Indagini sismoelettriche

La propagazione di onda sismica in un terreno è associata ad un insieme di fenomeni cosiddetti sismoelettrici. Almeno quattro di questi fenomeni sono interessanti dal punto di vista geofisico: 1) modulazione della resistività elettrica dei materiali da parte degli sforzi sismici in presenza di correnti telluriche uniformi; 2) effetti piezoelettrici in presenza di materiali quarzosi; 3) generazione di segnali impulsivi nel dominio delle alte frequenze audio e delle radiofrequenze; 4) effetti elettrocinetici analoghi agli “streaming potentials”. Questi ultimi effetti sono i più comuni e i più interessanti dal punto di vista delle applicazioni idrogeologiche.

In un mezzo poroso saturo, l’adsorbimento di cariche elettriche (ioni) sulla superficie dei grani crea un eccesso di cariche elettriche di segno opposto nel fluido (o nei fluidi) contenuto nei pori. Si crea cioè quello che viene comunemente detto “doppio strato elettrico”. Quando in un mezzo di questo tipo si propaga un’onda sismica, le cariche elettriche presenti nel fluido subiscono uno spostamento relativo rispetto alle cariche elettriche adsorbite sulla superficie dei grani. Tale spostamento genera un flusso di corrente elettrica che si traduce in una macroscopica separazione di cariche elettriche che induce un campo elettrico. L’intensità di questo campo elettrico dipende dalle proprietà elettrochimiche dell’intercaccia fluido-solido (quindi dal tipo di fluido quali aria, acqua o idrocarburo, e dal tipo di solido), dalle proprietà meccaniche e dalla struttura del mezzo poroso (moduli elastici, porosità, permeabilità idraulica e grado di saturazione).

Una sorgente sismica convenzionale genera onde sismiche (Figura 1). Al contatto aria-acqua presente nei pori di un materiale poroso, una porzione di onda sismica incidente viene convertita in un’onda lenta di Biot. L’onda lenta di Biot, alle frequenze sismiche, è un’onda di pressione diffusiva. Tale onda genera uno spostamento relativo tra il fluido (acqua o altro liquido) presente nei pori e i grani della matrice rocciosa, creando una distorsione dei dipoli elettrici sulla superficie dei grani. Questa distorsione genera un campo elettrico variabile nel tempo con un legame del tutto simile a quello dell’onda sismica incidente. Il campo elettrico variabile produce un’onda elettromagnetica che si propaga sino alla superficie dove può essere captata da un insieme di antenne (elettrodi) opportunamente disposto sul terreno.