Geofluid 2014 - geophysical methods for groundwater research
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Application of Electrical Resistivity Tomography and Magnetotellurics for water well best lcoation
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Geofluid 2014 - geophysical methods for groundwater research
- 2. “There are many geophysical methods measuring different physical properties (seismic, gravity, radar) but the most reliable methods are those which measure the electrical resistivity of the ground” “Many of the geological formation properties that are critical to hydrogeology (such as porosity and permeability of rocks) can be correlated with the ELECTRICAL RESISTIVITY ” La definizione per immagini 2D e 3D della resistività elettrica del sottosuolo fornisce dei modelli predittivi molto accurati per la localizzazione e progettazione ottimale di pozzi profondi IL PARAMETRO FISICO
- 3. Il metodo geoelettrico Posizione ottimale pozzo UNITA’ 1 – argille e marne sabbiose UNITA’ 2 – SABBEI DI ORIGINE MARINA (ACQUIFERO ARTESIANO) UNITA’ 3 – MARNE (ACQUICLUDE) A B B A Depositi alluvionali ghiaiosi Acquifero artesiano • Restituisce sezioni 2D e 3D della resistività elettrica reale, correlabile con l’assetto geologico del sito di indagine • Ha una elevata capacità risolutiva • Richiede grandi spazi per il posizionamento delle linee multielettrodo (rapporto ottimale lunghezza linea – profondità = 1:3 con polo‐dipolo) • Può raggiungere (con buona risoluzione) profondità fino a 300 m
- 4. Audiomagnetotellurica • E’ un metodo di misura passivo delle correnti magnetotelluriche del sottosuolo • Richiede spazi ridotti per il posizionamento dei dipoli magnetici e di corrente (mediamente 25 o 50 m) • Restituisce profili 1D del parametro resistività elettrica (assimilabili a Sondaggi Elettrici Verticali) e sezioni pseudo‐tomografiche 2D • Può raggiungere (con buona risoluzione) profondità fino a 600‐800 m • Richiede una precisa calibrazione per la valutazione della profondità LIMITI APPLICATIVI • Risoluzione bassa per strutture di dettaglio • Risente del disturbo generato da campi elettromagnetici antropici • Richiede tempi lunghi di acquisizione
- 5. Audiomagnetotellurica Modello di resistività reale [Ohm*m] Curva sintetica Resistività elettrica [log10 Ohm*m] Profondità(m) Dati Modello 2D Profilo 1D Distanza tra i profili 1D = 75-100 m Calibrazione modello geologico
- 6. Esempio applicativo – posizionamento di pozzi profondi in depositi alluvionali di fossa tettonica ‐ Thailandia MARNE/ARGILLITI CON LIVELLI ARENACEI FOSSA TETTONICA SUBSIDENTE CON DEPOSIZIONE DI DEPOSITI ALLUVIONALI OBIETTIVI DI INDAGINE: 1. VERIFICA SPESSORI DEPOSITI ALLUVIONALI 2. CARATTERISTICHE STRATIGRAFICHE 3. CARATTERIZZAZIONE STRUTTURE IDROGEOLOGICHE PROFONDE 4. POSIZIONE OTTIMALE DI POZZI PROFONDI Depositi alluvionali Formazioni triassiche (marne, argilliti e arenarie) Depositi alluvionali
- 7. Piano di indagini B A C D 1. Num. 2 Indagini geoelettriche multielettrodo con polo remoto • configurazione polo‐dipolo • 100 elettrodi con spaziatura 5 m (495 m di lunghezza 2. Num. 20 sondaggi AMT disposti a maglia irregolare sull’area di indagine
- 10. Risultati delle indagini geoelettriche 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 Distance [m] -150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Depth[m] C D Clay cap Unit 3 - Clayey sand (LOW PERMEABILITY) Unit 1 - Clay Sand Unit Clayey - sand (silt) Poor aquifer (thin layers of sand) Sand - aquifer Unit 2 - Sand 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 Distance [m] -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Depth[m] Clayey sand (silt) Clay Unit Sand Unit A B Clay cap ERT 2 intersection Clayey - sand (silt) Poor aquifer (thin layers of sand) Sand - aquifer ERT 2 intersection Colour scale Resistivity Ohm*m 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100
- 11. Risultati delle indagini audiomagnetotelluriche Unit 3 - Clayey sand (silt) Unit 1 - Clay Unit 2 - Sand Unit 4 - Sand Fmt Unit 3 - Clayey sand (silt) Unit 1 - Clay Unit 2 - Sand Unit 4 - Sand Fmt Unit 5 - Mudstone Unit 5 - Mudstone Unit Depth from AMT Depth from ERT (CALIBRATION) Estimated depth 1 0 -40 m 0-25 m 0-25 m 2 40-90 m 25-65 m 25-65 m 3 90-220 65 - - 65-190 m 4 220-550 (600) ------------ 190-500 (550) m Cross section #4Cross section #3
- 12. Confronto indagini geoelettriche e AMT 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 Distance [m] -150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Depth[m] C D Unit 3 - Clayey sand (silt) Unit 1 - Clay Unit 2 - Sand Unit 4 - Sand Fmt Unit 5 - Mudstone AMT cross section CS2 projection Calibration with ERT 2 Unit 1 - Clay Unit 2 - Sand Unit 3 - Clayey sand (silt) Uni t Depth from AMT Depth from ERT (CALIBRATIO N) Estimated depth 1 0-40 m 0-25 m 0-25 m 2 40-90 m 25-65 m 25-65 m 3 90-220 65 - - 65-190 m 4 220- 550 (600) ------------ 190-500 (550) m AMT cross section CS2 Colour scale Resistivity Ohm*m 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100 Confronto tra i valori di resistività rilevati con AMT e con ERT Sabbie Argille sabbiose Alternanze di sabbie, sabbie fini e limi
- 13. Modello stratigrafico Unit 4 - Sand Fmt Unità 2 ‐Acquifero superficiale Scarsa protezione Scarsa produttività Unità 4 ‐Acquifero profondo • Buona protezione • Buona continuità • Potenziale buona produttività (elevato spessore) Substrato lapideo (argilliti/marne)
- 14. Fase decisionale – scelta del punto ottimale di perforazione Sand layers alternated with fine sand and clay • Il punto ottimale di perforazione risponde a esigenze di impianto e di potenziale produttività dell’acquifero • Profondità massima di perforazione = 400 m
- 16. Progettazione finale pozzo Captazione di acqua nel solo acquifero profondo artesiano È stato filtrato il tratto tra 163 m e 212 m per i seguenti motivi: 1. quantità d’acqua estraibile sufficiente alle esigenze produttive 2. qualità rispondente alle esigenze di impianto 3. ridurre i costi di completamento pozzo.
- 17. Considerazioni conclusive • La crescente domanda di acqua sotterranea per usi potabili e irrigui, assieme alla necessità di una corretta gestione e salvaguardia degli acquiferi, richiede una conoscenza sempre più approfondita delle strutture idrogeologiche. • In tale contesto, la diagnostica geofisica per immagini (geophysical imaging) rappresenta uno strumento insostituibile per la valutazione di giacimenti idrici profondi attraverso la modellazione geologica e idrogeologica del sottosuolo. • L’utilizzo combinato del metodo geoelettrico tomografico e del metodo (audio)magnetotellurico permette di raggiungere elevate profondità e una precisa discretizzazione geometrica e fisica del sottosuolo