A l c u n e e s p e r i e n z e su f o r m a z i o n i a c q u i f e r e c o n i m e t o d i d e l l a p o l a r i z z a z i o n e i n d o t t a e d e l l a r e s i s t e n z a a d o p e r a n d o u n d i s p o s i t i v o di m i s u r a b i p o l a r e G . P E T R U C C I e S . C O P P O L I N O ( * ) R i c e v u t o il 7 Giugno 1961 Il metodo di prospezione della polarizzazione indotta è in fase di sviluppo. Molti sono i geofìsici che si occupano dell'argomento, sia dal punto di vista teorico che dal punto di vista sperimentale. . S. Coppolino (23) ha pubblicato una nota compilativa nella quale riassume i principali risultati ottenuti con tale metodo da alcuni autori. L. V. Patella (27), recentemente, ha fatto il punto sull'argomento, rivendicando i precedenti europei ed italiani su tale nuovo metodo di prospezione. In Italia, A. Belluigi si è occupato estesamente del pro- blema, sia dal punto di vista strumentale che dal punto di vista teo- rico (!• 2> 4> 5' 6> 8). Nella bibliografìa sono riportate le memorie venute fuori in questi ultimi anni. La possibilità della prospezione di strati acquiferi è stata messa in vista da Yacquier V,. Holmes C. E., Kintzinger P. E., Prische E . H., Lavergue M. nei due lavori pubblicati in « Geophysics » nel 1956(12) e nel 1957 (14), e da A. Belluigi (6) nel 1956. In questo lavoro viene mostrata la possibilità della prospezione degli strati acquiferi per mezzo di un nuovo metodo messo a punto da G. Petrucci ed N. Orilia, descritto in « Geofìsica Pura ed Applicata » (13' 15' 16). Oltre alle prove di sondaggi elettrochimici (P. P.) dell'acqua, sono stati fatti altri rilievi nelle formazioni argillose, nelle alluvioni e nei tufi (*) I s t i t u t o di Geodesia U n i v e r s i t à di P a l e r m o Via Arcliirafi. 2 5 6 G. PETRUCCI - S. COPPOLINO calcarei, in alcune località della provincia di Palermo, tendenti a rilevare le curve: cioè le curve della f. e m. di polarizzazione in funzione della corrente polarizzante i per lo stesso tempo t di carica. Tali curve, che per piccoli valori di i — cioè lontani dai valori di saturazione — sono delle rette, permettono una misura della costante di polarizzazione della formazione (12), infatti è: quindi il rapporto direttivo delle rette ottenute sperimentalmente per ciascun mezzo dà la costante di polarizzazione del mezzo stesso. La costante di polarizzazione pertanto può servire a differenziare le forma- zioni geologiche del sottosuolo. I risultati di queste ultime prove sono stati pubblicati in « Geofìsica e Meteorologia » (1960) (28). A T T R E Z Z A T U R A S T R U M E N T A L E E D I S P O S I Z I O N E D E L L E S O N D E D I M I S U R A . L'attrezzatura strumentale impiegata è stata analoga a quella ri- portata nella pubblicazione (13), apportandovi delle modifiche per au- mentarne la precisione di misura. Le misure sono state f a t t e usando i due elettrodi di corrente anche come elettrodi potenziometrici. Come è noto, V. Vacquier e C (u), P . Sumi (24) ed altri adoperano due sonde di corrente e due potenziometriche distinte, usando una dispo- sizione tipo Wenner come quella per l'esecuzione dei S. E. col metodo della resistività. La ragione della nostra preferenza per la prima disposizione è dipesa dal fatto che proprio in corrispondenza delle sonde di corrente si ha la massima f . e. m. di polarizzazione; basta spostarsi di poco da tali sonde per avere una forte diminuzione della f. e. m. di polarizzazione. Naturalmente il campo che viene a stabilirsi nel sottosuolo è quello relativo alla differenza di potenziale applicata alle sonde di corrente (dipolo) e pertanto la polarizzazione sarà una funzione di tale distribu- zione, il cui effetto massimo si manifesterà proprio su di esse. I n questo Ep = / (i) per t = eostante Ep = Ki per t = costante ALCUNE ESPERIENZE SU FORMAZIONI ACQUIFERE, ECC. 2(31 caso, inoltre, si ha un effetto di prospezione in profondità più grande che nel caso della disposizione Wenner. Le misure sono state eseguite con impulsi di corrente continua di frequenza 16 H. S O N D A G G I COL M E T O D O D E L L A P O L A R I Z Z A Z I O N E I N D O T T A P E R L A P R O - S P E Z I O N E D E G L I S T R A T I A C Q U I F E R I D E L S O T T O S U O L O . Sono stati scelti dei casi conosciuti dal punto di vista geoidrologico per l'esistenza di pozzi o perchè già studiati col metodo della resistenza; precisamente un caso in cui gli strati acquiferi si trovano in terreni al- luvionali in vicinanza di un torrente e due casi in cui gli strati acquiferi si trovano in seno a dei tufi calcarei del quaternario. Un sondaggio è stato f a t t o in corrispondenza di una formazione di argille eoceniche affioranti. Tutti i sondaggi elettrochimici sono stati eseguiti mantenendo co- costante l'intensità della corrente polarizzante (40 MA) e spostando una sonda di corrente, mantenendo l'altra fissa. La durata della corrente polarizzante è stata per ogni misura di 1'. Le variazioni della f. e. m. di polarizzazione, dovute ai cambiamenti locali, superficiali del terreno, in direzione della sonda mobile, sono state eliminate con misure rispetto ad una terza sonda posta a distanza rela- tivamente grande (25) e pertanto le variazioni riscontrate nelle misure sono da attribuire alle variazioni di costituzione degli strati in profondità. Operando in questo modo vengono valutate ed eliminate anche le polarizzazioni parassite che insorgono nelle sonde stesse e nel terreno vicino ad esse assieme a quelle da mettere in vista, delle quali giustamente si è preoccupato A. Belluigi fin dal primi lavori pubblicati sull'argomento. S O N D A G G I O E L E T T R O C H I M I C O P . P . I N U N A F O R M A Z I O N E A R G I L L O S A . Il sondaggio elettrochimico è stato eseguito in corrispondenza di una formazione di argille eoceniche affioranti, esistenti nel territorio di Mi- silmeri (Palermo). Tale formazione è molto estesa a Nord, ad Est e a Sud di Misibneri. Il diagramma del sondaggio elettrico è stato riportato nella fig. 1. Esso mostra un piccolo massimo in corrispondenza della profondità di 1 m dovuto all'esistenza di infiltrazioni acquifere in seno al terreno vegetale, constatate attraverso l'esistenza di un pozzetto superficiale. 2 5 8 G. PETRUCCI - S. COPPOLINO Il diagramma mostra' poi un andamento parallelo all'asse delle ascisse denotando un andamento costante della polarizzazione da attribuire alla formazione di argille eoceniche. o 1 3 4 5 S 7 8 9 10 11 12 m. F i g . 1. - D i a g r a m m a di sondaggio col m e t o d o della polarizzazione i n d o t t a in argille eoceniche affio- r a n t i , Misilmeri, ( P a l e r m o ) . S T R A T I A C Q U I F E R I I N T E R R E N I A L L U V I O N A L I P O G G I A N T I S U A R G I L L E E O C E N I C H E . Il sondaggio elettrochimico è stato eseguito in contrada Ballestrero, proprietà Aggiusti, Misilmeri (Palermo), in una valletta. I n tale località era stata f a t t a una ricerca col metodo diretto della resistenza apparente di G. Petrucci (26) ed era stato individuato uno strato acquifero dell'or- dine di 3 litri/sec., e riscontrato con un pozzo eseguito dopo la prospe- zione. Nella fìg. 2 sono stati riportati sia il diagramma relativo al metodo diretto della resistenza (diagramma in basso), sia il digramma relativo al sondaggio col metodo della polarizzazione provocata P. P. (diagramma in alto). Il diagramma relativo alla P. P. presenta un andamento che corri- sponde a quello della resistenza. I n f a t t i presenta un primo tratto, fino a circa 5 m di profondità, con valori costanti della f. e. m. di P. P . attri- buibile a strati alluvionali asciutti e poi si hanno due massimi successivi in corrispondenza delle due variazioni del digramma della resistenza, cioè in corrispondenza dello strato acquifero. Dalla profondità di 11 m e fino a 16 m, la P. P. si mantiene elevata con oscillazioni intorno ad un certo valore medio attribuibile alle argille; ALCUNE ESPERIENZE SU FORMAZIONI ACQUIFERE, ECC. 2(31 infatti il diagramma della resistenza a partire da 11 m indica, col suo andamento, l'esistenza della formazione di argille plioceniche (cioè di una formazione a resistenza specifica bassa) (26). Fig. 2. - Diagrammi di sondaggi con i metodi della polarizzazione indotta e della resistenza in terreni alluvionali acquiferi, Con- trada Ballestrero, Misihneri, (Palermo). S T R A T I A C Q U I F E R I I N S E N O A I T U F I C A L C A R E I D E L L A P I A N A D I P A L E R M O , P O G G I A N T I S U A R G I L L E (Ginolfo). Il caso riportato è stato rilevato nella proprietà Spanò a Romagnolo (Palermo). Gli strati del sottosuolo sono costituiti da qualche metro di terreno vegetale e da tufi calcarei quaternari della piana di Palermo, poggianti su Ginolfo. Entro i tufi calcarei scorrono degli strati acquiferi dell'ordine di 12 litri/sec., accertati mediante pozzo. Lo spessore degli strati di tufo acquiferi va da 7 a 16 m di pro- fondità. 2 6 0 G. PETRUCCI - S. COPPOLINO Nella fig. 3 sono stati riportati il diagramma rilevato col metodo della polarizzazione indotta (sopra) e quello della resistenza (sotto). Il diagramma elettrochimico presenta un ampio intervallo di massimo pro- Pig. 3. - D i a g r a m m i di s o n d a g g i oon i m e t o d i della polarizza- zione i n d o t t a e della r e s i s t e n z a in t u f i calcarei a c q u i f e r i . R o m a g n o l o , P a l e r m o . prio in corrispondenza della zona acquifera. Anche le piccole variazioni lungo il diagramma si possono, grosso modo, mettere in relazione con quelle esistenti nel diagramma della resistenza in corrispondenza degli stessi strati acquiferi. Anche in questo caso, a partire da 16 m., cioè dall'inizio del Ginolfo, la f. e. m. di P. P . si mantiene elevata, ma più piccola del valore massimo raggiunto in corrispondenza dello strato acquifero. S T R A T I A C Q U I F E R I I N S E N O A I T U F I C A L C A R E I D E L L A ZONA D I T E R R A S I N I (Palermo) P O G G I A N T I S U A R G I L L E (Ginolfo). I diagrammi riportati sono relativi ad una formazione di tufi, cal- carei quaternari poggianti su una estesa formazione di Ginolfo. A E P POLARIZZAZIONE R P R O F O N D I T À ' ESPLORATA 1 2 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 m. A L C U N E E S P E R I E N Z E SU FORMAZIONI A C Q U I F E R E , ECC. 2(31 In seno ai tufi esistono degli importanti strati acquiferi provenienti da monte, ove esistono dei rilievi montuosi di calcari mesozoici che costi- tuiscono un grande bacino di raccolta. 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 m F i g . 4. - D i a g r a m m i di sondaggi con i m e t o d i della polarizza- zione i n d o t t a e della resistenza in t u f i calcarei a c q u i f e r i . T e r r a s i n i , P a l e r m o . Il diagramma della resistenza, fig. 4, presenta, dalla profondità di circa 23 m e fino alla profondità di circa 38 m, delle variazioni dovute agli strati acquiferi esistenti nella formazione di tufi calcarei. I n corri- spondenza di tale intervallo il diagramma delle f. e. m. di P. P. presenta una ampia zona di massimo con un minimo molto stretto intorno alla profondità di 34 m. Lateralmente alla zona di massimo si hanno delle f. e. m. di polarizzazione più basse e però il valore medio a profondità elevata risulta più grande di quello a profondità piccole, come negli altri casi. AEP POLARIZZflZIOnE R c 2 6 2 G. P E T R U C C I - S . COPPOLINO In tale zona sono state rilevate due curve: Ep — f (i) per t = costante una delle quali, per una distanza fra le sonde di misura di 4 m, in ma- niera che la corrente polarizzante attraversasse i tufi asciutti superficiali, ed un'altra, per una distanza di 68 m, in maniera clìe la corrente polariz- zante attraversasse i tufi acquiferi, posti a circa 34 m di profondità. Fig. 5. - Curve di polarizzazione i n d o t t a in f u n z i o n e della i n t e n - s i t à della c o r r e n t e di polarizzazione in t u f i calcarei sterili ed in t u f i calcarei a c q u i f e r i . I risultati delle misure sono riportati nella fig. 5. I rapporti direttivi delle due rette mostrano che i tufi acquiferi presentano una polarizza- zione più elevata di quelli sterili (tufi asciutti 23,87 Volt/Amp.; tufi acquiferi 31,66 Volt/Amp.). Ciò conferma i risultati dei sondaggi, cioè la possibilità di individuare gli strati acquiferi in seno ai tufi calcarei per mezzo della polarizzazione indotta. ALCUNE E S P E R I E N Z E SU FORMAZIONI A C Q U I F E R E , ECC. 2(31 C O N C L U S I O N I . Da quanto precede risulta che col metodo della polarizzazione in- dotta gli strati acquiferi vengono messi in vista per mezzo di massimi della f. e. m. di P. P . apparente. Fig. 6 - D i a g r a m m i r i l e v a t i d a V a c q u i e r su u n profilo t r a s v e r s a l e alla valle Rio G r a n d e Socorro N e w Mexico. I diagrammi riportati mostrano una correlazione fra le variazioni riscontrate nei sondaggi eseguiti col metodo della polarizzazione provo- cata e quelle riscontrate col metodo della resistenza. Appare anche che col metodo delle P. P. si hanno maggiori ampiezze di variazione nei dia- grammi rispetto a quelle ottenute col metodo della resistenza. Ciò lascia intravedere delle ottime possibilità d'impiego del metodo della P. P. nel campo delle ricerche idriche. Naturalmente occorre ancora provare in corrispondenza di altre si- tuazioni idrologiche, per avere una idea delle effettive possibilità del metodo. Nella fig. 6 è riportata una serie di diagrammi rilevati da Vacquier e collaboratori (12'14) su un profilo trasversale alla valle Rio Grande Socorro New Mexico, dal fiume ad un pozzo profondo 500 piedi. Nella parte sinistra della figura sono riportate le sezioni del terreno e lo schema di misura tipo Wenner. Nella parte destra sono riportati i 2 6 4 G. P E T R U C C I - S . COPPOLINO diagrammi rilevati; quelli punteggiati si riferiscono al metodo della re- sistività e quelli a tratto e punto al metodo delle P. P. Per ciascun diagramma è segnata la profondità dello strato acqui- fero nel punto corrispondente. L'effetto dell'acqua è messo in vista con l'aumento della polarizzabilità a partire da una profondità vicina a quella dell'acqua. Tutti i diagrammi mostrano che la polarizzabilità aumenta con la profondità fino a notevoli valori di essa e ciò mostra che attraverso tali dia- grammi non viene messo in vista lo spessore dello strato acquifero. Tale spessore invece viene messo in vista col metodo bipolare attraverso l'intervallo di profondità entro cui cade la zona di massimo della f. e. m. di P . P., fig. 2, 3, 4. Un confronto sulle possibilità pratiche fra il metodo quadripolare ed il metodo bipolare, allo stato attuale delle applicazioni, non si può fare, ma in linea teorica il metodo bipolare presenta il vantaggio di mi- surare nella sua interezza la risposta alle sollecitazioni della corrente polarizzante, mentre col metodo quadripolare viene misurata solo una piccola frazione di essa. Infatti, Yacquier, per avere un effetto sensibile, adopera nelle sue esperienze correnti di 4 + 5 Amp. Invece nelle espe- rienze riportate in questo lavoro, le correnti impiegate sono state del- l'ordine dei milliampere. Il metodo bipolare ha un effetto di prospezione in profondità circa y2 della distanza elettrodica f r a le sonde di corrente, mentre nel metodo quadripolare col sistema Wenner l'effetto in profondità è circa % di essa. Col metodo bipolare e con l'applicazione della terza sonda (metodo Petrucci) (25) è possibile eliminare le numerose polarizzazioni parassite agli elettrodi e le variazioni di f. e. m. di P. P. dovute alle inomo- geneità superficiali del terreno in cui essi vengono infissi. RIASSUNTO Vengono eseguiti dei sondaggi col metodo della misura della resistenza apparente del terreno e col metodo della polarizzazione indotta, secondo lo schema di G. Petrucci ed N. Orilia (13), i quali confermano la possibilità della prospezione degli strati acquiferi col metodo della P. P. messa in vista da altri autori (12>14> 16 ). In ultimo viene fatto un confronto fra il metodo che sfrutta per le misure di P. P. la disposizione quadripolare e quello che sfrutta la disposizione bipolare. A L C U N E E S P E R I E N Z E SU FORMAZIONI A C Q U I F E R E , ECC. 2(31 SUMMABY Tests are carried aut by the method of the measure of the apparent resistance of the soil and by the method of induced polarization, according to the scheme of G. Petrucci & N. Orilia (13), which confirm the possibility of prospecting water-bearing strata already pointed out by other authors (i2, i4, i6)_ Finali]/ a comparison is made between the method which uses for the measure of P. P. the quadripolar disposition and that which uses the bipolar disposition. B I B L I O G R A F I A (' ) BELLUIGI A., Fortsclirifte in elelctrischen Aufsuchen voti Petroleum. W o r l d P e t r o l e u m Congress, L o n d o n , (1933). (2) — The need of revising the apparatus employed in tlie measurement o j an electrochemical Effeet of the Ground. B e i t r u g e z. a n g . Geophisik, B d . 9, (1940). (3) — Sul metodo « Elflex » per la ricerea diretta del petrolio. « Boll. Serv. Geol. d ' I t a l i a » , R o m a , (1955). (4) — Sulla ricerca geoelettrica diretta del petrolio. « Geofisica e Meteorologia », 3, G e n o v a , (1955). (6) — Sull'effetto e. m. diretto di emittori alternativi in un terreno omogeneo. « A n n a l i di Geofisica», 7, R o m a , (1954). (6) — Ricerche elettro-idrologiche con I. P. « A n n a l i di Geofisica » 9, R o m a , (1959). (7) — La ricerca geofisica dell'acqua tellurica. Convegno d e l l ' a p p r o v v i g i o n a - m e n t o idrico della Capitale, R o m a , maggio 1957. (8) — Das skalare fiir einen Bechteckigen Impuls in einem homogenen Medium erzeugte Potential. « Zeit Geophysik » H . 6, (1958). (0) PETRUCCI G., Possibilità applicative del metodo di prospezione elettro- chimico (Polarizzazione provocata). « A t t i del Congresso Minerario I t a - liano » (1948). (10) PETRUCCI G., PANFALONA V., Sulla polarizzazione provocata in alcuni campioni di rocce e di minerali con particolare riguardo agli strati delle serie gessosa zolfifera della Sicilia. « R e n d i c o n t i dell'Associazione Mine- r a r i a S a r d a » , 6, (1952). (11) PETRUCCI G., ORILIA N., Il comportamento di alcuni campioni di mine- rali dell'Inglesiente rispetto alla polarizzazione elettrica provocata. « Ren- diconti dell'Associazione Mineraria S a r d a » , I, (1955). ( 1 2 ) V A C Q U I E R V . , K I N T Z I N G E R P . R . , H O L M E S C . R . , F R I S C H E R . I I . , Pro- specting for Ground water by induced electrical polarization. New Mexico I n s t i t u t e of Mining a n d Technology R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t Di- vision, f e b b r a i o (1956). 2 6 6 G. P E T R U C C I - S . C O P P O L I N O (13) PETRUCCI G., ORILIA N . , SU una attrezzatura adatta alla prospezione del sottosuolo col metodo elettrochimico. « Geofisica P u r a e A p p l i c a t a » 33, (1956). ( 1 4 ) V A C Q U I E R V . , H O L M E S C . R . , K I N T Z I N G E R P . R . , L A V E R G U E M . , Pro- specting for ground water by indueed electrical polarization. « G e o p h y s i c s » 22, 3, (1957). (15) PETRUCCI G., ORILIA N . , La polarizzazione provocata nel cemento conso- lidato e nell'argilla. « Geofisica e Meteorologia » 1/2, (1957). (16) — — Lo studio della presa ed indurimento dei cementi per mezzo del fenomeno della polarizzazione provocata. « R i v i s t a Min. Siciliana », 46, 47 (1957). (17) FRISCIIE R . H . , a n d VON BUTTLAR H . , A teoretieal study of indueed electrical polarization. « Geopliysics » 22, 3 (1957). (18) WAIT J a m e s R . , FRISCIIE R i c h a r d H . , VON BUTTLAR A d H a r o , Duscus- sion on « A theoretical study of indueed electrical polarization« «Geo- phisics » 23, I, (1958). (10) VON HENKEL H . , Some Theoretical consideration on indueed polarization. « Geophysics », 23, (1958). (2U) SCIIUFLE J . A., Cation exchang and indueed electrical polarization. «Geo- p h y s i c s » , 24, 1, (1959). (21) SEIGEL G a r o l d 0 . , Mathematical formulation and type eurves for indueed polarization. « Geophisics » 24, 3, (1959). (22) DONALD Y . , MARSCHALL a n d M a d l e n T h e o d o r e R . , Indueed polariza- tion, a study of its causes, « Geophysics », 24, 4 (1959). (23) COPPOLINO S., Sulle modalità e possibilità d'impiego del metodo di pro- spezione elettrochimico (Polarizzazione Provocata). « L ' i n d u s t r i a Mine- r a r i a » Marzo (1959). (24) SUMI F . , Geophysical Esploration in Mininy By Indueed Polarization, « Geophisical P r o s p e c t i n g », 3, (1959). (25) PETRUCCI G., Atti del Congresso Mondiale del Petrolio. « P r o c e d i n g s » Sez. 1, 573, R o m a , (1955). (26) — i sondaggi elettrici col metodo diretto di misura della resistenza elet- trica del terreno. Teoria, Applicazioni Pratiche. « Boll, del Servizio Geo- logico d ' I t a l i a » , 4, 5, (1959). (27) PATELLA L . U., I precedenti europei ed italiani sui nuovi metodi di pro- spezione geofisica. « Overvoltage. « Meteorologia e Geofisica» (1960). (28) PETRUCCI G., COPPOLINO S., La determinazione della costante di pola- rizzazione provocata e la sua applicazione alla prospezione delle forma- zioni geologiche. « M e t e o r o l o g i a e Geofisica» (1960).