• Nessuna parola chiave trovata

Il potenziale spontaneo (SP, Self-Potential) è una tecnica di prospezione geofisica passiva che permette di effettuare la mappatura, in superficie, della distribuzione del potenziale elettrico naturale. Il segnale viene misurato tramite una coppia di elettrodi impolarizzabili e consiste nella differenza di potenziale generata da correnti stazionarie e invarianti nel tempo. La stazionarietà del fenomeno è comunque da considerarsi funzione della durata dell'acquisizione. Il metodo, almeno in relazione agli altri metodi geoelettrici, è caratterizzato da una logistica estremamente semplificata che, insieme alla economicità della dotazione strumentale, rende questo tipo di prospezione geofisica particolarmente efficiente.
Il campo elettrico osservato è prodotto e mantenuto da fattori unicamente geologici, ed è direttamente provocato da meccanismi agenti nel sottosuolo, quali la circolazione di fluidi con carica ionica, il flusso di cariche elettriche e/o la presenza di eterogeneità nella distribuzione di temperatura. In generale, si possono individuare almeno quattro tipi di possibili sorgenti causative dell'anomalia elettrica misurata, in ordine di importanza: potenziale di mineralizzazione, potenziale elettrocinetico, potenziale termocinetico e potenziale di diffusione. Altri meccanismi causativi, di minore intensità, sono frequentemente presenti nel semispazio reale e possono costituire sorgenti di rumore.
La ricerca mineraria è senz'altro il campo di applicazione principale dei potenziali spontanei, a causa delle significative anomalie generate dalla presenza di minerali metallici, solfuri, disseminati o massivi (potenziale di mineralizzazione). In questi contesti è frequente il caso in cui anomalie rilevanti, e spesso indistinguibili da quelle generate dalla presenza di solfuri, sono generate da corpi, massivi o meno, di grafite. Frequentemente tali anomalie costituiscono un fattore di disturbo poiché, in generale, l'interesse è rivolto all'individuazione di solfuri. Un altro fattore di disturbo è costituito dalla presenza di un semispazio (o una copertura) ad alta conduttività: in questi casi il campo elettrico, almeno in superficie, viene fortemente attenuato e di conseguenza il potenziale registrato diminuisce a livelli che possono renderlo indistinguibile dal rumore. In ambienti tropicali, a causa della bassa resistività dell'orizzonte di alterazione lateritica (saprolitizzazione fino a profondità che possono eccedere i 100 m dal piano di campagna), il metodo dei potenziali spontanei è quindi generalmente non impiegato.
Con il lavoro svolto in questa tesi si è voluto dimostrare che tale metodologia, in presenza di determinate situazioni geologico-strutturali, può invece fornire informazioni importanti dal punto di vista della ricerca mineraria anche in ambienti di forte alterazione tropicale; in particolare nella individuazione e modellizzazione, sia qualitativa che quantitativa, delle zone di taglio (“shear zones”) lungo le quali siano presenti concentrazioni non trascurabili di grafite.
In questi ambienti i solfuri eventualmente presenti sono generalmente ossidati fino alla base della saprolite e risultano quindi invisibili in termini di distorsione del campo elettrico; la grafite, invece, non essendo facilmente alterabile, mantiene le proprie caratteristiche di polarizzabilità anche all'interno dei livelli saprolitizzati, ed è quindi facilmente individuabile tramite prospezioni SP.
Le misure di potenziale spontaneo elaborate in questa tesi sono state acquisite nel prospetto di Kwekutikrom, in Ghana, all'interno di una concessione (Perseus Mining) situata nella Regione Centrale. I terreni presenti, caratterizzati da un profondo livello di alterazione superficiale, sono interessati da una serie di importanti strutture tettoniche (legate alle orogenesi proterozoiche e posteriori) lungo le quali, in prossimità delle principali zone di taglio e all'interno di formazioni reologicamente favorevoli, si sono sviluppate mineralizzazioni aurifere di rilevanza globale (es. Ashanti Belt).
Lungo queste fasce di deformazione tettonica, le mineralizzazioni a grafite si sviluppano come depositi epigenetici all'interno di shear zone e costituiscono un vettore efficace nella ricerca di giacimenti auriferi.
L'elaborazione dei dati di SP acquisiti attraverso le strutture di Kwekutikrom (31 linee spaziate 100 metri e con stazioni di misura ogni 25 m, per un totale di 51.275 km di linee) è stata effettuata utilizzando il programma Oasis Montaj (Geosoft); le fasi principali dell'elaborazione dei dati sono riassumibili in: detrending e filtraggio LP lungo linea, gridding mediante interpolazione dei dati con l'algoritmo di bidirectional gridding; filtraggi FFT 2D sui grid: directional cosine filter, derivata verticale e gradiente orizzontale).
L’obiettivo era quello di migliorare il rapporto segnale/rumore, operando sul segnale sia lungo linea che sui grid 2D, in modo da delineare al meglio l'andamento e i confini delle anomalie per una più facile e corretta interpretazione. In particolare, l'utilizzo dell'operatore gradiente orizzontale e di derivazione verticale di vari ordini frazionari hanno permesso di individuare, in maniera robusta, i limiti laterali dei corpi anomali e descriverne, in mappa, l'andamento.
La prima parte della tesi si conclude, quindi, mostrando che la tecnica del potenziale spontaneo (che, come detto, ha il vantaggio di essere economica nonché di facile e veloce acquisizione), applicata in zone in cui siano presenti concentrazioni non trascurabili di grafite, possa essere considerata una valida metodologia d'indagine anche in ambienti in cui, tradizionalmente, essa non viene presa in considerazione.
La seconda parte della tesi si è concentrata su di una possibile tecnica di modellizzazione, utilizzando un approccio diretto, della sorgente dell’anomalia misurata. È stato implementato, in Matlab, un codice che permette di ottenere un modello tridimensionale 'equivalente' utilizzando una tecnica di Correlation Imaging nel dominio della Trasformata di Fourier. Essa ha come base teorica la COP (charge occurrence probability function) sviluppata da Patella (1997), sebbene quest'ultima operi nel dominio dello spazio. La tecnica di correlation imaging permette di calcolare la matrice di correlazione 2D normalizzata, tra i dati misurati e i valori del potenziale spontaneo, che si misurerebbero alla superficie, causati da un'ipotetica sorgente posizionata ad una profondità definita. La correlazione è quindi eseguita tra i dati misurati del potenziale spontaneo ΔVobs e quelli calcolati ΔVcalc. Assumendo che il semispazio sia omogeneo ed isotropo, la sorgente è stata posizionata a diverse profondità mappando, in tre dimensioni, i valori della correlazione in funzione della profondità. I valori del potenziale calcolati in superficie sono, infatti, funzione esclusivamente della profondità della sorgente (dipolo con polarizzazione verticale) e variano come 1/rn.
La seconda parte della tesi ha quindi evidenziato come la correlation imaging sia un’efficace tecnica di modelling che riduce la complessità computazionale della COP da cui deriva e rispetto alla quale, dato che le operazioni di convoluzione nel dominio delle frequenze vengono effettuate tramite semplice moltiplicazione, presenta significativi vantaggi dal punto di vista dell'efficienza.