Affrontiamo oggi uno dei temi classici nel campo della geofisica, cioè il confronto diretto tra tomografia elettrica e indagine sismica a rifrazione.

Con gli strumenti oggi a disposizione siamo in grado di valutare indirettamente le caratteristiche geologiche utili per un’interpretazione corretta del sottosuolo senza ricorrere a indagini invasive come carotaggi esplorativi, con il vantaggio di notevole risparmio in termini economici e tempistici. Oltretutto, se consideriamo le tecniche tomografiche, si può ottenere una copertura dell’area di indagine ad ampio raggio e un eccellente dettaglio.

Per quanto possano sembrare univoci i risultati di indagini geofisiche, in realtà non lo sono; esse conservano sempre un grado di incertezza, seppur basso, che dipende dalla natura delle analisi indirette che per definizione utilizzano le variazioni rivelabili in superficie di alcuni parametri geofisici per ottenere valori anche in profondità.

Le due indagini che andremo ad analizzare sono le seguenti:

• Tomografia elettrica: Misura della resistività elettrica in superficie lungo una linea d’indagine con elettrodi equidistanti tra loro.
• Sismica a rifrazione con metodo tomografico: Misura delle velocità di propagazione delle onde sismiche generate da una sorgente artificiale e ricevute da una serie di sensori (geofoni) posti lungo una linea d’indagine, detta stendimento sismico.

Le indagini in questione sono volte a caratterizzare un terreno sia dal punto di vista sismostratigrafico che idrogeologico; mettendo a confronto le due tecniche è possibile apprezzare le diverse potenzialità, la risoluzione, la profondità di investigazione e se possibile la correlazione dei dati delle due prove dal punto di vista geologico.

Esecuzione delle prospezioni geofisiche

Per avere un confronto quanto più diretto possibile, si riporta come esempio uno stendimento sismico  parallelo ad un profilo geoelettrico, di uguale lunghezza e direzione, posti a circa 30 cm l’uno dall’altro. Per la tomografia elettrica sono stati installati 32 elettrodi intervallati di 4 metri con Array Dipolo-Dipolo, mentre per la sismica a rifrazione sono stati usati 24 geofoni verticali con un passo di 4 metri e con 9 shots equidistanti tra loro e speculari rispetto al centro della base sismica. Le energizzazioni avvengono tramite l’impatto tra una mazza da kg 8 ed una piastra in lega di alluminio posta sul terreno.

I primi ostacoli provengono proprio dal tipo di energizzazione utilizzato. Nonostante il sito indagato sia privo di rumori antropici, presenta un leggero rumore ambientale dovuto al vento che per stendimenti sismici di lunghezze considerevoli rende problematica la corretta lettura dei geofoni più distanti al punto di energizzazione. In altre parole, il rapporto segnale/rumore (tra il segnale rifratto dello scoppio e il rumore ambientale) è minore di 10:1, rendendo difficile l’interpretazione delle velocità sismiche. Nel caso specifico è stato risolto il problema in post-processing con filtri passa-banda per selezionare solo le frequenze di interesse. Per ovviare a questi problemi sarebbe buona norma adottare in fase di acquisizione l’uso di magli più pesanti o fucile sismico per stendimenti maggiori di 70 mt, così da avere una maggiore impedenza sismica e mantenere in fase di elaborazione il segnale originale senza applicare tagli di frequenza.

La prova geoelettrica non ha avuto nessun tipo di problema, le lunghezze coperte dal georesistivimetro sono proporzionali alla potenza della batteria utilizzata e nel caso specifico è stata impiegata una batteria da 12 V, sufficiente da garantire una copertura di centinaia di metri.

Elaborazioni ed analisi di indagini geofisiche:

Per lo studio riportato come esempio sono state eseguite indagini geoelettriche e sismiche con lo scopo di individuare dei punti idonei alla captazione di acqua. Il contesto ambientale, che di certo è di aiuto alla caratterizzazione idrogeologica, è caratterizzato da un’estesa superficie pedemontana e la geologia dell’area è costituita per lo più da un substrato marnoso e marnoso-calcareo con scarse potenzialità dal punto di vista idrico.
Con tutte le difficoltà del caso, i potenziali livelli saturi vanno studiati all’interno di eventuali fratture del substrato roccioso.

Grazie alla stratigrafia, ricostruita mediante il profilo geoelettrico e simico, è stato possibile realizzare una revisione critica dello studio che comunque si è rivelato efficace per gli scopi prefissati.

La fase di interpretazione, prima di tutto, ha previsto un accurato studio degli spessori indagati con particolare attenzione a possibili discontinuità presenti nel substrato.

Tomografia sismica a rifrazione

Dalla sismica a rifrazione emergono delle discontinuità superficiali, che possono essere associate ad eventuali fratture, il costante aumento delle velocità maschera la presenza di eventuali fatturazioni profonde, va comunque detto che i valori di velocità delle onde P sono compatibili con la stratigrafia di sito. La profondità indagata è di circa 30 m dal piano campagna, con buona risoluzione in superficie.

Tomografia elettrica

La tomografia elettrica evidenzia la presenza di terreni detritici di copertura sulla parte destra della sezione. All’interno di questo layer sono presenti lievi anomalie di resistività, che segnalano un contenuto variabile di argilla e limo. Per il resto della sezione è presente un basamento marnoso con elevata componente argillosa, caratterizzato da bassi valori di resistività.

Le anomalie di resistività presenti al centro della sezione indicano con molta probabilità la presenza di una frattura del substrato marnoso a carattere litoide. Ciò fa si che non possono essere escluse circolazioni idriche all’interno delle fratture. In corrispondenza di queste discontinuità del terreno non sono evidenti i cambi di velocità sismiche.

 La profondità massima raggiunta è di circa 30 m dal piano campagna nella parte centrale del profilo 2D. Grazie alla configurazione Dipolo-Dipolo è possibile osservare anomale anche in senso laterale, ottenendo una buona risoluzione per tutta la sezione.

Valutazioni

In fase di elaborazione di questi dati di campagna si è potuto osservare che la tomografia elettrica evidenzia delle caratteristiche geologiche e idrologiche difficilmente rilevabili con altre indagini.
Con la sismica a rifrazione è stato possibile individuare approssimativamente i principali sismostrati del sito, ma non sono evidenti le variazioni orizzontali e verticali delle velocità di propagazione delle onde P che rappresentavano il nostro obiettivo.

Escludendo correlazioni di profondità di indagine, copertura dell’area investigata e risoluzione dell’immagine restituita, la corrispondenza tra i dati geoelettrici e sismici è bassa, quindi in questo caso una buona conoscenza del sito è di aiuto alla ricostruzione di un modello attendibile.

Nella seconda parte affronteremo il problema facendo una analisi congiunta delle due prospezioni geofisiche, con lo scopo di ottenere un modello geologico che contiene la combinazione di dati geofisici differenti.

Va comunque ricordato che le indagini di geofisica applicata (nella fattispecie quelle geoelettriche e sismiche) costituiscono solo un aspetto di un approccio multifase e sequenziale dell’esecuzione di un progetto. Le osservazioni e le misure dirette, di tipo geologico, non sono sostituibili da prove geofisiche indirette: sondaggi in situ sono invece vantaggiosamente impiegati per confermare e calibrare i risultati geofisici e migliorare l’accuratezza delle conclusioni. I risultati emersi dalle indagini geofisiche devono essere correlati con quelli relativi all’esecuzione di prove geotecniche. Il confronto confermerà  i dati stratigrafici di sito e permetterà di caratterizzare in maniera corretta l’area di interesse.