Prospezioni geofisiche - Treccani

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ESPLORAZIONE PETROLIFERA Latisana Pertegada Muzzana Lignano Carlino S.Giorgio Villabruna Marano Torviscosa individuare il campo regionale, operando allo scopo con metodi analitici (per esempio approssimando i dati osservati con curve o superfici, mediante il metodo dei minimi quadrati), per poi sottrarlo dal campo osservato, evidenziando le mappe delle anomalie residue. Più elevato è l’ordine della superficie regionale rimossa, più superficiali sono le sorgenti conservate nel campo residuo. Un diverso approccio al problema della separazione delle anomalie si basa sulle tecniche di filtraggio. L’anomalia di Bouguer può essere considerata come un segnale integrale, composto da infinite frequenze spaziali. Le sorgenti profonde producono un segnale gravitazionale con una bassa frequenza spaziale sulla superficie terrestre, mentre quelle superficiali producono frequenze più alte. È possibile quindi distinguere il campo regionale da quello locale attraverso un filtro che provvederà alla separazione in termini di frequenza (o di lunghezza d’onda) tra i campi. Simile al filtraggio è il calcolo della derivata verticale di primo e di secondo ordine del campo di anomalia. Entrambe le operazioni enfatizzano la presenza di alte frequenze, prodotte da sorgenti superficiali; si ottiene in questo modo la rimozione dell’effetto regionale, con conseguente segnale riferito solo alle anomalie locali. La mappa della derivata verticale di secondo ordine (la più usata) serve a far risaltare la distribuzione di anomalie molto locali rispetto al trend regionale e a rendere più incisive le discontinuità che delimitano i corpi sorgente. In fig. 2 è riportato lo stesso campo delle anomalie gravimetriche già descritto in fig. 1, trattato con le derivate seconde. Il calcolo della derivata seconda permette di restituire una nuova mappa ove sono esaltate le possibili variazioni morfologiche e tettoniche al tetto e ai margini della piattaforma carbonatica (le zone ombreggiate indicano la presenza di valori negativi). Anche la continuazione verso il basso e verso l’alto del campo Cervignano Fiumicello Aquileia potenziale di anomalia costituisce un valido strumento per separare le anomalie; allontanandosi o avvicinandosi alle cause delle anomalie è possibile, infatti, enfatizzare le relative componenti regionali e locali. La continuazione verso l’alto rappresenta un aumento della distanza dalle sorgenti gravimetriche e il campo risultante è associabile a quello regionale. Il grado di regionalità dipende dalla distanza della continuazione. La continuazione verso il basso, ove possibile, avvicina le anomalie osservate alle sorgenti e può essere utile nel separare le sorgenti i cui effetti di gravità sono sovrapposti a livello della superficie terrestre. Modellizzazione diretta Nell’ambito delle tecniche analitiche per la modellizzazione diretta, occorre distinguere tra i metodi bidimensionali (2D), adottati in gravimetria con maggiore frequenza, e quelli tridimensionali (3D). Un modello 2D si estende indefinitamente in una direzione, cosicché tutte le sezioni del corpo perpendicolari a tale asse sono uguali e hanno densità costante. Si costruisce una sezione geologica ideale con assegnate unità litostratigrafiche, con date geometrie e contrasti di densità noti, e si calcola il segnale gravimetrico prodotto in superficie da tale distribuzione di masse. Il segnale sintetico ottenuto soffre dell’indeterminazione connessa con l’uso dei metodi basati sul potenziale (una certa distribuzione di massa produce una sola anomalia, ma esistono infinite distribuzioni che possono generare lo stesso effetto gravimetrico). Tuttavia, se il modello è costruito nel rispetto di condizioni derivate dal rilevamento e dalle deduzioni geologiche, dai sondaggi o dalle conoscenze acquisite da altre metodologie <strong>geofisiche</strong>, il segnale ottenuto potrà essere confrontato con quello misurato e il modello potrà essere modificato per fornire un segnale che approssimi al meglio quello misurato. 242 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI Grado fig. 2. Anomalie di fig. 1 trattate con la derivata seconda. In verde le aree con valori negativi.
Nell’ambito della modellistica 3D sono disponibili vari metodi, usualmente suddivisi in due categorie principali. Nella prima il campo gravitazionale è calcolato approssimando la struttura per mezzo di reticoli o servendosi di tecniche di calcolo numerico e grafico. La precisione, in questo caso, può essere aumentata infittendo il reticolo, nei limiti imposti dal metodo di calcolo. Nella seconda categoria le strutture, di forma irregolare, sono suddivise in corpi più piccoli, di diverse dimensioni ma di forma regolare, per esempio in blocchi a forma di parallelepipedi, per i quali l’attrazione gravitazionale può essere facilmente calcolata. La precisione consentita dal metodo può essere aumentata al crescere del numero dei blocchi. La struttura geologica può anche essere approssimata con un prisma retto a base poligonale, avente un numero di facce sufficientemente grande. Si ricava un’espressione analitica per le componenti orizzontali e verticali del campo gravitazionale generato dal prisma. La precisione di tale tecnica dipende da quanto il prisma approssima il corpo sorgente e può essere aumentata al crescere del numero dei lati del poligono base. Un altro metodo privilegia la rappresentazione grafica nell’organizzazione del processo di calcolo, nonché il controllo interattivo del modello. Questo metodo necessita di una serie di algoritmi e di tecniche analitiche che possano fornire una struttura di dati immagazzinabile nella memoria di un elaboratore, contenente tutte le informazioni necessarie alla sua modifica interattiva. L’interattività, che si esplica attraverso la rappresentazione grafica, è l’elemento chiave, poiché consente la comunicazione tra l’utente e il sistema di simulazione. Alla base di un programma di modellizzazione gravimetrica è l’individuazione di un corpo elementare e compatto, di geometria semplice, tale da poter approssimare ragionevolmente, mediante la composizione opportuna con un gran numero di corpi simili, qualunque configurazione strutturale, anche la più complessa. Qualsiasi poliedro convesso si presta allo scopo; sarà sufficiente attribuirgli, come proprietà fisica caratterizzante, un valore di densità. Di esso si calcola il contributo gravimetrico. Successivamente si sommano i contributi di tutti i poliedri elementari, ottenendo l’effetto gravimetrico totale del modello cercato. La modellizzazione gravimetrica diretta utilizza dunque una struttura geometrica costituita da più corpi di forma semplice ai quali attribuisce opportuna densità, determina il contributo gravimetrico di ogni singolo elemento e consente il confronto con i dati osservati. Modellizzazione inversa I metodi inversi partono dall’anomalia di gravità osservata e cercano di determinare la geometria eo i parametri che definiscono la sorgente che genera il segnale osservato. Questa procedura è basata su assunti sulla distribuzione di massa che provoca l’anomalia. Il problema è VOLUME I / ESPLORAZIONE, PRODUZIONE E TRASPORTO PROSPEZIONI GEOFISICHE parzialmente risolvibile ponendo assunti restrittivi sulle possibili distribuzioni di densità che definiscono la sorgente. Possono evidentemente sussistere molte distribuzioni che giustificano una data anomalia ma, nonostante la non univocità che caratterizza il problema inverso, le tecniche di inversione possono essere utilizzate per ottenere preziose informazioni circa la sorgente dell’anomalia gravimetrica e forniscono utili vincoli per i modelli generati sulla base di informazioni ottenute da altri metodi geofisici. In questo modo l’inversione gravimetrica consente di selezionare i modelli che possono dare risultati significativi e di scartare gli altri. Esistono tecniche di inversione del campo di gravità che permettono di definire i parametri di sorgente, quali la profondità e la distribuzione spaziale di massa che genera l’anomalia. Molte delle procedure di inversione che possono essere raccolte in quest’ultima categoria sono dedotte dai metodi di interpretazione magnetica e adattate ai dati gravimetrici per mezzo dell’analogia formale che può essere stabilita tra campi gravitazionali e campi magnetici. L’equazione stabilita da Siméon-Denis Poisson mette in relazione il momento del dipolo magnetico, M, con il gradiente verticale, ∂ g∂ z, del campo gravitazionale: M(kFGr)(∂ g∂ z), dove k è l’intensità della magnetizzazione, F il campo magnetico terrestre, G la costante di gravitazione, r la densità e g il campo gravitazionale. I metodi più utilizzati a questo scopo sono quelli basati sul cosiddetto segnale analitico, sull’applicazione dell’equazione di Eulero e sulla deconvoluzione di Werner. La tecnica del segnale analitico è ripresa dall’interpretazione automatica dei dati aeromagnetici che consente di calcolare l’effetto di un prisma orizzontale uniformemente magnetizzato sulla componente verticale del campo magnetico terrestre. In gravimetria, le coordinate orizzontali degli spigoli della sorgente gravimetrica sono ben definite dai massimi dell’ampiezza del gradiente gravimetrico verticale, in corrispondenza di punti in cui il corpo perturbante presenta evidenti discontinuità. La tecnica è quindi particolarmente adatta in zone in cui vi siano geometrie semplici, con forti gradienti, quali faglie, bacini sedimentari, intrusioni. Analogamente, la deconvoluzione di Werner è utilizzata in magnetometria, principalmente per la determinazione della posizione di dicchi superficiali uniformemente magnetizzati, ed è applicata anche in gravimetria per ottenere la componente verticale, utilizzando l’equazione stabilita da Poisson. Questi due metodi sono basati su una parametrizzazione particolare della geometria della sorgente. Un approccio diverso, basato sull’equazione di Eulero, non comporta una scelta a priori di una particolare geometria del corpo che perturba il campo gravitazionale. Si dimostra che g può essere espressa come una funzione omogenea di secondo grado, la cui soluzione permette di calcolare le coordinate della sorgente. In generale, un corpo perturbante può essere rappresentato con un’appropriata 243
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