3 - BEACHMED-e

Projet BEACHMED – Phase C
Attività 3: Ricerca dei Depositi Sabbiosi Marini sulla Piattaforma Continentale
ATTIVITÀ 3: RICERCA DEI DEPOSITI SABBIOSI MARINI SULLA PIATTAFORMA CONTINENTALE
Generalità
Durante la Fase C del progetto i partner interessati all’attività n. 3, dedicata alla ricerca dei depositi sabbiosi
marini sulla piattaforma continentale, hanno applicato in campo le metodologie individuate nella Fase B.
In particolare, il BRGM per il Consiglio Generale dell’Hérault e l’Università di Genova per la Regione
Liguria hanno effettuato delle campagne di investigazione a mare, al fine di applicare sui siti pilota i metodi di indagine
precedentemente proposti.
Di seguito si riportano le esperienze di ricerca territoriale citati ed i relativi risultati.
L’Università “La Sapienza” di Roma per la Regione Lazio e l’Università di Genova per la Regione Liguria
hanno abbozzato delle linee guida che vengono proposte come spunto di riflessione.
L’obiettivo è quello di condividere metodologie per l’esplorazione e la definizione di zone coltivabili della
piattaforma continentale per l’estrazione di materiale per ripascimenti.
La definizione di una procedura di ricerca interconnessa con i momenti decisionali di competenza
dell’Amministrazione (aspetti economici, aspetti ambientali, ecc.) è senz’altro utile per tutte quelle regioni che ancora non
hanno sviluppato una specifica esperienza in merito.
La proposta di linee guida fanno riferimento ad uno svolgimento della ricerca che tenga conto sia delle
esigenze del committente (elevato rapporto costi/benefici) sia di quelle dell’Ente che effettua la ricerca (condizioni
sufficienti per il raggiungimento dell’obiettivo finale).
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Attività 3: Ricerca dei Depositi Sabbiosi Marini sulla Piattaforma Continentale
Attività 3:
Ricerca dei Depositi
Sabbiosi Marini
sulla Piattaforma
Continentale
“L’esperienza del Dipartimento de l’Herault
Valutazione degli stocks sedimentari nel Golfo del
Leone: Campagna in mare sui siti pilota”
Conseil Général de
l'Hérault (Francia)
Direction de l’Emploi et du
Développement
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BRGM
(Bureau de recherches géologiques et
minières)
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Projet BEACHMED – Phase C
Attività 3: Ricerca dei Depositi Sabbiosi Marini sulla Piattaforma Continentale
L’esperienza del Dipartimento de l’Herault - Valutazione degli stocks sedimentari nel Golfo del Leone:
Campagna in mare sui siti pilota
BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières),
Obiettivi
In pochi decenni il litorale dell’Herault ha conosciuto un’evoluzione di grande ampiezza: urbanizzazione e
sviluppo del turismo, diminuzione delle superfici coltivate e di spazi naturali.
L’artificializzazione del litorale ha alterato il funzionamento del sistema naturale modificandone l’equilibrio.
Parallelamente, l’impatto del ritiro del tratto di costa è aumentato a causa dello sviluppo delle strutture socio-economiche
legate allo spazio in questione. La costruzione di opere di difesa ha minimizzato questi impatti ma, influendo sul
funzionamento naturale del sistema, ha spostato il problema verso altre porzioni di litorale. Metodi alternativi di gestione
del litorale hanno come obiettivo quello di controllare l’evoluzione del tratto di costa evitando di alterare il transito
naturale dei sedimenti : il ripascimento delle spiagge di sabbie è uno di questi metodi.
All’interno del progetto Beachmed, il contributo francese verte sulla ricerca degli stocks sabbiosi nel Golfo del
Leone.
Nella fase C, lo sforzo è incardinato su due siti pilota situati nei due laboratori potenzialmente sfruttabili che
erano stati studiati durante la fase B. Tale fase ha costituito l’oggetto di varie esposizioni (Satra et al 2004b ; Satra et al,
2004c ; Guennoc et al, 2004b) che vertevano rispettivamente sulla presentazione della campagna e sui metodi utilizzati,
sulla presentazione dei dati e sull’analisi dei risultati in termini di sabbiosi.
N.B. : Le carte di questa relazione sono tracciate nella proiezione Mercatore, ellissoide WGS84.
Principali Risultati della Fase B
La fase B ha permesso di realizzare una sintesi dei dati esistenti sulle due Zone Potenzialmente Sfruttabili
(ZPS) Nord e Sud. Poiché le unità sedimentarie possono contenere depositi sabbiosi, esse sono state oggetto di carte
isopache (isospessori). Inoltre, grazie alla compilazione dei dati di sondaggio, si sono realizzate la sintesi e l’analisi
delle varie informazioni disponibili sulla litologia di superficie e di profondità.
Per la ZPS Nord (Sud Ovest della cuspide dell’Espiguette, profondità da 0 a 90 m), la sintesi e l’analisi dei dati
esistenti ha portato a stimare la presenza di depositi sabbiosi (fini-finissimi) al livello di una stretta zona allungata su una
trentina di chilometri e larga dai tre ai quattro chilometri. In questa zona, poiché l’unità sismica U400 può contenere
depositi sabbiosi secondo la sua facies acustica a riflettori pendenti, o clinoformi, essa ha un’estensione dell’ordine di
100-150 km2 e uno spessore medio dell’ordine della decina di metri (8 -13 m secondo lo spessore della zona a
clinoformi). In questa zona, i sedimenti sono più spesso descritti visivamente come sabbie fini secondo le relazioni e le
descrizioni (logs) di sondaggio.
Lo studio della ZPS Sud (bordo della piattaforma, profondità di più di 90 m) ha portato ad identificare un’unità
sismica denominata U150 a clinoformi molto marcati nella sua parte superiore. La cartografia in isopache dell’insieme a
clinoformi mostra uno spessore variabile da metri a decine di metri che cresce verso il bordo della piattaforma. Le zone
di massimo spessore sono situate da una parte a Sud-Est della ZPS sull’orlo del canyon dell’Hérault, e dall’altra a SudOvest, verso la testa del canyon Bourcart tagliando la piattaforma. I sondaggi disponibili sono concentrati sul settore
occidentale e indicano la presenza di sabbie medie-fini che potrebbero raggiungere uno spessore medio dell’ordine di
una quindicina di metri su una superficie dell’ordine di 180 km2 in una zona a topografia localmente accidentata e in cui i
fondi sono a volte induriti.
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Localizzazione delle ZPS Nord e Sud (quadro rosso) e dei siti pilota della fase C (zona rossa ombrata).
Obiettivi della Campagna in Mare e Scelta dei Siti Pilota
La campagna Beachmed ha come obiettivo quello di completare le informazioni raccolte nel corso della fase B
studiando più in dettaglio due siti pilota identificati al livello delle ZPS. Questi due siti pilota sono stati definiti, uno in ogni
ZPS, congiuntamente tra i tre organismi partners BRGM, Ifremer, Università di Perpignano (BDSI).
Per la ZPS1, o ZPS Nord, la scelta si è concentrata sull’unità 400, composta da sabbia in superficie e intercalo
di vasi e di sabbie in profondità. La zona è posizionata al limite Ovest di una scatola d’acquisizione dettagliata realizzata
nel corso delle campagne dell’Ifremer Strataform (2002) e GMO2 (2002), al fine di estendere la superficie della zona
alzata in dettaglio su questa ZPS. Il sito pilota, di 7 km di larghezza e 10 km di lunghezza, si situa in profondità
comprese tra 30 e 45 m.
Nella ZPS2, o ZPS Sud, la scelta del sito pilota è caduta sul livello detto di « sabbia relitta del largo » che è una
sabbia eterogenea con livelli di conchiglie. La zona pilota, de 5 km di larghezza e 10 km di lunghezza, si situa sul bordo
della piattaforma continentale, intorno ai 100 m di profondità.
Svolgimento della Campagna
La campagna oceanografica si è svolta dal 01 al 07 febbraio 2004 (Satra, 2004), sul Le Suroît, nave
oceanografica dell’Ifremer,
L’attrezzatura utilizzata per l’acquisizione dei dati geofisici si è basata, lungo la rotta della nave, su una sonda
multiraggio EM1000, sul sonar ad azione laterale Edgetech DF1000, su una sismica ad alta risoluzione sparker e su
una sonda di sedimento chirp.
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Per i prelievi, realizzati in stazione, sono stati utilizzati tre macchinari : la benna VanVeen, il carotiere a pistone
Kullenberg e il vibro-carotiere pneumatico.
Mezzi geofisici utilizzati simultaneamente durante una campagna oceanografica (qui a bordo de L’Europe) : 1-sorgente
sismica alta risoluzione tipo « scintilla » ; 2-recettore « flûte » sismico riflessione alta risoluzione ; 3-sonar laterale ; 4-sonda di
sedimento ; 5-sonda multiraggio (Berné et al, 2002b).
Lavori Realizzati
La tabella seguente ricapitola le operazioni realizzate in fase di campagna di misure.
Natura
Profili Chirp
Profili EM1000
Profili Sparker
Profili Sonar laterale
Carotaggi Kullenberg
Vibro carotaggi
Benne
Numero
72
64
27
8
13
9
20
Operazioni realizzate in fase di campagna Beachmed.
SITO PILOTA DELLA ZPS NORD (ZPS 1)
Sulla ZPS Nord, sono stati realizzati profili di riconoscimento regionale con sonda di sedimento Chirp e sismica
Alta Risoluzione Sparker, al fine di ottenere una correlazione tra i riflettori sismici superficiali e le carote. Il sito pilota è
stato interamente riconosciuto con la sonda multiraggio EM1000. Otto (8) profili mediante sonar laterale sono stati
realizzati sulla zona già conosciuta delle dune.La totalità dei profili rappresenta 612 km lineari riconosciuti. Un totale di
16 stazioni di carotaggi è stato effettuato su questa ZPS. I risultati ottenuti a partire dai primi 8 prelievi hanno esortato
all’esplorazione della zona a Est del sito pilota, ed è questa la ragione per la quale gli altri carotaggi sono stati
posizionati al di fuori del sito pilota precedentemente determinato.
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Carte di localizzazione dei lavori realizzati sui siti pilota della ZPS Nord durante la campagna Beachmed
SITO PILOTA DELLA ZPS SUD (ZPS 2)
Su questa ZPS, sette (7) profili sono stati realizzati mediante sonda di sedimento Chirp e sonda multiraggio
EM1000, per una lunghezza totale di 271 km. Essi sono stati posizionati per calibrare le carote esistenti nella zona e
quelle effettuate lo stesso giorno durante la missione : 4 carotaggi kullenberg sono stati realizzati su una linea parallela
al bordo della piattaforma continentale.
Carte di localizzazione dei lavori realizzati sul sito pilota della ZPS Sud durante la campagna Beachmed
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Acquisizione e Elaborazione Dati
BATIMETRIA E IMMAGINI ACUSTICHE
Sonda multiraggio EM1000
Acquisizione: Questi sistemi acustici permettono di ottenere in maniera precisa e rapida dei rilievi topografici
delle condizioni del fondo marino (batimetria) insieme ad immagini sonar che presentano la riflettività locale del fondo e,
quindi, la sua natura (immagini). Una sonda multiraggio misura simultaneamente la profondità secondo molte direzioni,
determinate dai raggi di ricezione del sistema. Questi raggi formano un rastrellamento perpendicolare all’asse della
nave. In questa maniera si esplora il fondo su una
larga banda (in media 1600 m), con una grandissima
risoluzione (risoluzione spaziale 30 m, precisione
verticale 1 m).
Inoltre, la registrazione del livello di
retrodiffusione del segnale acustico sul fondo, che è
dipendente dalla natura del sedimento e dalla
morfologia, permette di generare un’immagine del
fondo in tinte di grigio (Loubrieu e Satra, 2001).
Elaborazione: L’elaborazione dei dati acquisiti
dalle sonde multiraggio ha due finalità: il calcolo di un
modello numerico di terreno, che risulta dalle misure di
batimetria, e la costituzione di un mosaico di immagine
Schema di funzionamento di una sonda multiraggio
acustica, che risulta dallo sfruttamento della riflettività
del segnale acustico sul fondo.
Un modello numerico di terreno è una griglia regolare di valori batimetrici interpolati da dati bruti di vicinanza. Le
tappe dell’elaborazione dei dati batimetrici, realizzate con l’aiuto del programma operativo CARAIBES sviluppato da
Ifremer, sono le seguenti (Bourillet et al., 1996) : controllo, validazione e
filtro dei dati bruti (i rumori di misura sono generalmente legati alle
variazioni di quota e di posizionamento della nave e alla misura della
celerità del suono nell’acqua); costituzione di un modello numerico di
terreno; lisciatura del modello numerico di terreno.
I mosaici di immagine acustica sono estratti dai dati di immagini
acquisite dalle sonde multiraggio o dai sonar laterali (vedi a seguire). Ogni
pixel del mosaico corrisponde a una superficie elementare sul fondo
associata a un livello di retrodiffusione espresso in decibel. Le
elaborazioni, realizzate sempre con il sistema operativo CARAIBES,
differiscono per la sonda o per il sonar.
I dati di riflettività delle sonde multiraggio sono utilizzati secondo
seguenti tappe (Augustin et al., 1994) : modellizzazione dei cicli di
acquisizione dei dati per il calcolo delle curve di correzione di riflettività
angolare del segnale di emissione o di ricezione a seconda del tipo di multiraggio adoperato; realizzazione di un
mosaico di immagine acustica; interpolazione del mosaico; rialzo di
contrasto.
Side Scan Sonar Edgetech DF1000
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Sonar laterale (Side Scan Sonar)
Acquisizione: Il sonar laterale fornisce un’immagine acustica,
chiamata sonogramma, che indica, in funzione delle tinte di grigio
sull’immagine, la ripartizione dei vari tipi di sedimenti superficiali e dei
fondi rocciosi, insieme alla loro morfologia dettagliata (Berné et al.,
1986). Il sistema si compone di un «pesce» rimorchiato nei pressi del
fondo, di forma affusolata, collegato, attraverso un cavo elettroportatore, a un sistema di visualizzazione grafica in tempo reale e a un
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sistema di archiviazione numerica situati entrambi a bordo della nave. Il segnale acustico emesso da due trasduttori
posti nella macchina, viene rinviato con più o meno intensità a seconda delle caratteristiche fisiche e morfologiche del
fondo. Il sistema di visualizzazione in tempo reale assicura molti tipi di correzione automatica: correzione dell’obliquità
dei raggi legata alla quota della macchina rispetto al fondo, correzione della compressione dell’immagine attraverso
l’assoggettamento della velocità di visualizzazione a quella della nave. I dati archiviati non subiscono alcuna correzione.
Il sonar per piccoli fondali «EdgeTech» è utilizzato per ricerche tra i 5 m e i 250 m con una risoluzione dell’ordine di 0,1
m (Satra et al., 2003).
Elaborazione: L’elaborazione dei dati sonar è la seguente (Berné et al., 1986): individuazione dell’altezza del
«pesce» in relazione al fondo per riposizionare correttamente ogni pixel; calcolo delle curve di correzione di lobo
d’antenna; realizzazione del mosaico che assicura tutte le correzioni: anamorfosi, lobo d’antenna, messa in scala
laterale e longitudinale e infine interpolazione.
SISMICA
Acquisizione: La sismica è una tecnica di misura indiretta che consiste nel registrare in superficie degli echi
emessi dalla propagazione nel sottosuolo di un’onda sismica provocata (Nouzé et Chauchot, 1999). Questi echi sono
generati dal contrasto di impedenza acustica (prodotto dalla velocità del suono attraverso la densità del mezzo)
all’interno del sottosuolo attraversato. Il passaggio di un’onda acustica attraverso un’interfaccia caratterizzato da un tale
contrasto di impedenza (in generale, il limite tra due strati) si traduce in una riflessione sismica che si intercetta sulle
registrazioni, se il contrasto è sufficiente. A seconda delle modalità di propagazione dell’onda, riflessa su, o trasmessa
lungo, questa interfaccia, si parla di sismica riflessione o di sismica rifrazione. Il tempo d’arrivo dell’eco permette di
situare la posizione di quest’interfaccia nello spazio; l’ampiezza dell’eco porta informazioni su alcuni parametri fisici dei
mezzi in contatto.
Sismica riflessione/rifrazione: acquisizione e tragitto dei raggi sismici(Nouzé et Chauchot, 1999)
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− Sismica sparker
Nel caso del metodo sparker, il segnale emesso corrisponde a una scarica elettrica di molte migliaia di (4000
V). La sorgente di impulso di tipo Sparker-SIG 1580 possiede una frequenza utile che varia tra 200 e 2000 Hz per una
potenza di 700 joule. L’énergia liberata crea una bolla per cavitazione che invia un segnale verso il fondo. Il recupero
dell’informazione si effettua grazie all’assemblaggio di quattro idrofoni contenuti in un nastro sismico configurato in
monotraccia (Jouet, 2003). Con una penetrazione teorica di più di un centinaio di metri nel sedimento mobile, la
risoluzione verticale dello sparker può andare fino ad 1 m nelle parti superficiali.
− Sismica chirp
La sonda di sedimento chirp è un sistema emettente/ricevente (configurazione monostatica) che è fissato sotto
lo scafo della nave. L'emissione, ottenuta a partire dalla sonda del Suroît, corrisponde a quella di un impulso lungo (50
ms t.d.), modulato linearmente in tempo e in frequenza (Schock et al.,1989). Lo spettro frequenziale corrisponde quindi
a una porta rettangolare compresa tra 2000 Hz e 5200 Hz. La larghezza della banda passante in emissione del chirp
autorizza una migliore risoluzione (alta frequenza) in superficie e al tempo stesso un aumento della penetrazione(bassa
frequenza). Il segnale, modulato in frequenza, permette dunque di ottenere una definizione verticale dell’ordine di 30-50
cm nel migliore dei casi. Infatti, nelle frequenze vicine a 3,6 kHz,l’assorbimento è relativamente importante e la
profondità di penetrazione non eccede il centinaio di metri nelle argille (Jouet, 2003). L'utilizzo delle sonde di sedimento
è molto interessante nelle zone di sedimenti mobili (argille), dove esse danno risultati spettacolari, mentre le loro
prestazioni in zone sabbiose o rocciose sono limitate (Lurton, 2002).
Elaborazione: L’elaborazione dei dati sismici ha come obiettivo quello di pervenire a « profili sismici » o
sismogrammi, paragonabili a tagli geologici, interpretabili dai ricercatori. La prima fase dell’elaborazione consiste nella
preparazione dei dati per eliminazione dei tre fattori, moltiplicativo, additivo e di convoluzione (Henry, 1997). Nel corso
della seconda fase, detta migrazione, le velocità di propagazione delle onde sismiche sono utilizzate per restituire le
autentiche direzioni di propagazione dei raggi sismici e per collocare correttamente i riflettori sismici, quindi trasformare i
tempi in profondità. Queste elaborazioni vengono realizzate dal sistema operativo SITHERE (Lericolais et al., 1990), e
dalla sua nuova versione SISBISE, sviluppati all’Ifremer.
PRELIEVI
Acquisizione: I prelievi di superficie sono effettuati per determinare i tipi di sedimenti riconosciuti dai dati di
immagini acustiche. I sedimenti superficiali vengono prelevati mediante benna di tipo Van Veen che si compone di due
tazze tetracilindriche prolungate da un braccio di leva collegato al cavo portatore della nave (Augris, 1999). Con un peso
di 40 kg, essa permette di campionare una superficie di 10 dm2. Quindi, alle differenti risposte acustiche, (o tinte dell’
immagine) vengono associate classi di sedimenti.
I carotaggi permettono di ottenere un taglio verticale degli strati
sedimentari del sottosuolo e quindi di comprendere meglio le immagini sismiche. I
carotieri utilizzati sono il carotiere a pistone del tipo Kullenberg, che permette di
prelevare carote da alcuni metri a decine di metri di profondità a seconda della
natura dei fondali. Negli ambienti sabbiosi, il vibrocarotiere viene utilizzato per
prelevare campioni di circa 5 m di lunghezza di lunghezza (Satra et al, 2003). Si
preferisce al carotiere a pistone giacché la colonna di sedimenti medi-grossolani è
preservata meglio. Un effetto dell’azione del pistone, o aspirazione, può accadere
con il carotiere a pistone (l’effetto non ha luogo con i sedimenti fini). Nel corso
della campagna, sono stati utilizzati tubi di 5 m per i due tipi di carotiere, un tubo
di 10 m è stato utilizzato con il carotiere Kullenberg sulla ZPS Sud e i carotieri in
questione misurano in media tra i 2 e i 3 m.
Elaborazione:
Il carotiere Kullenberg
- Sulle carote intere: a bordo della nave, le carote sono tagliate in
sezioni di 1 m, numerate e chiuse con tappi di polistirolo e di plastica, poi ridotte in
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Attività 3: Ricerca dei Depositi Sabbiosi Marini sulla Piattaforma Continentale
tavolozza per il ritorno al laboratorio. Prima dell’apertura, le carote vengono passate al banco multiparametro Géotek
(Geotek MSCL) per effettuare varie misure geotecniche (velocità del suono, attenuazione dei raggi gamma, suscettibilità
magnetica).
- Sulle mezze carote: le carote sono tagliate in due nel senso della lunghezza. La mezza carota di lavoro è
fotografata ad altissima risoluzione. Sempre a partire dalla mezza carota di lavoro, si realizza una descrizione della
sezione : facies litologica, stima granulometrica, colore dei sedimenti(partendo dalla carta dei colori di Munsell),
presenza di elementi grossolani, bioturbazione, macrofauna,… . Ogni sezione è oggetto sia di una descrizione scritta
dettagliata che di un log. Questo lavoro è poi riportato sotto forma di tavole che contengono tanto la descrizione
dettagliata quanto le principali caratteristiche del sondaggio, disegni e immagini per i log. La descrizione è completata da
analisi più precise mediante campioni prelevati nella carota.
- Campionatura granulometrica: sono stati prelevati un centinaio di campioni per analisi granulometrica allo
scopo di caratterizzare la qualità di sedimento prelevato nelle carote. Le analisi vengono eseguite per metà all’Ifremer e
al BRGM.
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