Laboratorio di Geofisica e Geofisica Applicata : Strumenti

La versatilità della strumentazione a disposizione permette di acquisire dati in contesti geologici estremamente variabili ed ha permesso lo sviluppo di ricerche in diversi contesti ambientali. Per lo sviluppo dei progetti e delle attività didattiche, il Laboratorio dispone delle seguenti strumentazioni ed attrezzature:

 

Strumentazione per misure di geoelettrica

 

Negli ultimi anni il laboratorio si è specializzato nella realizzazione di modelli di resistività 1D - 2D - 3D ottenuti utilizzando due diverse metodologie complementari che consentono di lavorare in tutte le condizioni di terreno, indipendentemente dalle caratteristiche dell'area di indagine e dalla profondità di investigazione che si vuole raggiungere.

 

Geoelettrica ad accoppiamento capacitivo
Il georesistivimetro "OhmMapper" (Geometrics) è un georesistivimetro, in grado di compiere misure di resistività in maniera speditiva, senza la necessità di utilizzare elettrodi metallici fissati nel terreno. Esso utilizza infatti un sistema di antenne che, trascinate sul terreno, permettono l'acquisizione in continuo fino ad un massimo di una lettura al secondo. Questo strumento ha fornito importanti risultati in ambito archeologico e in contesti particolari, quali centri urbani ed aree soggette a vincoli storico-artistico. Tale strumento fornisce tomografie elettriche ad alta risoluzione, ma a bassa profondità (fino a circa 20 metri): i limiti di questo strumento sono legati alle difficoltà di manovra in ambienti stretti, alle dimensioni delle aree di indagine nonchè alla profondità di investigazione.

 

Geoelettrica ad accoppiamento galvanico
Per indagini ad alta profondità il laboratorio dispone di 2 georesistivimetri: un georesistivimetro multicanale (4 canali) "Terramenter LS" della ABEM, con configurazione massima a 128 elettrodi ed un georesistivimetro multicanale (10 canali) "Syscal Pro", con configurazione massima a 144 elettrodi. Tale metodologia si basa sull'utilizzo di elettrodi metallici piantati nel terreno, collegati tra loro attraverso cavi che portano il segnale elettrico alla console. Questi strumenti possono essere utilizzati per effettuare diverse tipologie di indagine geofisiche quali sondaggi elettrici verticali (SEV), profili di resistività, misure multi-elettrodo per tomografie elettriche 2D e 3D in piano ed in parete verticale, misure di polarizzazione indotta e di potenziali spontanei. Con tali strumenti è stato possibile compiere indagini geofisiche a profondità fino a 200 m.

Sono a disposizione del laboratorio:
- 2 set di cavi multielettrodo completi per strumento, con passo interelettrodico 5 m (lunghezza massima stesa 715 m);
- 2 set di cavi multielettrodo completi per strumento, con passo interelettrodico 10 m (lunghezza massima stesa 1430 m);
- set di elettrodi in rame lunghezza 20 cm diametro 1.2 cm;
- set di elettrodi in rame lunghezza 20 cm diametro 1.6 cm;
- set di elettrodi in alluminio lunghezza 70 cm diametro 1.7 cm;
- set di elettrodi in acciaio lunghezza 30 cm diametro 1 cm;
- set di sonde impolarizzabili in ceramica microporosa per misure di caricabilità e potenziali spontanei.

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Strumentazione per misure di sismica

Le acquisizioni sismiche a stazione singola sono realizzate tramite un tomografo digitale "Tromino Engineering" a 9 canali con GPS incorporato prodotto dalla MICROMED. Tale strumento è costituito da una terna di velocimetri ad alto guadagno, per le misure di rumore sismico ambientale, da una terna di velocimetri a basso guadagno, per le misure di sismica attiva, e da una terna di accelerometri per le analisi vibrazionali degli edifici.
Le acquisizioni sismiche in array ed in foro sono realizzate mediante 4 sismografi modulari a 24 canali "GEODE" (Geometrics – USA) con possibilità di collegamento in serie tra (fino 96 canali totali). Il Geode è perfettamente idoneo per: sismica a rifrazione, sismica a riflessione (anche ad altissima risoluzione), MASW, ReMi, acquisizione dati per calcolo di Vs30, monitoraggio di vibrazioni,applicazioni sismologiche, prove downhole e crosshole.

     

Sono a disposizione del laboratorio:

Per la ricezione dei segnali:
- set completo di cavi con connessioni spaziate 10 m e connettori a 12 pin (lunghezza massima stesa sismica a Rifrazione e Riflessione 950 m);
- set completo di geofoni ad asse verticale a 14 Hz;
- set completo di geofoni ad asse verticale e orizzontale a 4,5 Hz;
- set completo di geofoni ad asse orizzontale a 10 Hz;
- set completo di geofoni ad asse verticale a 40 Hz;
- Geofono da foro 3D A 15 Hz con sistema di ancoraggio e orientamento motorizzato tramite unità di controllo per prove Down-Hole e Cross-Hole;
- cavo multiconduttore da foro, lunghezza 100 m per Prove Down-Hole e Cross-Hole.

Per l'energizzazione:
- piastra metallica da 30*30 cm per generare Onde P;
- piastra metallica ad "L" e trave rigida in legno per generare Onde S;
- mazza battente da 5 e 8 Kg;
- fucile sismico (minibang) adatto a contenere una cartuccia a salve o di tipo industriale calibro 8;
- Sorgente da foro di tipo meccanico con massa a battuta per Onde P e S con 100 m di lunghezza cavo per prove Cross-Hole.

 

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Strumentazione per misure di gravimetria e microgravimetria

Le indagini gravimetriche sono realizzate tramite un microgravimetro a lettura automatica "CG-5" della Scintrex, dotato di sensore al quarzo per garantire la stabilità delle misure con possibilità di correzione automatica per compensare gli effetti del rumore sismico, di variazioni di temperatura, del tilt strumentale e delle maree. Con una risoluzione pari ad 1 microGal e deviazione standard inferiore ai 5 microGal. Dotato di sistema GPS integrato. Il CG-5 viene impiegato nel campo dello studio della gravità a scala regionale e microgravimetrica, delle esplorazioni geotermiche e minerarie, nel settore della geotecnica e nel campo della ricerca archeologica.

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Strumentazione per misure di magnetotellurica

Le misurazioni nel campo della magnetotellurica vengono acquisite tramite un elettromagnetometro ibrido a stazione fissa, "Stratagem EH-4" (Geometrics). Tale strumento sfrutta sia le correnti magnetotelluriche naturali che il segnale di un trasmettitore ad alta o bassa frequenza. Con 4 elettrodi posizionati secondo una maglia ortogonale e 2 bobine, acquisisce profili di conducibilità elettrica attraverso misurazioni dei campi elettrici e magnetici di superficie, per profondità comprese tra 10 e oltre 1000 m. Queste indagini consentono di ricostruire i limiti litostratigrafici profondi ed ottenere informazioni utili per l’esplorazione in campo minerario, geotermico, petrolifero ed idrogeologico.

 

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Strumentazione per log geofisico multiparametrico e BHTV

Si controllano i principali parametri idrogeofisici in foro (resistività, potenziale spontaneo, induzione elettromagnetica, temperatura del fluido, conducibilità elettrica del fluido, gamma e caliper) fino a 1000 m di profondità mediante sonde ALT montate su verricello Mount Sopris. Attraverso 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.
 

 

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Strumentazione per prove dilatometriche in foro

Si eseguono prove dilatometriche in foro con sonda "DMP95" (ROCTEST-Telemac), impiegata nella meccanica delle rocce per determinare in situ il modulo di deformabilità statico dell’ammasso roccioso a supporto della progettazione di strutture in roccia (ponti, dighe, torri, gallerie, locali tecnici sotterranei). La sonda dilatometrica di diametro 95 mm  è  costituita da un cilindro in acciaio delle lunghezza di circa 1 m avvolto da una membrana in gomma rinforzata espandibile attraverso l’immissione di azoto compresso e permette di applicare una pressione radiale uniforme sulle pareti del foro misurando la deformazione conseguente attraverso 3 trasduttori di spostamento del tipo LVDT disposti radialmente a 120°, con campo di misurazione fino a 25 mm.  Si possono applicare pressioni fino a 200 bar ed indagare fino a 200 m di profondità.

 

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Strumentazione per misure radar

Il laboratorio è in grado di eseguire acquisizioni nel campo delle basse e medie frequanze per coprire, in base al contesto ed al target indagato, tutto il range di variabilità in termini di profondità e risoluzione. Le acquisizioni nel campo delle medie frequenze vengono realizzate tramite il modello monostatico "RIS_MF_HiMod" della I.D.S. s.p.A., composto da due coppie di antenne con frequenza centrale di 200 e 600 MHz montate su un telaio dotato di timone ed encoder; le acquisizioni nel campo delle basse frequenze vengono realizzate tramite i modelli RIS_TR_ 80 e RISONE_TR_25 (I.D.S. S.p.A.) dotate rispettivamente di antenne da 80 e 25 MHz. Le misure sono impiegabili sia in ambienti urbani che non, per la ricostruzione dell'assetto stratigrafico, individuazione di cavità e di strutture sepolte. 

 

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Strumentazione per misure di radioattività naturale

Il monitoraggio della radioattività naturale può essere realizzato sia in laboratorio su campioni di roccia, suoli o liquidi, sia in situ attraverso rivelatori portatili. Lo sviluppo di prototipi e di nuove strategie di acquisizione dei dati rappresenta l'attività principale della sezione di Geofisica Nucleare del Laboratorio di Geofisica e Geofisica Applicata del CGT.

MCA_Rad - Questo strumento è composto da due rivelatori al Ge Iperpuro, caratterizzati da un'elevata efficienza (> 80%), che misurano con grande precisione l'abbondanza di isotopi radioattivi presenti nei diversi campioni (roccia, suoli e liquidi). Grazie ad un sistema automatizzato tali misure risultano estremamente facilitate e velocizzate. Tale strumentazione è inoltre utilizzabile per misure di emissività di radon da parte dei campioni.

Rivelatore NaI portatile - Questo rivelatore (InSpector 1000 Canberra), composto da un cristallo NaI da 4 pollici, permette di misurare la radioattività gamma in situ in modo speditivo. I conteggi/dosaggi e gli spettri registrati dallo strumento nell'ambiente naturale sono un utile dato di partenza per la successiva analisi in laboratorio.

Rivelatori NaI per velivolo - Questo apparato strumentale è composto da 4 rivelatori NaI da 4 litri ciascuno coadiuvati da un'elettronica dedicata ed un pc in acquisizione continua. Esso può essere montato su elicottero da cui è possibile realizzare misure di spettroscopia gamma airborne.

Grazie ad un collaborazione tra CGT e l'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) è stato progettato e realizzato un autogiro, denominato “Radgyro” per misurare in volo simultaneamente diversi range spettrali dello spettro elettromagnetico. Le apparecchiature montate a bordo permettono di rilevare le onde elettromagnetiche provenienti dal terreno nei seguenti range spettrali: termico infrarosso, vicino infrarosso, visibile e gamma.


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Strumentazione per misure di conducibilità termica

Le misure di conducibilità termica sono realizzate mediante la “Sonda Termica”. Lo strumento in esame è realizzato dalla Molisana Apparecchiature Elettroniche secondo lo standard ASTM 5334-00 e permette di eseguire misure di conducibilità termica in laboratorio su campioni di carota. Si tratta di un apparecchio, basato sul modello dell’ago termico proposto da De Vries e Peck (1958), che effettua la misura di conducibilità termica di un terreno in regime non stazionario, secondo il principio della diffusione radiale da una sorgente termica lineare in un mezzo infinito e isotropo. Lo strumento in esame è costituito da un’unità centrale e da una sonda di misura.


Nell’unità centrale sono presenti il sistema di alimentazione (autonomo e da rete), il sistema di diagnostica e il sistema di acquisizione dotato di display per la visualizzazione della curva sperimentale e di una supporto digitale SD per la memorizzazione dei dati acquisiti. È presente anche un tastierino che permette la navigazione nel software di acquisizione cosicché si possa intervenire su alcuni parametri di misura.

 

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Inoltre, il Laboratorio ha a disposizione i seguenti pacchetti Software:

  • Adobe Acrobat 5
  • Controls Controls Geolab 2000+Report
  • ESRI Arc Gis 9.2
  • Leica LGO 3
  • Microsoft Office Professional 2003