geofluid 2014 - geophysical methods for groundwater research
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Indagini geoelettriche e magnetotelluriche per la caratterizzazione di acquiferi profondi
Mario Naldi – Techgea Srl ([email protected])
LA PROSPEZIONE GEOFISICA: APPLICAZIONI E SVILUPPI2 Ottobre 2014
“There are many geophysical methods measuring different physicalproperties (seismic, gravity, radar) but the most reliable methodsare those which measure the electrical resistivity of the ground”
“Many of the geological formation properties that are critical tohydrogeology (such as porosity and permeability of rocks) can becorrelated with the ELECTRICAL RESISTIVITY ”
La definizione per immagini 2D e 3D della resistività elettrica delsottosuolo fornisce dei modelli predittivi molto accurati per lalocalizzazione e progettazione ottimale di pozzi profondi
IL PARAMETRO FISICO
Il metodo geoelettrico
Posizione ottimale pozzo
UNITA’ 1 – argille e marne sabbiose
UNITA’ 2 – SABBEI DI ORIGINE MARINA (ACQUIFERO ARTESIANO)
UNITA’ 3 – MARNE (ACQUICLUDE)
A
B
B
A
Depositi alluvionali ghiaiosi
Acquifero artesiano
• Restituisce sezioni 2D e 3D della resistività elettrica reale, correlabilecon l’assetto geologico del sito di indagine
• Ha una elevata capacità risolutiva• Richiede grandi spazi per il posizionamento delle linee multielettrodo
(rapporto ottimale lunghezza linea – profondità = 1:3 con polo‐dipolo)• Può raggiungere (con buona risoluzione) profondità fino a 300 m
Audiomagnetotellurica
• E’ un metodo di misura passivo delle correnti magnetotelluriche del sottosuolo• Richiede spazi ridotti per il posizionamento dei dipoli magnetici e di corrente
(mediamente 25 o 50 m)• Restituisce profili 1D del parametro resistività elettrica (assimilabili a Sondaggi
Elettrici Verticali) e sezioni pseudo‐tomografiche 2D• Può raggiungere (con buona risoluzione) profondità fino a 600‐800 m• Richiede una precisa calibrazione per la valutazione della profondità
LIMITI APPLICATIVI• Risoluzione bassa per
strutture di dettaglio• Risente del disturbo
generato da campielettromagneticiantropici
• Richiede tempi lunghidi acquisizione
Audiomagnetotellurica
Modello di resistività reale [Ohm*m]
Curva sintetica
Resistività elettrica [log10 Ohm*m]
Profondità (m
)
Dati
Modello 2D
Profilo 1D
Distanza tra i profili 1D = 75-100 m
Calibrazione modello geologico
Esempio applicativo – posizionamento di pozzi profondi in depositi alluvionali di fossa tettonica ‐ Thailandia
MARNE/ARGILLITI CON LIVELLI ARENACEI
FOSSA TETTONICA SUBSIDENTE CON DEPOSIZIONE DI DEPOSITI ALLUVIONALI
OBIETTIVI DI INDAGINE:1. VERIFICA SPESSORI
DEPOSITI ALLUVIONALI2. CARATTERISTICHE
STRATIGRAFICHE 3. CARATTERIZZAZIONE
STRUTTURE IDROGEOLOGICHE PROFONDE
4. POSIZIONE OTTIMALE DI POZZI PROFONDI
Depositi alluvionali Formazioni triassiche (marne, argilliti e arenarie)
Depositi alluvionali
Piano di indagini
B
A
C
D
1. Num. 2 Indagini geoelettriche multielettrodo con polo remoto
• configurazione polo‐dipolo
• 100 elettrodi con spaziatura 5 m (495 m di lunghezza
2. Num. 20 sondaggi AMT disposti a maglia irregolare sull’area di indagine
Il sito di indagine
Indagini geoelettriche
Particolare elettrodo attivo
Acquisizione datiGeoresistivimetro PUNKTlight Lippmann
Posa cavi in ambiente palustre
Il sito di indagine
Indagini audiomagnetotelluriche
Inserimento sensore magnetico (asse z)
Inserimento sensore magnetico (asse x ‐ y)
Ricevitore Phoenix MTU‐5
NOTA:Trattandosi di ambiente tropicale con frequenti temporali (energia rilasciata da fulmini) e distante da fonti di disturbo EM, il segnale AMT è sempre stato soddisfacente
Risultati delle indagini geoelettriche
100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500Distance [m]
-150
-140
-130
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Dep
th [m
]
C DClay cap
Unit 3 - Clayey sand (LOW PERMEABILITY)
Unit 1 - Clay
Sand Unit
Clayey - sand (silt)Poor aquifer (thin layers of sand)
Sand - aquiferUnit 2 - Sand
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500Distance [m]
-130
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Dep
th [m
]
Clayey sand (silt)
Clay Unit
Sand Unit
A BClay cap
ERT 2 intersection
Clayey - sand (silt)Poor aquifer (thin layers of sand)
Sand - aquifer
ERT 2 intersection
Colour scaleResistivity Ohm*m
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100
Risultati delle indagini audiomagnetotelluriche
Unit 3 - Clayey sand (silt)
Unit 1 - Clay
Unit 2 - Sand
Unit 4 - Sand Fmt
Unit 3 - Clayey sand (silt)
Unit 1 - Clay
Unit 2 - Sand
Unit 4 - Sand Fmt
Unit 5 - Mudstone
Unit 5 - Mudstone
Unit Depth from AMT
Depth from ERT (CALIBRATION)
Estimated depth
1 0 -40 m 0-25 m 0-25 m
2 40-90 m 25-65 m 25-65 m
3 90-220 65 - - 65-190 m
4 220-550 (600)
------------ 190-500 (550) m
Cross section #4Cross section #3
Confronto indagini geoelettriche e AMT
100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500Distance [m]
-150
-140
-130
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Dep
th [m
]
C D
Unit 3 - Clayey sand (silt)
Unit 1 - Clay
Unit 2 - Sand
Unit 4 - Sand Fmt
Unit 5 - Mudstone
AMT cross section CS2 projectionCalibration with ERT 2
Unit 1 - Clay Unit 2 - Sand
Unit 3 - Clayey sand (silt)
Unit
Depth from AMT
Depth from ERT
(CALIBRATION)
Estimated depth
1 0-40 m 0-25 m 0-25 m
2 40-90 m
25-65 m 25-65 m
3 90-220 65 - - 65-190 m
4 220-550
(600)
------------ 190-500 (550) m
AMT cross section CS2
Colour scaleResistivity Ohm*m
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100
Confronto tra i valori di resistività rilevati con AMT e con ERT
Sabbie
Argille sabbiose Alternanze di sabbie, sabbie fini e limi
Modello stratigrafico
Unit 4 - Sand Fmt
Unità 2 ‐Acquifero superficialeScarsa protezioneScarsa produttività
Unità 4 ‐Acquifero profondo• Buona protezione• Buona continuità• Potenziale buona
produttività (elevato spessore)
Substrato lapideo(argilliti/marne)
Fase decisionale – scelta del punto ottimale di perforazione
Sand layers alternated with fine sand and clay
• Il punto ottimale di perforazione risponde a esigenze di impianto e di potenziale produttività dell’acquifero
• Profondità massima di perforazione = 400 m
Confronto tra i dati di log‐elettrico in pozzo e i dati di resistività elettrica
1
2
3
4‐5
Progettazione finale pozzo
Captazione di acqua nel solo acquifero profondo artesianoÈ stato filtrato il tratto tra 163 m e 212 m per i seguenti motivi:1. quantità d’acqua
estraibile sufficiente alle esigenze produttive
2. qualità rispondente alle esigenze di impianto
3. ridurre i costi di completamento pozzo.
Considerazioni conclusive
• La crescente domanda di acqua sotterranea per usi potabili e irrigui,assieme alla necessità di una corretta gestione e salvaguardia degliacquiferi, richiede una conoscenza sempre più approfondita dellestrutture idrogeologiche.
• In tale contesto, la diagnostica geofisica per immagini (geophysicalimaging) rappresenta uno strumento insostituibile per la valutazionedi giacimenti idrici profondi attraverso la modellazione geologica eidrogeologica del sottosuolo.
• L’utilizzo combinato del metodo geoelettrico tomografico e delmetodo (audio)magnetotellurico permette di raggiungere elevateprofondità e una precisa discretizzazione geometrica e fisica delsottosuolo
Indagini geoelettriche e magnetotelluriche per la caratterizzazione di acquiferi profondi
Mario Naldi – Techgea Srl ([email protected])
LA PROSPEZIONE GEOFISICA: APPLICAZIONI E SVILUPPI2 Ottobre 2014
GRAZIE PER L’ATTENZIONE