.4) tomografia
Visione 3D del substrato
per masw, remi e rifrazione
Manuale d'uso in preparazione
L'annunciato programma da tempo in preparazione è quasi pronto per essere testato sperimentalmete sul terreno; chedo pertanto tutti gli iscritti alla COMUNITA' DI GEOLOGIA" http://comunitadigeologia.multiply.com che sono interessati di testare il programma di contattarmi dopo il 15 di gennaio 2009 per iniziare le prime prove sul campo
Esempio versione beta ( già superata) di come il programme presenterà i risultati finali del sonsaggio, nella simulazione si è voluto rappresentare una coltre sopra un substrato roccioso ed un trovante posto ad una profondità intermedia.
1° videata in alto a sx - una delle ennesime sezioni lungo la progressiva asse delle x ( una ogni metro )
2° videata in basso a sx - una delle ennesime sezioni lungo la progressiva asse delle Y ( una ogni metro )
3° videata in alto a dx - una delle ennesime sezioni planimetriche a partire da quota zero fino alla massima profondità investigata progressiva asse delle ( una ogni metro di profondità )
4) la visualizzazione 3d dell'area investigata, sarà possibile avere diversi tematismi di visualizzazione.
Indice degli argomenti trattati:
1) introduzione:
Il presente manuale d'uso del programma è in fase di preparazione, sarà possibile che alcune parti verranno parzialmente rifatte quando s'incominceranno a fare prove sul terreno, purtroppo fino a questo momento, le casistiche elaborate sono solo delle simulazioni di dati sperimentali non realistici. ( scusatemi per gli errori, errori di battitura, ripetizioni cose non chiare... mi dedico a questo mauale nelle ore di tarda nottata, gli occhiali e la stanchezza spesso teminato il testo m'inpediscono ci rileggerlo e fare le dovute correzioni )
La fase di test che sarà fatta grazie alla Vostra costruttiva collaborazione permetterà di affinare il metodo per raggiungere risultati il più possibile realistici e veritieri alla situazione locale del sito ( il tutto nei limiti dell'affidabilità dell'elaborazione delle prove sismiche eseguite) il programma è strutturato nelle parti principali ma preferisco iniziare i test con il vostro aiuto prima di terminarlo per fare le dovute correzioni , correzioni che fatte a programma terminato compotano il rifacimento di perte delle routinne di calcolo o gestione.
Tenco a precisare ( per no illudervi) che non si tratta di un un programma di tomografia anche se l'aspetto grafico lo può ricordare, ma semplicemente di un programma che date le stratigrafie geologiche verticali ricavate con metodi sismici permette di ricostruire la stratigrafia del sito di campagna interpolando maticamente i dati precedentemente acquisiti.
La bontà dei risultati è legata al numero di dati disponibili e alla veriticità delle elaborazioni fatte in precedenza, maggiori saranno i dati acquisiti migliore potrà essere l'interpretazione geologica e geofisica del sito.
L'algoritmo di interpolazione è stato particolarmente studiato per avere la massima resa grafica in base alla tipologia dei dati da esaminare edalla disposizione areale delle prove da eseguire.
L'algoritmo ha portato via molto tempo , numerose vesioni si sono succedute fino ad arrivare all'ultima anche se.... in fututo qualche ulteriore miglioramneto mi piacerebbe ancora fare.
Nello studio dell'algoritmo d'interpolazione ho capito molte cose , molte situazioni, molti aspetti sul trattamento dei dati di input e di output., tra le tantissime possibilità se non si scelgono ben precisi algoritmi si rischia di gare il calcolo d'imterpolazione matematicamente perfetto ma stravolgento l'aspetto stratigrafico reale, di ciò ho già avuto modo di verificarlo su certi software , belli da federsi ma dal punto di vista geologico stratigrafico mi fanno dubitare. ( sarà un argomento che affronteremo assieme magari con esempi pratici confrontando il medesimo risultato con unamia vecchia versione con l'ultima per farvi capire cosa succese se ci fidiamo troppo della matematica e dei pc.
2) tipologia degli stendimenti tipo
Di seguito dovremo differenziale da tipologia della stesa sismica dalla tipologia dello stendimento globale.
la tipologia della stesa sismica riguarda la disposizione dei geodoni, del punto di battuta ecc.
la tipologia della stesa globale ,è il posizionamento nell'area da indagare dei 3,5 8... ststendimenti sismici che devono coprire in maniera il più possibile uniforme l'area da indagare.
La tipologia tipo del sondaggio da eseguire è legata alle dimensioni del sito, alla forma alla morfologia , al metodo utilizzato per fare il sondaggio ( rifrazione, masw, remi, altro ), di seguito vedremo per ogni metodo sismico utilizzato qual'è la disposizione ottimale degli stendimenti anche in rapporto alla forma e area del sito da indagare.
Vediamo la classificazione della tipologia dello stendimento globale in base al metodo di acquisizione dati rifrazione,- masw - remi ecc
2a) La tipologia della stesa sismica nel caso di sismica a rifrazione dipende dal tipo di stesa:
Caso con di sismica a rifrazione con sole 2 battute - elaborazione con il metodo delle intercette ( esempio INTERDOL - chi non lo possiede può farne richiesta su dolfrang@libero.it puchè iscritti alla comunità di geologia http://comunitadigeologia.multiply.com/)
Caso con sole 3 opiù battute - elaborazione con il metodo GRM o metodi analoghi
Per poter avere sufficienti dati per opter elabotare l'area da investigare utilizzando il metodo grm o simile ( multi battuta ) è consigliabile realizzare una stesa tipo a quella nella figura sopra visualizzata in modo da avere i punti di battuta distribuiti in maniera più iniforme sull'area da investigare, è consigliabile prima di fare un sondaggio disporre di una carta di dettaglio dell'area e progettare la sisposizione della srtesa sismica.. Il minimo di sondaggi da eseguire sono3 / 4.
4) metodo di esecuzione del sondaggio sismico nel caso di masw e / o remi
Nel caso di sondaggi Masw e / o Remi si posizioneranno le stese sismiche secondo lo schema sopra visualizzato, è importante in caso di anisotropia lungo uno dei due assi x e y scegliere la direzione per eseguire la stesa di ogni singolo sondaggio lungo la direzione dove la stratigrafia si differenzia meno.
Esempio: se siamo nell'alveo di un torrente , è notorio che dal letto del corso d'acqua fino al vesante vallivo possono esserci passaggi ada allucioni a coltri colluviali, longitudinalmente al torrente tali cambiamenti sono meno evidenti.
In tal caso conviene eseguire sondaggi disponento i geofoni parallelamente al corso d'acqua; 4/5 sono il numero minimo di stese masw o remi per eseguire una buona elaborazione 3D, se sono di più meglo ancora meglio.
5) metodo di elaborazione utilizzato
L'algoritmo di calcolo basato sull'interpolazione lineare utilizzato da alcuni software che facilmente si trovano in commercio è stato modificato ed adattato per risolvere le situazioni geologiche con l'elaborazione di serie di dati stratigrafici che normalmente si trovano posti lungo la verticale del punto ove si fa il sondaggio.
I metodi tradizionali se non utilizzano gli algoritmi di calcolo simili a quello da me implementato vanno a rischio di dare valori matematicamente esatti ma con una restituzioni stratigrafiche poco attendibili, specialmente in ambiente 3d.
Generalmente il calcolo del valore interpolato è fatto facendo una media pesata della velocità tra i punti più vicini in maniera inversamente proporzionale ala distaza e spesso con il quadato o al cubo della distanza medesima.
L'algoritmo esegue delle procedure che organizzano i dati georeferenziati in maglie regolari di forma quadrangolare ( nel nostro caso ) anche se si potrebbero utilizzare triangolaried esagonali.
nella seconda fase il programma individua celle cubiche di 1m di lato dalla quota della superficie topografica fino alla massimaprofondità a cui si è spinto il sondaggio ( massimo 100 metri) questo algoritmo permette di creare la generazione di matrici di dati georeferenziate 2D e/o 3d con il metodo della "distanza inversa", largamente usato in molti pacchetti applicativi.
Esso è basato sulla ricerca del valore georeferenziale di ciascun nodo della griglia 2D - 3D tenendo presente che l'influenza sul nodo ricavato è intesa alla distanza dei valori dei punti considerati del tipo Zn = (z1(d1)^3 +z2(d2)^3 +z3(d3)^3 +z4(d4)^3 ) / (1/(d1+d2+d3+d4)) ciò nel caso di matreice bidimensionale, nel caso di matrice 3D la cosa è un poco più comlicata ma simile. dove z = valore VS o VP, d... = distanza del nodo considerato.
Con questo metodo, l'influenza di un punto sul valore finale da attribuire al nodo considerato decresce con la distanza del punto dal nodo.
Maggiore è la distanza minore è l'effetto del punto sul valore del nodo.
La griglia utilizzata nel caso più semplice di un 2D si può elaborare secondo almeno 3 metodologie:
NORMALE dove in pratica si prendono in considerazione tutti i punti acquisiti: da scartare per motivi troppo lunghi da soiegare
4 SETTORI in pratica prima di elaborare si separano i dati sperimentali a seconda del quadrante in qui si trovano +x +y , +x -y, -y -y , -x +yvicini
8 SETTORI come il metodo precednete dove l'ampiessa del settore era 90° ma dividendo ma di 45 °
per ogni settore si cercano i punti più vicini al punto iesimo da elaborare e si fa il calcolo d'interpolazione dei valori. ( visto che i punti in possesso non sono molti è meglio prendere il punto più vicino per ogni quadrante se c'è)
Nel caso della Grafica 3D la cosa si complica ulteriormente perchè il caso NORMALE non lavora più in un cerchio ma in una sfera, il caso 4 SETTORI diventano 8 settori di forma cubica ( non più planare ), nel caso 8 SETTORI in 3d occorrerebbe analizzare i dati racchiusi in almeno 24 settori spaziali . ( questa soluzione va scartata perchè presuppone un numero di dati stratigrafico elevato che in realtà non abbiamo e un rallenramento enorme relle routinne di calcolo anche con i più moderni calcolatori.
6) limiti del metodo di elaborazione
7) Dati di input
In attesa di completare la parte di software che permetterà l'input dei dati per chi vorrà fare le prime prove di elaborazione mi potrà inviare un file di word o di excel critto nel seguente modo:
N* sondaggio e tipo di battuta ( andata, centrale ritorno ecc.
3, 6, 0, 200
3, 6, 1, 200
3, 6, 2.4, 600
3, 6. 3, 600
3, 6., 4, 600
3,6. 6, 5.3, 1440
3, 6, 6, 1440
3, 6, 7, 1440
3, 6, 8, 1440
3, 6, 9, 1440
3, 6, 10, 1440
Questa tabella sarà da compilare per ogni punto di battuta dopo aver elaborato il sondagio con uno dei metoti per la rifrazione o per il masw / Remi , nella prima colonna inserirete la coordinata di riferimento X ( metri ) nella seconda la Y ( in metri ) , nella terza colonna la profondità con passo 1 metro ad eccesione alla profondità dove c'è un na discontinuità in questo caso va inserito il valore di profondità calcolato *, nella 4° colonna va inserito il valore VS o VO a seconda del metodo di elaborazione utilizzato.
* nell'esempio allegato che corrisponde alla stratigrafia elaborata nel sondaggio 1 pinto di battuta andata si puà risalire alla stratigrafia originaria : 0 - 2.40 VP= 200, DA 2.40 A 5.30 VP = 600 , oltre i 5.30 VP = 1440
Nel caso dei sondaggi sismici a rifrazione elaborati con il metodo delle intercette la VP deve essere corrispondente alla Vp del corrispondente strato ( lo stesso valore va inserito nei dati della stratigrafia s1Andata e S1 Ritorno
Nel caso di grm le velocità da inserire sono quelle date dal proframma di calcolo sotto il punto di battuta, per il masw e remi le velocità Vs ottenute nel calcolo
Il programma nella versione finale richiederaà solamente le coordinate e il valore di profondità con la velocità corrispndente rendendo semplice l'imput dei dati..
7) esempi teorici ( simulazioni )
8) esempi di elaborazione dati di campagna
9) vostre elaborazioni
10) forum per discutere dell'attendibilità del metodo
11) proposte di miglioramento del software
12) altro
Sarà senz'altro utile la votra esperienza per guidarmi al fine di migliorare il software, da anni tenuto nel cassetto....
Per partecipare occorre avere un sismografo ( qualisasi marca e modello ) a 12,16, 24 bit a 12 o 24 canali e un normale programma per l'elaborazione dei sondaggi sismici a rifrazione con il metodo delle intercette, grm oppure un programma per elaborazione sondaggi masw ( consigliato www.masw.it ) oppure remi.
Pendo che la tecnica di elaborazione applicata sia la prima volta che si applica nella sismica a rifrazione e ne remi e raramente ne masw.