Prospezioni geofisiche - Treccani

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ESPLORAZIONE PETROLIFERA fig. 5. Schema per un magnetometro Fluxgate. linearità fra il campo inducente e il campo indotto). Un circuito secondario (ancora una bobina) avvolge tutte e due le barre (fig. 5). Ai suoi capi non si osserverà alcuna corrente indotta se il campo magnetico della Terra nel sito di misura è assente. Quando invece le barre sono allineate parallelamente a un campo magnetico esterno, in una di esse l’effetto congiunto del campo magnetico esterno e di quello prodotto dalla bobina provoca la saturazione. Analizzando la differenza fra i segnali sulle due bobine, è possibile ottenere in uscita una tensione proporzionale all’intensità del campo secondo la direzione delle barre; in tal modo si possono rilevare variazioni del campo magnetico terrestre dell’ordine del decimo di nT. Si utilizzano sensori triassiali, orientabili, per massimizzare il flusso secondo una direzione preferenziale. Altri strumenti sono i magnetometri a precessione nucleare, basati sul paramagnetismo nucleare, cioè sul fatto che i nuclei atomici sono dotati di un momento magnetico proprio, il quale tende ad allinearsi con un campo magnetico esterno. Sfruttando questa proprietà dei nuclei, e più precisamente dei protoni, si sono costruiti i magnetometri a precessione protonica. Un magnetometro del genere è costituito da una sonda con un recipiente contenente un liquido idrogenato (per esempio acqua) attorno a cui è avvolto un solenoide che, percorso da corrente, crea un campo magnetico di decine di migliaia di nT. I protoni tendono allora ad allineare il loro momento magnetico parallelamente al campo, cioè lungo l’asse del solenoide che è orientato perpendicolarmente al campo magnetico terrestre. Annullando bruscamente il campo del solenoide, i protoni cominciano a descrivere un moto di precessione intorno al campo magnetico terrestre. Tale moto induce ai capi della bobina una f.e.m. indotta, la cui misura permette di risalire al campo totale. Eliminando con altre bobine la componente verticale o una delle orizzontali, si può procedere alla misurazione di una sola componente. Questi strumenti uniscono grande precisione (fino a 0,1 nT) a relativa facilità d’uso, notevole speditezza e piccole dimensioni A e sono quindi adatti per misure in campagna; sono stati ampiamente utilizzati anche nelle prospezioni marine, con sensori trainati dalle navi a varie centinaia di metri di distanza e a profondità controllate, per migliorare la risoluzione ed evitare le interferenze. L’esecuzione di rilevamenti terrestri è effettuata mediante profili o mediante reti, con strumenti tenuti a 2 o 3 m di altezza fuori dalle sorgenti più superficiali e rioccupando una stazione base per il controllo delle derive, mentre un’altra stazione provvede al monitoraggio delle variazioni giornaliere del campo. Gran parte dei rilevamenti magnetici per la ricerca petrolifera è condotta utilizzando un aeromobile e misurando l’intensità del campo totale. L’aereo è dotato anche di strumentazione radar per l’altimetria e per il posizionamento satellitare (GPS, Global Positioning System). La quota di volo è usualmente di qualche centinaio di metri; se però esiste un rilievo morfologico variabile, si alzerà la quota per distinti blocchi di prospezione, assicurando una sufficiente sovrapposizione ai contorni. La distanza fra le linee di volo varia attorno a qualche chilometro. I rilievi aereomagnetici vengono realizzati grazie a maglie regolari formate da linee parallele fra di loro e tagliate da linee trasversali. Normalmente le linee parallele vengono acquisite con una frequenza maggiore e hanno direzione normale ai trend geologici conosciuti. Le trasversali vengono invece acquisite con una frequenza minore e vengono utilizzate per il controllo dei valori misurati. Utilizzando un elicottero è possibile volare a quote più vicine alla superficie del suolo e migliorare la risoluzione. Il prolungamento del campo osservato verso il basso, o verso l’alto, può essere fatto in sede di elaborazione (tipicamente di circa 3 nT per ogni variazione di 100 m). Per la rilevazione di campi a bassa intensità sono stati sviluppati magnetometri a sensibilità elevatissima, come i magnetometri a risonanza magnetica o quelli a pompaggio ottico, basati sull’allineamento risonante del momento magnetico dei nuclei, che operano con vapori di cesio e rubidio, raggiungono sensibilità di 10 3 nT e forniscono misure assolute del campo magnetico. Strumenti per misure assolute sono anche i cosiddetti variometri, concettualmente molto più semplici, basati sui movimenti torsionali di un magnete sospeso a una fibra, oppure i magnetometri SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), sensibili fino a campi di 10 5 nT. Il gradiometro è invece uno strumento utilizzato per misurare il gradiente di una componente del campo magnetico terrestre. Esso è basato sulla valutazione della diversa risposta di due sensori, disposti appropriatamente rispetto alla componente del gradiente che si intende misurare. Metodi di filtraggio e di interpretazione La fase di elaborazione e interpretazione può iniziare con la riduzione al polo, che trasforma la mappa delle anomalie magnetiche in una equivalente a quella che si 246 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI
80 g 0 d p otterrebbe se il rilevamento fosse eseguito al polo magnetico (la mappa delle anomalie assume una forma detta pseudogravimetrica). Questa riduzione permette di localizzare meglio le sorgenti magnetiche e può servire per effettuare la correlazione con le mappe similari delle anomalie gravimetriche. Alle mappe delle anomalie magnetiche vengono applicati filtri 2D radiali per operare allo stesso modo in tutte le direzioni (i filtri agiscono, infatti, in modo conforme su tutti i quadranti dell’anomalia). L’operazione può essere affrontata nel dominio dello spazio, con la procedura di convoluzione 2D fra il segnale e l’operatore filtro, o in quello della frequenza, moltiplicando lo spettro del segnale (trasformata di Fourier del segnale) per lo spettro della funzione che rappresenta l’operatore (l’antitrasformata dell’uscita restituisce le anomalie filtrate nella rappresentazione spaziale). Il campo magnetico regionale è sottratto ai dati per ottenere le anomalie locali, le cui sorgenti sono da individuare entro la crosta. In questa procedura va evidenziato innanzitutto il basamento magnetico, al di sotto del quale si può escludere la presenza di rocce sedimentarie, anche se al sopra di esso è possibile trovare altre rocce cristalline, acide e a bassa suscettività. Il basamento magnetico pertanto non coincide necessariamente con quello gravimetrico o geologico ed è di uso corrente confrontare i modelli magnetici con quelli gravimetrici. Dopo aver filtrato i dati, l’interpretazione delle anomalie magnetiche si basa su metodi semiempirici o grafici e analitici (Nabighian, 1972) fino ad arrivare a tecniche avanzate di calcolo. L’individuazione di assetti strutturali o di pattern geologici può essere effettuata riconoscendo gli allineamenti delle anomalie, mentre diversi domini geologici possono avere differenti ‘firme’magnetiche. Il calcolo delle derivate seconde dei gradienti orizzontali (che evidenziano solamente i gradienti principali delle anomalie, eliminando quelli regionali) e il filtraggio delle lunghezze d’onda più elevate servono per evidenziare meglio le direzioni strutturali. Il metodo più semplice per il calcolo delle profondità del basamento magnetico si basa sulle proprietà geometriche delle anomalie (esame della massima pendenza e della semipendenza, VOLUME I / ESPLORAZIONE, PRODUZIONE E TRASPORTO 0 30 km fig. 6. Calcolo della profondità della sorgente con la massima pendenza e la semipendenza. PROSPEZIONI GEOFISICHE utilizzo di abachi precostruiti per modelli teorici principali), poiché lunghezza d’onda e ampiezza sono direttamente proporzionali al contrasto di suscettività e alla profondità del corpo sorgente (Nettleton, 1940). Il calcolo della derivata seconda permette di definire con maggior precisione le anomalie locali: la mappa risultante risolve meglio le anomalie da situazioni di sovrapposizione e consente di precisare ulteriormente i parametri di calcolo. Si ottiene in tal modo una mappa che fornisce indicazioni anche su eventuali corpi magnetizzati al di sopra del basamento (intrasedimentari). In fig. 6 è riportato un esempio del calcolo della profondità con la massima pendenza e semipendenza. La distanza d, per la quale si ha in pratica coincidenza fra la curva dell’anomalia e la tangente che ne definisce la pendenza, è circa la metà della distanza p, definita dai punti di tangenza per rette che hanno pendenza pari alla metà di quella che definisce d. La distanza p2 dà la profondità del tetto di una sorgente magnetica assimilabile a un prisma retto, verticale, di estensione verso il basso sufficientemente grande. Questa procedura dà risultati soddisfacenti se l’anomalia è ben definita e se non vi sono interferenze con altri corpi, ma la valutazione dipende dall’esperienza dell’operatore. Altri metodi si basano sull’analisi spettrale (la profondità del basamento è proporzionale alla lunghezza d’onda per la quale lo spettro di potenza punta rapidamente verso valori vicini allo zero), oppure sulla deconvoluzione di Werner, sulla elaborazione del segnale analitico, eccetera. Modellizzazione Una volta eseguita l’inversione dei dati, è opportuno verificare l’attendibilità dei risultati servendosi della modellizzazione tramite la quale, oltre alla geometria dei corpi perturbati (cioè quelli che generano l’anomalia), 50 γ 0 50 3 6 km r2,40 r2,45 r2,50 r2,55 r2,87 k0,0010 fig. 7. Modellizzazione gravimetrica e magnetica. Mag Grav 0 10 km 10 mGal 5 0 247
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