PRECORSO(Sistemi acquiferi nella fascia costiera:indagini geofisiche) 1 Cap. 6 CENNI SUI METODI ELETTROMAGNETICI

PRECORSO(Sistemi acquiferi nella fascia costiera:indagini geofisiche)

1

Cap. 6Cap. 6

CENNI SUI METODI CENNI SUI METODI ELETTROMAGNETICIELETTROMAGNETICI

2PRECORSO(Sistemi acquiferi nella fascia costiera:indagini geofisiche)

GeneralitàGeneralità

La maggior parte dei metodi di rilevamento elettromagnetici (La maggior parte dei metodi di rilevamento elettromagnetici (EMEM) viene usata per ) viene usata per

bersagli simili a quelli dei rilevamenti di resistività, perché entrambi reagiscono a bersagli simili a quelli dei rilevamenti di resistività, perché entrambi reagiscono a

variazioni della resistività (o della conducibilità) del sottosuolovariazioni della resistività (o della conducibilità) del sottosuolo. .

La differenza principale è che La differenza principale è che i metodi EM «inducono» flussi di corrente nel i metodi EM «inducono» flussi di corrente nel

sottosuolo, di solito senza usare elettrodisottosuolo, di solito senza usare elettrodi. Molti metodi EM possono quindi essere . Molti metodi EM possono quindi essere

usati in rilevamenti sia da aerei sia a terra. usati in rilevamenti sia da aerei sia a terra.


I metodi EM sono particolarmente utili in rilevamenti del terreno quando I metodi EM sono particolarmente utili in rilevamenti del terreno quando lo strato lo strato

superficiale hasuperficiale ha resistività molto altaresistività molto alta - come la sabbia asciutta o il terreno gelato - che - come la sabbia asciutta o il terreno gelato - che

impedisce agli elettrodi di stabilire il collegamento elettrico con strati sottostanti più impedisce agli elettrodi di stabilire il collegamento elettrico con strati sottostanti più

conduttori. conduttori.

Al contrario, uno strato superficiale molto conduttore limita la penetrazione molto di Al contrario, uno strato superficiale molto conduttore limita la penetrazione molto di

più ai rilevamenti e-m che a quelli di resistività.più ai rilevamenti e-m che a quelli di resistività.


Concetti fondamentaliConcetti fondamentali

Induzione elettromagneticaInduzione elettromagnetica

I metodi elettromagnetici (EM) si usano, come quelli di resistività, prevalentemente I metodi elettromagnetici (EM) si usano, come quelli di resistività, prevalentemente

per studiare le variazioni della resistività sotterranea, ma si basano su principi fisici per studiare le variazioni della resistività sotterranea, ma si basano su principi fisici

diversi, il più importante dei quali è diversi, il più importante dei quali è l'induzione elettromagnetical'induzione elettromagnetica. .


La Figura (a ) mostra schematicamente un sistema La Figura (a ) mostra schematicamente un sistema

EM.EM.

UnaUna bobina bobina (con molti avvolgimenti) forma un (con molti avvolgimenti) forma un

trasmettitoretrasmettitore a cui un alimentatore porta corrente a cui un alimentatore porta corrente

alternata. alternata.

Ciò produce attorno a essa un campo magnetico - il Ciò produce attorno a essa un campo magnetico - il

campo primariocampo primario - sia sopra sia sotto il terreno e - sia sopra sia sotto il terreno e

anche attraverso il corpo bersaglio. anche attraverso il corpo bersaglio.

Poiché il campo primario si alterna - cioè, inverte la Poiché il campo primario si alterna - cioè, inverte la

direzione con regolarità e uniformità (Fig. b) - direzione con regolarità e uniformità (Fig. b) - produce produce

nel bersaglio un campo magneticonel bersaglio un campo magnetico che cambia nello che cambia nello

stesso modostesso modo


Quando un campo magnetico passante per un conduttore elettrico (come un corpo Quando un campo magnetico passante per un conduttore elettrico (come un corpo

mineralizzato) mineralizzato) cambia, cambia, provoca, o induce, una provoca, o induce, una corrente alternata che scorre nel corrente alternata che scorre nel

conduttore. conduttore.

A sua volta, questa corrente indotta produce il proprio campo magnetico alternato - il A sua volta, questa corrente indotta produce il proprio campo magnetico alternato - il

campo secondariocampo secondario - che può essere scoperto in superficie, rivelando così la - che può essere scoperto in superficie, rivelando così la

presenza del minerale. presenza del minerale.

Di solito Di solito questo campo secondario viene rivelato dalla corrente che induce in una questo campo secondario viene rivelato dalla corrente che induce in una

bobina riceventebobina ricevente. .


Quindi, un modo per trovare il bersaglio è quello di fare traverse in superficie con le Quindi, un modo per trovare il bersaglio è quello di fare traverse in superficie con le

due bobine (trasmittente e riceventedue bobine (trasmittente e ricevente): quando sono vicine al bersaglio, il ricevitore ): quando sono vicine al bersaglio, il ricevitore

mostra un segnale dovuto alla corrente indottavi dal campo del bersaglio stesso. mostra un segnale dovuto alla corrente indottavi dal campo del bersaglio stesso.

Nel rilevamento EM si sfrutta la conducibilità anziché la resistività. La Nel rilevamento EM si sfrutta la conducibilità anziché la resistività. La conducibilità conducibilità σσ

è semplicemente il reciproco della resistività, è semplicemente il reciproco della resistività, σσ = = 1/1/ρρ, , e si misura in e si misura in siemens/m siemens/m

(S/m).(S/m).


Fattori che incidono sul segnale

Per interpretare i risultati di un rilevamento EM, occorre sapere Per interpretare i risultati di un rilevamento EM, occorre sapere in che modo il in che modo il

segnale nel ricevitore dipende dal materialesegnale nel ricevitore dipende dal materiale, dalla , dalla formaforma e dalla e dalla profondità profondità del corpo del corpo

bersaglio e dalla bersaglio e dalla posizioneposizione delle bobinedelle bobine trasmittente e ricevente, che corrispondono trasmittente e ricevente, che corrispondono

approssimativamente al ruolo degli elettrodi di corrente e di potenziale nel approssimativamente al ruolo degli elettrodi di corrente e di potenziale nel

rilevamento di resistività. rilevamento di resistività.

Per semplificare, facciamo conto che il bersaglio sia Per semplificare, facciamo conto che il bersaglio sia un circuito ad anelloun circuito ad anello. .


La dimensione della La dimensione della corrente indottavi dal campo del trasmettitorecorrente indottavi dal campo del trasmettitore, in ogni istante, , in ogni istante,

dipende da: dipende da:

1) - il 1) - il numero di lineenumero di linee del campo magnetico che attraversa il circuito, del campo magnetico che attraversa il circuito,

2) - la 2) - la velocità di cambiamentovelocità di cambiamento di questo numero; di questo numero;

3) - il 3) - il materiale del circuitomateriale del circuito. Maggiore è la conducibilità di questo, più forte è la . Maggiore è la conducibilità di questo, più forte è la

corrente, il che spiega perché il metodo si usi per scoprire corpi conduttori.corrente, il che spiega perché il metodo si usi per scoprire corpi conduttori.


Il numero di linee che attraversa il circuito Il numero di linee che attraversa il circuito

è detto è detto flusso magneticoflusso magnetico e dipende da: e dipende da:

- la - la forza del campo magneticoforza del campo magnetico nel nel

circuito (Fig. a); circuito (Fig. a);

- - l'area del circuitol'area del circuito (Fig. b); (Fig. b);

- - l'angolo che fa il circuito con il campol'angolo che fa il circuito con il campo

(Fig. c). (Fig. c).


Equazioni per l’induzione EMEquazioni per l’induzione EM

Occorre spiegare che cosa determina la corrente indotta Occorre spiegare che cosa determina la corrente indotta

nel bersaglio e quindi quale segnale produce. nel bersaglio e quindi quale segnale produce.

Primo, sostituiremo il bersaglio con un circuito che è più Primo, sostituiremo il bersaglio con un circuito che è più

facile da definire (vedi Fig).facile da definire (vedi Fig).

Il numero di linee del campo prodotto dal trasmettitore Il numero di linee del campo prodotto dal trasmettitore

che passano attraverso la bobina bersaglio è il flusso che passano attraverso la bobina bersaglio è il flusso

magnetico magnetico ΦΦ. .

Esso dipende (come già visto) dal campo magnetico, Esso dipende (come già visto) dal campo magnetico,

dall'angolo che fa con la bobina e dall'area della bobina, dall'angolo che fa con la bobina e dall'area della bobina,

nonché dal numero di spire dell’avvolgimento:nonché dal numero di spire dell’avvolgimento:

ΦΦ = campo magn. x cos = campo magn. x cos θθ x area x num. spire x area x num. spire


Quando il flusso che attraversa la bobina Quando il flusso che attraversa la bobina cambia, cambia, produce una tensione (differenza di produce una tensione (differenza di

potenziale) nel circuito, detta forza elettromotrice (f.e.m.), potenziale) nel circuito, detta forza elettromotrice (f.e.m.), εε. .

Il suo valore è uguale alla velocità di cambiamento del flusso: Il suo valore è uguale alla velocità di cambiamento del flusso:

εε = - (d = - (d ΦΦ/ dt)/ dt)


Legge di Faraday dell'induzione elettromagneticaLegge di Faraday dell'induzione elettromagnetica

Siccome la Siccome la velocità di cambiamento del velocità di cambiamento del

flussoflusso è massima quando il campo sta è massima quando il campo sta

cambiando da diretto a invertito, o viceversa cambiando da diretto a invertito, o viceversa

(vedi fig.), la corrente indotta è massima (vedi fig.), la corrente indotta è massima

quando la corrente e il campo del quando la corrente e il campo del

trasmettitore sono uguali a zero, e viceversa. trasmettitore sono uguali a zero, e viceversa.

La velocità del cambiamento aumenta con la La velocità del cambiamento aumenta con la

frequenza dell'alternanza della correntefrequenza dell'alternanza della corrente. .


Questa f.e.m. indotta tende a far scorrere la corrente nel circuito ma, la corrente mentre si Questa f.e.m. indotta tende a far scorrere la corrente nel circuito ma, la corrente mentre si

alterna produce alterna produce un flusso variabile che a sua volta produce una f.e.m. che tende far diminuire la un flusso variabile che a sua volta produce una f.e.m. che tende far diminuire la

velocità di velocità di cambiamento cambiamento della corrente. della corrente.

Questa Questa autoinduzioneautoinduzione agisce come una resistenza ed aumenta con la frequenza. agisce come una resistenza ed aumenta con la frequenza.

La quantità di flusso autoprodotto dal bersaglio La quantità di flusso autoprodotto dal bersaglio dipende dalla corrente ma anche dalla dipende dalla corrente ma anche dalla

geometria, dimensione e forma.geometria, dimensione e forma.

Il rapporto tra flusso e corrente è dettoIl rapporto tra flusso e corrente è detto autoinduttanza autoinduttanza..


Riassumendo:Riassumendo:

Il campoIl campo che attraversa il circuito generato dal che attraversa il circuito generato dal trasmettitore dipende dalla dimensione trasmettitore dipende dalla dimensione

e dal numero di spire della bobina trasmittente, da quanta corrente scorre e anche da e dal numero di spire della bobina trasmittente, da quanta corrente scorre e anche da

quanto è distante dal bersaglio. quanto è distante dal bersaglio.

Il campo che attraversa il ricevitore, dovuto alla corrente indotta nel bersaglio, Il campo che attraversa il ricevitore, dovuto alla corrente indotta nel bersaglio,

dipende da quanti spire ha e da quanto dista dallo stessodipende da quanti spire ha e da quanto dista dallo stesso..


Di questi svariati fattori alcuni Di questi svariati fattori alcuni dipendono dallo strumentodipendono dallo strumento - la combinazione: - la combinazione:

trasmettitore, ricevitore e loro distanza - e alcuni trasmettitore, ricevitore e loro distanza - e alcuni dal bersagliodal bersaglio - la sua dimensione, la - la sua dimensione, la

sua forma, la sua profondità e la sua conducibilità. sua forma, la sua profondità e la sua conducibilità.

Più profondo e piccolo è il bersaglio, più è debole il campo magnetico che produce al Più profondo e piccolo è il bersaglio, più è debole il campo magnetico che produce al

ricevitore e, se è tabulare, la sua orientazione ne influenzerà il flusso. ricevitore e, se è tabulare, la sua orientazione ne influenzerà il flusso.


Per scoprire Per scoprire bersagli debolibersagli deboli si può rendere più potente il trasmettitore (per es. una si può rendere più potente il trasmettitore (per es. una

bobina o una corrente più grandi) e più sensibile il ricevitore (per es., più bobina o una corrente più grandi) e più sensibile il ricevitore (per es., più

avvolgimenti), ma ci sono limitazioni pratiche di dimensione e di peso. avvolgimenti), ma ci sono limitazioni pratiche di dimensione e di peso.

Si può far alternare più rapidamente la corrente del trasmettitore per aumentare la Si può far alternare più rapidamente la corrente del trasmettitore per aumentare la

velocità di variazione velocità di variazione del flusso, ma ciò può limitare la penetrazione del segnaIe del flusso, ma ciò può limitare la penetrazione del segnaIe

magnetico. magnetico.

Le frequenze del ciclo vanno da centinaia a decine di migliaia di hertz (cicli/s).Le frequenze del ciclo vanno da centinaia a decine di migliaia di hertz (cicli/s).

Molti di questi fattori vengono scelti dal produttore dello strumento altri da chi lo Molti di questi fattori vengono scelti dal produttore dello strumento altri da chi lo

utilizza (distanza tra trasmettitore e ricevitore, frequenza o entrambe).utilizza (distanza tra trasmettitore e ricevitore, frequenza o entrambe).


Un sistema EMUn sistema EM

Sistema mobile trasmittente/ricevente Sistema mobile trasmittente/ricevente

(Slingram)(Slingram)

Nel rilevamento EM si usano molti tipi di strumenti Nel rilevamento EM si usano molti tipi di strumenti

con diverse varianti per ognuno di essi: ne con diverse varianti per ognuno di essi: ne

descriviamo solo uno.descriviamo solo uno.

Il tipo di strumento noto spesso col nome svedese Il tipo di strumento noto spesso col nome svedese

SlingramSlingram presenta la disposizione presenta la disposizione che che si vede in si vede in

figura; figura; ha il ricevitore e il trasmettitore collegati con ha il ricevitore e il trasmettitore collegati con

un cavo e la distanza tra di loro viene mantenuta un cavo e la distanza tra di loro viene mantenuta

costante mentre vengono mossi assieme lungo una costante mentre vengono mossi assieme lungo una

traversa.traversa.


Come mostra la Figura, il campo magnetico del trasmettitore attraversa il ricevitore (e Come mostra la Figura, il campo magnetico del trasmettitore attraversa il ricevitore (e

anche il bersaglio), per cui anche il bersaglio), per cui il campo magnetico al ricevitore ha due origini: il campo il campo magnetico al ricevitore ha due origini: il campo

primario del trasmettitore e quello secondario prodotto dal bersaglio, di solito di gran primario del trasmettitore e quello secondario prodotto dal bersaglio, di solito di gran

lunga il più piccolo dei due. lunga il più piccolo dei due.

Per annullare la corrente indotta dal campo primario, il cavo proveniente dal Per annullare la corrente indotta dal campo primario, il cavo proveniente dal

trasmettitore fornisce al ricevitore una corrente che neutralizza la corrente indottatrasmettitore fornisce al ricevitore una corrente che neutralizza la corrente indotta. .

L'annullamento è esatto soltanto se le bobine trasmittente e ricevente sono tenute alla L'annullamento è esatto soltanto se le bobine trasmittente e ricevente sono tenute alla

stessa distanza e con lo stesso orientamento.stessa distanza e con lo stesso orientamento.


Negli strumenti più piccoli di questo Negli strumenti più piccoli di questo

tipo le bobine trasmittente e ricevitore tipo le bobine trasmittente e ricevitore

sono tenute da una sono tenute da una struttura rigidastruttura rigida

(vedi Fig. a, b). (vedi Fig. a, b).

In strumenti grandi, con le In strumenti grandi, con le bobine a bobine a

distanza di 10 m o piùdistanza di 10 m o più, questa , questa

soluzione non è tanto pratica e le soluzione non è tanto pratica e le

bobine debbono essere posizionate bobine debbono essere posizionate

con cura in ogni stazione (Fig. c). con cura in ogni stazione (Fig. c).


Prospezione elettromagneticaProspezione elettromagnetica

Conduttivimetro EM34Conduttivimetro EM34


La dimensione del La dimensione del campo secondario viene data di solito come percentuale del campo secondario viene data di solito come percentuale del

campo primario. campo primario.

In alternativa, In alternativa, alcuni strumenti sono tarati in modo da leggere la conducibilità alcuni strumenti sono tarati in modo da leggere la conducibilità

apparente,apparente, cioè la conducibilità che avrebbe un sottosuolo uniforme che desse la cioè la conducibilità che avrebbe un sottosuolo uniforme che desse la

stessa lettura (è l'inverso della resistività apparente).stessa lettura (è l'inverso della resistività apparente).


Se il bersaglio è costituito da una lastra sottile verticale, come, Se il bersaglio è costituito da una lastra sottile verticale, come,

per esempio, una vena di minerale, la sua anomalia è come per esempio, una vena di minerale, la sua anomalia è come

nella Fig.a. nella Fig.a.

Non vi è segnale quando il trasmettitore è direttamente sopra Non vi è segnale quando il trasmettitore è direttamente sopra

il bersaglioil bersaglio (Fig. b), perché il suo campo magnetico non lo (Fig. b), perché il suo campo magnetico non lo

attraversa attraversa da un lato all'altro (cioè non vi è flusso attraverso la da un lato all'altro (cioè non vi è flusso attraverso la

bobina), (e neppure quando il ricevitore è sopra un corpo bobina), (e neppure quando il ricevitore è sopra un corpo

tabulare, dato che il campo secondario, essendo orizzontale, tabulare, dato che il campo secondario, essendo orizzontale,

non passa per il ricevitore stesso). non passa per il ricevitore stesso).

Il segnale è massimo quando è il punto mediano delle bobine Il segnale è massimo quando è il punto mediano delle bobine

a trovarsi al di sopra del bersaglioa trovarsi al di sopra del bersaglio (Fig. c): esso è negativo (Fig. c): esso è negativo

perché il campo primario e quello secondario che attraversano perché il campo primario e quello secondario che attraversano

il ricevitore hanno direzioni opposte ad ogni istante. Se la il ricevitore hanno direzioni opposte ad ogni istante. Se la

lastra è inclinata, il profilo è asimme trico (Fig. e). lastra è inclinata, il profilo è asimme trico (Fig. e).


Perché lo strumento sia sensibile a Perché lo strumento sia sensibile a bersagli più profondi, si aumentano sia la bersagli più profondi, si aumentano sia la

distanza tra le bobine sia la corrente del trasmettitoredistanza tra le bobine sia la corrente del trasmettitore (può essere necessario anche (può essere necessario anche

ridurre la frequenza). ridurre la frequenza).

Ripetendo il profilo su un intervallo di distanze delle bobine, è possibile scoprire Ripetendo il profilo su un intervallo di distanze delle bobine, è possibile scoprire

variazioni di conducibilità, sia verticalmente sia lateralmente, e si può tracciare una variazioni di conducibilità, sia verticalmente sia lateralmente, e si può tracciare una

pseudosezione,pseudosezione, come nei rilevamenti di resistività. come nei rilevamenti di resistività.


Non essendo collegate al terreno, Non essendo collegate al terreno, le bobine possono le bobine possono

essere usate in rilevamenti dall'aereoessere usate in rilevamenti dall'aereo (o montate alle (o montate alle

estremità delle ali) o con estremità delle ali) o con il trasmettitore e il ricevitore il trasmettitore e il ricevitore

trasportati in un « uccello» appesotrasportati in un « uccello» appeso sotto un elicottero. sotto un elicottero.

Questo procedimento offre numerosi vantaggi, come Questo procedimento offre numerosi vantaggi, come

la la velocità e il basso costovelocità e il basso costo di esecuzione del di esecuzione del

rilevamento, in particolare quando si devono coprire rilevamento, in particolare quando si devono coprire

aree grandi e accidentate, e la possibilità di fare aree grandi e accidentate, e la possibilità di fare

contemporaneamente e allo stesso costo altri contemporaneamente e allo stesso costo altri

rilevamenti aerei come quelli magnetici e radiometrici. rilevamenti aerei come quelli magnetici e radiometrici.

La La riduzione di segnale dovuta alla distanza in più riduzione di segnale dovuta alla distanza in più

può essere parzialmente compensata usando bobine può essere parzialmente compensata usando bobine

e correnti grandi. e correnti grandi.


ESECUZIONE DELLE INDAGINI EMESECUZIONE DELLE INDAGINI EM

Analogamente a quanto visto per la geoelettrica lo studio può essere condotto Analogamente a quanto visto per la geoelettrica lo studio può essere condotto

attraverso:attraverso:

profili EMprofili EM

sondaggi EMsondaggi EM..


Il Il profilo EMprofilo EM serve per investigare la variazione della conducibilità nella direzione serve per investigare la variazione della conducibilità nella direzione

orizzontale (a spessore pressoché costante) con lo scopo di localizzare conduttori, orizzontale (a spessore pressoché costante) con lo scopo di localizzare conduttori,

inomogeneità nella resistività e nella costruzione di mappe geologiche.inomogeneità nella resistività e nella costruzione di mappe geologiche.

Le misure vengono effettuate lungo il profilo a intervalli regolari in cui la sorgente può Le misure vengono effettuate lungo il profilo a intervalli regolari in cui la sorgente può

rimanere fissa oppure muoversi con il ricevitore. rimanere fissa oppure muoversi con il ricevitore.

Ciò porterà a ottenere anomalie che morfologicamente sono diverse ma che sono Ciò porterà a ottenere anomalie che morfologicamente sono diverse ma che sono

interpretabili in modo coerente.interpretabili in modo coerente.


Profondità di indagineProfondità di indagine

In teoria il campo EM dovrebbe essere presente a tutte le profondità con valori che In teoria il campo EM dovrebbe essere presente a tutte le profondità con valori che

diventano sempre più piccoli, in pratica la profondità di investigazione dipende da diventano sempre più piccoli, in pratica la profondità di investigazione dipende da

diversi fattori: diversi fattori: noise, intensità del segnale, frequenza, sensibilità e precisione noise, intensità del segnale, frequenza, sensibilità e precisione

dello strumento.dello strumento.


La stima della profondità raggiungibile con metodi EM nel dominio della frequenza può La stima della profondità raggiungibile con metodi EM nel dominio della frequenza può

essere fatta sulla base della “essere fatta sulla base della “skin depthskin depth” data dalla relazione:” data dalla relazione:

fdfd = = 2 / 2 / 0 0

per un semispazio omogeneo, e con per un semispazio omogeneo, e con conducibilità elettrica, conducibilità elettrica, 00 permeabilità magnetica e permeabilità magnetica e

frequenza. Se si considerano frequenza. Se si considerano e e 00 indipendenti da indipendenti da , la skin depth è definita come la , la skin depth è definita come la

profondità alla quale la componente magnetica è ridotta di profondità alla quale la componente magnetica è ridotta di 1/e1/e (o del 37%) rispetto al valore (o del 37%) rispetto al valore

in superficie. in superficie.


GENERALITA’ SULLA GENERALITA’ SULLA RIFLESSIONE RADARRIFLESSIONE RADAR

Il metodo di prospezione superficiale Il metodo di prospezione superficiale

denominato denominato GEORADARGEORADAR è un sistema è un sistema

di indagine basato sulla propagazione di indagine basato sulla propagazione

e e riflessione di onde elettromagnetiche riflessione di onde elettromagnetiche

nel sottosuolonel sottosuolo. Dal punto di vista . Dal punto di vista

concettuale esso è molto semplice è concettuale esso è molto semplice è

può essere accostato alla riflessione può essere accostato alla riflessione

sismica (Fig. 6.8).sismica (Fig. 6.8).


Il segnale trasmesso nel terreno, della durata di Il segnale trasmesso nel terreno, della durata di 2-3-ns2-3-ns, è costituito da un impulso la , è costituito da un impulso la

cui frequenza centrale può variare da cui frequenza centrale può variare da 10 MHz fino a 1000 MHz10 MHz fino a 1000 MHz circa. circa.

Il segnale, nella sua propagazione nel sottosuolo, viene riflesso dalle superfici di Il segnale, nella sua propagazione nel sottosuolo, viene riflesso dalle superfici di

discontinuità presenti e successivamente registrato in forma analogica o digitale, discontinuità presenti e successivamente registrato in forma analogica o digitale,

dopo un campionamento di bassa frequenza e restituito sotto forma di dopo un campionamento di bassa frequenza e restituito sotto forma di variable area variable area

wigglewiggle o o scan linescan line (Fig. 6.9). (Fig. 6.9).


PRINCIPI FISICI FONDAMENTALIPRINCIPI FISICI FONDAMENTALI

Velocità di propagazioneVelocità di propagazione

Le proprietà elettromagnetiche dei materiali sono strettamente relazionate alla loro Le proprietà elettromagnetiche dei materiali sono strettamente relazionate alla loro

composizione e al contenuto in acqua. Ambedue questi fattori dominano la velocità di composizione e al contenuto in acqua. Ambedue questi fattori dominano la velocità di

propagazione e l’attenuazione delle onde EM nei mezzi naturali. In questo contesto la propagazione e l’attenuazione delle onde EM nei mezzi naturali. In questo contesto la

velocitàvelocità è relazionata a quella del è relazionata a quella del vuotovuoto ( (cc) modificata principalmente dalla costante ) modificata principalmente dalla costante

dielettricadielettrica ( () ) relativarelativa. In materiali con basso assorbimento di segnale la velocità può . In materiali con basso assorbimento di segnale la velocità può

essere cosi espressa:essere cosi espressa:

V = c / V = c / rr

La velocità di propagazione delle onde EM in diversi mezzi è riportata in La velocità di propagazione delle onde EM in diversi mezzi è riportata in Tab. 6.1Tab. 6.1..


Attenuazione del segnaleAttenuazione del segnale

Dagli algoritmi che regolano la propagazione degli impulsi elettromagnetici nel Dagli algoritmi che regolano la propagazione degli impulsi elettromagnetici nel

sottosuolo si evince che il segnale subisce una sottosuolo si evince che il segnale subisce una attenuazione funzione della frequenzaattenuazione funzione della frequenza

(Tab. 6.2). (Tab. 6.2).

In termini di perdita o più correttamente di assorbimento del segnale In termini di perdita o più correttamente di assorbimento del segnale altri fattorialtri fattori

entrano in gioco, come si può osservare nello schema di Fig. 6.10.entrano in gioco, come si può osservare nello schema di Fig. 6.10.

La penetrazione, pertanto, sarà tanto maggiore quanto più bassa è la frequenza del La penetrazione, pertanto, sarà tanto maggiore quanto più bassa è la frequenza del

segnale solo e soltanto a parità a parità delle caratteristiche fisiche del mezzo.segnale solo e soltanto a parità a parità delle caratteristiche fisiche del mezzo.


Coefficiente di riflessioneCoefficiente di riflessione

Le riflessioni dell'impulso EM si verificano sia in corrispondenza di Le riflessioni dell'impulso EM si verificano sia in corrispondenza di variazioni variazioni

litologichelitologiche che in corrispondenza delle che in corrispondenza delle caratteristiche fisico-chimichecaratteristiche fisico-chimiche delle stesse delle stesse

strutture. Per poter osservare una riflessione devono crearsi le condizioni di contrasto strutture. Per poter osservare una riflessione devono crearsi le condizioni di contrasto

che potremmo definire come che potremmo definire come impedenza EMimpedenza EM per analogia a quanto avviene nella per analogia a quanto avviene nella

riflessione sismica. In questo caso l’impedenza sarà data da riflessione sismica. In questo caso l’impedenza sarà data da Z = Z = rr..

Il potere risolutivo del sistema è funzione della Il potere risolutivo del sistema è funzione della lunghezza d'ondalunghezza d'onda del segnale. Si del segnale. Si

ammette, in particolare, che possano essere distinti due orizzonti la cui distanza sia ammette, in particolare, che possano essere distinti due orizzonti la cui distanza sia

dell'ordine della metà della lunghezza d'onda del segnale. Pertanto a parità di dell'ordine della metà della lunghezza d'onda del segnale. Pertanto a parità di

velocità di propagazione, velocità di propagazione, la risoluzione sarà tanto maggiore quanto minore è la la risoluzione sarà tanto maggiore quanto minore è la

lunghezza d'onda e perciò quanto maggiore è la frequenza.lunghezza d'onda e perciò quanto maggiore è la frequenza.


CENNI SULLA STRUMENTAZIONECENNI SULLA STRUMENTAZIONE

Le apparecchiature attualmente in commercio consentono di filtrare il segnale in Le apparecchiature attualmente in commercio consentono di filtrare il segnale in

ricezione dopo il campionamento in bassa frequenza. ricezione dopo il campionamento in bassa frequenza.

Ciò permette da un lato di eliminare i disturbi ad alta frequenza e dall'altro di Ciò permette da un lato di eliminare i disturbi ad alta frequenza e dall'altro di

evidenziare segnali relativi a strutture profonde rispetto a quelle più superficiali. Infatti evidenziare segnali relativi a strutture profonde rispetto a quelle più superficiali. Infatti

nelle prime, a causa dell'assorbimento differenziale con la frequenza, prevarranno le nelle prime, a causa dell'assorbimento differenziale con la frequenza, prevarranno le

basse frequenze nelle seconde sarà presente un maggior contenuto in alta basse frequenze nelle seconde sarà presente un maggior contenuto in alta

frequenza.frequenza.


Prospezione elettromagneticaProspezione elettromagnetica

Georadar (GPR)Georadar (GPR)

Approximate Depth with GSSI Approximate Depth with GSSI AntennaAntenna

1.5 GHz1.5 GHz to 18"to 18"

900 MHz900 MHz to 3'to 3'

400 MHz400 MHz to 10'to 10'

200 MHz200 MHz to 25'to 25'

100 MHz100 MHz to 50'to 50'

lower frequencies available lower frequencies available

The SIR System-10B is a versatile, multi-channel, digital GPR system.


La frequenza centrale degli impulsi, e di conseguenza La frequenza centrale degli impulsi, e di conseguenza il tipo di antenneil tipo di antenne, deve essere , deve essere

scelta in base all'obiettivo dell'indagine considerando che scelta in base all'obiettivo dell'indagine considerando che il potere risolutivo sarà il potere risolutivo sarà

tanto maggiore quanto più la frequenza è elevata e che la profondità di investigazione tanto maggiore quanto più la frequenza è elevata e che la profondità di investigazione

aumenterà con il diminuire di essa. aumenterà con il diminuire di essa.

Inoltre Inoltre il potere risolutivo varia con la resistività dei materiali e la profondità di il potere risolutivo varia con la resistività dei materiali e la profondità di

investigazioneinvestigazione..


PROFONDITA’ DI INVESTIGAZIONE E INTERPRETAZIONEPROFONDITA’ DI INVESTIGAZIONE E INTERPRETAZIONE

La profondità di investigazione del sistema dipende dalla La profondità di investigazione del sistema dipende dalla conducibilità elettrica e dal conducibilità elettrica e dal

contenuto in acquacontenuto in acqua degli strati. degli strati.

Generalmente la profondità di penetrazione risulta compresa tra Generalmente la profondità di penetrazione risulta compresa tra 3-10 m3-10 m, ma , ma

prospezioni fino a 20 m sono possibili in condizioni ideali.prospezioni fino a 20 m sono possibili in condizioni ideali.

L'evoluzione dell'apparecchiatura, soprattutto per quanto attiene l'efficacia delle L'evoluzione dell'apparecchiatura, soprattutto per quanto attiene l'efficacia delle

antenne sta spostando il limite d'indagine verso profondità maggiori.antenne sta spostando il limite d'indagine verso profondità maggiori.


Pur trattandosi di segnali EM, i criteri di approccio Pur trattandosi di segnali EM, i criteri di approccio all'elaborazione del segnale sono all'elaborazione del segnale sono

del tutto simili a quelli della sismica di prospezione.del tutto simili a quelli della sismica di prospezione.

Anche il prodotto finale: la Anche il prodotto finale: la sezione georadarsezione georadar, presenta caratteristiche simili a quella , presenta caratteristiche simili a quella

sismica e quindi l'interpretazione utilizza praticamente gli stessi criteri di valutazione. sismica e quindi l'interpretazione utilizza praticamente gli stessi criteri di valutazione.

Fermo restando però che le proprietà fisiche in gioco sono di natura diversa.Fermo restando però che le proprietà fisiche in gioco sono di natura diversa.


Molti aspetti del successo di questo tipo di indagine sono legate anche all’enorme Molti aspetti del successo di questo tipo di indagine sono legate anche all’enorme

progresso compiuto nel trattamento del segnale. progresso compiuto nel trattamento del segnale.

Questo fatto assieme alla possibilità di applicare approcci CDP forniscono immagine Questo fatto assieme alla possibilità di applicare approcci CDP forniscono immagine

del sottosuolo dove la risoluzione e la correlazione sono comparabili se non superiori del sottosuolo dove la risoluzione e la correlazione sono comparabili se non superiori

a quelle derivate dalla sismica ad alta risoluzione.a quelle derivate dalla sismica ad alta risoluzione.


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PRECORSO(Sistemi acquiferi nella fascia costiera:indagini geofisiche) 1 Cap. 6 CENNI SUI METODI ELETTROMAGNETICI