• elementi spettrali
• SEM
• curve di dispersione onde di Rayleigh
• inversione

Lo scopo di questa tesi è stato quello di simulare ed analizzare la propagazione delle onde sismiche superficiali in un mezzo eterogeneo.
Negli ultimi trent'anni la comunità scientifica ha sviluppato diversi metodi numerici allo scopo di risolvere l'equazione del moto per le onde sismiche. Ognuno di questi metodi discretizza il dominio spaziale tramite una mesh: un set di elementi, di varia forma, utilizzati per risolvere le equazioni governanti la propagazione ondosa.
Nel presente lavoro, tra le varie soluzioni numeriche, è stato utilizzato il metodo agli elementi spettrali (SEM): metodo inizialmente sviluppato per lo studio della dinamica dei fluidi, per poi essere pienamente applicato al campo della sismologia.
Per le simulazioni è stato utilizzato il software open source SPECFEM2D [Princeton University (USA) e CNRS/ University of Marseille (France). Version 7.0. 2015], nel quale J. Tromp (Princeton University) e D. Komatitsch (University of Pau) hanno implementato il SEM.
La propagazione delle onde sismiche è stata simulata nel piano x-z, con la conseguente formazione delle onde di Rayleigh.
Queste, sono un particolare tipo di onde superficiali, che si propagano, con moto ellittico, lungo l’interfaccia terra-aria, e sono generate dall'interazione di onde di compressione (P) e onde di taglio che si propagano in direzione verticale (SV).
Per primi, sono stati creati dei modelli terrestri stratificati 1D e 2D, in cui sono testati gli effetti dovuti alla topografia, ad un'inversione di velocità con la profondità, e all'inserimento di un'attenuazione viscoelastica.
Per la rappresentazione dei dati P-SV, nei domini temporale (sismogrammi) e della frequenza (spettri), sono stati utilizzati codici MATLAB.
Le onde di Rayleigh, in una geologia stratificata, sono dispersive: le componenti dell'onda con diversa frequenza si propagano a diversa velocità.
Questa caratteristica può essere utilizzata per indagare la struttura delle velocità delle onde sismiche in un mezzo stratificato poco profondo.
Dai sismogrammi sintetici, sono state estratte le curve di dispersione delle onde di Rayleigh tramite Trasformata di Radon (Sacchi, 2008).
In questa seconda parte si è proceduto al calcolo delle curve di dispersione e alla loro conseguente inversione, tramite il software d'inversione open source GEOPSY (Wathelet, 2005), che implementa al suo interno l'algoritmo di inversione Neighbourhood, al fine di ottenere gli andamenti 1D delle velocità delle onde di taglio lungo la profondità.
Le difficoltà riscontrate nei modelli invertiti sono dovute alla scelta, del tutto arbitraria, del picking delle velocità di fase all'interno delle curve di dispersione, e alla mancanza di dettagli che una curva 1D può mostrare rispetto ad un modello di partenza 2D.
Nell'ultima parte di questo elaborato di tesi è stato realizzato un modello sintetico semi-reale: tramite log di pozzo effettuati in due diverse zone della Toscana, è stato appreso l'andamento delle velocità sismiche e della densità dei siti.
In questo modello 2D, è stata implementata la presenza di una topografia non uniforme, ed una distribuzione complessa dei caratteri elastici, con forti variazioni laterali dei parametri di velocità e densità, matchando i dati reali.
Sono messe a confronto diverse metodologie di acquisizione, tratte da esperienze reali di sismica a riflessione e superficiale.
Infine, sono enfatizzati i risultati ottenuti utilizzando sorgenti sismiche a diversa frequenza dominante.
Le curve di dispersione, estratte da questi sismogrammi, evidenziano il comportamento complesso e multimodale delle onde di Rayleigh all'interno di un mezzo geologicamente complicato.