Tomografia sismica

La tomografia sismica a rifrazione ricava dai primi arrivi una sezione di velocità continua, cella per cella, invece di un modello a strati. Mostra variazioni di velocità laterali e graduali che il metodo G.R.M. non può rappresentare: lenti, conche del substrato, zone alterate o fratturate.

Usa gli stessi dati dell'interpretazione a rifrazione: geometria dello stendimento, quote dei geofoni e primi arrivi di tutti i tiri. Non serve inserire niente di nuovo.

Attivare la scheda

La scheda Tomografia sismica è nascosta di default, così chi usa soltanto l'interpretazione a rifrazione non trova niente di diverso.

• Per accenderla o spegnerla usa il pulsante Progetto > Elabora > Tomografia sismica. La scelta viene ricordata alle aperture successive.
• Se apri un progetto che contiene una tomografia già calcolata, la scheda si accende da sola.

La scheda compare a sinistra, sotto Interpretazione.

Quanti dati servono

La tomografia rende al meglio con molti tiri: oltre ai tiri esterni e centrale, tiri intermedi ogni pochi geofoni. Con meno di 5 tiri o di 100 primi arrivi il programma avvisa che la sezione sarà molto liscia e poco profonda. Il calcolo si può fare comunque, ma il risultato va letto con cautela.

Sono usati solo i tiri attivi e i geofoni con il primo arrivo selezionato.

Conviene fare anche tiri esterni allo stendimento, oltre i geofoni estremi: senza, la profondità del substrato ai bordi della sezione è vincolata da pochi raggi e può risultare molto meno precisa (lo ha mostrato la validazione del programma).

Parametri

I parametri stanno nel pannello a sinistra della scheda. Per la maggior parte dei casi i valori predefiniti vanno bene: si può premere subito Calcola.

Griglia

Parametro	Significato
Passo celle [m]	Dimensione delle celle. Con 0 è un quarto della distanza tra i geofoni.
Profondità [m]	Profondità della griglia sotto la superficie. Con 0 è il 35% della lunghezza dello stendimento.

La griglia segue la topografia: ogni colonna parte dalla quota del terreno.

Modello iniziale

L'inversione parte da un modello e lo corregge un po' alla volta.

Scelta	Significato
Automatico (dai dati)	Velocità crescente con la profondità, stimata dalle velocità apparenti dei primi arrivi. È la scelta consigliata.
Gradiente	Velocità crescente in modo lineare da V in superficie a V sul fondo.
Dall'interpretazione	Parte dal modello a strati del G.R.M. Prima va aperta la scheda Interpretazione, che calcola i rifrattori.

Inversione

Parametro	Predefinito	Significato
Levigatezza	20	Peso del vincolo di sezione liscia. Valori alti danno una sezione più regolare, valori bassi seguono di più i dati (e il loro rumore).
Iterazioni massime	15	Numero massimo di correzioni del modello.
Errore di picking [ms]	1,0	Precisione stimata dei primi arrivi. Il calcolo si ferma quando gli scarti scendono a questo livello: non ha senso adattare i dati meglio del loro errore.
V minima / V massima [m/s]	100 / 6000	Limiti alle velocità ammesse nella sezione.

Calcolo

Premi Calcola. Il calcolo avviene in sottofondo: sotto i pulsanti compaiono l'iterazione in corso e lo scarto (RMS) tra tempi misurati e calcolati, mentre il programma resta utilizzabile. Annulla interrompe il calcolo.

Alla fine il pannello riporta il tempo impiegato, le iterazioni e l'RMS iniziale e finale. Un buon risultato ha un RMS finale vicino all'errore di picking.

Se dopo il calcolo modifichi i primi arrivi o la geometria, il pannello avvisa che il risultato non corrisponde più ai dati: premi di nuovo Calcola.

Visualizzazione

Opzione	Effetto
Nascondi le celle senza raggi	Lascia in bianco le zone che nessun raggio attraversa. Lì la velocità non è vincolata dai dati e mostra solo il modello iniziale.
Raggi	Disegna il percorso dei raggi sismici.
Interfacce dell'interpretazione	Sovrappone i rifrattori del G.R.M., per confrontare i due metodi.
Geofoni e sorgenti	Mostra le posizioni di geofoni e tiri.

I raggi indicano dove la sezione è affidabile: dove sono fitti e si incrociano da direzioni diverse la velocità è ben definita; ai bordi e in profondità, dove i raggi sono pochi, va letta con prudenza.

Classi di velocità

La sezione di velocità non è una stratigrafia: dice a che velocità viaggiano le onde, non di che materiale si tratta. Per leggerla come zone puoi colorarla per classi di velocità, ognuna con un intervallo e una descrizione.

• Accendi la casella Classi di velocità nel gruppo Visualizza.
• Con Classi... apri l'elenco delle classi: per ognuna imposti il limite superiore di velocità, la descrizione e il colore (clic sul colore per cambiarlo). L'ultima classe non ha limite superiore. Aggiungi e Rimuovi cambiano il numero di classi, Predefinite torna alle classi di partenza.

Le classi predefinite sono indicative, per le onde P:

Vp [m/s]	Descrizione
fino a 800	Coperture e depositi sciolti
800 - 1500	Depositi addensati, roccia molto alterata
1500 - 2000	Terreni saturi, roccia alterata o fratturata
oltre 2000	Substrato roccioso

Da tarare sul sito

Le classi vanno adattate con i sondaggi e la geologia locale. Due casi da ricordare: l'acqua porta la Vp sopra circa 1500 m/s anche nei terreni sciolti, quindi sotto falda un terreno può cadere nella classe della roccia alterata; e la tomografia smussa i contrasti, quindi un passaggio netto tra due strati appare come una fascia di transizione. Con le onde S i limiti vanno cambiati.

Le classi si salvano nel progetto. Quando sono accese, l'immagine, il DXF (un colore per classe, con la legenda delle descrizioni) e la relazione (con l'elenco delle classi) usano la sezione per classi.

Esportazione

Comando	Risultato
Immagine...	Salva la sezione come immagine. Con questa scheda aperta, anche i comandi Copia immagine ed Esporta immagine... della barra lavorano sulla sezione.
Griglia XYZ...	File di testo con una riga per cella: x, quota, profondità, velocità e copertura dei raggi. Si apre con Surfer o con un foglio di calcolo.
DXF...	Disegno CAD della sezione a celle colorate, con la superficie, le interfacce e la legenda su layer separati.

Salvataggio e relazione

La tomografia (parametri e risultato) viene salvata nel file .rft del progetto. Alla riapertura la sezione è subito disponibile, senza ripetere il calcolo. Il file si apre anche con le versioni precedenti di Easy Refract, che ignorano la tomografia.

Quando la scheda è accesa e il risultato è aggiornato, la relazione contiene il capitolo Tomografia sismica: descrizione del metodo, parametri, qualità dell'adattamento e immagine della sezione.

Esempio

Nella cartella degli esempi c'è Examples\Tomografia\Tomografia sismica - Esempio 8 tiri.rft: un'indagine reale con 8 tiri e 21 geofoni, con topografia, e la tomografia già calcolata. L'RMS scende da circa 6 ms del modello iniziale a circa 1 ms.

Come funziona il calcolo

• Tempi di percorso: sono calcolati con il metodo Fast Marching, che propaga il fronte d'onda dalla sorgente cella per cella, su una griglia che segue la topografia.
• Inversione: il modello viene corretto con il metodo dei minimi quadrati (Gauss-Newton, risolto con LSQR), con un vincolo che mantiene la sezione liscia. A ogni iterazione il peso della levigatezza si riduce gradualmente, fino a un quarto del valore iniziale.
• Arresto: il calcolo si ferma quando gli scarti raggiungono l'errore di picking (chi quadro normalizzato uguale a 1) o dopo le iterazioni massime.

Tomografia e G.R.M.

I due metodi si completano. Il G.R.M. dà profondità e velocità dei rifrattori, adatte a un modello a strati; la tomografia mostra le variazioni graduali e laterali, ma tende a smussare i contrasti netti. Confrontare la sezione con le interfacce dell'interpretazione aiuta a leggere entrambi i risultati.

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