ur9 unipg - L`Istituto

Convenzione INGV-DPC 2012-2013
Progetti sismologici
(scheda Unità di Ricerca)
Progetto S1
Titolo : 2D-3D GPR imaging of active shallow faults
1. Responsabile UR
- Cristina Pauselli, Ricercatrice, Università di Perugia – Dipartimento di Scienze della Terra
CV: 2001-2004, Post-doc all’ Università di Perugia .2001, Dottorato di ricerca all’Università
di Perugia. Master in Geofisica Generale e Applicata all’ Istituto di Geofisica e Ambiente
Marino. 2000, Vincitrice di un fondo per giovani ricercatori all’ Università di Perugia. 1998 1999, "Visiting Student" al Geodynamics Group at the Research School of Earth Science
(Australian National University - Canberra). 1996, laurea in Scienze Geologiche.
ATTIVITA’ DI RICERCA: Dal 1996 svolge attività di ricerca e didattica presso il
Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università di Perugia, collaborando attivamente
con il gruppo di Geologia Strutturale e Geofisica. In particolare i campi di ricerca
riguardano: Simulazioni 2D per ricavare la distribuzione delle temperature in regimi
tettonici compressivi ed estensionali; Ricostruzione delle geometrie di strutture geologiche
compressive ed estensionali attraverso lo studio ed interpretazione di profili sismici a
riflessione; Evoluzione cinematica e geodinamica di sistemi compressivi ed estensionali;
Modellazione numerica eseguita attraverso il metodo ad Elementi Finiti per analizzare lo
stato di sforzo di una struttura geologica durante la sua evoluzione; Planetologia: Analisi
della geologia di superficie del pianeta Marte e Mercurio, attraverso image processing e
simulazioni numeriche; Georadar: studio di zone sismicamente attive .
ATTIVITA’ DIDATTICA: Corsi nell’anno accademico 2011/2012: Rischio sismico, Corso
di Laurea in Attività di Protezione Civile. Fisica Terrestre, Corso di Laurea in Geologia,
Università degli Studi di Perugia
CONOSCENZE INFORMATICHE: Operating systems: MS DOS, Windows 9x/NT/2000,
UN*X. Software: Office automation: common word processors, spreadsheet Excel,
Desktop Publishing. Mathematics and statistics: MatLab, Surfer. Specific Finite element
analysis: Algor_ 3.14, DLR (Dynamical Lagrangian Remeshing), PDE2D, other nonpropetary software. Programming enviroments: structured programming: Fortran 77.
ARTICOLI: Autore di circa 30 articoli e reports tecnici su riviste ISI e non, internazionali e
non, sull’attività di ricerca sopra descritta tra cui, per quanto riguarda il progetto:
1) Pauselli C. & C. Federico (2003) - Elastic modelling of the Alto Tiberina normal Fault
(Central Italy): geometry and lithological stratification influences on the local stress field.
Tectonophysics, 374, 99-113.
2) Pauselli Cristina, Ranalli Giorgio, Federico Costanzo (2010), Rheology of the Northern
Apennines: lateral variations of the lithospheric strength. Tectonophysics,
doi:10.1016/j.tecto.2009.08.029.
3) Pauselli Cristina, Federico Costanzo, Frigeri Alessandro, Orosei Roberto, Barchi
Massimiliano Rinaldo, Basile Gabriele, (2010) Ground Penetrating Radar investigations to
study active faults in the Norcia Basin (Central Italy) . Journal of Applied Geophysics, 72,
Iussue 1, 39-45.
4) Ercoli Maurizio, Pauselli Cristina, Di Matteo Lucio, Emanuele Forte, Alessandro Frigeri,
1
Massimiliano Mazzocca, Federico Costanzo (2012a) A multidisciplinary geological and
geophysical approach to define structural and hydrogeological implications of the
Molinaccio spring (Spello, Italy).Journal of Applied Geophysics, 77, 72-82.
5)Ercoli M., Pauselli C., Frigeri A., Forte A., Federico C. (2012b) -"3D GPR imaging for
paleoseismology in Central Appennines (Italy)," Proceedings 14th International
Conference on Ground Penetrating Radar, June 4-8, 2012, Shanghai, China. Expanded
Abstract.
2. Personale dell'UR
Nominativo
(Cognome e Nome)
Giorni/Persona
Qualifica
Ente/Istituzione
(personale non a carico del progetto)
I anno
Pauselli Cristina
Ricercatrice
Università di Perugia
40
Maurizio Ercoli
Assegnista
Università di Perugia
50
Professore associato
Università di Perugia
40
Ricercatore
Università di Trieste
40
Collaboratore
INAF-IAPS-Roma
40
Direttore di ricerca
CNRS- IPAG- Grenoble
10
Professore
Center for Geophysical
Investigation of the
Shallow Subsurface
Department of
Geosciences
Boise State University
10
Costanzo Federico
Emanuele Forte
Alessandro Frigeri
Wlodek Kofman
John Bradford
3. Descrizione del contributo
3a. Versione italiana
3a.1 Stato dell'arte
Lo studio delle evidenze superficiali delle faglie attive, è principalmente effettuato tramite
la geomorfologia quantitativa e lo scavo di trincee. Tra gli altri metodi di indagine, vengono
largamente usate le tecniche geofisiche quali, tra le altre, il Ground Penetrating Radar
(GPR) che offre una definizione ad altra risoluzione del sottosuolo.
Recentemente, lo sviluppo di tecniche radar 3D ha dimostrato come l’evidenza geofisica
ad alta risoluzione delle faglie in ambiente tri-dimensionale, riduce le incertezze di
interpretazione dei dati 2D. L’acquisizione di dati GPR all’interno di una griglia densa
produce infatti un volume di dati dove le strutture geologiche possono essere studiate
nella loro reale geometria.
3a.2 Obiettivi
Migliorare la conoscenza della posizione spaziale e delle caratteristiche delle faglie attive
per permettere la corretta localizzazione di questi elementi in una mappa geologica e
definire così al meglio il potenziale rischio sismico di un’area.
3a.3 Attività
In questo contesto si propone di portare un contributo geofisico su strutture attive note. La
proposta prevede:
1) una prima fase di integrazione con un’Unità di Ricerca per individuare la struttura attiva
da analizzare e acquisire tutte le informazioni geologiche pre-esistenti (2 mesi)
2
Successivamente, il progetto prevede di eseguire le seguenti indagini:
1) indagini 2D GPR e successiva elaborazione in associazione con trincee pre-esistenti
per tarare il dato geofisico con l’informazione stratigrafica della trincea stessa (2 mesi);
2) indagini 3D e successiva elaborazione dei dati (costruzione del modello interpretativo
geologico) nelle zone di faglia per estendere e migliorare l’immagine 3D della faglia attiva
(5 mesi);
3) indagini 2D e successiva elaborazione per verificare la continuità laterale della faglia e
suggerire il sito per nuove trincee (3 mesi).
3a.4 Metodologia
L’acquisizione dei dati GPR verrà effettuata con un dispositivo GPS (Global Positioning
System) integrato alla strumentazione radar (Zond) che permette di georeferenziare le
tracce e i profili raccolti. Il sistema integrato GPR-GPS è già a disposizione del nostro
gruppo di ricerca. L’elaborazione dei dati verrà condotta in modo da individuare ed
interpolare orizzonti interessanti e le geometrie della faglia. L’interpretazione verrà inoltre
supportata dall’analisi di attributi sismici, che forniscono una visualizzazione di
informazioni fisicamente indipendenti. Queste sono utilizzate per estrarre informazioni
aggiuntive dai dati GPR e, rispetto alla classiche tecniche interpretative, consentono una
più efficace ed accurata interpretazione. L’intero data set 3D verrà trattato ed esplorato
nella fase di interpretazione geofisica utilizzando software liberi (free and open source)
come "OpendTect software".
3a.5 Cronoprogramma
I anno
Fase
Semestre
1
2
Attività 1
Interazione con un’Unità di Ricerca per l’individuazione
della struttura attiva e raccolta informazioni
bibliografiche
-
Attività 2
2D GPR e successiva elaborazione in associazione con
possibili trincee pre-esistenti
Attività 3
Indagini 3D e successiva elaborazione dei dati
Indagini 2D e successiva
elaborazione per verificare la
continuità laterale della faglia e
suggerire nuovi siti per le
trincee
Indagini 3D e successiva
elaborazione dei dati
3b. English version
3b.1 State of the art
The study of surface evidence of active faults, is mainly carried out through quantitative
geomorphology and the digging of trenches. Among other survey methods, are widely
used geophysical techniques such as, among others, the 2D Ground Penetrating Radar
(GPR), which provides a definition for resolution of the subsurface structures.
Recently, the development of radar techniques has shown that 3D high-resolution
geophysical study of faulting, reduces the uncertainties of interpretation of 2D data. The
acquisition of GPR data within a dense grid in fact produces a volume of data where the
geological structures can be studied in their actual geometry.
3b.2 Goals
Improved knowledge of the spatial position and characteristics of active faults in order to
allow the correct location of structural elements in a geological map and to define the
potential seismic hazard of the area.
3
3b.3 Activity (with timetable for each phase)
It is proposed to support the activities of a Research Unit studying an active structure. The
proposal includes:
1) a first phase of integration with a Research Unit to identify the main active structure to
analyze and retrieve all pre-existing geological information (2 months)
Then it is proposed to perform the following investigations:
1) 2D GPR surveys and subsequent processing taking into account the pre-existing
trenches to calibrate the geophysical data with the information of the stratigraphy of the
trench (2 months);
2) 3D surveys and subsequent data processing (construction of the geological model of
interpretation) in the fault zones to extend and improve the 3D image of the active fault (5
months);
3) 2D surveys and subsequent processing to test the lateral continuity of the fault and
suggest possible new site trenches (3 months).
3b.4 Metodology
The GPR data acquisition will be performed with the GPR Zond and with a GPS (Global
Positioning System) which allows to georeference simultaneously tracks and profiles
collected. Data processing will be conducted to identify and interpolate interesting horizons
and to delineate the geometry of the fault. Interpretation is supported by the analysis of
seismic attributes, which provide a view of information physically independent. These are
used to extract additional information from GPR data and, compared to the classical
interpretation techniques, allow a more effective and accurate interpretation. The entire 3D
data set will be discussed and explored during the geophysical interpretation using free
software (free and open source) as "OpendTect software."
3b.5 Timetable
I anno
Phase
Semester
1
2
Activity 1
Integration with a Research Unit to identify
the main active structure to analyze and
retrieve all pre-existing geological
information
Activity 2
2D GPR surveys and processing taking into
account pre-existing trenches
Activity 3
3D surveys and subsequent data
processing
2D surveys and subsequent processing
to test the lateral continuity of the fault
and suggest possible new site trenches
3D surveys and subsequent data
processing
4a. Prodotti
1) un dettagliato modello geologico 3D del sottosuolo in grado di fornire un’immagine ad
alta risoluzione della faglia (vedi esempio in Fig.1) caratterizzando la struttura in un modo
totalmente non-invasivo:
2)l’individuazione della posizione della faglia e della sua continuità spaziale tramite
l’interpretazione dei profili 2D, fornendo dati complementari qualitativi e quantitativi. Le
informazioni ottenute verranno utilizzate per suggerire possibili siti per nuove trincee
estendendo le informazioni in zone geologicamente mal definite.
3) una mappa digitale del terreno, importando e geo-referenziato il dato in un ambiente
opensource GIS (Quantum GIS Development Team, 2009) (vedi esempio in Fig.2).
4
Questo può essere potenzialmente usato per l’implementazione a grande scala di mappe
geologiche e come ulteriori vincoli per il modello sismo-geologico.
Fig. 1: Volume 3D GPR della faglia del Monte Vettore; la discontinuità è evidente sia nella
sezione verticale che in quella orizzontale (Ercoli et al., 2012a) .
Fig. 2: : QGis map summarizing the recorded GPR 2D/3D GPR lines. The red stars are
referred to the detected fault zones. (Ercoli et al., 2012a).
4b. Deliverables
1) a detailed 3D geological model of the subsurface that provides a high resolution image
of the fault (see example in Figure 1) characterizing the structure in a totally non-invasive
way:
2) the detection of the location of the fault and its spatial continuity through the
interpretation of the 2D profiles, providing additional qualitative and quantitative data. The
information obtained will be used to suggest possible sites for new trenches extending the
information in areas geologically poorly defined.
3) a digital terrain map, importing and geo-referenced data to an Open Source
environment GIS (QGIS Development Team, 2009) (see example in Figure 2). This can
potentially be used to implement large-scale geological maps and as additional constraint
to the seismo-geological model.
5
Fig. 1:
Processed 3D GPR volume of the detected fault zone: the tectonical discontinuity is clear
both on the vertical and horizontal sections (Ercoli et al., 2012b) .
Fig. 2
Mappa QGis ottenuta dall’interpretazione dei dati dei profile 2D e 3D della zona del Monte
Vettore (Ercoli et al., 2012b).
5. Interazioni con altri Enti/Istituzioni
Università di Trieste: partecipazione alla campagna di acquisizione ed elaborazione ed
interpretazione dei dati.
INAF-IAPS-Roma: partecipazione alla campagna di acquisizione ed elaborazione ed
interpretazione dei dati.
CNRS- IPAG- Grenoble: supervisione nell’elaborazione della mappa digitale del terreno in
un ambiente opensource GIS.
Center for Geophysical Investigation of the Shallow Subsurface Department of
Geosciences Boise State University: supervisione durante l’elaborazione dei dati e nella
creazione del modello interpretativo.
6. Possibili interazioni con altri Progetti DPC (indicare quali progetti)
Il tempo di un anno servirà, come descritto nella crono programma, all’indagini GPR. Per
questo motivo, come già indicato, si richiede necessariamente di affiancarsi ad una Unità
di Ricerca che ci indichi strutture attive di particolare interesse da investigare tramite GPR.
La situazione ottimale potrebbe essere quelle strutture dove esistano dati pre-esistenti da
trincee in modo da avere indicazioni sulla stratigrafia e tarare il dato geofisico.
6
7. Piano finanziario (probabilmente da rimodulare) (in Euro)
Categoria di spesa
Importo previsto (Euro)
1) Spese di personale
0,00
2) Spese per missioni
5.400,00
3) Costi amministrativi (solo per i responsabili di programma)
-
4) Spese per studi, ricerche ed altre prestazioni professionali
6.000,00
5) Spese per servizi
0,00
6) Materiale tecnico durevole e di consumo
0,00
7) Spese indirette (spese generali)
600,00
Totale
12.000,00
7