Prospezione elettrica

Allo scopo di indagare con maggiore dettaglio l’assetto litologico-stratigrafico locale, è stata condotta una prospezione elettrica di superficie. La prospezione elettrica, ed in particolare il metodo attivo della resistività, consiste nell’immissione nel terreno di una corrente continua;

dalla disposizione delle postazioni di immissione e dalla conduttività elettrica del sottosuolo, dipende la configurazione del campo elettrico che viene misurato in superficie (in pratica si misura il gradiente di potenziale tra due punti di misura, provocato dalla circolazione della corrente immessa). Tale metodologia risulta particolarmente efficace quando gli elettrostrati (strati di terreno elettricamente omogenei e isotropi) risultano sufficientemente differenziati

nei termini dei parametri elettrici. Nello specifico, è stato effettuato un sondaggio elettrico verticale utilizzando il dispositivo elettrodico quadripolare Schlumberger; l’ubicazione dello stendimento elettrico SEV1 è indicata nella planimetria allegata a fine testo.

A seguire si riporterà qualche cenno metodologico del sondaggio elettrico verticale (S.E.V.) effettuato con il dispositivo elettrodico quadripolare simmetrico Schlumberger, con l’intento di facilitare la comprensione dei risultati sperimentali.

Schema di esecuzione di un sondaggio elettrico con il quadripolo Schlumberger

Il S.E.V. realizzato con la geometria Schlumberger consiste in una serie di determinazioni sperimentali (intensità di corrente e differenza di potenziale) effettuate distanziando progressivamente, lungo un azimut costante e rispetto al centro che rimane fisso, gli elettrodi (2) esterni di corrente (chiamati convenzionalmente A e B) e gli elettrodi (2) interni di potenziale (chiamati M ed N). Tutto l’apparato strumentale è collegato ad un sistema centrale ove sono posizionate la sezione energizzante (gruppo elettrogeno) e le strumentazioni di misura. Nella misura della differenza di potenziale può sorgere un inconveniente legato alla presenza nel terreno di disturbi (correnti) naturali o artificiali; per risolvere il problema è connesso in serie al circuito ricevente un soppressore di potenziali indesiderati presenti nel sottosuolo. Il parametro geofisico ricercato è la resistività (r), che possiamo considerare come una caratteristica intrinseca del mezzo (nel caso specifico il terreno) attraversato da una corrente elettrica; la resistività (espressa in Ohm*m) è definita dalla relazione (V/I)*K dove V è la differenza di potenziale, I è l’intensità di corrente e K è un coefficiente geometrico dipendente dalla geometria elettrodica utilizzata. La finalità del S.E.V. è quella di accertare la distribuzione verticale della resistività in corrispondenza del

centro del quadripolo; esso presenta la sua massima efficacia nell’ipotesi di sottosuolo con stratificazione piana e parallela al piano campagna. Dato che il volume di terreno interessato dal campo elettrico è strettamente connesso alla distanza tra gli elettrodi di corrente, nel caso ad esempio di due elettrostrati paralleli alla superficie del piano campagna, aumentando progressivamente la distanza AB, avremo che volumi di terreno sempre maggiori saranno interessati dalle linee di corrente sino a comprendere porzioni del secondo elettrostrato. La resistività che così si determina in superficie non è ne quella del primo elettrostrato né quella del secondo, ma una resistività apparente (r_a). Quest’ultima dipende dalle resistività vere dei due terreni e dallo spessore. Operativamente, gli elettrodi di corrente AB si distanziano più rapidamente, cioè, a parità di MN, vengono effettuate più determinazioni sperimentali per altrettante posizioni crescenti degli elettrodi AB fino a quando la differenza di potenziale V, per quella data intensità di corrente I circolante, può essere rilevata con sicurezza. Quando il segnale V diventa tanto debole da confondersi con il disturbo ambientale sarà necessario distanziare gli elettrodi di misura MN mantenendo fissi quelli di energizzazione AB; così facendo si ottengono, per uno stesso valore di AB, due determinazioni di r_a ed il diagramma risultante si presenterà quindi costituito da più tratti curvi che, in sede di interpretazione, sarà necessario normalizzare (rendere continui). L’immissione di corrente nel terreno ad ogni determinazione sperimentale avviene prima in un verso e poi nell’altro; se non vi sono errori sperimentali o anisotropie superficiali il valore assoluto delle due misure, per questioni di simmetria, deve essere lo stesso. Lo spettro di sottosuolo direttamente investigato in profondità dal flusso di corrente può assimilarsi, secondo l’esperienza, pari ad 1/4÷1/5 della distanza tra gli elettrodi di corrente AB. In realtà, anche se questa regola generale può essere utilmente considerata nella programmazione di una campagna geoelettrica, la profondità di investigazione è controllata dal contrasto di resistività tra gli elettrostrati presenti, dalla loro potenza e dalla loro profondità. In ultima analisi, l’esecuzione di un S.E.V. mira a calcolare una serie di valori ra, ottenuti facendo variare la configurazione elettrodica secondo una progressione stabilita, che, diagrammati su scala bilogaritmica, individuano una curva di resistività apparente la cui interpretazione consente di valutare la resistività vera e lo spessore degli elettrostrati presenti nel sottosuolo in corrispondenza del centro di misura;

naturalmente il modello geofisico andrà opportunamente calibrato, sia sulla base di sondaggi meccanici di taratura, sia sulla base di valori standard di resistività misurati sperimentalmente per i vari tipi litologici. Nella realtà i valori di resistività risultano fortemente influenzati, dalla presenza più o meno abbondante, di acqua di impregnazione

nei terreni investigati. Ad esempio una sabbia asciutta possiede una resistività molto elevata rispetto alla stessa sabbia imbibita d’acqua dolce. La stessa sabbia imbibita di acqua di origine marina (salata) avrà, mediamente, valori di resistività ancora più bassi.

Intervalli di variazione della resistività elettrica per varie rocce e terreni

L’analisi e l’interpretazione dei dati di campagna è stata effettuata preliminarmente per confronto con curve teoriche precalcolate (metodo del punto ausiliario di Ebert con le curve di Orellana-Mooney) e successivamente tramite uno specifico programma di calcolo (SEV vers. 2.0 della PASI s.r.l.). Il programma, attraverso la procedura di inversione automatica, genera automaticamente un modello elettrostratigrafico (curva teorica) che giustifica i dati di resistività apparente misurati in campagna e immessi su apposita scheda elettronica.

L’interattività grafica del programma consente successivamente di modificare il modello elettrostratigrafico del terreno, allo scopo di ottenere una curva teorica che si sovrapponga al meglio (fitting) alla curva sperimentale normalizzata e che sia compatibile con tutte le informazioni litologico-stratigrafiche disponibili. Nella procedura di interpretazione, spesso non vengono considerati (fittati) alcuni dati sperimentali, con l’obiettivo di creare curve ad andamento scientificamente accettabile. Ad esempio, inclinazioni delle curve sperimentali superiori di 45° non sono accettabili nei termini delle condizioni di input del metodo della resistività.

La metodologia sopra esposta ha consentito di definire un modello geofisico del sottosuolo lungo la verticale passante per il centro del SEV1 e di risalire allo spessore e alla resistività reale dei singoli elettrostrati individuati, partendo dai valori di resistività apparente misurati in campagna.

Lo stendimento elettrico è stato effettuato secondo la direttrice NNO-SSE, allargando gli elettrodi AB fino a 56 m; con la citata configurazione quadripolare Schlumberger, sono state effettuate complessivamente n. 15 determinazioni sperimentali distanziate secondo la seguente progressione di AB/2: 1,30 1,70 2,20 2,80 3,60 4,60 6,00 7,70 10,00 -13,00 - 17,00 - 22,00 - 28,00 m, investigando nel dettaglio gli orizzonti del sottosuolo ritenuti più significativi per le finalità dello studio. La spaziatura elettrodica raggiunta, in funzione del dettaglio richiesto, ha permesso quindi di analizzare uno spettro di sottosuolo fino ad una profondità di circa 14 m dal p.c. locale.

I documenti di sintesi delle prospezioni eseguite (resistività misurate, curve teoriche e punti sperimentali) sono riportati negli allegati a fine testo.

L’interpretazione della curva di resistività apparente, correlata con le risultanze geologiche di superficie, consente di individuare la seguente sequenza elettrostratigrafica a partire dal p.c. locale:

 elettrostrato 1 (0,00-0,80 m): resistività: 60 Ohm*m, spessore: 0,80 m,

 elettrostrato 2 (0,80-1,30 m): resistività: 500 Ohm*m, spessore: 0,50 m,

 elettrostrato 3 (1,30-5,80 m): resistività: 1.700 Ohm*m, spessore: 4,50 m,

 elettrostrato 4 (5,80-9,80 m): resistività: 400 Ohm*m, spessore: 4,00 m,

 elettrostrato 5 (da 9,80 m): resistività: 70 Ohm*m.

Le risultanze indicano la presenza di un elettrostrato superficiale relativamente conduttivo (resistività r = 60 Ohm*m) dello spessore di circa 0,8 metri, riferibile alla coltre superficiale, seguito da elettrostrati resistivi (resistività = 400÷1.700 Ohm*m), per uno spessore di circa 9 metri, correlabili ai terreni a prevalente frazione ghiaiosa; più in profondità, a circa 10 metri dal p.c. locale, si segnala un incremento della conducibilità (resistività = 70 Ohm*m) riferibile probabilmente a un significativo contenuto di fine (limi ed argille) nei depositi.