GEOPHY – Unità 1: Cenni Generali

1.3 Onde di volume e di superficie

Onde sismiche – seismic wavelets

Le onde sismiche sono onde meccaniche (perturbazioni elastiche) che sfruttano le proprietà elastiche del mezzo che attraversano per la loro propagazione. La propagazione genererà una serie di fenomeni: onde di corpo riflesse e rifratte, onde di superficie.

Tipi di onde

Le onde sismiche possono essere suddivise in:

1) onde di volume (o di corpo): P e S [Fig.2]

2) onde superficiali: Reyleigh e Love [Fig.3]

1.a) Le onde P (o primae, o di pressione, o longitudinali):

• generano compressioni e dilatazioni nel mezzo in cui viaggiano;
• al loro passaggio le particelle di terreno si muovono nella stessa direzione di propagazione dell’onda implicando variazioni di volume;
• viaggiando ad alta velocità, vengono registrate prima delle S;
• si propagano in ogni mezzo, quindi anche nei liquidi e nei gas.
• La velocità dell’onda è determinata dall’equazione:

V_P=√((λ+2μ)/ρ)

dove ρ è la densità del mezzo attraversato, mentre λ e μ sono dette costanti di Lamè e dipendono dall’elasticità del mezzo; in particolare μ è il modulo di rigidità o modulo di taglio G del materiale, rapporto fra la tensione tangenziale e lo scorrimento da essa prodotto.

1.b) Le onde S (o secundae, o di taglio):

• fanno si che le particelle di terreno attraversato, si muovano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda, subendo una variazione di forma ma non di volume;
• possono viaggiare nei solidi ma non nei liquidi e nei gas (poiché i liquidi non presentano alcuna resistenza agli sforzi di taglio: μ=0);
• la velocità delle onde S è determinata dall’equazione:

V_S=√(μ/ρ)

Fig.2 – Diagrammi che illustrano la deformazione che le onde P e S provocano all’interno dell’ammasso roccioso. Da Riente e Catanzariti, 2012.

Nella propagazione delle onde S in un terreno stratificato valgono le seguenti regole:

1. 1. Le onde SH nel loro percorso in un mezzo stratificato orizzontalmente non si convertono, a differenza delle onde SV e P. Ciò significa che se si generano inizialmente onde SH, si avranno unicamente onde rifratte e riflesse SH.
   2. Se si generano onde SV, al ricevitore si possono ottenere sia onde SV che onde P di compressione altrettanto generando onde P si possono ottenere al ricevitore onde SV.
   3. La conversione avviene in tutte le situazioni in cui esiste una differenza di rigidità (impedenza) sismica tra i terreni attraversati. Precisamente essa dipende in particolare dal contrasto di impedenza-rigidità e dall’angolo di incidenza.
   4. L’ampiezza delle onde convertite può essere calcolata, in prima approssimazione, con le equazioni di Zoepritz (Fowler, 1990) a cui si rimanda per approfondimento. In pratica l’attenuazione che le onde di compressione subiscono in un mezzo, può essere maggiore o minore delle onde SV a seconda della litologia del mezzo e dipende da una serie di parametri tra cui la porosità, il grado di saturazione, etc. Un’ ottima trattazione del problema si può ritrovare in (Bourbie et al.,1986).
   5. Si deve anche tenere presente che in un mezzo poroso omogeneo ed isotropo si propagano due tipi di onde compressionali P1 e P2 analogamente a quanto previsto dal modello di Biot e dimostrato sperimentalmente da Ploona (Bourbie et al.,1986).
   6. Per quanto riguarda specificatamente le indagini sismiche in foro (DH), all’interno di un foro tubato, così come accade nelle prospezioni “di superficie”, possono essere rilevate oltre alle onde di corpo (dirette, riflesse, rifratte, diffratte, trasmutate, etc.), anche onde analoghe a quelle superficiali denominate onde di Stoneley e che talora possono essere fortemente energetiche.