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Scopo del presente Lavoro di Tesi di Laurea è quello di valutare l’applicabilità della sismica a riflessione ad onde SH ad un ambito poco investigato a livello internazionale, quale lo studio della struttura interna di un corpo franoso.
L’applicazione della sismica a tali contesti non è nuova ma generalmente è limitata all’uso delle onde compressionali, più comunemente in indagini a rifrazione e raramente a indagini a riflessione. I risultati che questi lavori propongono sono buoni e spesso concordi con quelli provenienti da altri tipi di indagini, ma soffrono di una bassa risoluzione nei livelli superficiali (entro le prime decine di metri); questo porta ad una buona individuazione delle strutture in profondità dei corpi franosi ma una limitata o assente delineazione delle geometrie prossime alla superficie. La sismica ad onde P è quindi un metodo sicuramente valevole ed accertato ma, come tutti i metodi, presenta dei limiti, i quali possono presumibilmente essere superati integrando i dati con quelli provenienti da un’indagine di simica a onde SH, caratterizzata da una risoluzione più elevata e quindi teoricamente più idonea alla definizione degli orizzonti più superficiali.
Come oggetto di studio è stato scelto un corpo franoso di grandi dimensioni quale la Grande Frana di Patigno, in provincia di Massa-Carrara nell’Appennino Settentrionale. Tale scelta è stata guidata principalmente dalla disponibilità di lavori pregressi effettuati in tale area (Federici et al. 2000, Anfuso 2010, Stucchi et al. 2013); tramite questi studi, che contengono anche dati di indagini dirette (carotaggi e prove in foro) e di monitoraggio strumentale, sarà possibile effettuare un confronto dei risultati, avere un controllo della qualità dei dati ottenuti e valutare gli eventuali vantaggi derivanti dall’applicazione congiunta delle diverse metodologie di indagine. È stato inoltre scelto di studiare questo dissesto per l’interesse che esso ricopre a livello generale, essendo una tipica frana appenninica per dimensioni, profondità e tipo di materiali coinvolti. La validazione della prospezione ad onde SH riflesse e le scelte procedurali per l’elaborazione dati, offrono la possibilità di generalizzare la metodologia d’indagine sviluppata, rendendola potenzialmente applicabile a numerosi altri contesti del panorama appenninico.
L’indagine si è svolta acquisendo una linea sismica a riflessione ad onde SH in corrispondenza di parte del profilo ad onde P del precedente lavoro (Anfuso 2010; Stucchi 2013) tramite sorgente appositamente ideata e costruita nell’ officina del DST di Pisa. L’elaborazione dei dati così ottenuti, effettuata tramite software ProMax®, si è rivelata di non facile esecuzione in quanto all’usuale complessità dei dati a sismica a riflessione andava in questo caso ad aggiungersi la particolarità delle onde SH. I primi passaggi di elaborazione hanno riguardato, oltre alle operazioni di somma tra tracce a differente polarizzazione, la creazione delle geometrie con operazione di interleaving e le correzioni statiche. Dato che i dati sono interessati da molteplici eventi rumorosi, quali i disturbi a forte componente energetica legati alla generazione di onde superficiali (Onde di Love) e altri eventi coerenti lineari, I passaggi successivi sono stati volti all’eliminazione degli stessi tramite filtri direzionali e passabanda. Successivamente dopo le classiche operazioni di analisi di velocità e normal-move-out sono state eseguite le correzioni statiche residuali per poi arrivare all’immagine stack. L’ultima parte della fase di elaborazione dati è stata quella di applicare due tecniche di messa in profondità della sezione sismica al fine di determinare quale di queste sia la più idonea nel caso in esame. È stato elaborato quindi un primo profilo sismico utilizzando una migrazione di Kirchhoff post-stack in tempi con successiva conversione in profondità e un secondo tramite la migrazione di Kirchhoff post-stack in profondità. Analizzando i risultati ottenuti è emerso che entrambi gli approcci, a parte delle piccole differenze, sono validi e facilmente applicabili in questo contesto a causa delle moderate variazioni laterali di velocità riscontrate.
La sezione sismica ottenuta mostra una buon rapporto segnale/rumore già in prossimità del piano campagna, infatti sono presenti un buon numero di eventi continui, interpretati come riflettori, con una risoluzione verticale che varia da 1.5m nella parte superficiale a 3m nelle porzioni profonde. La sezione migrata in profondità con il metodo di Kirchhoff è stata poi confrontata con quella relativa alla sismica a riflessione ad onde P in modo tale da poter effettuare un’interpretazione geologica a varie profondità, sulla base dei risultati congiunti.
Alla luce dei risultati ottenuti, i presupposti teorici trovano conferma nelle sezioni sismiche finali, ovvero l’indagine ad onde SH ha dato i migliori risultati laddove le onde P non sono riuscite a fornire informazioni rilevanti. Infatti l’acquisizione ad onde compressionali si è rivelata efficace per l’individuazione del piano principale di scivolamento, ma non fornisce alcuna indicazione riguardo l’intera porzione soprastante questo piano. Al contrario, la sezione ad onde SH mostra come i migliori risultati di tale metodologia di indagine siano nella parte superficiale del profilo; la maggiore risoluzione ha infatti permesso di individuare in tale area una serie di eventi riflessi dalla buona continuità laterale e di discernere il corpo principale in due frane secondarie, in accordo con i dati dei sondaggi e relativi monitoraggi strumentali (Federici et al. 2000). Anche se la sezione sismica mostra un diminuzione del rapporto segnale rumore procedendo in profondità, è comunque visibile nella sezione sismica il forte riflettore che da precedenti studi (Anfuso 2010, Stucchi et al. 2013) è stato interpretato come la superficie profonda di scivolamento del dissesto, ma non lo fa con la stessa chiarezza, in termini di ampiezza e continuità laterale dell’evento sismico, rispetto all’indagine ad onde compressionali. Le due metodologie si sono mostrate quindi complementari nella delineazione di eventi riflessi nell’intero intervallo di profondità in esame (0m-90m circa).
Concludendo si può quindi affermare che la simica a riflessione ad onde SH si è rivelata essere una metodologia dalle ottime potenzialità, anche in ambiti in cui viene generalmente sottovalutata a causa della difficoltà di esecuzione, elaborazione dati e costi. Quindi, considerando i risultati ottenuti, risulta efficacemente applicabile ad indagini in cui è richiesta l’interpretazione geologica di un mezzo superficiale anche di notevole complessità quale un dissesto franoso composito.


Bibliografia citata:

P.R. Federici, A. Puccinelli, A.Chelli, G. D’Amato Avanzi, A. Ribolini e M. Verani, 2000. La Grande Frana di Patigno di Zeri (Massa Carrara). Memorie della Accademia Lunigianese di Scienze << Giovnni Capellini>> Vol. LXX (2000) – Scienze naturali Fisiche e Matematiche.

Anfuso, 2010. Metodologie geofisiche (geoelettrica e sismica) applicate allo studio dei corpi franosi: il caso della frana di Patigno di Zeri (Appennino Settentrionale).

E. Stucchi, A. Ribolini e A. Anfuso, 2013. High-resolution reflection seismic survey at the Patigno landslide, Northern Apennines, Italy. Near Surface Geophysics, 2013, 11.