esplorazione sismica delle debris avalanches nei settori marini occidentale e settentrionale dell...

Esplorazione sismica delle Debris Avalanches nei Esplorazione sismica delle Debris Avalanches nei settori settori marini occidentale e settentrionale dell’ isola d’ marini occidentale e settentrionale dell’ isola d’

IschiaIschia

F.Giordano (1), A.Sbrana A. (2) , R. M.Toccaceli (2), I.Giulivo (3) e L.Monti (3)

(1) Dipartimento di Scienze per l’Ambiente, Università Parthenope, Via Acton 38 – Napoli(2) Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Pisa, Via S. Maria 56 – Pisa(3) Regione Campania, Settore Difesa Suolo, Via De Gasperi 26– Napoli

Introduzione

• Sono presentati e discussi dati di sismica marina

monocanale ad alta risoluzione di recente acquisizione

(2005) relativi all’esplorazione di "Debris Avalanches"

(Siebert, 1984; Ui et ali,2000) rinvenibili lungo i settori

costieri e di off-shore occidentale e settentrionale dell’isola

d’Ischia (Budillon et alii, 2003; de Alteriis, et alii, 2006).

Sommario

Introduzione

La campagna

I profili sismici ed il Piano di Navigazione

I materiali

Elaborazione delle tracce - Filtraggi 2D

Sezioni geologiche

Conclusioni

La Campagna Sismica

• Nel settembre del 2005, con preciso riferimento alle

attività di rilevamento geologico in corso di

completamento per la nuova cartografia geologica

dell’Isola d’Ischia (PROGETTO CAR.G. 1:50.000;

CONVENZIONE REGIONE CAMPANIA – UNIVERSITÀ

DI PISA) è stata organizzata una campagna di sismica

marina monocanale con sorgente sparker.

I profili sismici realizzati

• I profili, opportunamente ubicati, hanno consentito di

definire, nel dettaglio e complessivamente, l’articolata

morfostruttura dei depositi di D.A., la struttura interna e

quella sottostante per tutto il tratto di fondale investigato.

La sismica marina a riflessione ha permesso di

individuare la base delle unità ad hummocky con

un’incertezza verticale dell’ ordine del metro.

•

Piano di Navigazione

Sono indicate le linee L15 ed L21 descritte in seguito

• Queste sorgenti assicurano ottime prestazioni perché

offrono un buon compromesso tra risoluzione (<1

metro)e penetrazione nel sottofondale nelle nostre aree

costiere.

• Con questi sistemi monocanale si può lavorare

facilmente da sottocosta da -5 e fino -1000 metri, con

penetrazioni anche di centinaia di metri

MATERIALISorgenti Sparker

Sorgente Sparker:SAM96

• SAM96:Sparker Array Multitip 96 electrodi• Sviluppato nell’ ambito del PNRA

Materiali

DIAGRAMMI DI RADIAZIONE A CONFRONTO

Polar radiation diagram of directivity function left : SAM-96, right: 3 electrode array (teoretical)

Array/Nav. Dir.

Materiali

Firma e Banda in frequenza di SAM96

Sopra:firma della sorgernte sparker SAM96 a 5KJ(onda diretta campionata a 6m di distanza dalla sorgente e sotto, spettro in frequenza la cui larghezza Df convenzionalmente viene presa ad 1/e del valore massimoDf=1600Hz

Ancora sopra è evidenziata la durata Dt=0.63,ricavata con la formulaDt=1/Df corrispondente alla banda in frequenza e si nota come essa sia quasi coincidente con la larghezza della firma ad 1/e del valore massimo della sua altezza.

Materiali

Linea L15-Ischia_2005.bmp generata da DSeismic

Fondo scala tempi :1/2 secondo;Lunghezza linea 7 Km

Elaborazione delle traccein ambiente D-Seismic e Matlab

Elaborazione 1D delle tracce mediante:

• TVG

• Filtri Butterworth

• Medie temporali(singola traccia)

• Medie Moving Average (3 tracce)

Miglioramento del Rapporto Segnale /Rumore

METODI

Elaborazione delle immagini delle sezioni

Per l’elaborazione delle immagini dei profili, abbiamo utilizzato filtri lineari e non lineari,realizzati attraverso convoluzioni 2D (Fontoura Costa, 2001).

EFFETTI:attenuazione del rumore evidenziazione delle peculiarità.

RISULTATO FINALE: INTERPRETAZIONE FACILITATA

• Alla categoria dei filtri lineari appartiene l’ average filter (passa basso 2D)sui punti vicini .

• L’ effetto del filtro è quello di sostituire a ciascun pixel il valore medio dei livelli di grigio dei valori vicini.

• L’ average filter ed il Gaussian filter operano sull’ immagine con uno smooting a finestra mobile.

• Puliscono l’ immagine attenuando il rumore di fondo e quello sale e pepe, cioè punti isolati con livelli di grigio molto diversi da quelli di una regione uniforme.

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:

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.

r-1,cr,c-1 r,c r,c+1

r+1,c

r-1,c-1 r-1,c r-1,c+1r,c-1 r,c r,c+1r+1,c r+1,c r+1,c

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

)2

)(exp(),(

2

22

a

crcrg

Il parametro a controlla la larghezza della gaussiana circolarmente simmetrica la cui larghezza cresce all’ aumentare di a

FILTRI EDGE

• 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)

Orientazione dei bordi :ESEMPIO :Ricerca dei bordi orizzontali

matrice

64g(x)

g(x)-g(x-1)

0 0 64 64

0 0 64 64

0 0 64 64

immagine

• E’ conveniente che lo smooting sull’ immagine , con un filtro a finestra mobile (average filter),preceda l’ edge filtering

• La determinazione dell’ orientazione dei bordi si realizza :

• In orizzontale :filtrando l’ immagine g(x,y) con l’ operatore [-1 1], il che equivale a stimare dg/dx (derivata orizzontale) .

• In verticale : filtrando con l’ operatore

[-1 1]T si stima il gradiente verticale.

L’evidenziazione dei bordi

(con toni di grigio)avviene utilizzando il modulo del gradiente dell’immagine g(x,y) :

22

y

g

x

gg

Filtro “Edge” su L15

PARTICOLARE DI APPLICAZIONE EDGE FILTER su L15

Filtro Edge applicato alla L15, esaltazione dei bordi

e quindi delle variazioni di riflettività acustica

Contouring sulla L15_Ischia

rumore

CONTOURING

• Il contouring, 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 ove appaiono molto bene individuate le aree con i medesimi toni di grigio quindi con i medesimi contrasti di impedenza acustica.

Elaborazioni 2D linea_15

CONTOUREDGE

Reflection free

INTERPRETAZIONE GEOLOGICA

• Per l’ interpretazione geologica dei profili marini ci si è avvalsi dei risultati dei rilievi a terra e delle stratigrafie dei numerosi pozzi presenti nelle zone costiere.

• Per definire la stratigrafia a mare sono state molto utili le elaborazioni delle tracce e delle immagini dei profili

Interpretazione L15

Sezione geologica L15

terra

La multipla da fastidio:eliminazione della stessa

con filtro numerico di lunghezza variabileL21

Individuazione della base dell’ orizzonte della base della Debris Avalance

• Il processing geofisico dei profili sismici eseguito • Elaborando ciascuna traccia o gruppi di tracce .

(es. horiz. mov.average)• Elaborando graficamente il profilo come

immagine con una strategia che investe tutto il profilo

• Deve risultare d’ aiuto all’ interpretazione geologica,sia fornendo profili con rapporto Segnale/Rumore alto sia elaborazioni delle immagini che possono mettere in evidenza caratteristiche di interesse.

Sezione geologica L21

Sezione sismica L21

Ora vediamo una animazione schematica del fenomeno

Una possibile interpretazione

VAI a “effetti speciali”

CONCLUSIONI

• L’ elaborazione dei profili , già di ottima qualità :

• Ha agevolato la fase di individuazione degli orizzonti principali;

• Ha consentito di definire, nel dettaglio e complessivamente,

l’articolata morfostruttura dei depositi di D.A.

• Ha evidenziato, la struttura interna e quella sottostante per tutto

il tratto di fondale investigato.

• La sismica marina a riflessione ha permesso di individuare la

base delle unità ad hummocky con un’incertezza verticale dell’

ordine del metro.