Prospezione di sismica a rifrazione con il metodo G.R.M. di R. Palmer (reciproco generalizzato)

sviluppati in array con n°24 geofoni ad asse verticale per l’individuazione delle principali unità geofisiche tramite la stima delle velocità di propagazione delle onde longitudinali P (Vp)

Nel presente lavoro è stata utilizzata la tecnica sismica a rifrazione che rappresenta un metodo d’indagine finalizzato alla costruzione di una sezione sismo-stratigrafica sulla base dell’individuazione delle variazioni di velocità delle onde sismiche nel sottosuolo. Tale metodo consiste nel disporre, lungo uno stendimento, dei geofoni che registrano le perturbazioni indotte nel terreno da una sorgente energizzante artificiale nota. Leggendo i tempi dei primi arrivi delle onde sismiche ai geofoni, si costruiscono le dromocrone, le quali permettono di individuare le variazioni verticali di velocità e quelle areali dei diversi sismo-strati.

Metodo sismico a rifrazione - G.R.M.

Le indagini indirette ed in particolare la metodologia a rifrazione permette la ricostruzione areale delle geometrie e degli spessori dei depositi di copertura, la profondità del substrato (entro i limiti di penetrazione del metodo), la verifica di eventuali discontinuità laterali nonché di determinare le caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali attraverso la determinazione dei moduli elastici dinamici.

Il metodo sismico a rifrazione si basa sul concetto della bi-rifrazione delle onde elastiche a seguito del fronte d’onda conico. Data una sorgente di onde elastiche e uno stendimento di geofoni lungo un profilo giungeranno in superficie ai geofoni onde dirette, onde riflesse ed onde coniche o bi-rifratte (head wave). Le onde analizzate sono quelle bi-rifratte cioè quelle che giungono alla superficie di separazione con un angolo d’incidenza critico (secondo la legge di Snell) e che quindi vengono rifratte con un angolo di 90° propagandosi parallelamente alla superficie rifrangente e venendo nuovamente rifratte verso la superficie con lo stesso angolo d’incidenza. I contrasti sismici individuati nel sottosuolo possono essere legati a cause stratigrafiche, strutturali e idrogeologiche.

Disponendo una serie di ricevitori lungo la superficie libera del suolo e generando onde elastiche da una sorgente puntiforme l’onda riflessa arriverà sempre dopo le altre, mentre fino ad una certa distanza dalla sorgente arriverà prima l’onda diretta poi, quando l’onda bi-fratta avrà percorso sufficiente distanza alla velocità V2, essa arriverà prima della diretta (come riportato nella figura seguente).

Se, per ogni distanza di ciascun ricevitore, riportiamo in un semplice grafico x-y il tempo di arrivo del primo impulso letto sui sismogrammi i punti si dispongono in una serie di allineamenti, di cui il primo passante per l’origine: ciascuna linea è detta dromocrona ed è rappresentata dalla velocità di propagazione delle onde elastiche nel mezzo posto al di sopra di un riflettore (una superficie di separazione più o meno netta tra due materiali a comportamento elastico diverso).

L’intersezione tra due dromocrone è detto punto di ginocchio e rappresenta il punto in cui arrivano contemporaneamente le onde rifratte da due rifrattori adiacenti o, se consideriamo le prime due dromocrone, le onde dirette e le onde rifratte dal primo rifrattore: in un’indagine sismica a rifrazione sarà possibile individuare un numero di punti di ginocchio pari al numero di rifrattori investigati. Pertanto più è profondo il rifrattore più è distante dalla sorgente il rispettivo punto di ginocchio: da ciò si deduce che gli impulsi rifratti possono essere ricevuti solo a partire da una certa distanza proporzionale alla profondità del rifrattore e che quindi la profondità totale di indagine è legata alla lunghezza dello stendimento dei ricevitori.

In presenza di morfologie irregolari degli orizzonti fisici è opportuno utilizzare il metodo reciproco generalizzato (G.R.M. di R. Palmer), che consente di ricostruire rifrattori ondulati a qualunque profondità, utilizzando sempre dei profili coniugati.

Gli aspetti di base dell’elaborazione sono:

• il calcolo della funzione analisi-velocità, dalla quale si ottiene la velocità del riflettore;
• il calcolo della funzione tempo-profondità, che è una misura della profondità del riflettore, espressa in unità di tempo.

L’analisi si basa sulla determinazione del tempo di tragitto delle onde sismiche tra due geofoni separati da una distanza variabile XY che entra nel calcolo delle velocità di propagazione delle onde nel rifrattore e della sezione tempo-profondità (Figura 3).

Figura 3 - Schema dei raggi sismici provenienti dalle sorgenti A e B che giungono ai geofoni X e Y provenendo dallo steso punto del rifrattore. G geofono ipotetico

Il problema consiste nel calcolare con precisione la distanza XY ottimale per la quale i segmenti dei raggi viaggiano verso l’alto e arrivano a ciascun geofono, emergendo quasi dallo stesso punto del riflettore. Ciò permette di valutare tutte le eventuali variazioni laterali di velocità del rifrattore, e quindi di ricostruire anche morfologie complesse.