3.1 Presenza di valori negativi di IP sull’inversione di MODELLI SINTETICI I ’ 3. P P

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3. PRESENZA DI VALORI NEGATIVI DI POLARIZZAZIONE

INDOTTA NELL’INVERSIONE

L’inversione è una procedura complessa che si compone di diversi elementi, ciascuno dei quali può strettamente condizionare e indirizzare la soluzione, al fine di ricostruire la distribuzione di resistività/caricabilità del terreno a partire dalle misure di resistività/caricabilità apparente.

Una buona metodologia d’inversione è quella che riesce a garantire la possibilità di sfruttare al massimo l’informazione a priori che è disponibile contestualmente alle misure di campagna. L’insieme di conoscenze non direttamente riconducibili alle misure può rappresentare un elemento importantissimo per indirizzare l’interpretazione, condizionando la più opportuna definizione dei parametri dell’inversione e conseguentemente la ricostruzione finale.

3.1 Presenza di valori negativi di IP sull’inversione di MODELLI SINTETICI

L’inversione dei dati relativi al modello sintetico, descritto nel Paragrafo 2.1, è stata fatta varie volte per individuare la migliore ricostruzione del modello iniziale a cui abbiamo aggiunto del rumore. È stato necessario aggiungere del rumore perchè il modello da cui siamo partiti ci ha fornito dei dati precisi di resistività e caricabilità apparente, non essendo dati misurati da indagini di campagna, quindi l’inversione ci avrebbe portato di nuovo al modello esatto.

Il rumore aggiunto è un ±5%, con distribuzione normale, rispetto ai dati che ci sono stati forniti nella costruzione del modello dal software ERTLab®, riportati in Tabella 3.1. In questa Tabella abbiamo riportato uno “scorcio” dei dati che ci sono stai forniti dal software nella costruzione del modello sintetico.

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N Cable A(r) Cable B(r) Cable M(r) Cable N(r) Data-V/I Data-IP Data V/I rum5% Data IP rum5% 1 1 1 1 2 1 3 1 4 -2.0643 0.2004 -2.0348 0.1976 2 1 1 1 2 1 4 1 5 -0.6476 0.1929 -0.6426 0.1915 3 1 1 1 2 1 5 1 6 -0.3366 0.1847 -0.3407 0.1869 4 1 1 1 2 1 6 1 7 -0.2070 0.1764 -0.2043 0.1741 5 1 1 1 2 1 7 1 8 -0.1384 0.1676 -0.1383 0.1675 6 1 1 1 2 1 8 1 9 -0.0974 0.1580 -0.0954 0.1548 7 1 1 1 2 1 9 1 10 -0.0709 0.1477 -0.0702 0.1463 8 1 1 1 2 1 10 1 11 -0.0529 0.1369 -0.0538 0.1392 9 1 1 1 3 1 5 1 7 -1.5229 0.1871 -1.5192 0.1866 10 1 1 1 3 1 7 1 9 -0.5792 0.1691 -0.5737 0.1675 11 1 1 1 3 1 9 1 11 -0.2913 0.1491 -0.2941 0.1506 12 1 1 1 3 1 11 1 13 -0.1639 0.1268 -0.1614 0.1248 13 1 1 1 3 1 13 1 15 -0.0981 0.1028 -0.0967 0.1013 14 1 1 1 3 1 15 1 17 -0.0609 0.0777 -0.0614 0.0783 15 1 1 1 3 1 17 1 19 -0.0388 0.0520 -0.0388 0.0521 16 1 1 1 3 1 19 1 21 -0.0251 0.0260 -0.0251 0.0259 …. … … … … … … … …. … … … … … …. … 963 1 43 1 44 1 47 1 48 -0.3366 0.1847 -0.3394 0.1862 964 1 44 1 45 1 46 1 47 -2.0587 0.2005 -2.1269 0.2071 965 1 44 1 45 1 47 1 48 -0.6476 0.1929 -0.6576 0.1959 966 1 45 1 46 1 47 1 48 -2.0643 0.2004 -2.1485 0.2086 Tabella 3.1 Dati del modello sintetico forniti dal software e rielaborati con l’aggiunta di un rumore del ±5%. Dove N è il numero progressivo della misura, Cable è il numero del cavo, visto che si possono usare uno o più cavi su cui sono posizionati gli elettrodi, A(r), B(r), M(r) e N(r) sono i nomi degli elettrodi come mostrato in Figura 1.3, Data-V/I sono i dati del rapporto tra la tensione e la corrente (resistività apparente), IP sono i dati di polarizzazione indotta apparente, infine i Data-V/Irum5% e Data-IPrum5% sono i dati di resistività e polarizzazione indotta apparente con l’aggiunta di un rumore del 5%, ciò è stato fatto per portarci in una condizione simile alla realtà in cui è sempre presente del rumore.

Per fare l’inversione, la caricabilità e la resistività di Background con i rispettivi errori, sono stati lasciati ai valori di default forniti dal software, e cioè:

• Rho background = 100Ωm;

• IP background = 0.01mV V ;

• Percentuale di errore su Rho = 5; • Percentuale di errore su IP = 5.

Il tempo necessario perché il software ERTLab® portasse a termine l’inversione di questo semplice modello 2D, utilizzando un processore Mobile Intel® Pentium® 4 a 2.66GHz, è stato di circa mezz’ora.

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Ricordandosi che il modello sintetico iniziale aveva una stratificazione del tipo:

1. [0,-3]m ρ1=100Ωm M1=0.2 mV/V, 2. [-3,-12]m ρ2=1000Ωm M2=0.01mV/V, 3. [-12,-24]m ρ3=10Ωm M3=0.04mV/V.

I risultati ottenuti dall’inversione della resistività e della caricabilità sono mostrati, rispettivamente, in Figura 3.1 ed in Figura 3.2.

Figura 3.1 Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di resistività del modello sintetico.

In Figura 3.1 si individuano, interpretando il modello, le stratificazioni di resistività che erano presenti nel modello originario. Un primo strato superficiale che si estende fino ad una profondità di circa 3 metri in cui si ha un valore di resistività di poco superiore a 100Ωm, che rispetta il modello iniziale. Un secondo strato con una zona ad alta resistività, superiore a 400Ωm, posta ad una profondità di circa 5 metri che si estende fino ad una profondità di 15 metri, dove i valori del modello iniziale non sono del tutto rispettati, infatti in quella zona il modello iniziale aveva una resistività di circa 1000Ωm, invece il modello ricostruito dall’inversione ha un valore massimo di resistività uguale a 420Ωm. Il resto del modello ha una resistività di circa 300Ωm; anche questo non rispetta molto il modello iniziale che presentava un terzo strato, più profondo, con valore di resistività di 10Ωm. Questo ultimo strato conduttivo non è ben modellato perché rimane un po’ nascosto dallo strato centrale ad alta resistività.

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In Figura 3.2 è mostrato il modello ricostruito dall’inversione dei dati di caricabilità del modello sintetico, riportato con i limiti massimi della scala (0.380; -3.21 mV/V) forniti dal software.

Figura 3.2 Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del modello sintetico.

Dalla Figura 3.2 si nota che non è opportuno mostrare il modello della caricabilità completo, perché così facendo non si possono individuare immediatamente le variazioni di caricabilità, anche se si notano subito dei valori anomali di caricabilità negativa. Per tale motivo ci dotiamo delle Figure 3.3, 3.4 e 3.5, dove si mettono in evidenza le zone con caricabilità di più alto interesse.

Figura 3.3 Particolare del Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del modello sintetico (valori positivi).

In Figura 3.3 si sono evidenziate le zone con caricabilità positiva; così facendo si individua da subito una zona a più alta caricabilità, circa 0.380 mV/V, che si trova ad una profondità di 5-10 metri. Tale zona, ancora più discriminata in Figura 3.4, se fosse su un sito di indagine mineraria, potrebbe risultare interessante, perchè potrebbe contenere minerali (Ascough 2005).

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Figura 3.4 Particolare del Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del modello sintetico (zone ad alta caricabilità).

Infine, in Figura 3.5 si riportano le zone a caricabilità negativa, la cui presenza è stata dimostrata nel Capitolo 2, ma che non risultano accettabili da un punto di vista fisico, perché non esistono terreni a caricabilità negativa.

Figura 3.5 Particolare del Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del modello sintetico (valori negativi).

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3.2 Presenza di valori negativi di IP sull’inversione di MODELLI REALI

L’inversione dei dati relativi al modello reale, descritto nel Paragrafo 2.2, è stata fatta varie volte variando il rumore da tenere in considerazione nel Software, al fine di individuare la condizione con migliore convergenza e la ricostruzione meno affetta da artefatti. Dall’analisi dei dati misurati nelle indagini di campagna e dopo alcuni test di inversione abbiamo utilizzato un modello di partenza stratificato, per migliorare la convergenza, con i seguenti valori di Background:

• Rho background = 50Ωm;

• IP background = 0.01mV V ;

Di seguito si riportano le interpretazioni delle sezioni di resistività e caricabilità ricostruite dall’inversione, descritte nella relazione “MISURE GEOFISICHE SUGLI ARGINI DEL FIUME VELINO IN LOCALITA’ TERME DI COTILIA” (giugno 2004), fatta dalla Geostudi Astier srl. In Figura 3.6 è riportata la sezione di resistività del modello ricostruito dall’inversione in cui si nota una serie di stratificazioni, con uno strato superficiale ad alta resistività (oltre 100Ωm) evidenziato in rosso e di spessore non superiore ai 4-5 metri imputabile alla presenza dei materiali ghiaioso-sabbiosi che costituiscono le aree golenali (bacini di contenimento) artificiali del fiume Velino. Tali materiali risultano visibili in affioramento (Geostudi 2004).

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In Figura 3.6 si evidenzia un livello dotato di buona continuità laterale (cioè con assenza di bruschi cambiamenti in prossimità dei bordi) a resistività compresa tra 40 e 50Ωm (colorazione blu-verde), con spessore variabile tra i 3 ed i 10 metri, associabile alla presenza di sedimenti limoso-sabbiosi (nome tecnico per indicare la dimensione dei grani dove il limo è la dimensione intermedia tra l’argilla e la sabbia) con intercalazioni limo-argillose (quindi con grani più piccoli dei limoso-sabbiosi) e/o torbose (tipo di materiale di deposizione di origine organica) in corrispondenza dei minimi di resistività. Al di sotto è presente uno strato di spessore variabile tra 10 e 30 metri e resistività intorno ai 75Ωm presumibilmente costituito da terreni sabbioso-ghiaiosi (grana di dimensioni maggiori degli altri strati).

A seguire, in Figura 3.7, si riporta il modello di caricabilità ricostruito dall’inversione con gli estremi massimi della scala forniti dal software ERTLab®. In cui però si riesce appena a distinguere la composizione del terreno, perciò riportiamo anche la Figura 3.8 con una scala a margini più stretti che permette di mettere in evidenza le zone che ci sembrano più interessanti, e la Figura 3.9 per vedere le zone che hanno caricabilità negativa.

Figura 3.7 Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del modello reale.

Nell’analisi del profilo di IP delle Figure 3.7, 3.8 e 3.9 dove si mostrano anomalie riconducibili ad argille oppure a terreni a composizione prevalentemente granulare. La Figura 3.8 consente di distinguere una porzione con una profondità di circa 10 metri presumibilmente argillosa o caratterizzata da sabbie limo-argillose sature di fluidi ad alta conducibilità che presentano una caricabilità maggiore di 5mV/V; ben distinte dalle zone più in profondità, prevalentemente

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sabbiose, anch’esse sature di fluidi a bassa conducibilità le quali mostrano una IP molto bassa (zone di colore blu).

Figura 3.8 Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del modello reale.

Come già preannunciato, in Figura 3.9 si riportano le zone a caricabilità negativa, la cui presenza non è accettabile da un punto di vista fisico.

Figura 3.9 Particolare del Modello ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del modello reale (valori negativi).

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3.3 Presenza di valori negativi di IP sull’inversione dei dati di un’indagine

mineraria

In questo paragrafo si tratta un’indagine mineraria fatta in una zona delle Filippine, per l’individuazione di giacimenti di Oro e Rame, eseguita dalla Geological Exploration Mining Services Pty Ltde rielaborata dalla Scintrex (2005),per conto della Nalesbitan Mining Corporation P/L, di cui abbiamo fatto l’inversione dei dati con il software ERTLab®.

L’indagine trattata, è un’indagine 3D, nello spazio XYZ, dove XY è la superficie del terreno, che segue la topografia rilevata nella zona di indagine e Z è la profondità, come mostrato in Figura 3.10 e in Figura 3.11. La disposizione elettrodica è composta da 21 elettrodi posti sull’asse X in superficie, con spaziatura elettrodica di 100 metri, dove il primo elettrodo è posto in X pari a 8500 metri e l’ultimo elettrodo in X pari a 10500 metri. Tale disposizione porta ad un’indagine 2D nel piano XZ, dove l’asse X è lungo 2000 metri e l’asse Z (profondità) varia, secondo la topografia, intorno ai 400-500 metri. Per ottenere un’indagine 3D, la struttura di indagine 2D appena descritta viene ripetuta su 9 linee distanti 200 metri l’una dall’altra, come riportato nella Tabella 3.2.

n° linea Nome della linea

Posizione Y

1ª L8800N 8800

metri

2ª L9000N 9000

metri

3ª L9200N 9200

metri

4ª L9400N 9400

metri

5ª L9600N 9600

metri

6ª L9800N 9800

metri

7ª L10000N

10000

metri

8ª L10200N

10200

metri

9ª L10400N

10400

metri

Tabella 3.2 osizione delle linee nell’indagine mineraria.

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Figura 3.10 Disposizione elettrodica con topografia.

Figura 3.11 Area di indagine (da Summary of IP-Resistivity Inversion Modelling from the Nalesbitan Property). L10400N L8800N L10200N L10000N L9800N L9600N L9400N L9200N L9000N

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Le misure sono state fatte con un ordinamento Polo-Dipolo (schema di Figura 1.3d), dove:

• a=100 metri;

• n compreso nell’intervallo da 1 a 6;

• Polo Remoto posto in X = 11500 metri e Y = 9800 metri..

Le misure non sono state svolte con una disposizione elettrodica di 189 elettrodi, ma con solo 21 elettrodi spostati di volta in volta su ogni fila, come mostrato in Figura 3.12, ottenendo così una pseudosezione 2D per ogni linea; ciò è stato fatto a causa della grossa superficie dell’indagine (circa 3.2Km2_{) e del grande numero di dati da gestire.}

Gli strumenti utilizzati sono: un trasmettitore Scintrex TSQ-3 3kW e un ricevitore nel dominio

tempo IPR-12.

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Le misure di caricabilità di Figura 3.13, misurate in mV /V , derivano dalla misura della curva di

decadimento del potenziale, nell’intervallo di tempo 820-1050ms, dopo l’interruzione dell’impulso

di corrente (impulso di corrente della durata di 2 secondi). Si nota che le misure di caricabilità della miniera di Figura 3.13, a differenza dei modelli sintetici e reali analizzati nel Capitolo 2, non contengono valori negativi.

Concettualmente, secondo Ascough (2005), in un’indagine per l’individuazione di un giacimento le zone da considerare sono quelle con alta resistività che rappresentano zone di pirite potassica, e quelle ad alta caricabilità che individuano zone con gusci di porfido. Quindi, sempre da Ascough (2005), le zone a bassa resistività e a bassa caricabilità, osservate in corrispondenza delle linee 10000N, 10200N e 10400N, non sono da prendere in considerazione, dato che non sono zone tipiche di filoni resistivi e aloni piritici.

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Si osservano inoltre, delle anomalie che si estendono in profondità, dovute al singolo dipolo di misura, come mostrato in Figura 3.14, dove si forma una zona a caricabilità costante con inclinazione a 45° dal dipolo. Infatti, particolari distribuzioni di caricabilità o di resistività possono creare zone d’ombra o di concentrazione delle linee di corrente che limitano la “visibilità” di alcune porzioni di terreno.

Figura 3.14 Particolare della linea 10000N, dalla rappresentazione grafica dei modelli di caricabilità misurati (da Ascough 2005).

I

NVERSIONE

L’inversione è stata fatta varie volte e con vari “settaggi”, come suggerito in Oldenburg (1999) dove gli autori suggeriscono, tra le altre cose, di effettuare più inversioni con modelli di riferimento differenti. In alcune inversioni abbiamo provato a modificare sia la caricabilità che la resistività di Background, in altre abbiamo variato la percentuale del rumore da tenere in considerazione, in altre ancora abbiamo modificato le dimensioni degli elementi variandole tra 50 metri e 25 metri, per avere una risoluzione migliore, a scapito del tempo necessario per l’inversione; infatti utilizzando un processore Mobile Intel® Pentium® 4 a 2.66GHz, con celle da 50 metri sono state necessarie circa 2 ore per portare a termine l’inversione, invece con celle da 25 metri ci sono volute circa 8 ore.

Dalle prove fatte abbiamo riscontrato che il “settaggio” migliore è: • Rho background =35Ωm;

• IP background =5mV V ;

Da questa inversione abbiamo ricostruito, con il software ERTLab®, il modello di resistività di Figura 3.15 e il modello di caricabilità di Figura 3.16, relativi all’indagine mineraria.

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Figura 3.15 Modello della miniera ricostruito dall’Inversione dei dati di resistività del sottosuolo (considerando solo i volumi ad alta resistività).

Figura 3.16 Modello della miniera ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del sottosuolo (considerando solo i volumi con valori positivi ad alta caricabilità).

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Nelle Figure 3.15 e 3.16 si nota una zona che presenta sia alta resistività che alta caricabilità, come descritto precedentemente, dove:

• l’alta resistività è tipica di zone di pirite potassica; • l’alta caricabilità è tipica di zone con gusci di porfido.

In Figura 3.17 mettiamo ancora più in evidenza la zona che presenta un’alta resistività, evidenziando una scala che va da 48.5 a 51.5 mV/V; da qui si vede che la zona ad alta resistività, circa 49Ωm, presenta un volume ad una profondità non molto elevata (volume celeste), con zone superficiali con resistività ancora più elevata circa 51Ωm (volume arancione).

Figura 3.17 Modello della miniera ricostruito dall’Inversione dei dati di resistività del sottosuolo (considerando solo i volumi a resistività più alta).

In Figura 3.18 mostriamo la visione da sotto di questo volume ad alta resistività, per renderci conto delle dimensioni e della forma.

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Figura 3.18 Modello della miniera ricostruito dall’Inversione dei dati di resistività del sottosuolo (visto da sotto).

In Figura 3.19 riportiamo invece lo strato superficiale con resistività molto bassa (colore blu), forse dovuto alla presenza di acqua.

Figura 3.19 Particolare del modello della miniera ricostruito dall’Inversione dei dati di resistività del sottosuolo (considerando solo i volumi a bassa resistività).

In Figura 3.20 mettiamo in evidenza la zona con alta caricabilità che presenta due volumi a forma tubolare di grande interesse, perchè potrebbero significare la presenza di materiali minerari, essendo una zona in cui si ha anche alta resistività.

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Figura 3.20 Modello della miniera ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del sottosuolo (considerando solo i volumi ad alta caricabilità).

Sovrapponendo, in Figura 3.21, la Figura 3.17 con la Figura 3.20 si ha proprio il volume che presenta sia alta caricabilità (>15mV/V) che alta resistività (>50Ωm). Tale “Volume”, in Figura 3.21, è rappresentato dall’intersezione del volume di colore celeste con il volume di colore viola.

Volume con Caricabilità > 15 mV/V

Volume con resistività > 50 Ohm·m Sovrapposizione

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Anche questa ricostruzione del modello, ricavata dall’inversione, è affetta dalla presenza di valori negativi di polarizzazione indotta, Figura 3.22, che sono maggiormente presenti nelle zone vicine ai bordi, ma che si trovano anche nelle zone più interne. Questo inconveniente in parte è dovuto agli errori che si hanno per la mancanza di dati dettagliati dei bordi e agli errori che la ricostruzione crea quando si trova in mancanza di dati certi. Invece per le zone più interne si ha una vera e propria assegnazione errata di caricabilità, dovuta all’inversione.

Figura 3.22 Particolare del modello della miniera ricostruito dall’Inversione dei dati di caricabilità del sottosuolo (valori negativi di polarizzaione indotta ).

Nel Capitolo successivo descriveremo il procedimento adottato per la risoluzione di questo problema.