METODI GEOFISICI DI ESPLORAZIONE

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DIPARTIMENTO DI SCIENZE BIOLOGICHE, GEOLOGICHE E AMBIENTALI

Corso di laurea magistrale in Scienze geologiche Anno accademico 2020/2021 - 1° anno

METODI GEOFISICI DI ESPLORAZIONE

GEO/10 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento ANDREA CANNATA

Email: andrea.cannata@unict.it

Ediﬁcio / Indirizzo: Corso Italia 57, Catania Telefono: 095 7195700

Orario ricevimento: 15:00 - 17:00

OBIETTIVI FORMATIVI

L'obiettivo principale del corso è quello di fornire agli studenti gli strumenti necessari per trattare ed utilizzare i dati geoﬁsici in modo da poterne ricavare informazioni sul sottosuolo.

Le principali conoscenze e abilità acquisite riguarderanno:

- i metodi gravimetrici;

- i metodi geomagnetici;

- la sismologia applicata;

- i metodi elettromagnetici;

- la valutazione della risposta sismica locale.

MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'INSEGNAMENTO

Lezioni frontali ed esercitazioni.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni, al ﬁne di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

PREREQUISITI RICHIESTI

Conoscenze di ﬁsica, matematica e ﬁsica terrestre.

FREQUENZA LEZIONI

Obbligatoria.

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CONTENUTI DEL CORSO

Introduzione1: Metodi geoﬁsici e loro applicabilità. Progettazione di una campagna geoﬁsica:

identiﬁcazione dell’obbiettivo, selezione delle stazioni d’intervallo, disturbo.

Introduzione2: Analisi dei dati: conversione analogico-digitale, analisi spettrale, convoluzione, deconvoluzione, correlazione, ﬁltraggio, esercitazioni.

Metodo gravimetrico: Principi ﬁsici, misure di gravità, correzioni alle misure gravimetriche, anomalia di Bouguer, metodi interpretativi (campo regionale e residuo, anomalie dovute a corpi con diverse

geometrie, determinazione della profondità e della massa), applicazioni e case histories, esercitazioni.

Metodo geomagnetico: Principi ﬁsici ed unità del geomagnetismo, proprietà magnetiche delle rocce (suscettività delle rocce e dei minerali), il campo magnetico terrestre (componenti dal campo magnetico terrestre, variazioni temporali del campo), magnetometri, campagna d’indagine magnetica,

interpretazione qualitativa, interpretazione quantitativa (anomalie dovute a corpi con diverse geometrie, determinazione della profondità), applicazioni e case histories.

Sismologia applicata: Onde sismiche, riﬂessione e trasmissione dei raggi incidenti, rifrazione critica, diﬀrazione, attenuazione intrinseca, divergenza sferica, scattering, sorgenti sismiche, individuazione e registrazione delle onde sismiche, esercitazioni.

Sismica a rifrazione: Semispazio e dromocrona delle onde dirette, strato orizzontale e dromocrona delle onde rifratte, strati orizzontali, strato inclinato, rifrattori non-planari, survey, applicazioni e case histories, esercitazioni.

Sismica a riﬂessione: Strato orizzontale e dromocrona delle onde riﬂesse, normal moveout, strati

orizzontali e velocità rms, riﬂessioni multiple, survey e risoluzione orizzontale-verticale, data processing, applicazioni e case histories, attributi e DHI, esercitazioni.

Sismica mediante onde di superﬁcie: curve di dispersione, velocità di fase, velocità di gruppo, metodi attivi (MASW), metodi passivi (ReMi, ESAC, HVSR), esercitazioni.

Ground Penetrating Radar: Principi ﬁsici, proprietà dielettriche del materiale, acquisizione dei dati, analisi dei dati, tecniche interpretative, applicazioni e case histories, esercitazioni.

Risposta sismica locale: spettro di risposta, calcolo della risposta sismica locale, strutturazione di uno studio di risposta sismica locale mediante modellazione numerica, esercitazioni.

TESTI DI RIFERIMENTO

An Introduction to Applied and Environmental Geophysics (Second Edition), J.M. Reynolds, Wiley- Blackwell Editore, 2011.

Fundamentals of Geophysics, William Lowrie, 2011.

An Introduction to Geophysical Exploration, P. Kearey et al., Blackwell Editore, 2002.

Surface wave analysis for near surface applications. Giancarlo Dal Moro.

Manuale pratico di risposta sismica locale. Dal sismogramma allo spettro di progetto con Rexel e Strata.

Dispense.

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ALTRO MATERIALE DIDATTICO

Durante lo svolgimento del corso verrano resi disponibili tramite la piattaforma "Studium" ppt e pdf con le dispense del corso.

PROGRAMMAZIONE DEL CORSO

Argomenti Riferimenti testi

1 Introduzione1: Metodi geoﬁsici e loro applicabilità.

Progettazione di una campagna geoﬁsica: identiﬁcazione dell’obbiettivo, selezione delle stazioni d’intervallo, disturbo.

Dispense. An Introduction to Applied and Environmental Geophysics

(Second Edition), J.M. Reynolds, Wiley- Blackwell Editore, 2011. Capitolo 1.

2 Introduzione2: Analisi dei dati: conversione analogico- digitale, analisi spettrale, convoluzione, deconvoluzione, correlazione, ﬁltraggio, esercitazioni.

Dispense. An Introduction to

Geophysical Exploration, P. Kearey et al., Blackwell Editore, 2002. Capitolo 2.

3 Metodo gravimetrico: Principi ﬁsici, misure di gravità, correzioni alle misure gravimetriche, anomalia di Bouguer, metodi interpretativi (campo regionale e residuo, anomalie dovute a corpi con diverse geometrie, determinazione della profondità e della massa),

applicazioni e case histories, esercitazioni.

Fundamentals of Geophysics, William Lowrie, 2011. Capitolo 2.

4 Metodo geomagnetico: Principi ﬁsici ed unità del geomagnetismo, proprietà magnetiche delle rocce (suscettività delle rocce e dei minerali), il campo magnetico terrestre (componenti dal campo magnetico terrestre, variazioni temporali del campo), magnetometri, campagna d’indagine magnetica, interpretazione

qualitativa, interpretazione quantitativa (anomalie dovute a corpi con diverse geometrie, determinazione della profondità), applicazioni e case histories.

Fundamentals of Geophysics, William Lowrie, 2011. Capitolo 5.5.

5 Sismologia applicata: Onde sismiche, riﬂessione e trasmissione dei raggi incidenti, rifrazione critica, diﬀrazione, attenuazione intrinseca, divergenza sferica, scattering, sorgenti sismiche, individuazione e

registrazione delle onde sismiche, esercitazioni.

6 Sismica a rifrazione: Semispazio e dromocrona delle onde dirette, strato orizzontale e dromocrona delle onde

rifratte, strati orizzontali, strato inclinato, rifrattori non- planari, survey, applicazioni e case histories,

esercitazioni.

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7 Sismica a riflessione: Strato orizzontale e dromocrona delle onde riflesse, normal moveout, strati orizzontali e velocità rms, riflessioni multiple, survey e risoluzione orizzontale-verticale, data processing, applicazioni e case histories, attributi e DHI, esercitazioni.

8 Sismica mediante onde di superﬁcie: curve di dispersione, velocità di fase, velocità di gruppo, metodi attivi (MASW), metodi passivi (ReMi, ESAC, HVSR), esercitazioni.

Dispense. Surface wave analysis for near surface applications. Giancarlo Dal Moro.

9 Ground Penetrating Radar: Principi ﬁsici, proprietà

dielettriche del materiale, acquisizione dei dati, analisi dei dati, tecniche interpretative, applicazioni e case histories, esercitazioni.

10 Risposta sismica locale: spettro di risposta, calcolo della risposta sismica locale, strutturazione di uno studio di risposta sismica locale mediante modellazione numerica, esercitazioni.

Dispense. Manuale pratico di risposta sismica locale. Dal sismogramma allo spettro di progetto con Rexel e Strata.

VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame consiste in una prova orale di circa 30 minuti ﬁnalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma.

La veriﬁca dell’apprendimento potrà essere eﬀettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Quali sono le analogie e le diﬀerenze tra i diversi metodi sismici di esplorazione?

Da cosa dipende la profondità massima investigabile con un proﬁlo geoﬁsico?

Analogie e diﬀerenze tra indagini GPR e indagini sismiche a riﬂessione.

Descrivi i diversi step di pianiﬁcazione di un survey geoﬁsico.

Parla delle misure di accelerazione di gravità.

Illustra i diversi comportamenti magnetici dei materiali.

Illustra i principali step del data processing in un survey di sismica a riﬂessione.

Descrivi in cosa consiste il metodo GPR.

Illustra in cosa consiste la conversione analogico-digitale, soﬀermandoti sul campionamento della variabile indipendente (frequenza di campionamento) e dipendente (range dinamico).

Illustra cosa si intende per anomalia di gravità regionale e anomalia di gravità residua, e come esse possono essere separate.

Descrivi gli strumenti di misura nei metodi geomagnetici.

Descrivi le sorgenti sismiche che conosci.

Illustra cos’è l’equazione di Dix e per cosa si utilizza.

Illustra cosa si intende per strati hidden e blind in sismica a rifrazione.

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Illustra in cosa consistono le tecniche MASW e ReMi.

Descrivi i diversi step per la valutazione della risposta sismica locale.