Geofisica per l’esplorazione del sottosuolo

Cos’è la geofisica applicata per l’esplorazione del sottosuolo?

La geofisica applicata utilizza delle tecniche di esplorazione del sottosuolo (magnetometria, tomografia elettrica, elettromagnetismo, gravimetria), che si basano su noti principi di fisica terrestre, per studiare e caratterizzare la parte più superficiale della crosta terrestre. In questo modo è possibile acquisire, in maniera non invasiva, informazioni importanti sulle caratteristiche e sull’assetto geologico del sottosuolo senza dover necessariamente ricorrere ad uno scavo o una perforazione diretta del terreno.

Cos’è un rilievo geofisico?

Eseguire un rilievo geofisico del sottosuolo significa misurare, dalla superficie del terreno, dei segnali associati a determinate caratteristiche del sottosuolo. Per fare ciò, si utilizzano degli strumenti specifici in grado sia di rilevare il segnale spontaneamente e costantemente emesso dalla Terra (es. campo magnetico, campo gravitazionale), sia di misurare la risposta del sottosuolo alla propagazione di segnali generati in superficie da appositi apparati strumentali.

Cos’è l’induzione elettromagnetica?

Il principio dell’induzione elettromagnetica è regolato dalle note equazioni di Maxwell che spiegano l’interazione reciproca tra il campo magnetico e il campo elettrico nello spazio. Se facciamo circolare una corrente elettrica in una bobina essa genererà un campo magnetico che si propaga nello spazio circostante e nel sottosuolo. Questo campo magnetico variabile, attraversando un conduttore (il terreno), induce in esso delle correnti elettriche. Queste correnti indotte si propagano nel mezzo generando, a loro volta, un campo magnetico definito “secondario” che può essere rilevato in superficie da un’altra bobina (antenna) posta a una certa distanza da quella trasmittente.

EM induzione

Cos’è la resistività elettrica?

La resistività elettrica è una grandezza fisica – misurata in Ωm (ohm per metro), caratteristica di ogni materiale, che indica la resistenza incontrata dalla corrente elettrica nell’attraversarlo. Essa dipende da diversi fattori quali, ad esempio: porosità, presenza di fluidi, composizione mineralogica, grado di fratturazione, grado di saturazione, nonché la presenza di sostanze organiche; pertanto, il suo valore può cambiare di diversi ordini di grandezza anche all’interno delle singole classi di rocce e terreni al variare di questi parametri.

resistività_blog

Cos’è la suscettività magnetica?

La suscettività magnetica è una grandezza adimensionale che descrive la capacità di una sostanza di magnetizzarsi in presenza di un campo magnetico esterno.

Come funziona la magnetometria?   

Tra le tecniche geofisiche più ampiamente utilizzate in campo ambientale e archeologico, vi è sicuramente il metodo magnetico. Questo metodo d’indagine consiste nel misurare le variazioni spaziali del campo magnetico terrestre dovute alla presenza nel terreno di corpi magnetizzati. Ovviamente, affinché si possa osservare una variazione significativa nelle misure magnetiche è necessario che vi sia un contrasto di suscettività magnetica tra la sorgente magnetizzata e il terreno che la contiene. La tecnica trova numerose applicazioni in campo ambientale (ad esempio: la ricerca di rifiuti ferrosi nel sottosuolo) e archeologico (ad esempio: la ricerca di strutture antropiche sepolte).

magnetometria

Cos’è un’anomalia magnetica?

Un’anomalia magnetica è una variazione locale del campo magnetico terrestre legata a vari fattori. La mappatura delle variazioni magnetiche in una data area permette di rilevare la presenza di strutture aventi caratteristiche magnetiche diverse dal terreno circostante. Le anomalie magnetiche rappresentano in generale una piccola frazione del campo geomagnetico e per metterle in evidenza è necessario utilizzare dei magnetometri, strumenti progettati per effettuare misure di campo magnetico.

Come funziona la tomografia di resistività elettrica?  

Il metodo della tomografia elettrica permette di misurare la resistività elettrica del sottosuolo attraverso una serie di elettrodi metallici, infissi nel terreno, che fungono sia da sorgenti di corrente elettrica immessa nel sottosuolo sia da ricevitori del segnale prodotto dal passaggio della corrente nel terreno. La tecnica trova numerose applicazioni in campo geologico (ad esempio: la mappatura di acqua nel sottosuolo, la mappatura delle faglie), archeologico (ad esempio: la mappatura delle strutture antropiche sepolte, cavità) e ambientale (ad esempio: la mappatura del percolato di discarica).

tomografia

Come funziona la tomografia elettrica capacitiva?

La tomografia elettrica capacitiva è una tecnica di prospezione geofisica che consente di acquisire, in tempi rapidi, dati sulla resistività elettrica del sottosuolo. Negli ultimi anni, questa tecnica di prospezione ha visto un crescente utilizzo per applicazioni in campo archeologico e ambientale. Il grosso vantaggio, rispetto al metodo di tomografia di resistività elettrica, consiste nella velocità di acquisizione dei dati poiché non è necessario infiggere elettrodi per energizzare il terreno. Infatti, un operatore trascina dei sensori alloggiati lungo un cavo, attraverso i quali è possibile rilevare la presenza di discontinuità nel sottosuolo siano esse di natura antropica (come muri, tombe e pavimenti) o anche di origine geologica (fratture, cavità, stratificazioni del sottosuolo).

capacitiva

Come funziona le tecnica elettromagnetica nel dominio della frequenza (FDEM)?

Gli strumenti che si basano sul principio dell’induzione elettromagnetica sono comunemente impiegati per prospezioni geofisiche superficiali sia in campo archeologico (ad esempio: la ricerca di strutture antropiche sepolte) sia per applicazioni in campo ambientale (ad esempio: la ricerca di rifiuti interrati o altre forme di inquinamento superficiale del suolo). Il risultato di un rilievo elettromagnetico è restituito sotto forma di mappe tematiche, ognuna delle quali rappresenta una specifica proprietà del campo magnetico e del campo elettrico. La prima, è particolarmente sensibile alla presenza di forti conduttori come ad esempio corpi metallici; la seconda, invece, fornisce informazioni sulla conducibilità (l’inverso della resistività) dovuta alla presenza di disomogeneità elettriche esistenti nel sottosuolo.

FDEM

Come funzionano le tecniche elettromagnetiche nel dominio del tempo (TDEM)?

Il sondaggio TDEM consente di ottenere un modello monodimensionale del sottosuolo, individuando degli “elettro-strati”, cioè degli strati del sottosuolo caratterizzati da una ben definita resistività elettrica. La misura prevede la realizzazione, tramite un cavo elettrico, di un loop quadrato o rettangolare in cui viene fatta circolare una corrente elettrica alternata. Il metodo TDEM, sviluppato a partire circa dagli anni ’70 per la ricerca di giacimenti minerari, è oggi ampiamente utilizzato per l’esplorazione del sottosuolo in campo idrogeologico e ambientale (ricostruzione stratigrafica del sottosuolo, mappatura del percolato in falda, ecc.).

tdem

Come funziona la tecnica Georadar?

Il georadar è una tecnica non distruttiva che utilizza brevi impulsi elettromagnetici ad alta frequenza, emessi e ricevuti da una o più antenne. Queste onde elettromagnetiche generate dall’antenna si propagano nel sottosuolo e vengono riflesse quando raggiungono un interfaccia tra materiali che possiedono differenti proprietà elettromagnetiche (resistività elettrica e costante dielettrica): tali riflessioni sono visualizzate e registrate mentre le antenne vengono trascinate sulla superficie del terreno. La profondità di penetrazione del segnale Georadar dipende molto dalla resistività elettrica del terreno e dalla frequenza dell’onda trasmessa, e può variare da pochi centimetri fino a qualche metro.

radar


Immagini a cura di logo-lab

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