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70/LM-0043 - GEOFISICA APPLICATA AI SISTEMI ENERGETICI

Anno Accademico 2017/2018

Docente
GIAN PIERO DEIDDA (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

Il corso ha l’obiettivo di insegnare i fondamenti delle principali tecniche geofisiche maggiormente utilizzate nella ricerca delle risorse energetiche naturali (petrolio, gas e fluidi geotermici), ma anche di quelle utilizzabili per la soluzione di problemi ingegneristici e ambientali relativi agli impianti industriali per lo sfruttamento di alcune risorse energetiche naturali. In particolare, gli argomenti in esso trattati mirano a
1) fornire un’adeguata conoscenza dei principi fisici di che stanno alla base del funzionamento tecniche d’indagine;
2) fornire un’adeguata conoscenza sia delle tecniche di misura sia della strumentazione comunemente utilizzate per la caratterizzazione fisica delle rocce e delle strutture geologiche in cui si manifestano le risorse energetiche naturali;
3) fornire le abilità per la ricostruzione indiretta del sottosuolo, sia con l’utilizzo di semplici relazioni fisico-matematiche, sia con l’utilizzo si software appropriati, utilizzando diversi tipi di dati geofisici.
A fine corso, gli studenti dovrebbero essere in grado di
- applicare le tecniche geofisiche su dati sintetici/reali, seppure per situazioni geologiche semplici;
- Affrontare autonomamente e criticamente lo studio dei fenomeni e dei processi riguardanti la Terra;
- Comprendere l’utilità della Geofisica nell’esplorazione delle risorse energetiche sotterranee.
Inoltre, dovrebbero aver acquisito una terminologia specifica che consenta loro una comprensione della letteratura sull’argomento e una capacità comunicativa tale da permettere lo scambio di opinioni con persone esperte del settore e/o la discussione di problemi specifici.

Prerequisiti

Lo studente deve possedere le conoscenze matematiche di base, fornite dai corsi di Analisi 1 e 2, e le conoscenze della Fisica fornite dai corsi di Fisica 1 e 2.

Contenuti

Il corso affronta sia gli aspetti teorici di base sia alcuni aspetti pratici delle tecniche di indagine proprie della Geofisica: Sismica e Sismologia, geoelettrica ed elettromagnetismo, Gravimetria, Geotermia, Radioattività. Al fine di dare credibilità alle varie teorie che tendono a spiegare fenomeni e processi complessi che riguardano il sistema Terra, saranno messi in luce soprattutto gli aspetti quantitativi e di misura delle grandezze fisiche che caratterizzano i materiali terrestri.
In particolare, gli argomenti contenuti nel corso sono i seguenti:

Introduzione ai metodi geofisici [6 ore di lezione]
Acquisizione, elaborazione ed interpretazione dei dati
Cenni di analisi di Fourier e soluzione dei problemi inversi
Metodi sismici [15 ore di lezione, 6 ore di esercitazione]
Richiami di Teoria dell’elasticità
Sforzi, Deformazioni, Legge di Hooke, e parametri elastici
Equazione delle onde e onde piane
Onde sismiche di volume (P e S) e di superficie (R e L)
Aspetti cinematici della propagazione delle onde
Principio di Fermat, Principio di Huygens, Legge di Snell
Dromocrone (onda diretta, onde rifratte criticamente, onde riflesse, onde diffratte) per i mezzi stratificati con interfacce sia orizzontali che inclinate
Metodo della Sismica a rifrazione
Generalità
Metodo dei tempi intercetti
Metodo reciproco
Metodo dei “delay times”
Metodo GRM (Generalized Reciprocal Method)
Metodo della Sismica a riflessione
Principi di funzionamento
Acquisizione dati multi-offset
Tecnica CMP
Concetto di Normal moveout (NMO), Analisi di velocità e Correzione per NMO
CMP stacking e Sezione zero-offset
Tomografia sismica
Metodi elettrici [6 ore di lezione, 3 ore di esercitazione]
Principi di funzionamento
Proprietà elettriche delle rocce
Legge di Archie
Legge di Ohm nello spazio e nel semispazio
Resistività e resistività apparente
Quadripoli elettrici: Wenner, Schlumberger, Dipolo-Dipolo
Sondaggi elettrici verticali (SEV), Pseudosezioni di resistività apparente
Tomografia elettrica
Polarizzazione indotta nei domini del tempo e della frequenza
Caricabilità elettrica
Effetto frequenza
Potenziali spontanei
Metodi elettromagnetici [3 ore di lezione, 2 ore di esercitazione]
Principi di funzionamento
Leggi di Maxwell
Metodi elettromagnetici in dominio di frequenza (FDEM)
Metodi elettromagnetici in dominio di tempo (TDEM)
Metodo gravimetrico [6 ore di lezione, 3 ore di esercitazione]
Legge di gravitazione universale di Newton
Campo gravitazionale terrestre
Campo centrifugo
Effetti gravitazionali Luna-sole
Campo della gravità terrestre
Potenziale della gravità terrestre e superfici equipotenziali (geoide)
Acquisizione dei dati gravimetrici
Gravimetro: principio di funzionamento
Riduzione delle misure gravimetriche (deriva strumentale, effetto lunisolare, riduzione di Faye, riduzione di Bouguer, riduzione topografica, riduzione per la latitudine)
Anomalia di Bouguer
Anomalie regionale e locale
Tecniche di separazione delle anomalie (filtraggio in frequenza, derivata seconda verticale
Metodo magnetometrico [2 ore di lezione]
Principi di funzionamento e aspetti teorici
Campo magnetico terrestre
Magnetismo delle rocce
Acquisizione dei dati
Magnetometro a protoni: principio di funzionamento
Elaborazione dati magnetici
Radioattività [2 ore di lezione]
Basi teoriche della radioattività
Radioattività delle rocce
Giacimenti di uranio
Rilevamento della radioattività: spettrometro a raggi 
Decadimenti radioattivi
Determinazione dell’età delle rocce con metodi radioattivi
Geotermia [6 ore di lezione]
Struttura interna della Terra
Flusso di calore terrestre
Misure di flusso di calore
Flusso di calore globale e energia geotermica

Metodi Didattici

Ore di lezione: 46; Ore di esercitazione 14.
La didattica sarà prevalentemente erogata sotto forma di lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Gli argomenti relativi alla pratica delle indagini geofisiche saranno trattati con riferimento a casi di studio reali, scientifici e professionali. Inoltre, sarà mostrata e utilizzata in laboratorio tutta la strumentazione (a disposizione) necessaria per l’esecuzione delle indagini geofisiche trattate nel corso.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione del raggiungimento degli obiettivi prefissati avverrà mediante prova scritta. La prova consisterà in quesiti teorici (per la verifica delle conoscenze acquisite sui principi di funzionamento dei metodi geofisici, sulle proprietà fisiche caratterizzanti i materiali del sottosuolo e sul funzionamento degli strumenti di misura), che peseranno per il 60% sul voto finale, e in esercizi numerici (per la verifica delle capacità di applicazione delle conoscenze acquisite), che peseranno per il restante 40% sul voto finale.
È prevista la possibilità che la prova sia sostenuta in itinere (secondo il calendario ufficiale stabilito dalla Facoltà), mediante due prove intermedie valutate al 50% del punteggio finale.

Testi

1) Dispense fornite dal docente
2) Burger H.R., Sheehan A.F., Jones C.H., Introduction to Applied Geophysics. W.W. Norton & Company
3) Michael Dentith, Stephen T. Mudge. Geophysics for the mineral exploration geoscientists. Cambridge University Press, 2014, ISBN 978-0-521-80951-1
4) Telford, W.M., Geldart, L.P., Sheriff, R.E., Applied Geophysics. Cambridge University Press
5) Lev Eppelbaum, Izzy Kutasov, Arkady Pilchin. Applied Geothermics. Lecture notes in Earth System Sciences. Springer, 2014, ISBN 978-3-642-34022-2

Altre Informazioni

A supporto della didattica, all’inizio del corso saranno fornite tutte le presentazioni utilizzate per le lezioni. Saranno, poi, progressivamente forniti alcuni semplici programmi di calcolo per l’interpretazione dei dati sismici a rifrazione, per i dati geoelettrici e pei dati gravimetrici. Saranno infine proposti esercizi con le relative soluzioni e testi d’esame relativi agli anni precedenti.

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