Sperimentazione di procedure specifiche per l’elaborazione di dati sismici a riflessione nell’ambito della risoluzione di geometrie e proprietà petrofisiche di acquiferi superficiali

Negli ultimi anni il metodo sismico, e più in particolare la tecnica a riflessione, sono state raramente impiegate in campo ambientale per lo studio e la valutazione di stato di contaminazione o di vulnerabilità di siti. Questo fatto è in parte legato ai costi di esecuzione di un indagine sismica a riflessione con metodologia CMP, notoriamente onerosa, e secondariamente nel limitato grado di conoscenza della potenzialità risolutiva delle diverse tecniche geofisiche, oggigiorno disponibili, da parte degli operatori del settore. Solo recentemente la crescente domanda di indagini non-distruttive, fortemente caratterizzanti, in associazione con il notevole progresso tecnologico delle piattaforme di acquisizione ed elaborazione dati, hanno reso realizzabile l’impiego della sismica a riflessione in questo ambiti. Il soggetto di studio di questa tesi si inquadra in un progetto di esplorazione a scala regionale per la definizione di geometrie e proprietà petrofisiche di acquiferi poco profondi, in adiacenza ad alcuni distretti minerari in depositi glacio-fluviali del Pleistocene nel Saskatchewan meridionale in Canada. La caratterizzazione di questi acquiferi di bassa profondità è finalizzata alla tutela ed alla salvaguardia degli stessi e di acquiferi più profondi. Questi acquiferi infatti, potenzialmente sfruttabili per l’approvvigionamento idropotabile, sono a rischio di contaminazione per effetto di una possibile infiltrazione e migrazione di salamoie inquinanti dalle zone di stoccaggio e di accumulo dei materiali di risulta dei processi di estrazione e lavorazione del minerale. Il progetto prevede la sperimentazione di tecniche avanzate di acquisizione ed elaborazione dati per la sismica a riflessione superficiale, anche in una prospettiva di studio di diverse sorgenti acustiche per un analisi comparata dei costi di esecuzione. In via generale va infatti sottolineato come il costo per la predisposizione della sorgente possa superare il 40% del totale dell’intero budget di esplorazione. Ciascun aspetto dell’esperimento è stato progettato in modo da tenere in considerazione i rapporti di sequenzialità tra le successive fasi di acquisizione ed elaborazione dei dati sismici. Attraverso la modellizzazione delle equazioni d’onda mediante le tecniche del tracciamento dei raggi e della riflettività, sulla base dei dati litostratigrafici disponibili, provenienti da terebrazione di pozzi, è stato possibile valutare la qualità dei tests sismici condotti in campo, stimare la risposta sismica locale ed eseguire una reale calibrazione dei parametri di acquisizione. L’acquisizione dei dati, avvenuta con tecnica CMP, ha seguito pertanto le linee guida ricavate dalla modellizzazione bidimensionale ed è stata mirata, differentemente dalla sismica a riflessione petrolifera “convenzionale”, all’ottenimento di un elevato grado di risoluzione vertico-laterale nell’offset vicino e nella parte iniziale della scala temporale. L’analisi e l’elaborazione dei dati sono stati indirizzati ad un superamento delle procedure classiche utilizzate nelle investigazioni di sismica profonda. Sono state sviluppate delle tecniche di filtraggio mono e bidimensionale, idonee all’elaborazione dei dati sismici di bassa profondità dove le riverberazioni, il rumore incoerente e l’elevato livello di energia delle onde di superficie mascherano quasi completamente il segnale riflesso. Sono stati sperimentati ed adattati diversi algoritmi computazionali (deconvoluzione, trasformata F-K e trasformata K-L) ed, in fase avanzata, è stata creata una piattaforma di elaborazione a supporto dello studio delle modificazioni di carattere dell’evento riflesso (ampiezza e fase) al variare dell’offset. I temi di approfondimento specifico e conseguentemente gli aspetti innovativi hanno pertanto riguardato parte di questi aspetti. Gli algoritmi di calcolo sui quali è stata condotta la sperimentazione sono stati il filtraggio F-K, in combinazione recursiva con la modellizzazione del campo velocità-profondità, ed il filtraggio K-L ad alta percentuale di ricostruzione del segnale. Queste applicazioni sono state confermate nella loro efficacia per la risoluzione di eventi riflessi in vicinanza della sorgente dove il rapporto “segnale/rumore coerente” è notoriamente molto basso. La sperimentazione di una applicazione di analisi di variazione di ampiezza secondo l’offset (AVO), è stata condotta in corrispondenza ad un pozzo stratigrafico, su orizzonti riflettenti di bassa profondità, correlati, in sede di analisi ed interpretazione della sezione stack, con taluni limiti litologici. Sono stati calcolati una serie di modelli teorici di variazione del rapporto di Poisson, attraverso un interfaccia acustica, ad alta riflettività, modificando opportunamente il campo di velocità intervallare nelle diverse unità litostratigrafiche. I valori teorici dei coefficienti di riflessione, così calcolati, sono stati confrontati prima con le ampiezze delle fasi riflesse osservate su gathers sintetici ad offset variabile e poi con le ampiezze delle fasi riflesse misurate su un set di dieci shot gathers. E’ stato in questo modo possibile stimare il responso della dipendenza tra proprietà petrofisiche di unità litologico-acustiche di bassa profondità e comportamento AVO, e soprattutto come questo comportamento AVO sia “leggibile” in un dataset sismico di bassa profondità.