la campagna di rilievo magnetotellurico

La scorsa settimana ho fatto esperienza di campagna seguendo la realizzazione di una posizione di rilievo magnetotellurico, per l'esecuzione di un'indagine geofisica allo scopo di individuare l'eventuale presenza di risorse geotermiche nel sottosuolo attorno al Monte Amiata.

Il rilievo magnetotellurico è un metodo che consente la valutazione della variazione di resistività elettrica del sottosuolo, fino a profondità di diversi chilometri, attraverso l’analisi del campo elettrico e del campo magnetico naturale. E’ una tecnica geofisica passiva a costo relativamente basso ed è in alcuni casi utilizzata congiuntamente ai rilievi sismici a riflessione, nell’ambito della ricerca mineraria.

Per misurare in modo preciso il campo magnetico si utilizza una strumentazione con avanzati requisiti di linearità, basso rumore, stabilità e accuratezza. I moduli del sistema di misura consistono principalmente in un sensore lineare al massimo grado e stabile con la temperatura a tutte le scale di amplificazione e in un convertitore analogico-digitale lineare e capace di raggiungere un’elevata risoluzione. La strumentazione usata per la misura dell’intensità del campo magnetico è costituita da magnetometri, che si basano in gran parte sul sensore fluxgate, costituito da due barre, detti nuclei, di materiale ferromagnetico di grande permeabilità sono affiancate e avvolte ciascuna da una bobina, ma con senso di avvolgimento inverso.

Il rilevamento magnetotellurico consiste nella misura delle variazioni temporali del campo elettromagnetico naturale. È un metodo di indagine passivo e non richiede sorgenti artificiali. Consente di rilevare e misurare onde elettromagnetiche a bassa frequenza del campo primario, in grado di compiere elevate penetrazioni nel sottosuolo, che sono influenzate dalle anomalie di resistività che si possono estendere orizzontalmente o verticalmente e che producono un campo elettromagnetico secondario, le cui caratteristiche dipendono in realtà dall’andamento della conduttività dei suoli. La definizione e la descrizione di questi campi secondari costituiscono un mezzo per conoscere la struttura geotettonica del sottosuolo.

La sorgente del campo elettromagnetico primario è localizzata nella ionosfera e nella magnetosfera ed è legata ai flussi di cariche elettriche prodotti dall’interazione del plasma solare con il campo magnetico terrestre. Il campo elettromagnetico che ne risulta è detto anche campo magnetotellurico o, più brevemente, MT, come definito da Cagniard nel 1953.

I risultati del rilevamento sono restituiti con grafici di resistività in funzione della frequenza, che possono essere convertiti in grafici resistività-profondità mediante tecniche di inversione. Effettuando più misurazioni lungo un profilo è possibile ottenere una sezione che mostra le proprietà elettriche del terreno. Si possono rappresentare spessori compresi fra poche decine di metri e parecchie decine di chilometri.
Nelle rocce porose sature la resistività della roccia è proporzionale a quella del fluido presente nei pori ed è inversamente proporzionale alla porosità.

Poiché i serbatoi di fluidi geotermici si trovano in sistemi porosi, spesso in presenza di sali conduttivi, possono essere caratterizzati da alte conduttività. La resistività, essendo molto sensibile alla porosità, può essere usata anche congiuntamente ai dati di velocità sismica per valutare porosità e permeabilità. Il recente sviluppo dei metodi di acquisizione e di elaborazione ha semplificato le procedure ed evidenziato la possibilità di usare la magnetotellurica come valido supporto, integrato con altre metodologie geofisiche, alla valutazione mineraria dei bacini sedimentari. Per esempio, la tecnica della stazione di riferimento remota riduce in modo significativo e sistematico gli errori nella stima dell’impedenza.

L’acquisizione dei dati si realizza per “stazioni”, ripetute con lo schema di un reticolo con maglia di circa un chilometro, costituite da cinque componenti:  2 dipoli elettrici collocati leggermente interrati e bagnati per aumentarne la sensibilità, ortogonalmente tra loro ad una distanza di circa un centinaio di metri dal punto di intersecazione, per la misura del campo elettrico; e tre sensori magnetici ortogonali (Hx-Hy-Hz), costituiti dai magnetometri, anch'essi interrati, per il campo magnetico. Tutti collegati ad un modulo di acquisizione per la registrazione dei dati.

I valori, variabili e correlati, dei segnali relativi vengono campionati per non meno di dodici ore, per garantire una buona statistica. La successiva analisi spettrale dei segnali misurati, attraverso un'interpretazione modellistica dei dati, consente di ricostruire delle curve resistività/ frequenza che possono essere interpretate come successione resistività/spessore.

Per i rilievi in aree caratterizzate da significativi livelli di “rumore” antropico, in questo caso generato dalla vicinanza di impianti di produzione elettrica e linee ferroviarie ad alta velocità, l’elaborazione dei dati avviene con l’utilizzo della procedura “remote reference”, caratterizzata dalla correlazione di dati rilevati in stazioni remote rispetto all'area di indagine. In questo caso le stazioni remote sono due, una collocata alla Baleari e l'altra su di un'isola greca.