Indagini geoelettriche e magnetotelluriche per la caratterizzazione di acquiferi profondi

Mario Naldi – Techgea Srl (info@techgea.eu) 

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 (info@techgea.eu) 

LA PROSPEZIONE GEOFISICA: APPLICAZIONI E SVILUPPI2 Ottobre 2014

GRAZIE PER L’ATTENZIONE