ETD system

Electronic theses and dissertations repository

 

Tesi etd-09302008-102551


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
ANGIO, STEFANO
URN
etd-09302008-102551
Title
Inversione multicomponente di onde superficiali con tecnica full waveform e tramite indicatori di polarizzazione
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
GEOFISICA DI ESPLORAZIONE ED APPLICATA
Commissione
Relatore Prof. Mazzotti, Alfredo
Relatore Dott. Chiappa, Fabio
Parole chiave
  • onde superficiali
  • full waveform
  • attributi complessi
  • indicatori di polarizzazione
Data inizio appello
24/10/2008;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
24/10/2048
Riassunto analitico
L&#39;inversione delle onde superficiali costituisce un efficace strumento di stima delle velocità delle onde di taglio relative agli strati più superficiali di una data area di studio.<br>Spesso l&#39;inversione viene effettuata sfruttando le tipiche curve di dispersione dell&#39;onda nel dominio frequenze-lentezze; questa strategia presenta però alcuni difetti, quali i possibili errori nel picking delle curve, la difficoltà a distinguere il modo di propagazione fondamentale e i modi superiori, nonché le ambiguità intrinseche del problema inverso.<br>Con questo lavoro mi propongo di esaminare alcune metodologie alternative di inversione delle onde superficiali: il metodo full waveform ed un metodo originale basato su indicatori di polarizzazione. Quest&#39;ultimo fa riferimento a tre diverse informazioni ricavabili considerando le componenti verticale ed orizzontale delle tracce sismiche come la parte reale ed immaginaria di una traccia complessa, di cui si possono quindi calcolare l&#39;inviluppo, la frequenza complessa e la fase complessa. Nel caso specifico di onde superficiali, l&#39;inviluppo fornisce un&#39;informazione sull&#39;energia dei modi di propagazione, la fase complessa costituisce un&#39;indicatore della direzione di polarizzazione dell&#39;onda, mentre la frequenza complessa fornisce la velocità di variazione della direzione di polarizzazione. Relativamente a queste tre informazioni, il confronto ai minimi quadrati, teso alla costruzione delle funzioni oggetto, viene effettuato solo in corrispondenza dei massimi dell&#39;inviluppo, cioè dei modi più energetici del treno di onde superficiali.<br>Dopo una breve discussione sulle basi teoriche del problema, la prima parte dell&#39;elaborato è dedicata all&#39;inversione di un sismogramma sintetico attraverso l&#39;esplorazione sistematica dello spazio dei modelli e l&#39;utilizzo di algoritmi di ottimizzazione. Il &#34;dato osservato&#34; è stato generato tramite un software di modeling basato sulla teoria della riflettività, che ha sintetizzato i sismogrammi delle componenti X e Z relativi ad un semplice modello a tre strati. Il confronto ai minimi quadrati tra questo dato e una serie di sismogrammi sintetici generati su una griglia regolare nello spazio dei modelli mi ha permesso di calcolare le funzioni oggetto in forma esplicita e localizzare il valore minimo di misfit. Questa procedura permette di valutare quale dei metodi utilizzati fornisca il risultato più prossimo al modello di partenza. L&#39;applicazione di algoritmi di ottimizzazione locale è stata approcciata, sempre su entrambe le metodologie, affidandosi sia al metodo least-squares sia alla sua generalizzazione probabilistica (Tarantola A., 2004). Queste due strategie sono affette da forti problemi di convergenza causati dalla presenza di numerosi minimi locali; l&#39;aggiunta di informazioni a priori probabilistiche permette però di costringere l&#39;algoritmo, senza porre vincoli netti, a rimanere all&#39;interno di un certo range di valori desiderati, e ha anche il vantaggio di smussare le funzioni oggetto in modo proporzionale alla deviazione standard del modello a priori, alleviando in parte il problema dei minimi relativi.<br>Nella seconda parte mi occupo invece della determinazione delle velocità di propagazione delle onde S del fondale marino e degli strati superficiali sottostanti a partire da dati Ocean Bottom Cable multicomponente relativi ad un&#39;acquisizione nel Mar Caspio. Vista la difficoltà di convergenza degli algoritmi di ottimizzazione, l&#39;inversione avviene tramite la sola esplorazione sistematica dello spazio dei modelli: l&#39;osservazione delle funzioni oggetto in forma esplicita e la localizzazione dei loro minimi ha permesso di stimare le velocità delle onde S e gli spessori degli strati nell&#39;area investigata. Dall&#39;osservazione dei sismogrammi relativi alle soluzioni fornite dai due metodi è inoltre possibile osservare concretamente le problematiche che affliggono la strategia full waveform (difficoltà a sintetizzare le porzioni più lente dell&#39;onda superficiale) e che invece non sembrano coinvolgere i metodi basati sugli indicatori di polarizzazione. I sismogrammi sintetici generati sulle soluzioni fornite dall&#39;inviluppo, in particolare, mostrano un ottimo grado di fitting col dato osservato. Il modello estrapolato fa riferimento ai primi 100 m di profondità, e mostra un forte incremento della velocità delle onde S a circa 25 m.<br>I futuri sviluppi di questo lavoro comprendono la definizione di algoritmi di ottimizzazione globali, che consentano al tempo stesso di convergere verso la soluzione senza subire l&#39;effetto dei minimi locali e di evitare un&#39;esplorazione “alla cieca”, estremamente impegnativa in termini di tempi di calcolo. Un ulteriore ricerca potrebbe essere fatta sulla messa a punto di metodi di inversione “congiunti”, che tengano conto, cioè, contemporaneamente dei tre indicatori di polarizzazione dando ad ognuno una pesatura adeguata. Un tentativo in questa direzione è già presente in questo lavoro, ma necessita di raffinamenti. Anche l&#39;inversione dei dati reali potrebbe infine essere migliorata con l&#39;aggiunta di informazioni a priori (dati geotecnici o log di pozzo).
File