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Esplorazione sismica delle Debris Avalanches nei Esplorazione sismica delle Debris Avalanches nei settori settori marini occidentale e settentrionale dell’ isola d’ marini occidentale e settentrionale dell’ isola d’
IschiaIschia
F.Giordano (1), A.Sbrana A. (2) , R. M.Toccaceli (2), I.Giulivo (3) e L.Monti (3)
(1) Dipartimento di Scienze per l’Ambiente, Università Parthenope, Via Acton 38 – Napoli(2) Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Pisa, Via S. Maria 56 – Pisa(3) Regione Campania, Settore Difesa Suolo, Via De Gasperi 26– Napoli
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Introduzione
• Sono presentati e discussi dati di sismica marina
monocanale ad alta risoluzione di recente acquisizione
(2005) relativi all’esplorazione di "Debris Avalanches"
(Siebert, 1984; Ui et ali,2000) rinvenibili lungo i settori
costieri e di off-shore occidentale e settentrionale dell’isola
d’Ischia (Budillon et alii, 2003; de Alteriis, et alii, 2006).
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Sommario
Introduzione
La campagna
I profili sismici ed il Piano di Navigazione
I materiali
Elaborazione delle tracce - Filtraggi 2D
Sezioni geologiche
Conclusioni
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La Campagna Sismica
• Nel settembre del 2005, con preciso riferimento alle
attività di rilevamento geologico in corso di
completamento per la nuova cartografia geologica
dell’Isola d’Ischia (PROGETTO CAR.G. 1:50.000;
CONVENZIONE REGIONE CAMPANIA – UNIVERSITÀ
DI PISA) è stata organizzata una campagna di sismica
marina monocanale con sorgente sparker.
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I profili sismici realizzati
• I profili, opportunamente ubicati, hanno consentito di
definire, nel dettaglio e complessivamente, l’articolata
morfostruttura dei depositi di D.A., la struttura interna e
quella sottostante per tutto il tratto di fondale investigato.
La sismica marina a riflessione ha permesso di
individuare la base delle unità ad hummocky con
un’incertezza verticale dell’ ordine del metro.
•
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Piano di Navigazione
Sono indicate le linee L15 ed L21 descritte in seguito
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• Queste sorgenti assicurano ottime prestazioni perché
offrono un buon compromesso tra risoluzione (<1
metro)e penetrazione nel sottofondale nelle nostre aree
costiere.
• Con questi sistemi monocanale si può lavorare
facilmente da sottocosta da -5 e fino -1000 metri, con
penetrazioni anche di centinaia di metri
MATERIALISorgenti Sparker
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Sorgente Sparker:SAM96
• SAM96:Sparker Array Multitip 96 electrodi• Sviluppato nell’ ambito del PNRA
Materiali
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DIAGRAMMI DI RADIAZIONE A CONFRONTO
Polar radiation diagram of directivity function left : SAM-96, right: 3 electrode array (teoretical)
Array/Nav. Dir.
Materiali
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Firma e Banda in frequenza di SAM96
Sopra:firma della sorgernte sparker SAM96 a 5KJ(onda diretta campionata a 6m di distanza dalla sorgente e sotto, spettro in frequenza la cui larghezza Df convenzionalmente viene presa ad 1/e del valore massimoDf=1600Hz
Ancora sopra è evidenziata la durata Dt=0.63,ricavata con la formulaDt=1/Df corrispondente alla banda in frequenza e si nota come essa sia quasi coincidente con la larghezza della firma ad 1/e del valore massimo della sua altezza.
Materiali
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Linea L15-Ischia_2005.bmp generata da DSeismic
Fondo scala tempi :1/2 secondo;Lunghezza linea 7 Km
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Elaborazione delle traccein ambiente D-Seismic e Matlab
Elaborazione 1D delle tracce mediante:
• TVG
• Filtri Butterworth
• Medie temporali(singola traccia)
• Medie Moving Average (3 tracce)
Miglioramento del Rapporto Segnale /Rumore
METODI
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Elaborazione delle immagini delle sezioni
Per l’elaborazione delle immagini dei profili, abbiamo utilizzato filtri lineari e non lineari,realizzati attraverso convoluzioni 2D (Fontoura Costa, 2001).
EFFETTI:attenuazione del rumore evidenziazione delle peculiarità.
RISULTATO FINALE: INTERPRETAZIONE FACILITATA
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• Alla categoria dei filtri lineari appartiene l’ average filter (passa basso 2D)sui punti vicini .
• L’ effetto del filtro è quello di sostituire a ciascun pixel il valore medio dei livelli di grigio dei valori vicini.
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• L’ average filter ed il Gaussian filter operano sull’ immagine con uno smooting a finestra mobile.
• Puliscono l’ immagine attenuando il rumore di fondo e quello sale e pepe, cioè punti isolati con livelli di grigio molto diversi da quelli di una regione uniforme.
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La finestra mobile in genere è quadrata e si sposta occupando con il suo centro tutti i punti che si vogliono trattare.I pixel vicini
ad un punto centrale possono essere 4 ovvero 8:
Finestre mobili dei filtri lineari a 4 celle ed ad 8 celle, in ciascuna cella viene memorizzto un coefficiente, la matrice prende il nome di kernel.Il kernel è normalmente simmetrico rispetto al punto centrale.
r-1,cr,c-1 r,c r,c+1
r+1,c
r-1,c-1 r-1,c r-1,c+1r,c-1 r,c r,c+1r+1,c r+1,c r+1,c
I coefficienti per lo smooting gaussiano,equivalente ad un filtro passa basso 2D, sono definiti ad esempio dalla funzione:
)2
)(exp(),(
2
22
a
crcrg
Il parametro a controlla la larghezza della gaussiana circolarmente simmetrica la cui larghezza cresce all’ aumentare di a
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FILTRI EDGE
• Altre elaborazioni notevoli, che hanno reso più semplice ed efficiente l’ interpretazione sono stati l’ edge detection(ricerca dei bordi) dei livelli di grigio che è basato sulla rivelazione delle zone dell’ immagine a più elevato contrasto e che vengono determinate con l’ uso della derivata prima(gradiente) o derivata seconda (laplaciano)
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Orientazione dei bordi :ESEMPIO :Ricerca dei bordi orizzontali
matrice
64g(x)
g(x)-g(x-1)
0 0 64 64
0 0 64 64
0 0 64 64
immagine
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• E’ conveniente che lo smooting sull’ immagine , con un filtro a finestra mobile (average filter),preceda l’ edge filtering
• La determinazione dell’ orientazione dei bordi si realizza :
• In orizzontale :filtrando l’ immagine g(x,y) con l’ operatore [-1 1], il che equivale a stimare dg/dx (derivata orizzontale) .
• In verticale : filtrando con l’ operatore
[-1 1]T si stima il gradiente verticale.
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L’evidenziazione dei bordi
(con toni di grigio)avviene utilizzando il modulo del gradiente dell’immagine g(x,y) :
22
y
g
x
gg
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Filtro “Edge” su L15
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PARTICOLARE DI APPLICAZIONE EDGE FILTER su L15
Filtro Edge applicato alla L15, esaltazione dei bordi
e quindi delle variazioni di riflettività acustica
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Contouring sulla L15_Ischia
rumore
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CONTOURING
• Il contouring, ricerca e tracciamento delle isolinee dei livelli di grigio nell’ immagine dei profili, ha dimostrato molta efficacia nella demarcazione dei limiti delle texture .Un esempio, relativo alla Linea15, è riportato in figura ove appaiono molto bene individuate le aree con i medesimi toni di grigio quindi con i medesimi contrasti di impedenza acustica.
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Elaborazioni 2D linea_15
CONTOUREDGE
Reflection free
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INTERPRETAZIONE GEOLOGICA
• Per l’ interpretazione geologica dei profili marini ci si è avvalsi dei risultati dei rilievi a terra e delle stratigrafie dei numerosi pozzi presenti nelle zone costiere.
• Per definire la stratigrafia a mare sono state molto utili le elaborazioni delle tracce e delle immagini dei profili
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Interpretazione L15
Sezione geologica L15
terra
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La multipla da fastidio:eliminazione della stessa
con filtro numerico di lunghezza variabileL21
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Individuazione della base dell’ orizzonte della base della Debris Avalance
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• Il processing geofisico dei profili sismici eseguito • Elaborando ciascuna traccia o gruppi di tracce .
(es. horiz. mov.average)• Elaborando graficamente il profilo come
immagine con una strategia che investe tutto il profilo
• Deve risultare d’ aiuto all’ interpretazione geologica,sia fornendo profili con rapporto Segnale/Rumore alto sia elaborazioni delle immagini che possono mettere in evidenza caratteristiche di interesse.
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Sezione geologica L21
Sezione sismica L21
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Ora vediamo una animazione schematica del fenomeno
Una possibile interpretazione
VAI a “effetti speciali”
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CONCLUSIONI
• L’ elaborazione dei profili , già di ottima qualità :
• Ha agevolato la fase di individuazione degli orizzonti principali;
• Ha consentito di definire, nel dettaglio e complessivamente,
l’articolata morfostruttura dei depositi di D.A.
• Ha evidenziato, la struttura interna e quella sottostante per tutto
il tratto di fondale investigato.
• La sismica marina a riflessione ha permesso di individuare la
base delle unità ad hummocky con un’incertezza verticale dell’
ordine del metro.