Laboratorio di Geofisica e Geofisica Applicata : Descrizione

 

Responsabile:
Dott. Geol. Tommaso Colonna [PhD - Laurea in Geologia Applicata], e-mail: colonna3@unisi.it

 

Il Laboratorio di Geofisica del CGT è formato da un team di giovani, la cui formazione multidisciplinare consente loro di affrontare problematiche geofisiche con diversi livelli di complessità. In collaborazione con università italiane, straniere, organizzazioni non governative ed enti pubblici e privati, il laboratorio svolge indagini geofisiche mediante differenti tecniche in ambito idrogeologico, minerario, speleologico, ambientale, litologico ed archeologico.

Nei recenti progetti di ricerca e nelle tesi sviluppate presso il laboratorio si effettuano studi e ricerche scientifiche nei seguenti campi di applicazione.

Indagini geoelettriche in situ ed in laboratorio

Le indagini geoelettriche in situ rappresentano uno dei metodi più efficaci per l’individuazione di target geologici a diversa scala: la versatilità della strumentazione a disposizione del laboratorio permette di acquisire dati in contesti geologici estremamente variabili, ed ha permesso lo sviluppo di ricerche in diversi contesti ambientali. Nell'ambito di questi progetti di ricerca è stato sviluppato un modello fisico ridotto che permette di studiare la resistività elettrica alla scala del campione: questo approccio permette di controllare i principali parametri fisici che incidono sulla risposta elettrica delle litologie, così da avere informazioni direttamente spendibili per una più precisa e dettagliata interpretazione dei modelli di resistività ottenuti dalle indagini in situ. Si eseguono ricerche mediante metodo di resitivit, Potenziale spontaneo, Polarizzazione indotta. Grazie alla possibilità di impiegare 3 georesistivimetri complementari (ad accoppiamento capacitivo ed accoppiamento galvanico) capaci di gestire fino a 144 elettrodi di misura con 10 canali, è possibile operare con elevata risoluzione in vari contesti operativi.

Ricerche d’acqua

Il Laboratorio sviluppa collaborazioni e progetti per indagini mirate allo studio della risorsa idrica con particolare riferimento ai Paesi in via di sviluppo. I rapporti con Organizzazioni Non Governative (ONG) e Missioni italiane e straniere sono favoriti dall'esperienza in campo internazionale del CGT, che da lungo tempo svolge progetti in paesi terzi. L’indagine geoelettrica, accompagnata da misure di sismica, permette di minimizzare il rischio di perforazione finalizzato alla captazione d'acqua e aumenta sensibilmente l'efficacia delle perforazioni. Il Laboratorio di Geofisica ha acquisito esperienza in diverse missioni in Africa  che hanno permesso non solo di studiare acquiferi produttivi ma anche di realizzare test con diversi tipi di strumentazione.

Sonde geotermiche e pompe di calore

Lo studio dei parametri geofisici, geotecnici, geologici e idrogeologici permette di ottimizzare i sistemi a sonde geotermiche applicate a pompe di calore con l’obiettivo di massimizzare la resa termica minimizzando i rischi ambientali. Il Laboratorio realizza studi mirati in relazione alla tipologia di sonda. Per gli horizontal closed loop si studia la propagazione del calore nel suolo in funzione della profondità e delle diverse litologie: questi modelli permettono di prevedere il “ritardo” con cui il suolo risponde alle variazioni termiche superficiali ed il dumping factor con cui queste variazioni si ripercuotono in profondità. Per i vertical closed  loop la ricerca mira non solo alla valutazione dello scambio termico tra sonda e terreno ma anche alla conducibilità termica della litologia interessata. Per gli impianti open loop infine, si effettuano studi finalizzati al monitoraggio dei flussi di falda, dei tempi di ricarica e dei possibili effetti della reiniezione in falda dell’acqua prelevata.

Indagini sismiche ed analisi dei segnali

Per determinare la stratigrafia geologica del sottosuolo, la profondità del substrato roccioso, la presenza di depositi minerari o di frana il laboratorio realizza indagini di simica a rifrazione, riflessione, acquisizione dati per calcolo di Vs30, monitoraggio di vibrazioni ed applicazioni sismologiche. Le indagini vengono effettuate mettendo in campo fino a 4 sismografi Geode (Geometrics) per ottenere risultati ad altissima risoluzione unitamente a stazioni di sismica passiva in array ed a stazione singola.  Mediante l’ausilio di supporti in PVC il si forniscono risultati anche in contesti particolari, quali centri urbani ed aree pavimentate.

Indagini Geofisiche in campo Archeologico

Il Laboratorio di Geofisica del CGT si occupa di applicare le diverse metodologie di prospezione geofisica in siti archeologici o in zone a rischio archeologico, unendo all’utilità pratica dei risultati ottenuti uno studio dell’efficacia delle strumentazioni utilizzate nei differenti contesti indagati. La composizione multidisciplinare dello staff del Laboratorio ha permesso di realizzare indagini integrando metodologie geofisiche e competenze differenti, senza tralasciare lo studio approfondito del contesto archeologico in esame. Grazie ad una stretta collaborazione con Soprintendenze Archeologiche, cooperative archeologiche e altri Istituti Universitari, è stato possibile svolgere indagini in siti archeologici di età preistorica e storica, sia in contesti urbani che extraurbani.

Radioattività Naturale delle rocce

In collaborazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare il Laboratorio ha sviluppato una sezione di Geofisica nucleare che realizza misure di spettroscopia gamma in laboratorio (rivelatori Ge HP) ed in situ (cristalli  NaI). Recentemente ha avviato una campagna di monitoraggio della radioattività naturale impiegando elicotteri: sfruttando le potenzialità di quattro rivelatori portatili NaI, di grandi dimensioni, sono state avviate acquisizioni del contenuto di radioattività naturale del territorio. I dati ottenuti saranno utilizzati per la produzione di carte tematiche delle abbondanze dei diversi isotopi radioattivi. Il suddetto progetto sostenuto dalla Regione Toscana permetterà di realizzare una mappa del contenuto di radioattività del territorio della Regione stessa.

Indagini GPR

Si realizzano indagini elettromagnetiche per la produzione di profili continui dei mezzi investigati, siano essi terreni naturali, murature o pavimentazioni stradali, dal quale è possibile ottenere in tempi rapidi numerose informazioni. L’utilizzo di questa tecnica consente infatti di rilevare e localizzare la presenza di oggetti, strutture sepolte, cavità o comunque qualsiasi discontinuità presente nel mezzo da studiare e che presenti significativi contrasti elettromagnetici. In ambito geologico si applica per l’individuazione di sistemi di fratture e cavità, anche di piccola scala, discriminando rapidamente zone a più alto grado di fratturazione rispetto a zone maggiormente omogenee. A disposizione del team una strumentazione che impiega differenti antenne a media e bassa frequenza (25, 80, 2002 e 600 MHz) in grado di ottenere indagini a diversa risoluzione e diversa profondità in relazione al contesto indagato.

Prospezioni magnetotelluriche

Grazie all’impiego di attrezzature moderne (Stratagem – Geometrics) capaci di lavorare con diverse frequenze e tempi di registrazione, si  definisce la distribuzione di resistività nel sottosuolo da qualche decina di metri a centinaia ed anche a migliaia di metri di profondità. Queste indagini consentono di ricostruire i limiti litostratigrafici profondi ed ottenere informazioni utili per l’esplorazione in campo minerario, geotermico, petrolifero ed idrogeologico.

Prospezioni gravimetriche e microgravimetriche

Il laboratorio impiega personale qualificato e strumenti di grande precisione (Scintrex CG-5 Autograv) per determinare le proprietà della materia attraverso lo studio dell'anomalia del campo gravitazionale. Queste indagini si realizzano per risolvere diversi problemi di geoingegneria, principalmente nella localizzazione e nel monitoraggio delle cavità sotterranee e nel campo della prospezione mineraria.

Log geofisico multiparametrico e BHTV (acustico ed ottico)

Si controllano i principali parametri idrogeofisici in foro (resistività, potenziale spontaneo, induzione elettromagnetica, temperatura del fluido, conducibilità elettrica del fluido, gamma e caliper) fino ad 1 km di profondità. Mediante ispezione televisiva acustica ed ottica si eseguono scansioni delle pareti del foro. Le misure vengono impiegate per il riconoscimento delle caratteristiche litologiche e strutturali delle formazioni attraversate, a supporto delle scelte operative per il completamento delle perforazioni e per lo studio delle caratteristiche geochimiche dei fluidi.

Prospezioni Down-hole e Cross-hole

Si effettuano prospezioni simiche in foro (Down-hole) o in più fori (Cross-Hole) con metodi di energizzazione reversibile fino a 100 m di profondità. Le applicazioni spaziano dalla ricostruzione stratigrafica, alla classificazione sismiche ed all’individuazione dei livelli di fratturazione.

Prove dilatometriche in roccia

Si eseguono prove dilatometriche in foro con sonda DMP95-Telemac, impiegata nella meccanica delle rocce per determinare in situ il modulo di deformabilità statico dell’ammasso a supporto della progettazione di strutture in roccia (ponti, dighe, torri, gallerie, locali tecnici sotterranei).

 

Le attivià collegiali della ASG (Associazione delle Società di Geofisica) si svolgono presso il laboratorio di Geofisica: il CGT è sede dell'associazione, facendosi carico dell'organizzazione della attività didattiche e delle problematiche organizzative e logistiche. L'ASG ha come obiettivo principale la promozione di ogni iniziativa utile a favorire il progresso della geofisica, sotto l’aspetto tecnico, scientifico, economico, sociale e a tutelarne gli interessi. Il contributo dello staff del laboratorio è volto alla promozione della conoscenza, della diffusione e del corretto impiego delle metodologie geofisiche.

 

Il Laboratorio di Geofisica del CGT partecipa infine attivamente all'ampia offerta formativa del Centro di GeoTecnologie all'interno delle seguenti proposte didattiche:

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