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Geofisica Applicata
Scienze Geologiche
LM
Geoelettrica
AA 2018-2019
1
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Il metodo geoelettricoparti 5-6
N. Abu Zeid
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3
Dispositivi dipolari: altri
(e) DD equatoriale(f) DD assiale
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Geoelettrica: densità della corrente orizzontale di un dipolo
la componente orizzontale Jx sarà:
JV
x
I
x r rxA B
= − = − −1
2
1 1
ρ∂∂ π
∂∂
( )rAP rBP
la maggior parte della corrente circola entro z<L/2; il grafico però mantiene la sua forma al variare di L: ciò significa che la distribuzione in profondità della corrente è funzione della distanza AB: maggiore è questa, maggiore è la porzione del semispazio interessato dal flusso della corrente che circola tra gli elettrodi AB
2/32
2 )4
(2
)(L
z
LIPJ x
+=
π
4
1J
JXr
r
L
Z
punto di misura sul piano verticale
x L-x
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Geoelettrica: densità della corrente orizzontale di un dipolo
la componente orizzontale Jx sarà:
JV
x
I
x r rxA B
= − = − −1
2
1 1
ρ∂∂ π
∂∂
( )
punto di misura sul piano verticaleJx(P): densità di corrente orizzontalenel punto P alla distanza x rispetto alpunto di iniezione di corrente.
Occorre però sommare tutti i valoridella Jx sul piano verticale al fine ditrovare la funzione che descrivel’intensità di corrente che circola adiverse profondità ovvero occorrefare l’integrale
rAP rBP
2/32
2 )4
(2
)(L
z
LIPJ x
+=
π
5
x L-x
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6
Geoelettrica: frazione di intensità di corrente If che circola nel sottosuolo tra punto iniezione e profondità ZIntegrando le densità di corrente in funzione della profondità
incremento di profonditàNormalizzata (Z/AB)Foglio excel disponibile sullaPagina del corso/UNIFE
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7
Geoelettrica: frazione di intensità di corrente If che circola nel sottosuolo tra punto iniezione e profondità ZIntegrando le densità di corrente in funzione della profondità
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8
Geoelettrica: frazione di intensità di corrente If che circola nel sottosuolo tra punto iniezione e profondità ZIntegrando le densità di corrente in funzione della profondità
Profodnità (m) Prof./AB % di corrente
1 0.05 62 0.1 133 0.15 194 0.2 24 lunghezza dipolo AB (m)5 0.25 30 206 0.3 347 0.35 398 0.4 439 0.45 47
10 0.5 5011 0.55 5312 0.6 5613 0.65 5814 0.7 6115 0.75 6316 0.8 6417 0.85 6618 0.9 6819 0.95 6920 1 70
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Geoelettrica: frazione di corrente che si propaga nel sottosuolo in funzione della lunghezza del dipolo di corrente (AB).
9
BA
ρρρρ
al crescere della distanza tra A e B aumenta la profondità di esplorazione a parità della resistività
NB: attivare modalità calcolo angoli in radianti se si usa la calcolatrice)
70%
10%
Z=L
L
Z=L
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10
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11
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Propagation of electrical currents in the subsurface(red lines) and equi-potential surfaces (blue lines) for three types of
subsurface models:
Homogeneous subsurfacewith constant resistivity
Heterogeneous subsurfaceModel consists of three layers
Where,ρρρρ1 = ρρρρ3 > ρρρρ2
Heterogeneous subsurfaceModel consists of three layers
Whereρρρρ2 > ρρρρ1 = ρρρρ3
bassa resistività
Alta resistività
batteria
batteria
batteria
12
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Geoelettrica: Distribuzione delle linee di corrente e superfici equipotenzialiSemispazio:
Omogeneo:(a) in pianta e (b) in sezioneLinee di I continue e superficiedi equipotenziale (tratteggiate)
Eterogeneo(a) in pianta e (b) in sezione
Copro conduttivo (bassa rho)Le linee di corrente si rifrangonoallontanandosi dalla normale
ρρρρ2<ρρρρ1
Resistività corpo anomaloè inferiore a quella del materialecircostante
13
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Resistività apparente
È la resistività di un strato omogeno ‘fittizio’ che risulta in una differenza di potenziale simile quella misurata in superficie.
apparente perché il sottosuolo è eterogeneo
ρ2
ρ1
i
V
A B
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15
Geoelettrica: Sondaggio Elettrico Verticale SEV: Concetto della reciprocità:
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16
Reciprocità: come si effettua:
Schlumberger (inverso)
M NA B
b a b
b: AM=BNa: AB
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17
Resistività apparente: può essere utilizzata per la corretta scelta del tipo di rivestimento da utilizzare per le condotte metalliche tipo acquedotti, oleodotti,….etc, In questi casi è sufficiente anche il valore della resistività apparente a patto che la lunghezza del dipolo di corrente sia piccolo
Resistività elettrica(Ω.m)
Tasso di corrosione
> 200 Normalmente non corrosivo
100-200 Tendenzialmente Corrosivo
50-100 Moderatamente corrosivo
30-50 corrosivo
10-30 Altamente corrosivo
<10 Estremamente corrosivoANSI/AWWA C-105, USAFederal Highway Administration [FHWA]. 2000. Corrosion/ Degradation of Soil Reinforcements for Mechanically Stabilized Earth walls and Reinforced Soil Slopes. United States Department of Transport Publications.
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18
Resistività apparente: profili di resistivitàvalori apparenti. Esempio: indagineper la costruzione di acquedotto (Veneto)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Distanza (m)
Res
istiv
ità A
ppar
ente
(Ohm
.m)
1 m di profondità2 m di profondità3,6 m di profondità
distribuzione dei valori della resistività apparente lungo il tracciato della condottaCampo Pozzi Carmignano – Centrale Villa Augusta (Pd)
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19
Resistività apparente: profili di resistivitàvalori apparenti. Esempio: indagineper la costruzione di acquedotto (Veneto)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Distanza (m)
Res
istiv
ità A
ppar
ente
(Ohm
.m)
1 m di profondità2 m di profondità3,6 m di profondità
distribuzione dei valori della resistività apparente lungo il tracciato della condottaCampo Pozzi Carmignano – Centrale Villa Augusta (Pd)
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico
NB: il calcolo di k non compensa in nessun modo l’effetto topografico che deve essere compensato. Infatti, la presenza di topografia articolata costituisce un’altra limitazione all’utilizzo dei SEV ma non per rilievi in 2D/3D
calcolo fattore geometrico per qualsiasi configurazione elettrodicaPosto sulla superficie del terreno (o del mezzo)
20
A B
MN
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – dispositivi elettrodici non convenzionali.
Al fini di incrementare la profondità di investigazione occorre allargare il loop.
• Fondazione edificio
• Muro
• Fondazione edificio
• Muro• Fondazione
edificio• Muro
• Fondazione edificio
• Muro
• Fondazione edificio
• Muro
• Fondazione edificio
• Muro
Geometria: L Geometria: U
Geometria: loop
Geometria: U21
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – Esempio: certosa di Bologna (2012)
22
• Fondazione edificio
• Muro
Geometria: loop
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – Esempio: fondazione edificio residenziale
23
• Fondazione edificio
• Muro
Geometria: loop
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – Esempio: fondazione edificio residenziale
24
• Fondazione edificio
• Muro
Geometria: loop
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – Esempio: certosa di Bologna (2012)
25Fig. 18 – Corridoio per il Chiostro del 1500
Fig. 24 – Intero della parete a levante del Corridoio per il Chiostro del 1500
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – Esempio: certosa di Bologna (2012)
26
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – Esempio: certosa di Bologna (2012)
27
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Quadripoli elettrici: dispositivo generico a forma di loop chiuso od aperto – Esempio: certosa di Bologna (2012)
28
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29
(a) Particolare di indagine elettrica in for. Si utilizzano sonde specifiche per effettuare acquisire i dati,
(b) Applicazione: misure di PI in foro finalizzate alla determinazione della posizione planimetrica del corpo di interesse (giacimento). L’energizzazione viene eseguita in foro (elettrodo A) mentre elettrodo B (all’infinito). La d.d.p. viene effettuata a 360° intorno al foro. Valori anomali di polarizzabilità permettono la localizzazione del corpo anomalo.
corpo
configurazione:Polo-dipolo
(a)
(b)
Quadripoli elettrici:
misure in foro singolo o in più fori (cross-pozzo). È una disciplina indipendente utilizzata principalmente nelle esplorazioni petrolifere e secondariamente per la caratterizzazione idrogeologica degli acquiferi soprattutto quelli profondi. Questo ramo di indagini geofisiche è noto come carotaggio geofisico ‘ well-logging’
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30
Sondaggio Elettrico Verticale SEV: come si effettua:
A BM N
a a a
Wenner (alfa)
Schlumberger (simmetrico)
A BM N
b a b
altro dispositivo «gradiente» ?
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31
Sondaggio Elettrico Verticale SEV: Configurazione elettrodica: SchlumbergerCome si effettua? A destra andamento della curva di valori di resistività apparente determinata alle diverse distanze AB/2 rispetto il centro del profilo
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SONDAGGI Elettrici VerticaliSEV
UNIFE – anni 1990-2000 – Comacchio (FE)
32
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33
Sondaggio Elettrico Verticale SEV: modulo di campagna (a) configurazione: Schlumberger e grafico della curva di resistività apparente (b)
ρa
ΑΒ/2
Mis
ure
do
pp
ie q
uan
do
si s
i alla
rga
il d
ipo
lo d
i po
ten
zial
e (
MN
)
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Geoelettrica: resistività apparente (ρa) e coefficiente di riflessioneSondaggio Elettrico Verticale (configurazione elettrodica: Schlumberger)
curve di resistività apparenti (1 e 2 ) sono caratterizzate da coefficienti k =
Ω.m
Ω.m
L=AB/2
log
log
decade34
ρa ≠ ne ρ1 o ρ2
ρa ≠ ne ρ1 o ρ2
ρa ≈ ρ2
ρa ≈ ρ1
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Geoelettrica: resistività apparente (ρa) e coefficiente di riflessioneSondaggio Elettrico Verticale (configurazione elettrodica Wenner)assi logaritmici
Tipo curve di resistività apparente: 4 + loro combinazioni in funzione dei rapporti reciproci Per un modello a tre strati, le curve sono di tipo: A: resistività apparente crescente Q: resistività apparente decrescentiK: ρ1<ρ2>ρ3 resistività app. II strato è maggiore H: ρ1>ρ2<ρ3 resistività app. II strato è minore
Risposta di ρa di un modello a due strati Risposta di ρa di due modelli a tre strati (a, b)
AK
HA
A
Q
Dispositivo Wenner (alfa) - distanza tra gli elettrodi a
35
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Geoelettrica: anisotropia elettrica
36
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Geoelettrica: anisotropia elettrica – ‘S’
37
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Geoelettrica: anisotropia elettrica
38
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39
Geoelettrica: anisotropia elettrica – analogia con i circuiti elettrici
Flusso correnteorizzontale
Flusso correnteverticale
Cubo di lato unitarioE spessore h
Media armonicaMedia aritmetica
ρρρρ1=1 ΩΩΩΩ.m
ρρρρ2=100 ΩΩΩΩ.m ρρρρ1 ρρρρ2
ρρρρ1=1
ρρρρ2=100
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T: resistenza trasversale totaleS: conduttanza longitudinale totaleρρρρl: resistività longitudinale totaleρρρρt : resistività trasversale totaleλλλλ: coefficiente di anisotropia (~1-2)λλλλ=1 : sedimenti alluvionaliλλλλ> 2: grafiti, scisti,....
Geoelettrica: anisotropia elettrica
40
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condizioni di laboratorio a temperatura ambiente
Resistività del campione (Venezia)4-07-2001
0 20 40 60 80 100 1200
20
40
60
80
100
120
020406080100120
0
20
40
60
80
100
120
0
45
90
135
180
225
270
315
Resistività (Ohm*m)
Misura di resistività elettrica su campioni.Laboratorio di Geofisica Applicata-Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Ferrara
Boiacca o malta a base di calce utilizzata per il consolidamento di edifici storici
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mattoni, fango (saturo in acqua salata; Vebezia), Boiacca usata per il consolidamento
63.9
20.3
0.84 2.54
97.0
22.9 20.6
0102030405060708090
100
Red br
ick (M
1)Gre
y bric
k (M2)
Salt m
ud (r
ed)
Salt m
ud (
grey
)
cons
loida
nt (2
wee
ks)
Conso
lidan
t (C1)
Conso
lidan
t (C2)
Res
istiv
ity (
Ωm
)
Misura di resistività elettrica su campioni.Laboratorio di Geofisica Applicata-Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Ferrara
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Resistività campione a forma cilindrica di boiacca BIANCA miscelata con fango salato (Venezia)
4 6 8 10 12 14 16 18
Distance (cm)
-4
-3
-2
Dep
th (cm
)
8.5
23.1 10.1 5.5 5.0
13.6 8.3
15.6
5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
4 6 8 10 12 14 16 18
Distance (cm)
-4
-3
-2
Dep
th (cm
)
8.5
23.1 10.1 5.5 5.0
13.6 8.3
15.6
Resistivity (Ωm)
Misura di resistività elettrica su campioni.Laboratorio di Geofisica Applicata-Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Ferrara
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3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Distance (cm)
-3
-2
Dep
th (cm
)
7.2
3.6 7.3 4.8
3.8 5.7
3 4 5 6 7
Resistivity (Ωm)
Resistività campione a forma cilindrica di boiacca GRIGIA miscelata con fango salato (Venezia)
Misura di resistività elettrica su campioni.Laboratorio di Geofisica Applicata-Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Ferrara
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Geoelettrica: – Parametri di ‘Dar Zarrouk’
45
Mezzi a resistività contrastanti possono essere definiti con 4 parametri
Noti come: parametri di Dar Zarrouk (Maillet, 1947)
(1)Conduttanza longitudinale ‘S’ (ΩΩΩΩ−−−−1111)(2)Resistenza trasversale ‘T’ (ΩΩΩΩ)(3)Resistività longitudinale (ρρρρl)(4)Resistività trasversale (ρρρρt)
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Geoelettrica: il problema dell’equivalenza –Parametri di ‘Dar Zarrouk’
46
• L’equivalenza = limitazione interpretativa dei modelli di resistività,
• Soluzione = taratura con indagini dirette
![Page 47: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/47.jpg)
Geoelettrica: applicazione – parametri di Dar ZarroukVulnerabilità degli acquiferi
47
Vantaggio ‘S’): Mappa della conduttanza longitudina le totale ‘S’
(OHM)-1
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48
Geoelettrica: principali punti di forza e debolezza di tre configurazioni elettrodiche di uso comune.
Resta il fatto che tutti questi considerazioni di tipo teorico-applicativo sono da associare al tipo di problema da risolvere tenendo in considerazione il fatto dell’esistenza o meno di almeno un ordine di grandezza di contrato di proprietà fisica. Si ricordi anche I modelli di inversione non sono univoci quindi la taratura tramite perforazioni ad hoc è la strada da seguire per ottenere un’ottima interpretazione in chiave geologica.
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49
Geoelettrica: 1D
Quadripoli elettrici
principalmente utilizzate nelle indagini geoelettriche
Possono essere utilizzate per effettuare
SEV (1D) (quasi abbandonati dal 2000) quindi poco utilizzati!!
interpretazione geofisica dei dati dei SEV
(1) Uso degli abachi (procedura usata fino agli anni < 2000)
(2) Uso codici di calcolo per l’inversione dei dati. Un esempio (Res1D) ne vedremo più avanti come si usa.
è una procedure complesse che parte dalla soluzione dell’equazione di Laplace integrata con le condizioni al contorno
ed infine si applica un processo iterativo di regressione per la minimizzazione degli errori nel senso dei minimi quadrati
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50
Inversione dati geofisici…..occorre ricordare
“What we observe is not nature in itself but nature exposed to our method of questioning.”
W. Heisenberg
“Any model is only ever a model—experiments are the truth!”
J.W. Covell
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51
1D = 2D = 3D
Direzione di misura della resistenza unitaria al fine di determinare la resistività apparente. I codici di inversione sono di 3 tipi: 1D, 2D e 3D in relazione al tipo di acquisizione dati.
NB: non si raccomanda l’uso dei SEV quando è possibile effettuare profili in 2D con la tecnica ERT vedremo più avanti.
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52
Calcolo diretto: ‘Forward Modeling’Concetto: calcolo della resistività apparente mediante l’utilizzo della teoria della sorgente immagine
• È un modello SINTETICO costruito ad hoc con diversi livelli di complessità geologica che si vuole includere,
• Si fa ricorso a questi modelli per simulare la risposta di questi modelli i cui parametri sono noti con precisione,
• L’uso di questa tecnica per interpretare i dati sperimentale non è raccomandato perché il processo di analisi è molto difficile quindi inconveniente (richiede molto tempo oltre ad essere soggettivo (perché influenzato dallo sperimentatore),
• tuttavia, i modelli sentitici permettono di produrre dei dati teorici che possono essere utilizzati per la progettazione e pianificazione di campagne geofisiche molto impegnative.
![Page 53: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/53.jpg)
Geoelettrica: Distribuzione del potenziale elettrico – interfaccia pianaCoefficiente di riflessione
53
Se il punto ‘p’ viene collocato sulla superficie della discontinuità avremo,r1=r2=r3=r
Duplicata di proposito
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Geoelettrica: Distribuzione del potenziale elettrico – interfaccia pianaCoefficiente di riflessione
54
Quando
K >0 si verifica un incremento di potenziale elettricose il mezzo 2 è resistivo,
K <0 si verifica un decremento di potenziale elettricose il mezzo 2 è conduttivo
Duplicata di proposito
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55
Inversione tramite l’uso di abachi (grafica)
aria
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56
∑∞
= ++=
=++
++
++
+=
122
1
22
3
22
2
22
1
).)2(
21
(2
...))6(
2)4(
2)2(
21
(2
)(
n
n
nhx
K
x
I
hx
K
hx
K
hx
K
x
IPV
πρ
πρ
DV=VM(A+im)+ VM(B+im)- VN(A+im)- VN(B+im)
Supponiamo di utilizzare un dispositivo Wenner: in questo caso il passo a tra gli elettrodi è costante e
∑+
+=+ );)2(
21
(2
)(22
1
nha
K
a
IimAV
n
M πρ
∑+
+=+ );)2()2(
22
1(
2)(
22
1
nha
K
a
IimAV
n
N πρ
∑ ∑+
−+
+=∆ ))2(4
4))2(
41
(2 2222
1
nha
K
nha
K
a
IV
nn
πρ
![Page 57: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/57.jpg)
57
∑+
+=+ );)2(
21
(2
)(22
1
nha
K
a
IimAV
n
M πρ
∑+
+=+ );)2()2(
22
1(
2)(
22
1
nha
K
a
IimAV
n
N πρ
∑ ∑+
−+
+=∆ ))2(4
4))2(
41
(2 2222
1
nha
K
nha
K
a
IV
nn
πρ
ρ πaW aV
I= 2
∆, Wenenr (alfa)
∑ ∑+
−+
+= ))/2(4
4))/2(1
41(221
anh
K
anh
K nn
aW ρρ
![Page 58: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/58.jpg)
58
VM_A
Inversione tramite l’uso di abachi (grafica)
seria troncato di sorgente immagine. Si ripete il calcolo per del potenziale dovuto a B. d.d.p.
![Page 59: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/59.jpg)
59
Wennerα
ponendo dx=MN dove il potenziale è stabile
e raccogliendo X2
Inversione tramite l’uso di abachi (grafica)
∑ ∑+
−+
+= ))/2(4
4))/2(1
41(221
anh
K
anh
K nn
aW ρρ
![Page 60: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/60.jpg)
60
tenendo in considerazione che:
e procedendo con l’inserimento della ∆V nella ρa del dispositivoSchlumberger simmetrico, avremo
Notare che:ρ1: è espressa come fattore moltiplicativo
alto per dispositivo Wennerbasso per il dispositivo
Schlumbergersimmetrico
∑ ∑+
−+
+= ))/2(4
4))/2(1
41(221
anh
K
anh
K nn
a ρρ
![Page 61: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/61.jpg)
61
Schlumbergersimmetrico
alcune considerazione:
• ρ1: espressa come fattore moltiplicativo• z : compare come rapporto con x=AB/2 e a• ρa: è funzione di k cioè il rapporto tra ρρρρ2/ρρρρ1
![Page 62: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/62.jpg)
62
• ρ1: espressa come fattore moltiplicativo• z : compare come rapporto con x=AB/2 e a• ρa: è funzione di k cioè il rapporto tra ρρρρ2/ρρρρ1
ΑΒ/2
ρa
Modelli di resistività;1,2,3,4Risposta teorica: Curve di resistività
apparente (dispositivo Schlumberger simmetrico)
Rapporto
È uguale per tutti i modelli
Forma della curva è simile
![Page 63: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/63.jpg)
63
Qualche considerazione:
• In una sequenza di strati paralleli (1D) la forma della curva di ρa dipende solo dal rapporto ρρρρ2/ρρρρ1
• I valori di z ‘spessore’ e di ρρρρ1 spostano la curva lungo l’ascisse/l’ordinata rispetto ad un modello avente i valori di z, ρρρρ1 unitari concetto base abaco
• Calcolando ρρρρa per una serie di valori del rapportoρρρρ2/ρρρρ1 si possono ottenere nn curve che possonoessere raccolte in un graficodenominato abaco :a 2, 3, 4, 5 terreni.
![Page 64: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/64.jpg)
scale log.
AB/2 (m)64
punto croce (1,1)AB/2=h=1ρρρρ1=1
Metodo di inversione grafico:abaco a due terreni
AB/2 (m)
+
Abaco2 terreniρρρρ2/ρρρρ1p. croce
valori di z1 e ρ1 si annotano sul grafico della curva sperimentale
(calcolati due parametri)
Dal rapporto
si calcola il valore
della resistività reale del secondo strato; per un modello a 2 terreni il secondo strato è denominato
SUBSTRATO ELETTRICO
z1
ρρρρ1
![Page 65: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/65.jpg)
65
Procedura grafica:-si utilizzavano abachi a 2/3/4 e 5 terreni -si sovrapponeva la curva sperimentale all’abaco teorico della stessa configurazione elettrodica (in questo caso l’abaco è per Wenner. Ordinata: log(ρρρρa/ρρρρ1), ascissa: a/z, le curve: rapporto ρρρρa/ρρρρ1 per coefficienti di riflessione (k) nel range (-1 - 1),-nella sovrapposizione si traslava la curva sperimentale, mantenendo gli assi paralleli, fintanto che non si trova una curva teorica che ricalca quella sperimentale,-a questo punto si annotava il valore di k,
-si annotavano anche le coordinate, sul
grafico sperimentale, del punto croce
dell’abaco teorico.
Inversione grafica (1D) delle curve di resistività apparente:Sondaggio Elettrico Verticale SEV (wenner) – abaco a due terreni
Abaco a due terreniKeller e Frischknecht, 1966
![Page 66: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/66.jpg)
66
Procedura grafica …continuazione..
-le coordinate del punto croce definiscono i
rapporti: ρρρρa/ρρρρ1 e a/z,
-il valore di k definisce il rapporto ρ2/ρ1
-alla fine si calcola la profondità della
discontinuità, i valori di resistività ρ1 e ρ2.
NB: questa procedura è stata utilizzata da
tutti i geofisici per invertire le curve SEV
direttamente sul campo fino agli inizi degli
anni 1990 dopo di chè sono stati sviluppati i
codici di calcolo per effettuare l’inversione in
maniera numerica con la diffusione dei PC.
Nelle diapositive: 112 e 113. Il codice Excel si
trova nella cartella /software/ all’interno
della cartella /materiale didattico/
Keller e Frischknecht, 1966
Inversione grafica (1D) delle curve di resistività apparente:Sondaggio Elettrico Verticale SEV (wenner) – abaco a due terreni
![Page 67: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/67.jpg)
67
Abachi ad 3, 4, 5, … strati:
• Il numero delle curve di ρa caratteristiche di terreni con numero di strati crescente cresce a dismisura; ciò che è stato sostituito con l’utilizzo dei software dedicati tipo Res1D,
• essendo i modelli 1D non tengono in considerazione presenza eventuale di variazioni laterali, il loro utilizzo è diventato molto raro grazie soprattutto agli sviluppi HW/SF, le tecniche utilizzate sono di 2D/3D e qualche volta anche 4D(quarta dimensione: il tempo)
![Page 68: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/68.jpg)
68
Limitazioni SEV o in generali ai metodi che misuran o la resistività elettrica in 1D
Modello di sottosuolo con contatto laterale
viola il concetto 1D
Curve di resistività apparente simulate (configurazione Schlumberger)
Effetto eterogeneità laterale si inizia ad apprezzare quando AB/2 = distanza della discontinuità
ρρρρ1 ρρρρ2
presenza di cuspidi indicanoeterogeneità laterale localizzati ad una distanza pari almeno alla distanza AB/2
(AB/2)/d
( ρρ ρρa
/ρρ ρρ i
)
Le curve riportate nella figura sono normalizzate rispetto ai valori di resistività apparente di un strato omogeneo (ordinata) e le distanze lungo l’ascissa sono normalizzate: AB/2 rispetto alla distanza della discontinuità (d) dal centro del dispositivo elettrodico. : valore di variazione della resistività dell’eterogeneità
![Page 69: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/69.jpg)
69
SEV o in generali ai metodi che misurano la resisti vità elettrica in 1D
Curva di resistività apparente compatibile con una sequenza 1D ma la struttura del sottosuolo non è 1D,
Soluzione:
Effettuare altri profili ed di cui almeno 1 perpendicolare agli altri
(AB/2)
( ρρ ρρa
))
sottosuolo 1Dsottosuolo non 1D
![Page 70: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/70.jpg)
Geoelettrica: limitazioni al metodo geoelettrico soprattutto nel caso di inversione dati in 1D
70
![Page 71: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/71.jpg)
Geoelettrica: limitazioni al metodo geoelettrico soprattutto nel caso di inversione dati in 1D ma !!2D
71
/T
S
![Page 72: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/72.jpg)
Equivalenza: limitazioni al metodo geoelettrico
curva tipo K
72
ρ1=1, h=1 mρ2=20, h=1 m
ρ2=10, h=2 mρ2=5, h=4 m
ρ1=1, h=1 m ρ1=1, h=1 m ρ1=1, h=1 m
ρ2=40, h=0.5m
ρ3=0.2ρ3=0.2
ρ3=0.2
ρ3=0.2
modelli a tre strati – tipo K
Resistenza trasversale (II strato) di tutti i
modelli è uguale ovvero T=20
![Page 73: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/73.jpg)
curva tipo H
S=0.2
S=0.2S=0.2
S=0.2
Geoelettrica: limitazioni al metodo geoelettrico equivalenza
73
ρ1=100, h=1 m
ρ2=2.5, h=0.5m
ρ3=infρ3=inf
ρ3=inf
ρ3=inf
ρ1=100, h=1 m ρ1=100, h=1 m
ρ2=10, h=2 m
ρ2=20, h=4 m
modelli a tre strati – tipo H
ρ1=100, h=1 m
ρ2=5, h=1 m
Conduttanza longitudinale (S) (II strato) di
tutti i modelli è uguale ovvero T=0.20
![Page 74: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/74.jpg)
Geoelettrica: limitazioni al metodo geoelettrico soprattutto nel caso di inversione dati in 1D ma !!2D
74
(B) Soppressione
Si verifica quando l’elettrostrato intermedio in un modello a tre strati, è molto sottile quindi non produce effetti che possono essere misurati in superficie. In questo caso lo strato non può essere riconosciuto nella curva di resistività/caricabilità apparenti.Dal punto di vista teorico vale la seguente regola:
, lo strato non può
essere riconosciuto
Resistività(Ohm.m)
h(m)
Prof.(m)
Interpretazione -01
H
600 6 6 Sabbia asciutta
20 30 36 Argilla limosa
1000 - - Substrato (calcareo)
Resistività(Ohm.m)
h(m)
Prof.(m)
Interpretazione-02
HA
600 6 6 Sabbia asciutta
20 30 36 Argilla limosa
250 3 39 Substrato alterato
1000 - - Substrato (calcareo)
curva tipo H o HA
![Page 75: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/75.jpg)
Geoelettrica: limitazioni al metodo geoelettrico soprattutto nel caso di inversione dati in 1D ma !!2D
75
(B) Soppressione
Si verifica quando l’elettrostrato intermedio in un modello a tre strati, è molto sottile quindi non produce effetti che possono essere misurati in superficie. In questo caso lo strato non può essere riconosciuto nella curva di resistività/caricabilità apparenti.Dal punto di vista teorico vale la seguente regola:
, lo strato non può
essere riconosciuto
Resistività(Ohm.m)
h(m)
Prof.(m)
Interpretazione -01
Q
800 30 30 Sabbia asciutta
30 - - limo
Resistività(Ohm.m)
h(m)
Prof.(m)
Interpretazione-02
Q
800 30 30 Sabbia asciutta
200 3 33 Ghiaia con sabbia
30 - - limo
curva tipo Q
![Page 76: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/76.jpg)
76
Geoelettrica: i codici di inversione permettono di effettuare analisi statistica per cercare un numero limitato di modelli fisicamente e numericamente equivalenti (cioè producono curve di resistività apparenti simili tra loro. Un esempio è riportato di seguito.
Incertezza aumentaNella determinazione del valore del parametro ‘resistività’
Incertezza aumentaNella determinazione del valore del parametro ‘profondità’
(resistività (Ohm.m)
Pro
fon
dit
à (m
)*1
00
![Page 77: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/77.jpg)
77
Geoelettrica: 1D
Quadripoli elettrici
principalmente utilizzate nelle indagini geoelettriche
Possono essere utilizzate per effettuare
SEV (1D) (quasi abbandonati dal 2000) quindi poco utilizzati!!
interpretazione geofisica dei dati dei SEV
(1) Uso degli abachi (procedura usata fino agli anni < 2000)
(2) Uso codici di calcolo per l’inversione dei dati. Un esempio (Res1D) ne vedremo più avanti come si usa.
è una procedure complesse che parte dalla soluzione dell’equazione di Laplace integrata con le condizioni al contorno
ed infine si applica un processo iterativo di regressione per la minimizzazione degli errori nel senso dei minimi quadrati
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78
Inversione dei dati di resistività apparentedi caricabilità apparente
• In 1D
• Codice Res1D
Il software permette di:
- Effettuare il calcolo diretto fornendo i parametri del modello(spessore, resistività/caricabilitàapparente e passo di campionamento: AB/2 per dispositivo Schlumberger simmetrico o a per dispositivo Wenner
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79
Inversione dei dati di resistività apparentedi caricabilità apparente
• In 1D
• Codice Res1D
Il software permette di:
- Effettuare il calcolo diretto fornendo i parametri del modello(spessore, resistività/caricabilitàapparente e passo di campionamento: AB/2 per dispositivo Schlumberger simmetrico o a per dispositivo Wenner
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80
Inversione dei dati di resistività apparentedi caricabilità apparente
• In 1D
• Codice Res1D
Il software permette di:
- Effettuare il calcolo diretto fornendo i parametri del modello(spessore, resistività/caricabilitàapparente e passo di campionamento: AB/2 per dispositivo Schlumberger simmetrico o a per dispositivo Wenner
- Esempio di calcolo diretto di un modello a 2 elettrostrati
valori di a o AB/2Interdistanza tra gli elettrodi
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81
Inversione dei dati di resistività apparentedi caricabilità apparente
• In 1D
• Codice Res1D
Il software permette di:
- Effettuare il calcolo diretto fornendo i parametri del modello(spessore, resistività/caricabilitàapparente e passo di campionamento: AB/2 per dispositivo Schlumberger simmetrico o a per dispositivo Wenner
valori di a o AB/2Interdistanza tra gli elettrodi
![Page 82: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/82.jpg)
82
Calcolo diretto ed Inversione dei dati di resistività apparentedi caricabilità apparente
• In 1D
• Codice Res1D
Il software permette di:
- Effettuare il calcolo diretto fornendo i parametri del modello(spessore, resistività/caricabilitàapparente e passo di campionamento: AB/2 per dispositivo Schlumberger simmetrico o a per dispositivo Wenner
valori di a o AB/2Interdistanza tra gli elettrodi
Valori curva resistività apparente
![Page 83: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/83.jpg)
83
Inversione dei dati di resistività apparente
Errore RMS dopo ogni iterazione
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Procedura di inversioneil caso 1D
A) Dati osservati (sperimentali) dei SEV in questo caso (1D)• Curva di resistività/caricabilità apparente• Distanza elettrodica,• Configurazione elettrodica B) Iniziare il processo di inversione (richiede la presenza di un
modello quindi si effettua un calcolo diretto per generare il modello iniziale, il calcolo diretto si basa su formulazione analitica ma generalmente numerica (soprattutto quando si tratta di problemi non lineari). Ciascun algoritmo ha dei criteri che devono essere studiate al fine di poter giudicare la possibilità o meno di utilizzare questo algoritmo e quali sono le limitazioni.
C) Confronto dati teorici con quelli sperimentali= due scelte:• I dati teorici ricalcano la maggiore parte dei dati sperimentali
(errore medio quadratico RMS è 5-10%) (E)• I dati non fittano bene == i parametri del modello vengono
modificati poi si ripetono le fasi B e C fintantoché il numero delle iterazione non raggiunge il numero massimo fissato oppure l’errore RMS diventa piccolo (<5-10%) =E
Numero iterazioni
< 10
E) Procedura di ‘inversione’ automatizzata è conclusa= modello accettato
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85
Calcolo diretto ed Inversione dei dati di resistività apparentedi caricabilità apparente
+ Valori curva resistività apparente
Valori curva resistività apparenteCalcolati in base ai parametri del modello
Modello (resistività e profonditàelettrostrati
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Geoelettrica: esempioSondaggio Elettrico verticale (SEV) – tecnica obsoleta –fornisce modelli 1D del sottosuoloCodice di forward modeling ed inversione: Res1D(free: http://www.geotomosoft.com/downloads.php )
NB: presente nel sito di UNIFEE come materiale didattico
Data inputSEV / Wennera:da 1m -1500 m
Manuale e tutorial: res1d.pdf
Curva di resistività apparenteSEV – Wenner alfa
modello 1Dresistività e
spessore
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87
Geoelettrica: Sondaggio Elettrico verticale (SEV)Codice di forward modeling ed inversione: Res1D
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Geoelettrica: Sondaggio Elettrico verticale (SEV) –Codice di inversione: ‘Res1D (free)‘
88
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Geoelettrica: esempioSondaggio Elettrico verticale (SEV) – tecnica obsoleta –fornisce modelli 1D del sottosuoloCodice di inversione: Res1D
Litologia
10
20
30
40
50
60
70
prof. (m)
sabbia
argilla
Errore=4.5%
89
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Il metodo geoelettricoparte 7
N. Abu Zeid
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Quadripoli elettrici
principalmente utilizzate nelle indagini geoelettriche
Possono essere utilizzate per effettuare
SEV (1D) (quasi abbandonati dal 2000) quindi poco utilizzati!!
ERT (2D)
ERT (3D)
ERT (4D) monitoraggio
(misure ripetute nel tempo)
Dispositivi elettrodici validi anche per indagini
di polarizzazione indotta91
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Interpretazione quantitativa (inversione) dei dati di resistività apparente acquisiti con modalità 1D (SEV)
(quasi abbandonati dal 2000) quindi poco utilizzati!!
http://geophys.geol.msu.ru/Basic_IP2_Win_Tutorial.pdf
http://geophys.geol.msu.ru/ipi2win.htm
versione free può interpretare fino a 10 SEV lungo un profiloUtilizza il concetto del ‘lateralconstraint dei dati dei modelli’ per produrre una sezione di resistività in pseudo2d acquista con dei SEV
92
![Page 93: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/93.jpg)
93
1D = 2D = 3D
Direzione di misura della resistenza unitaria al fine di determinare la resistività apparente. I codici di inversione sono di 3 tipi: 1D, 2D e 3D in relazione al tipo di acquisizione dati.
NB: non si raccomanda l’uso dei SEV quando è possibile effettuare profili in 2D con la tecnica ERT
![Page 94: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/94.jpg)
94
Geoelettrica: nel caso di iniezione di corrente alternata occorre prestare molta attenzione anche alla resistività elettrica del sottosuolo
Il codice di calcolo Res2dmodPermette di calcolare la risposta Elettrica in termini di resistività apparente ed utilizzando diversi dispositivo elettrodici.
NB: scaricare il codice Res2dinvsul proprio PC.
Sarà spiegato a lezione con esempi applicativi
![Page 95: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/95.jpg)
Granito-gniess breccia granito-gniess
Quadripoli elettrici: Schlumberger a simmetrico – situazione tipica di un sottosuolo 2D
95
ρa
Distanza (m)
contatti laterali
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96
ρρρρz
Limitazioni delle tecniche basate su modelli 1D (SEV) ed il passaggio obligatorio a tecniche basate su modelli 2D; tecnica della tomografia della resistività elettrica (Electrical Resistivity Tomography, ERT)
ρρρρ1111
ρρρρ2222
ρρρρ3333
ρρρρνννν
Sondaggio Elettrico Verticale
(SEV) “~CPT”
S.E.Orizzontali o profili di resistività in 2D
Fornisci modelli 1Dcon strati estesi fino all’infinito
e caratterizzati da valori omogenei di resistività
Fornisce modelli 2D quindi variazioni laterali e verticali
di resistività e di polarizzazione indotta
ρρρρ1111
ρρρρ2222
ρρρρy
ρρρρxB
AM
N
Tecnicaraccomandata
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ρ1ρ1ρ1ρ1
ρ2ρ2ρ2ρ2
ρ3ρ3ρ3ρ3
ρ4ρ4ρ4ρ4
ρ1ρ1ρ1ρ1
ρ2ρ2ρ2ρ2
1D = 2D = 3D
3D: n. 5 profili ERTArea: paleoalveo nell’area NE di Ferrara (loc. Malborghetto)Volumi di resistività con valori > 40 Ohm.m indicano il corpo di sabbia limosa del paleoalveo.Migliorare il modello geo-idrogeologico concettuale -: profili 2D di resistivitàMetodo di interpolazione dei dati in 3D: Geostatistica in 3D
Limitazioni dell’inversione grafica (1D) o numerica delle curve di resistività apparente acquisite su terreni interessati da eterogeneità laterale. Questa limitazione viene superata con acquisizione ed inversione dati di resistività/caricabilità apparenti in 2D o 3D
97
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98
Geoelettrica in 3D: concetto
I: elettrodo di corrente, normalmente ‘A’P: elettrodo di potenziale, normalmente ‘M’°: posizione di un elettrodo
NB: generalmente si usa per investigare aree di dimensioni piccole (5 m …..10/20m)NB: di recente sono stati sviluppati georesistivimentri, normalmente, riceviotri ovvero dipoli di potenziale che muniti di sistemi GPS per acquisire il tempo possono acquisire i dati da remoto eleminando il problema dei lunghi cavi da disporre sul terreno soprattutto in aree urbane
La figura di fianco illustro il Concetto di indagine geoelettricaIn 3D
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99
Applicazione: indagine geoelettrica nella grotta di Fumane del paleolitico sita a nord di Verona
Profilo ERT 2D (polo-polo) illustrato nella slide successiva
Modello topografico (laser-scanner 3D)Unife
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100
Quadripoli elettrici: Wenner, Schlumberger, ..etc
A M N Ba a a
17 April 2012(A). corrente di intensità :
(Volt) d.d.p. :
(m) geometrico fattore :
m)(apparente àresistivit :
:
I
V
k
doveI
Vk
a
a
∆
Ω
∆=
ρ
ρ
litotipo Resistività (Ωm)
Acqua 10-100 Acqua di mare 0.2-0.3 Sabbie sciolte secche 1000 Sabbie sciolte sature in acqua dolce 80-150 Limi saturi in acqua dolce 15-50 Argille in acqua dolce 5-20 Ghiaie asciutte >1000 Ghiaie sature in acqua dolce 150-300 Calcari 500-2000 Dolomie 1000-5000 Marne 10-100 Basalti 20-2000
La resistività elettrica
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Resistenza (Ohm)V(A)-V(B): d.d.p. (Volts o mVolts)
terreno
Concetto della ERT/IPT. Modalità tomografica computerizzata
A+ C-P+ P-C+ C-P+ P-C+ C-P+ P-C+ C-P+ P-C+ C-P+ P-C+ C-P+ P-C+ C-P+ P-C+ B-P+ P-
Wenner (α)
La d.d.p. È funzione della corrente circolante e la resistività del mezzo
101Slide simulazione ‘ERT’ fornita in un file powerpoint (pps) separato
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102
I : corrente circolante (Amer)
∆V: differenze di potenziale (Volt)
Particolare di acquisizione dati geoelettrici a
San Carlo (Sant’Agostino, FE)
Ricerca di anomalie nella risposta elettrica del sottosuolo?
È una TAC (medincina) a tutti gli effetti
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Acquisizione dati: modalità tomografica (Wenenr ‘alfa’)
A M N Ba a a
2a 2a 2aA M N B
reading No. 1
reading No. 2
reading No. 3
A M BN3a 3a3a
electrodes layout
Georesistivity meter
A e B : current electrodesM e N: potential electrodesa : interelectrode distance
apparent resistivity point positionapp
aren
t de
pth
(m)
103
![Page 104: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/104.jpg)
(ERT/IPT)Schema acquisizione dati ERT/IP
104
Una sequenza di quadripoli pre-impostata dal geofisico viene eseguita tramite il georesistivimetro multicanale
sequenza di acquisizione dei dati
paleoalveozona di Pincara (RO)
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a
b
Rappresentazione dati di resistività apparente acquisiti in modalità tomografica== pseudosezione
Pro
fon
dit
à ap
aren
te(m
)
105
![Page 106: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/106.jpg)
106
Costruzione protocolli o sequenze per l’acquisizione automatica dei dati di resistività elettrica/caricabilitàelettrica in modalità tomografica 2D/3D
1TOM16-161 4 2 34 7 5 67 10 8 910 13 11 1213 16 14 152 5 3 45 8 6 78 11 9 1011 14 12 133 6 4 56 9 7 89 12 10 1112 15 13 141 7 3 57 13 9 112 8 4 68 14 10 123 9 5 79 15 11 134 10 6 810 16 12 145 11 7 91 10 4 72 11 5 83 12 6 9
![Page 107: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/107.jpg)
Geoelettrica: pseudosezioni di alcuni dispositivi elettrodici: Wenner-Schlumberger con prolungamento lungo il profilo (tecnica Roll-along)
Wenner-Schlumberger-6
-5
-4
-3
-2
-1
00 5 10 15 20 25 30
Distanza (unità)
Pro
f. A
pp. (
unità
*0.1
7)
208 misure
Rollalong Wenner-Schlumberger
15 20 25 30 35 40
Distanza (unità)
115 misure
107
![Page 108: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/108.jpg)
Geoelettrica: pseudosezione di resistività apparente determinata sperimentalmente: dispositivo elettrodico: Wenner-Schlumberger (misto) con
prolungamento lungo il profilo (tecnica Roll-along)
profilo ERT continuo
1° spostamento
2° spostamento
,…..
108
![Page 109: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/109.jpg)
Geoelettrica: pseudosezioni di alcuni dispositivi elettrodici: Wenner, Wenner-Schlumberger e Dipolo-Dipolo. Osserva il numero dei dati acquisiti e le zone d’ombra caratteristiche di ciascun pseudosezione
Wenner
Wenner-Schlumberger
Pse
ud
o-p
rofo
nd
ità
in f
un
zio
ne
di n
Dipolo-Dipolo assiale
zona d’ombranessun dato è presente
109
estensione ridotta della zona d’ombra!!!!
![Page 110: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/110.jpg)
Metodo geoelettrico di resistività (Tomografia elettrica)Sito di Macaronte: Giordania (il castello dove è morto Giovanni Battista)Condizioni difficili a causa dell’elevata resistenzadi contatto tra elettrodo e terreno
110
![Page 111: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/111.jpg)
A
BC
D
W EBorehole 1 Borehole 2
Distance (m)
sabbia marina
Distribution of resistivity samples against depth
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10
Dep
th (m
)
Silty clay
Silty sand
Sand
Ωm
A: argille organiche in acqua dolceB: limi e argille in acqua salmastraC: sabbie marineD: sedimenti alluvionali
pre-olocenici
Esempio: area costiera ferrarese
111
Condizioni difficili a causa del ridotto contrasto di resistività elettrica tra i diversi corpi di sedimenti incoerenti saturi di acqua salata.
Paper: Near Surface Geophysics, 2004
![Page 112: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/112.jpg)
Sensitività configurazioni elettrodiche in geoelettrica
La sensitività è un parametro che quantifica il contributo, di una certa regionedel sottosuolo sotto il profilo di misure ERT (2D/3D), in termini di d.d.p. misurabile in superficie o in foro, al variare della resistività della stessa regione. Valori elevati indicano maggiore contributo e vice versa. La sensitività inoltre fornisce indicazioni sull’effettiva profondità di esplorazione raggiunta.La sensitività (S: derivata di Frechet) di un quadripolo elettrodico (posizioneelettrodi AB: sorgente e MN: ricevitori) è espressa dal prodotto scalare( della densità di corrente alla sorgente: dipolo di corrente(JAB) ed ai ricevitori: dipolo di potenziale (JMN) di un volume di terreno.
112
v: volume regione con resistività
nota/assuntaI: Intensità corrente della sorgente
Js: densità di corrente
Dipolo AB o MN
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113
Quadripoli elettrici: profondità media di investigazione (Ze) in funzione della distanza tra gli elettrodi (a) e della lunghezza totale del profilo (L=lunghezza massima profilo) e del valore di ‘n’ multiplo di a (configurazioni dipolari).
non abbiamo studiato questa configurazionevedremo sul terreno come si fa
Come sono disposti gli elettrodi?
![Page 114: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/114.jpg)
Quadripoli elettrici: profondità di investigazione
114
0.867*AM
![Page 115: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/115.jpg)
Rapporto
profondità/spessore
=1
10 Ωm
10 Ωm
100 Ωm
10 Ωm
10 Ωm
100 Ωm
10 Ωm
10 Ωm100 Ωm
Geoelettrica: Risoluzione verticaleNel caso 3 non è possibile sentire l’effetto dello strato; notare l’enorme contrasto di resistività
Rapportoprofondità/spessore=0.1
Rapportoprofondità/spessore=0.05
Sequenza elettrostratigrafica: 10 Ω m, 1 m , 100 Ω.m (prof. tetto 1 m (RT = 1), a 10 m (RT = 0.1), a 20 m (RT = 0.05)
Tipo: KTipo: K!
Tipo:?
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116
Quadripoli elettrici: sensitività – sottosuolo omogeno
BA M N
BA M N
BA M N
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117
Sensitività in geoelettrica:
È un utile strumento per la pianificazione di campagne di misure in 2D ma soprattutto in 3D. Consente di valutare geometria per la disposizione degli elettrodi e quale dispositivo usare e quali misure da effettuare e quali da eliminare perché il loro contributo alle misure di d.d.p. è minimo, basso o trascurabile.
nxa=1
nxa=2
nxa=4
sensitivity pessima
Sensitività molto bassa
Sensitività bassa
n: multiplo di ‘a’ distanza tra gli elettrodi
bassa
alta
Dipolo-Dipolo assiale
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118
Analisi sensitività –dispositivo Wenenr(α, β, γ)Semispazio omogeneoPseudoprofondità:(1/4 -1/6)*n (n=c1p1/p1p2 )
a=1
a=1
a=1
sensitivityàpessima
sensitività pessima
sensitività pessimabassa
alta
• ha un buono rapporto S/R
• È sensibile ai contatti orizzontali tipo stratificazione come si evince dai grafici dell’analisi della sensitività
Wenner
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119
[n=C1P1/P1P2]=1
n=2
n=4
n=[C1P1/P1P2]=2
n=[C1P1/P1P2]=4
sensitività alta
bassa
alta
sensitività alta
sensitività alta
Analisi sensitività –dispositivo Wenenr-SchlumbergerSemispazio omogeneoPseudoprofondità:(1/4 -1/6)*n (n=c1p1/p1p2)
• rapporto S/R inferiore a quello di Wenner
• È sensibile a contatti orizzontali e verticali come si evince dai grafici dell’analisi della sensistività
Wenner-Schlumberger
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120
Analisi sensitività – dispositivo polo-poloSemispazio omogeneo
• ha il migliore rapporto S/R• Profondità di esplorazione massima
(~0.86*L (o AN )• Elevata risoluzione laterale• Bassa risoluzione verticale
Sensitivitàalta
bassa
alta
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121
Analisi sensitività – dispositivo gradienteSemispazio omogeneo
• Risoluzione confrontabile con il DD
• Riduce I tempi di acquisizione
• Elevata densità di dati
• Buon rpporto S/R rispetto al dispositivo DD
Sensitivitàalta
bassa alta
Dahlin e Zhou, 2005
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122
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Discretizzazione dello spazio del modello in celle per l’inversione ovvero per la stima dei parametri del modello (resistività reale)
Si assume un valore medio o un specificoValore di resistività uguale per tutte le celle
valori sperimentali di ρρρρa
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Pseudosezione dei valori di resistività apparente calcolate per 3 modelli di superficie topografica
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125
Procedura di controllo qualità dei dati
(1)Resistività apparente(2)Caricabilità apparente(3)o fase
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Pseudosezione di resistività apparente
Wenner a=5m
a=
a=
a=
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Inversione con dati errati di resistività apparente
Inversione dopo l’eliminazione dei dati errati di resistività apparente
RMS=30%
RMS=4.5%
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Wenner a=3m
Mura Ferrara
11-03-02
prima
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Wenner a=3m
Mura Ferrara
11-03-02
dopo
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Modello 2D
Pseudosezione di resistività apparente calcolata
Pseudosezione di resistività apparente sperimentale
Argilla
Limo argilloso??
Esercitazione ERT a Ferrara
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Root Mean Square Error (RMS)
∑=
−×=m
i s
ts
nRMS
1
2)(1
100ρ
ρρ
ρs: resistività apparente misurata
ρt: resistività apparente calcolata
n: numero dei dati
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132
Pericolosità sismica locale
- Strati potenzialmente liquefacibili- Strati potenzialmente soggetti a
cedimenti
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Profilo ERT – giardino – centro S. Carlo (FE). NW-SE Lunghezza profilo: 46,5 m. 7-06-2012. Terremoto Emilia 20 maggio 2012Ml:5.9 prof. 6.3 km, epicentro 30 km a SW di Ferrara. PGA: 303 gal
Effetti di sito: effetti della liquefazione-lateral spreading133
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Frattura a Est di San Carlo (FE)ERT 2D-2012
Frattura nel giardino di Via Gramsci a S. Carlo
Continuazione della fratturaverso SW di S. Carlo
134
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Profilo ERT – giardino – centro S. Carlo (FE)
Frattura marcia piedimuro
giardino
Frattura in superficie
Zona del marcia piede danneggiato
probabile dislocazione nellostrato di argilla/argilla limosa?
posizione di frattura in superficie
SENWA-ALL-LS
Sabbia asciuttafenomeni di lateral
spreading
BH
L-LS
sabbia liquefatta8.5-11 m
8m
135
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cortesia del Prof. Riccardo Caputo (UNIFE). Trincea: L:60 metri, prof.: 5 metri
profilo di resistivitàeffettuato prima dello scavo
60m
136
![Page 137: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/137.jpg)
Spostamenti verticali di circa 10-12 cmTrincea – Sant’Agostino (giugno-luglio, 2012)
dicchi o condotte chehanno portata acqua esabbia in superficie
137
![Page 138: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/138.jpg)
Electrical Resistivity Tomography investigations on liquefaction and fracturing phenomena at San Carlo, Italy.Abu Zeid N.*, Bignardi S.*, Caputo R.*, Santarato G.*, Stefani M.**) Dept. Earth Sciences, University of Ferrara,
Annals of geofisica (vol. 55, INGV-2012) (articolo in inglese)
fratture
Fratture “F”138
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139
profili 2D (ERT), Alto Ferrarese. Liquefazione
Edificio pesantementeDanneggiato poi demolito, gli altri edifici hanno subitodanni ma non hanno portatoalla demolizione ?
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140
Modello 2D (ERT), Alto Ferrarese
L’edificio severamente danneggiato è posto su un terreno dove manca lo strato di argilla per cui si pensa che il materiale limoso sabbioso sia stato liquefatto
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Acquisizione dati: IN acqua (3D)
141
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142
![Page 143: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/143.jpg)
Acquisizione dati di tomografia elettrica su muratura (2D)
Sito: Venezia (Rio Malpaga)
143
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144
![Page 145: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/145.jpg)
Geoelettrica: in acqua – effetto della resistività dell’acqua
NB: occorre conoscere la resistività dell’acqua per invertire correttamente i dati
![Page 146: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/146.jpg)
Geoelettrica: in acqua – effetto della resistività dell’acqua
NB: occorre conoscere la spessore dello strato d’acqua per invertire correttamente i dati
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147
Geoelettrica: in acqua – effetto della resistività dell’acqua
Water bottom electrical tomography in the river Tiber.Orlando et al., 2007 (Sapienza, Roma)
![Page 148: Geofisica Applicata Scienze Geologiche LM Geoelettrica AA](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081523/62bb9b05c5444936e52cfc93/html5/thumbnails/148.jpg)
Il metodo geoelettricoEsercitazione nell’aula lab informaticoUso Res1D
Fine parte 7
N. Abu Zeid