Gds_2 Anno 2011 - Ordine Regionale dei Geologi di Sicilia

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Fig. 7. Esempio di raggruppamento e plotting di curve TDEM omologhe per un gruppo di sondaggi vicini, indicati con l’ovale rosso nella mappa in alto a sinistra. I sondaggi sono stati invertiti utilizzando la stessa modellistica iniziale. di famiglie di segnali simili. Per realizzare tale intento si è proceduto rappresentando tutte le curve resistività apparente / tempo di ciascun sondaggio nello stesso grafico bilogaritmico in modo da individuare e raggruppare i sondaggi per famiglie di curve omologhe. Una volta effettuato il plot di tutte le curve nel medesimo grafico a dispersione, queste sono state raggruppate in categorie che presentassero un andamento simile nella porzione media e finale, in quanto per la porzione iniziale si è tenuto conto di una maggiore variabilità superficiale della resistività del sottosuolo (Fig. 7). La fase successiva è consistita nel riconoscimento e nell’eliminazione di valori di resistività anomali, riscontrabili in massima parte per i tempi iniziali e in taluni casi anche per i tempi finali. Il segnale della singola acquisizione è stato rappresentato sia come resistività apparente sia come potenziale in funzione del tempo d’acquisizione, per riconoscere in fase preliminare e da un punto di vista qualitativo il comportamento del mezzo indagato in risposta alla sollecitazione del campo primario generato e laddove fosse stato necessario è stato effettuato uno smoothing sui dati. 5.3. Inversione dei dati Dopo aver ottenuto gruppi di segnali simili, si è passati all’inversione di ciascun sondaggio con modellistiche a strati piani paralleli (analoghe a quelle usate per i sondaggi elettrici verticali). La parametrizzazione del modello iniziale per l’inversione è stata eseguita a partire da dati acquisiti in zone vicine se non addirittura coincidenti, laddove dis- gdiS 2 • 2011 maggio-agosto ponibili, acquisiti attraverso altre metodologie geofisiche all’interno del medesimo progetto di ricerca. In particolare per i sondaggi della sezione B-B’ (fig. 4) sono stati usati come informazioni a priori gli orizzonti di strato ottenuti dall’inversione di dati Multichannel Analysis Surface Waves o MASW (Park et al., 1997) acquisiti nella parte più vicina alla costa della sezione, per una copertura di circa 1000 m. Tale tecnica permette la restituzione di un modello monodimensionale che rappresenti la distribuzione verticale di velocità di propagazione delle onde S. A partire da segnali sismici di onde di superficie, acquisiti con un sismografo a 24 canali ed interdistanza tra i centri dei vari stendimenti pari a 48 m e disposti linearmente, è stato ottenuto un modello bidimensionale interpolando con una funzione polinomiale cubica lungo la direzione del profilo cumulato, le profondità dei limiti di strato calcolati. La variazione laterale degli spessori stratigrafici del modello 2D di velocità sismiche così realizzato è stata utilizzata come vincolo dell’inversione dei dati di tomografia elettrica 2D (2D-ERT) acquisiti anch’essi nella parte più costiera della sezione BB’. Quattro tomografie elettriche 2D (eseguite tutte nelle zone più costiere dei profili, fig. 4) hanno permesso a loro volta di ricavare una distribuzione bidimensionale di resistività di elevato dettaglio, in coincidenza con le zone maggiormente interessata dall’intrusione marina. Anche le sezioni ERT hanno permesso di individuare le profondità delle principali variazioni stratigrafiche di resistività elettrica che sono servite da ulteriore vincolo per i parametri di inversione dei dati TDEM. 21
Da un modello medio iniziale così ottenuto, avente resistività in funzione della profondità, è stata realizzata la parametrizzazione per l’inversione TDEM 1-D di una parte dei sondaggi elettromagnetici, acquisiti con coordinate coincidenti con i profili geoelettrici, o in posizioni ad esso adiacenti. L’interpretazione per ciascuna zona caratterizzata da curve simili, è stata fatta considerando modelli con identico numero di strati e imponendo variazioni minime di resistività e di spessore tra modelli vicini. Le problematiche maggiori per la scelta dei parametri iniziali di inversione e nell’inversione stessa, sono state riscontrate nelle porzioni campionate con metodi elettromagnetici, ma mancanti di un confronto con altre metodologie di indagine. In questi casi, è stato scelto di eseguire un’inversione vincolata che permettesse una variazione massima in termini di resistività e profondità pari al 20% dei corrispondenti parametri, rispetto all’inversione più vicina. Tale procedimento ha garantito il rispetto del concetto di continuità laterale, ma per non forzare il sistema con soluzioni che non fossero le più valide, è stata comunque realizzata un’inversione libera per ciascun sondaggio e si è scelto il più adeguato tra il modello vincolato e quello libero. Sono stati pertanto calcolati 126 modelli monodimensionali di resistività in funzione della profondità, e ciascuno di questi modelli è stato georeferenziato con il sistema di riferimento WGS84 UTM 33S. 6. Elaborazione del modello 3D di resistività elettrica A partire dal set di modelli monodimensionali TDEM è stata effettuata una interpolazione per ottenere un modello tridimensionale della distribuzione della resistività elettrica nel bacino (Cosentino et al., 2007). Sono state ottenute sezioni orizzontali di resistività a differenti profondità (una ogni 5m a partire dal p.c. fino a – 80 m s.l.m.) interpolando con metodo Kriging i valori di resistività di ogni modello 1D riscontrati a tale profondità. L’algoritmo di regressione Kriging viene usato comunemente nell’ambito dell’analisi spaziale geostatistica. L’interpolazione spaziale si basa sull’autocorrelazione della grandezza, assumendo che la grandezza in oggetto vari nello spazio con continuità e calcolando il valore incognito con una media pesata dei valori noti. I pesi assegnati alle misure dipendono dalla relazione spaziale tra i valori misurati nell’intorno del punto incognito e vengono calcolati usando il variogramma, un grafico che mette in relazione la distanza tra due punti e il valore di varianza tra le misure effettuate in questi due punti, esprimendo una stima del grado di dipendenza spaziale. 22 Una volta ricavata la matrice tridimensionale della resistività elettrica dell’intero bacino sono state rappresentate alcune sezioni orizzontali e verticali di resistività, in corrispondenza di orizzonti geologici o in modo da evidenziare variazioni rilevanti della grandezza in esame. In fig. 8 vengono riportate le sezioni generate per z = [+10 +5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30] metri s.l.m., ove il campionamento lungo la verticale è stato scelto con una spaziatura pari a 5 m, per rappresentare adeguatamente sia la variabilità di resistività sia la risoluzione del modello. 6.1. Sezioni orizzontali di resistività elettrica e confronto con carte geochimiche Il confronto tra le sezione di resistività approssimativamente corrispondente alla piezometrica (fig. 8) e le carte geochimiche (fig. 6) evidenzia una notevole correlazione, soprattutto con l’andamento della conducibilità dell’acqua e del contenuto in cloruri. Questa considerazione porta alla conclusione che la resistività elettrica del sottosuolo dipenda principalmente dalla salinità dell’acqua di falda. La realizzazione delle sezioni orizzontali a profondità variabili finora descritte tuttavia permette di formulare più di un’ipotesi interpretativa non solo nell’ambito dell’idrogeologia, ma imponendo anche riflessioni di natura geologico-strutturale e morfotettonica. In particolare, osservando attentamente la fascia costiera appare evidente, a partire dalle porzioni superficiali ed osservando le variazioni di resistività al crescere della profondità, un forte gradiente negativo nell’intera area ed un gradiente ancora maggiore lungo tre particolari direzioni, che sono state interpretate come veicolo principale del flusso di acque saline all’interno dell’acquifero. Inoltre, a pochi chilometri dalla costa, ove i valori di resistività molto bassi riscontrati, presentano un gradiente orizzontale positivo, è stata ipotizzata la presenza della zona di mixing, ovvero quella porzione limitata nello spazio che funge da spartiacque all’interno di volumi di acque composizionalmente differenti. Tale area estesa, infatti, è caratterizzata probabilmente da acqua salmastra in quanto presenta valori di resistività elettrica intermedi rispetto alle resistività tipiche dell’acqua marina e quelle delle acque in falda. Anche la porzione più a Nord conduce a interessanti considerazioni, se si osservano le geometrie delle superfici di isoresistività per ciascuna sezione orizzontale. In corrispondenza del settore Nord-Occidentale dell’area indagata, infatti, risultano evidenti due anomalie resistive all’interno delle quali si frappone un corpo conduttivo. Tale condizione già riscontrabile nelle porzioni più superficiali si propaga fino a circa 30 m. 2 • 2011 maggio-agosto gdiS
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