La metodologia geofisica denominata “sismica a riflessione”, se vi sono le corrette condizioni di applicabilità, consente la miglior descrizione delle caratteristiche dei terreni e delle loro geometrie, nonché la possibilità di esplorare a notevoli profondità utilizzando sorgenti energizzanti di potenza limitata.
Fig. 1 – Stendimento di sismica a riflessione e percorso delle onde sismiche
La sismica a riflessione è stata utilizzata in passato principalmente per le indagini petrolifere profonde con scarsi successi nelle applicazioni superficiali. Nei primi anni `80, l`avvento di geofoni ad alta frequenza e dei sismografi digitali, nonché di computer veloci e a basso costo, ha consentito sempre maggiori e più valide applicazioni in campo ingegneristico, ambientale, mineraria e per ricerca d`acqua. Un altro aiuto è venuto dalla disponibilità di sorgenti sismiche a basso costo e ad alta frequenza.
Per sismica a riflessione “superficiale” s’intende quella volta ad indagare fra 1 metro e 500 metri di profondità con utilizzo di frequenze sismiche fra 50 e 1000 Hz.
Il principio fisico utilizzato dalla metodologia, consiste nella riflessione parziale di energia delle onde elastiche al loro passaggio attraverso un piano di discontinuità di velocità sismica. L`energia riflessa sarà maggiore per contrasti più spiccati di velocità.
La tecnica di prospezione è organizzata secondo il modello del profilo continuo che consente di seguire gli orizzonti riflettenti con continuità e molteplicità di copertura d’indagine.
Lo stendimento illustrato in figura 1 è la geometria di acquisizione base per una singola energizzazione. L’onda sismica provocata da un fucile sismico o dall’esplosivo si propaga nel sottosuolo ed è parzialmente riflessa verso la superficie, dalle discontinuità geologiche. Una sequenza di geofoni allineati in superficie consente di rilevare simultaneamente le forme d’onda sismica riflesse.
Questa geometria di base viene spostata lungo l’allineamento dei geofoni di un passo geofonico, a ciascuna energizzazione. Questa procedura consente, quindi, di registrare più volte le informazioni provenienti dallo stesso riflettore in profondità.
Fig. 2 – Coperture multiple
Oltre a poter disporre di una “copertura multipla”, così procedendo, si ottiene un ulteriore vantaggio; le onde sismiche provenienti dallo stesso punto in profondità hanno seguito diversi percorsi caratterizzati da angoli di incidenza diversi.
La somma delle tracce sismiche relative allo stesso punto in profondità sarà costruttiva solo se sarà fatta una scelta corretta relativamente al valore di velocità media del materiale sovrastante l’interfaccia riflettente. In tutti gli altri casi la media sarà distruttiva per il segnale riflesso. L’elaborazione numerica dei dati acquisiti secondo il modello descritto, consente quindi di evidenziare i riflettori solo a seguito di una corretta scelta di velocità che, naturalmente, corrisponde anche ad una definizione precisa di ubicazione in profondità (profondità=velocità media x tempo /2).
La qualità dei dati ottenuti in fase di acquisizione, oltre che dalla qualità dei terreni, dipende in gran parte dai parametri di acquisizione scelti. Questa definizione è affidata all’esperienza dell’operatore o all’esecuzione di un profilo di test denominato “walkaway” realizzato allo scopo di saggiare le caratteristiche dei terreni e quindi consentire di scegliere le migliori geometrie e i migliori parametri di acquisizione.
I parametri da definire sono i seguenti:
- Lunghezza della registrazione = Tempo di ascolto del sismografo, sufficiente ad esaurire la ricezione di ogni informazione di interesse.
- Passo di campionamento = Tempo di acquisizione di un singolo valore la cui sequenza costituisce la forma d’onda. Non deve essere superiore alla metà del periodo della più alta frequenza contenuta nel segnale.
- Distanza fra sorgente e geofono più lontano = Determina la profondità esplorata per la quale è ancora possibile una buona analisi delle velocità.
- Distanza fra sorgente e geofono più vicino = deve essere non troppo grande in modo da consentire una buona valutazione degli spessori e delle velocità del primo strato aerato.
- Distanza fra i geofoni = dipende dai parametri precedenti e dal numero di canali disponibili sul sismografo. Quanto più breve è, quanto maggiore è la risoluzione superficiale. La simultaneità di una buona risoluzione superficiale e di una buona penetrazione in profondità, è proporzionale al numero di canali disponibile.
- Filtri analogici = La miglior scelta dei filtri consente l’eliminazione dei rumori e il miglior sfruttamento della dinamica del sismografo. In particolare questo vale per la scelta del filtro passa alto.
SORGENTE DI ENERGIA
Quale sorgente di energia solitamente si usa una mazza se la massima profondità da esplorare non è superiore ai 30-40 metri, un fucile sismico se la massima profondità da esplorare esplorata non è superiore a 100 m oppure dell`esplosivo che consente di regolare l`energia immessa nel terreno.
Il collegamento di time-break fra il punto di sparo e la stazione di acquisizione si realizza con un doppio filo elettrico o con un sistema radio.
SISTEMA DI RICEZIONE
Per la registrazione delle forme d’onda in superficie, si possono utilizzare da 12 a 48 geofoni e più.
SISTEMA DI ACQUISIZIONE
Le forme d’onda simultaneamente presenti ai geofoni vengono acquisite utilizzando un sismografo multicanale (es: EEG BR24).
Oltre al numero di canali di cui si è detto, è una caratteristica importante di un sismografo la dinamica del segnale, vale a dire la differenza fra il più piccolo e il più grande valore di segnale che lo strumento è in grado di acquisire sulla stessa traccia.