecniche: -iterative prestack depth migration-full-waveform inversion-traveltime inversion

Earthquake seismology => localizzazione dei terremoti accurata e realistica

Tecniche: - Generazione di modelli 1D per la localizzazione

- Tomografia 3D a scala locale ! Artefatti nel modello di velocità dovuti alla geometria di acquisizione (distribuzione irregolare di sorgenti/ricevitori)

! Modelli di velocità non “realistici”

- Costruzione di un modello di velocità 3D da dati geologici e geofisici (dati di pozzo, geologia di superficie, linee sismiche commerciali, dati di laboratorio, gravimetria, magnetotellurica, ... ).

“3-D Geologic and Seismic Velocity Models of the San Francisco Bay Region”, USGS Earthquake Hazards Program and the USGS National Cooperative Geologic Mapping Program (http://earthquake.usgs.gov/research/structure/3dgeologic/).

! In contesti geologici complessi, i modelli di velocità vengono sempre vincolati con informazioni “a priori” (dati di pozzo, geologia di superficie, modelli strutturali, ...) per ridurre gli artefatti nelle immagini sismiche

- Cartografia esistente- Campagne di rilevamento “ad hoc”- Interpretazione geologica di circa 40 linee sismiche- Calibrazione con geologia di superficie e pozzi- Dati di velocità di letteratura- Dati di velocità in pozzo- Conversione in profondità dei profili sismici- Realizzazione di sezioni geologiche integrate- Realizzazione di superfici 3D interpolate

Integrazione di dati di superficie e di sottosuolo

5 unità sismostratigrafiche

- Marne e Torbiditi- Carbonati- Evaporiti- Basamento acustico - Basamento Cristallino

Integrazione di dati di superficie e di sottosuolo

torbiditicarbonati

evaporitibasamento s.l.

basamento cristallino

Modello semplificato

•Good control on the Boundary conditions•Detailed measurements for the different layers•Vs Data

•Sample dimensions•Influence of large-scale features•High frequency

•Proper scale•In situ conditions•Seismic frequency

•Scarce or absent Vs Data•Poor control on the boundary conditions•Scattered data

•DISADVANTAGES

•ADVANTAGES

V1

V3V4V2

V5

V6aV6b

Borehole Laboratory

Misure dirette di velocità: dati di pozzo e di laboratorio

LaboratoryBorehole

•Proper scale•In situ conditions•Seismic frequency•Good control on the Boundary conditions•Detailed measurements for the different layers•Vs Data

V1

V2

V3

Misure dirette di velocità: dati di pozzo e di laboratorio

Modello semplificato

Marne e torbiditi

Carbonati

Evaporiti

Costruzione del modello di velocità nella regione dell’Alta Valle del Tevere

Rapporti geometrici tra unità sismostratigrafiche nello spazio

Intervalli di velocità P e S da dati di pozzo e laboratorio

Tempi di arrivo P e S dei terremoti locali

modelli 3D di velocità P e S

Localizzazione dei terremoti con NonLinLoc

misfit

Grid Search

Localizzazione di un numero di eventi estratti dal catalogo di Iside intorno al pozzo Monte Civitello 1 con il programma NonLinLoc

SD

SD

S.Donato M.Civitello

MC

MC

TV

TEST: modello di velocità 3D vs 1D

S.Donato M.CivitelloTV

“Traditional” Gaussian statistics evaluated from the a posteriori Probability Density Fonction (PDF)

Cov Matrix=sqrt(CovXX2 + CovYY 2+ Cov ZZ2),StErr3= lunghezza del semiasse maggiore del 68% dell’elissoide di confidenzaScatter Volume= volume dello spazio coperto dalla PDF (calcolato rispetto all’elissoide dell’errore)

TEST: modello di velocità 3D vs 1D

“Traditional” Gaussian statistics evaluated from the a posteriori Probability Density Fonction (PDF)

Cov Matrix=sqrt(CovXX2 + CovYY 2+ Cov ZZ2),StErr3= lunghezza del semiasse maggiore del 68% dell’elissoide di confidenzaScatter Volume= volume dello spazio coperto dalla PDF (calcolato rispetto all’elissoide dell’errore)

! Gli “stimatori gaussiani” dell’errore rappresentano una buona stima dell’incertezza sulla localizzazione “solo” se la completa, non-lineare PDF ha un singolo massimo e forma ellissoidale

TEST: modello di velocità 3D vs 1D

Media dei residui per stazione

S.Donato M.CivitelloTV

S.Donato M.CivitelloTV

VsVp

VsVp

TEST: modello di velocità 3D vs 1D

2930 eventi MPX TEST: eventi con picking manuale

CONSIDERAZIONI GENERALI-La costruzione di modelli di velocità sismiche 3D a partire da dati geologici e geofisici rappresenta un valido strumento per ottenere delle localizzazioni 3D accurate e realistiche in aree geologicamente complesse.

- La costruzione di modello di velocità sismico 3D per l’Alta Valle del Tevere è “aperta” a ogni tipo di dato, nel senso che il modello può essere aggiornato e validato in ogni momento aggiungendo nuove informazioni da altri studi (tomografia sismica, studi di Vp/Vs, Receiver Functions, migrazione sismica di fasi secondarie riflesse/rifratte, dati gravimetrici, dati geologici e di laboratorio.

DA FARE:-Dati di laboratorio: misure di velocità su torbiditi, indagare le variazioni di velocità nei carbonati.-Geometrie delle unità principali: a) allargamento dell’area di studio per coprire tutta la rete taboo e b) definizione di modelli di velocità sismiche di dettaglio nelle zone sismogenetiche - Validazione del modello:

a) Applicazione della procedura di Grid Search per la determinazione del miglior modello

b) Studio della risoluzione del modello

Sismicità 20/04/2013 – 21/04/2013

Periodo 04/2010-09/2011

Distribuzione della sismicità nella regione dell’Alta Valle del Tevere

UNITS VPPERUGIA

VP lab (1 MHz)(min-max)

VP Well(10 Hz)(min-max/media)

VS min VS max NLLOC INVERSIONVP VS VP/VS

Depositi del bacino del Tevere

2.0

Torbiditi (inclusa scaglia cinerea)

4.0 2,6°-5,2° 1,6-4,8 (3,5) 1,5° 2,2° (2.1) 4.0 2.1 1.9

Carbonati 5.5 5,9*-6,0* 5,8-6,4 (5,6) 3,7* 4,1 * (3.7) 5.6 2.9 1.93Evaporiti 6.1 6,6-7,3 6,2-7,2 (6,4) 3,5 3,7 (3.6) 6.4 3.5 1.83Basamento acustico (s.l.)

5.0 4,4**-4,5** 3,6-5,8 (4,9) 2,9** 3,0* * 4.9 2.8 1.75

Basamento cristallino 6.0 5.6*** -- 3,1*** 3,2*** 5.6 3.1 1.8

° Dati misurati su Sandstones* dati da Calcare Massiccio** Dati presi da campioni sul Pieve Santo Stefano a pressione ambiente***Dati misurati su Westerly granite

TABELLA DELLE VELOCITA P E S DELLE UNITA PRICIPALI OTTENUTE DA DATI DI SISMICA (VELOCITA INTERVALLARI USATE PER IL MODELLING DELLE UNITA), DATI DI POZZO E DATI DI LABORATORIO