4. Caratterizzazione geofisica dell’area
Nell’area oggetto di studio, esistono buone correlazioni tra lineamenti termici e motivi geologico-strutturali che portano ad ipotizzare la presenza di corpi intrusivi, profondi, responsabili delle anomalie termiche che caratterizzano le aree geotermiche (Baldi et alii, 1994a). In particolare, in corrispondenza dei campi geotermici di Larderello e di Radicondoli-Travale, le anomalie termiche positive corrispondono a minimi gravimetrici e massimi sollevamenti dei sedimenti pliocenici, mentre anomalie conduttive profonde, rilevate dalla Magnetotellurica, sono correlabili ad anomalie di velocità delle onde “P”.
Gradiente geotermico e flusso di calore
Le misure di temperatura, eseguite in appositi pozzetti (figura 4_1) in corrispondenza di terreni scarsamente permeabili, ha consentito di misurare i gradienti termici in regime conduttivo (Baldi et alii, 1994a) e di ricostruire le linee di isogradiente per evidenziare aree di anomalia.
Integrando i dati di gradiente con le misure di conducibilità su carote, è stato possibile ricostruire anche l’andamento del flusso di calore.
Le carte in figura 4_2 mettono in evidenza, all’interno di una ampia area caratterizzata da valori di gradiente di 50°C/km e di flusso maggiori di 150 mW/m2, un’anomalia delimitata dalla isogradiente di 75°C/km che racchiude a, sua volta, due importanti anomalie con gradienti maggiori di 100°C/km. Tali anomalie corrispondono , ai campi geotermici di Larderello e Travale dove si superano anche i 300°C/km e sono caratterizzati da un flusso di calore compreso tra i 500 e 1000 mW/m2. All’interno dell’isogradiente di 75°C/km, si osserva anche una zona di minimo relativo, con valori
minori di 50°C/km e con flusso di circa 100 mW/m2, che corrisponde alle aree di affioramento di terreni permeabili.
Anomalie gravimetriche
I dati gravimetrici, ricoprono con maggiore omogeneità l’intera area di studio e costituiscono uno strumento essenziale per la definizione degli andamenti strutturali a livello regionale e delle grandi discontinuità.
Per la costruzione della carta delle anomalie di Bouguer, sono state utilizzate, nell’intera Toscana meridionale, circa 18000 stazioni distribuite su un’area di 12000 km2, con una densità di rilievo molto accurata (circa 1.5 stazioni al km2). Tale mappa (figura 4.4) calcolata con una densità di 2.4 g/cm3 che rappresenta meglio la media delle densità superficiali dell’area, mostra che l’area geotermica di Larderello-Travale, è caratterizzata da un minimo gravimetrico relativo (minore di 20 mgal) di forma Fig. 4_1. Schema di misure di temperatura in pozzetti di gradiente con termoresistenze
ipotizzare la presenza di un corpo leggero profondo per poter ottenere il best fitting tra l’anomalia misurata e quella calcolata (figura 4_3).
Fig. 4_2. Carta dei Gradienti geotermici (a.) e Carta del Flusso di Calore (b.). Da Baldi et
alii, 1995.
a.
Fig. 4_3. Carta dell’Anomalia di Bouguer relativa all’area geotermica di Larderello e Travale
(sopra) e modellazione 2D attraverso la sezione A-B (sotto) con best fitting (al centro). Da Rapporto interno ENEL.
A B
Rilievi geoelettrici
Largo uso è stato fatto dei rilievi geoelettrici al fine di individuare il tetto del primo serbatoio carbonatico. Questo è caratterizzato da un forte contrasto di resistività (circa 102 ohm*m), con le formazioni di copertura (Neogene e Unità Liguri), meno resistive (10 ohm*m). In particolare, sono state eseguite misure di resistività con sondaggi elettrici verticali (SEV) con dispositivo Schlumberger (figura 4_4).
La massima lunghezza elettrodica utilizzata, ABmax=6000 m, ha permesso un’indagine fino a profondità di circa 1500 m.
La correlazione tra sondaggi elettrici e pozzi vicini ha permesso di verificare la profondità del substrato resistente, consentendo di ottenere dall’interpretazione 1D di ciascun SEV (figura 4_5), opportunamente tarato con dati di pozzo, una buona ricostruzione del tetto del primo serbatoio (figura 4_6).
Fig. 4_4. Schema di misura della Resistività apparente dei terreni mediante Sondaggi Elettrici Verticali (SEV) con dispositivo Schlumberger.
Fig.4_5.
a. Curva che rappresenta la variazione della resistività apparente con la distanza elettronica. b. Variazione della resistività con la profondità. Entrambi i grafici sono relativi al substrato resistente. Da Rapporto interno ENEL.
a.
b.
Fig. 4_6.
Ricostruzione del tetto del primo serbatoio. Da Rapporto interno ENEL.
Rilievi sismici 2D e 3D
Con l’evoluzione dell’esplorazione verso obiettivi più profondi, il metodo della sismica a riflessione (figura 4_7) è stato quello più recentemente utilizzato nell’intera area di Larderello-Travale, al fine di ricostruire strutture profonde e target di perforazione. In particolare, nella la zona di Travale sono stati acquisiti 230 km di linee sismiche 2D (figura 4_8) e oltre 30 km2 di sismica 3D. La disponibilità, in vari pozzi dell’area di dati Vsp (Vertical Seismic Profile), ha permesso di ricostruire funzioni di velocità attendibili e verificare le profondità dei riflettori più importanti.
L’analisi dei dati provenienti dai rilievi sismici 2D ha permesso un primo aggiornamento del modello strutturale della zona di Travale e la ricostruzione dettagliata del ben noto orizzonte “K”, presente in tutto il sistema geotermico di Larderello-Travale, e anche del più superficiale orizzonte “H”, meno continuo, ma Fig. 4_7. Schema di rilievo di onde sismiche generate in superficie da cariche detonanti o da vibratori. Le onde, penetrando in profondità, vengono riflesse a ogni interfaccia riflettente che corrisponde a variazioni di Impedenza acustica dovute a passaggi litologico-formazionali e/o variazioni delle proprietà elastiche. Le onde riflesse ritornano in superficie dove vengono rilevate da appositi sensori distribuiti lungo profili (2D) o secondo una maglia (3D)
Il significato dell’orizzonte K è ancora oggetto del dibattito scientifico. Recentemente è stato interpretato come l’espressione di una aureola termometamorfica profonda, dovuta alle più recenti intrusioni granitiche quaternarie e, come tale, potrebbe rappresentare la principale fonte di calore del sistema geotermico.
L’orizzonte H ha, invece, chiari elementi di correlazione con un’aureola termometamorfica più sperficiale, associata alla risalita delle intrusioni granitiche plioceniche (Bertini et alii, 2005).
Questo marker è stato utilizzato per ricostruire il top di questo granito più antico, individuato solo da alcune perforazioni nell’area di studio (figura 4_10).
Il forte contrasto di impedenza acustica, che caratterizza entrambi gli orizzonti, fa ipotizzare anche la presenza di livelli altamente fratturati, come verificato in molti casi in corrispondenza dell’orizzonte H.
Fig.4_8.Carta geologica
semplificata dell’area geotermica di Travale e linee sismiche; 1. Neogene; 2. Flysh; 3.Sequenza Carbonatico-Evaporitica; 4. linee sismiche 2D; 5. pozzi. Da Bertini et alii, 2005.
Fig. 4_10.Esempio di visualizzazione 3D di linee sismiche 2D, orizzonti geologici, profili di pozzi con markers stratigrafici e top del corpo granitico pliocenico. Da Bertini et alii, 2005.
Fig.4_9. Sezione stack 2D acquisita lungo una linea di ricevitori. Sono evidenziati i due
Tomografia sismica
Per studiare le strutture profonde, utilizzando i dati sismologici a disposizione, sono state impiegate tecniche di inversione tomografica, che prevedono l’utilizzo dei "travel time residuals" sia di telesismi sia di eventi sismici locali (Batini et alii, 1995).
In particolare, l’inversione tomografica degli eventi sismici locali, ha permesso di ricavare un modello tridimensionale della velocità delle onde P (figura 4_11) evidenziando un’anomalia di bassa velocità (Low Velocity Zone) che, da 6 km di profondità in giù, si sviluppa in corrispondenza del sistema geotermico.
Entrambe le inversioni (terremoti locali e telesismi) evidenziano anomalie di bassa velocità che non risultano del tutto coincidenti a causa del diverso grado di risoluzione dei due metodi.
Fig. 4_11. Distribuzione 3D della velocità delle
onde P dall’inversione di
terremoti locali. Da Batini et alii, 1995).
Magnetotellurica
L’ipotesi sulla presenza di un corpo magmatico profondo, è stata corroborata anche da alcuni test magnetotellurci (figura 4_12), eseguiti al fine di ricostruire anomalie profonde di resistività.
E’ stato possibile, infatti, attraverso una modellizzazione 2D, riconoscere nella zona centrale del campo, un corpo conduttivo (resistività minore di 100 ohm*m) ad alcuni chilometri di profondità. Questo corpo anomalo è associabile alla presenza di intrusioni granitiche profonde (Manzella et alii, 1995), definite anche attraverso altre metodologie geofisiche come la sismica e la gravimetria (figura 4_13). Tale corpo è infatti associabile all’anomalia a bassa velocità, Vp < 5 km/s, identificato dalla tomografia sismica, e interpretato come un’estesa intrusione granitica parzialmente fusa (Fiordelisi et alii, 1995).
Fig. 4_12. Schema di rilievo MT. Per aumentare il rapporto segnale/rumore l’acquisizione è eseguita simultaneamente su due siti e su un sito remoto indisturbato (metodologia remote-remote-reference sviluppata con MIT).
Fig.4_13. In alto best fitting tra anomalia gravimetrica misurata e calcolata. In basso, sezione
