Elaborazione di dati magnetotellurici caratterizzati da basso rapporto segnale - rumore: applicazione all'area Etnea

Questo lavoro di tesi è stato svolto nell’ambito di un progetto di ricerca finanziato dalla Protezione Civile, finalizzato alla determinazione di parametri geofisici lungo profili che attraversano i sistemi di faglie localizzati nella zona sud – orientale della Sicilia, ai piedi del Monte Etna. Tale determinazione, si colloca in un insieme più ampio di studi relativi a tali sistemi di faglie, poiché si ritiene che queste probabilmente siano svincolate sia dal contesto tettonico regionale, sia dal campo di stress indotto dalle intrusioni magmatiche, ma connesse, invece, con fenomeni di instabilità, legati allo scivolamento gravitativo dell’intero versante orientale del vulcano.
Per la determinazione dei parametri geofisici, dal 25 al 29 Marzo del 2009 è stata effettuata una campagna di misure geofisiche, lungo un profilo WSW – ENE, che parte dalla zona nei pressi della località di Ragalna e si estende 18 km, fino alla zona a Nord di Acireale, attraversando perpendicolarmente i principali sistemi di faglie superficiali, che caratterizzano l’area di indagine.
Nella campagna di misure, è stato utilizzato il metodo di indagine magnetotellurico, per la determinazione della distribuzione della resistività della zona attraversata dal profilo.
Il metodo magnetotellurico, si basa sulla misura in superficie, delle variazioni temporali delle componenti orizzontali del campo elettromagnetico naturale. Da tali misure infatti, è possibile ricavare informazioni relative alle proprietà elettriche del sottosuolo dal momento che il rapporto tra le intensità misurate in superficie delle componenti orizzontali dei campi elettrici e magnetici, fornisce una grandezza fisica che ha le dimensioni di un’impedenza elettrica, il cui andamento, è legato alla distribuzione della resistività del mezzo attraversato.
Il vantaggio di tale metodo consiste nel fatto che dato il valore medio di resistività delle rocce, per il range di frequenze utilizzate in magnetotellurica, si possono effettuare indagini del sottosuolo che coprono profondità che possono variare da pochi metri, fino a qualche centinaio di chilometri, poiché la profondità di penetrazione delle onde elettromagnetiche nel sottosuolo è funzione della loro frequenza e dei valori di conducibilità delle rocce attraversate.

Tuttavia, l’utilizzo di tale metodo a sorgente naturale, implica il non controllo delle stesse sorgenti utilizzate; di tale situazione si deve tener conto, soprattutto nella scelta dei siti di misura, che generalmente dovrebbero essere collocati abbastanza lontano da centri fortemente urbanizzati, dove sorgenti di tipo antropico (reti ferroviarie; linee elettriche ecc …) possono sovrapporsi ed oscurare la sorgente MT, impedendo la corretta stima della resistività.
Questo contesto ha spinto i gruppi di ricerca a trovare soluzioni sempre più efficaci al problema del rumore dei dati prelevati in zone urbanizzate, attraverso nuove tecniche di processing dei dati, in cui vengono applicati algoritmi che implementano il software normalmente utilizzato per la stima degli elementi del tensore impedenza.
Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di illustrare l’efficacia dell’applicazione, in fase di processing, di uno di questi algoritmi (Loddo e Siniscalchi, 2007), che funziona da filtro, essendo in grado di rimuovere da dati fortemente rumorosi, i contributi di rumore non stazionario generato dalle linee elettriche che alimentano i centri urbani. I dati sperimentali infatti sono caratterizzati da basso rapporto segnale – rumore, poiché il profilo seguito nella campagna di misure MT, attraversa zone densamente urbanizzate.
L’applicazione delle normali tecniche di processing, implementate dal suddetto filtro, hanno permesso l’ottenimento di buone curve di resistività, utilizzate per la successiva elaborazione di un modello preliminare relativo alle proprietà elettriche del mezzo attraversato dal sondaggio.
Il presente lavoro si articola come segue:
o nel primo capitolo è introdotto il metodo magnetotellurico; sono discusse le sorgenti del campo magnetotellurico e le basi teoriche del metodo;
o nel secondo capitolo, vengono discussi i metodi di analisi dei dati per la stima del tensore impedenza e le relative problematiche;
o Nel terzo capitolo vengono presentati gli aspetti geologico – strutturali dell’area di indagine;
o Nel quarto capitolo vengono presentati i dati sperimentali ed i risultati ottenuti attraverso le diverse tecniche di analisi;
o Nel quinto capitolo sono presentate le conclusioni del lavoro svolto.