beyond the surface

Tomografia Sismica a Rifrazione (P)

Obiettivi

La prospezione sismica a rifrazione consente di:

Sismostratigrafia 2D: distribuzione Vp, spessori e profondità sismostrati.

Stima litologia e grado di addensamento/fratturazione di terreni e ammassi rocciosi.

Individuare bedrock sismico e principali contrasti di impedenza acustica.

Modello geofisico per fondazioni, scavi, opere in terra e infrastrutture lineari.

Integrazione MASW: sismostratigrafia completa onde (P e S)

Principio del metodo

La sismica a rifrazione è un’indagine geofisica attiva di superficie che si basa sulla registrazione dei tempi di arrivo delle onde sismiche di compressione (onde P) rifratte alle superfici di discontinuità del sottosuolo, ovvero alle interfacce tra litotipi con differente impedenza acustica (prodotto tra velocità sismica e densità).

Quando un’onda P, generata da una sorgente artificiale in superficie, raggiunge un’interfaccia con un mezzo più veloce con un angolo pari all’angolo critico (dato dalla legge di Snell), si propaga parallelamente all’interfaccia stessa (onda testa o head wave) e riemerge in superficie con un percorso ascendente verso i geofoni dello stendimento.

La misura dei tempi di primo arrivo (first break picking) alle diverse stazioni di ricezione, al variare della distanza sorgente-ricevitore, genera le dromocrone (curve tempo-distanza) da cui si ricavano le velocità delle onde P nei diversi sismostrati e la loro geometria nel sottosuolo.

L’elaborazione con il metodo tomografico (invece del classico approccio a strati planari) consente di ottenere una distribuzione continua delle velocità sismiche nell’intera sezione investigata, mettendo in evidenza gradienti di velocità e variazioni laterali che il metodo tradizionale non è in grado di descrivere.

Il processing viene eseguito con il software RAYFRACT 3.9, che applica inizialmente il Metodo Reciproco Generalizzato (GRM, Palmer 1980) per definire il modello sismostratigrafico di primo tentativo; tale modello è successivamente raffinato attraverso il metodo iterativo WET (Wavepath Eikonal Traveltime Tomography), che minimizza la differenza tra le dromocrone calcolate e quelle misurate, ottenendo la distribuzione finale 2D delle velocità VP.

Modalità esecutive

L’indagine prevede la messa in opera di uno stendimento lineare di geofoni verticali (Geospace 4,5 Hz) posizionati a intervalli regolari (spacing) lungo il profilo da investigare.

La sorgente sismica è costituita da un impatto transiante verticale (maglio da 6 kg su piastra circolare in alluminio), azionato in diversi punti di energizzazione distribuiti lungo lo stendimento e alle due estremità esterne (shot interni ed esterni).

Il numero e la posizione delle energizzazioni è scelto in modo da garantire una copertura dei raggi sismici sufficiente per la ricostruzione tomografica dell’intera sezione.

Come dispositivo di innesco (trigger/starter) viene utilizzato un geofono verticale da 14 Hz posizionato in prossimità della piastra. I segnali vengono registrati per ogni tiro e, laddove la battuta non risultasse netta, la prova viene ripetuta. Il picking dei primi arrivi viene effettuato interattivamente sulle dromocrone acquisite.

Strumentazione

Le acquisizioni vengono eseguite con il sismografo digitale DoReMi (SARA Electronic Instruments S.r.l.), strumento modulare a telemetria digitale con risoluzione a 24 bit e 24 canali di acquisizione.

L’architettura innovativa del DoReMi prevede la distribuzione dell’elettronica di digitalizzazione direttamente lungo il cavo sismico, canale per canale, garantendo un’elevata dinamica totale (fino a 155 dB), l’immunità ai disturbi elettromagnetici e l’assenza di crosstalk tra i canali.

La batteria incorporata nelle singole unità rende il sistema autonomo sul campo. Gli intervalli di campionamento sono programmabili da 0,05 a 5 ms (frequenze di campionamento da 200 a 20.000 Hz); il formato di output è SEG-2 e SEG-Y, compatibile con tutti i principali software di analisi geofisica.

Il DoReMi è idoneo per l’esecuzione di indagini di sismica a rifrazione, MASW, SASW, Re.Mi., riflessione, Down-Hole e Cross-Hole.


Risultati forniti

Dromocrone (curve tempo-distanza) dei primi arrivi per ciascun punto di energizzazione

Modello sismostratigrafico semplificato con spessori e velocità VP per ciascun sismostrato individuato

Sezione tomografica 2D velocità VP con indicazione dei sismostrati e delle relative velocità

Stima litologica qualitativa dei materiali attraversati sulla base dei valori di VP rilevati.


Riferimenti normativi e tecnici

  •  ASTM D5777 – Standard Guide for Using the Seismic Refraction Method for Subsurface Investigation;
  • Palmer D. (1980) – The Generalized Reciprocal Method of Seismic Refraction Interpretation, Society of Exploration Geophysicists;
  • Linee Guida per le Indagini Geofisiche – Associazione Società di Geofisica (ASG, 2015);
  • D.M. 17 gennaio 2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018).