Metodi innovativi per monitoraggio microsismico

Pubblicazione articolo su Seismological Research Letters - Maggio 2023

Seismic Noise Reduction as a Function of Depth Recorded by a Vertical Array Installed in a 285‐m‐Deep Borehole at a Gas Storage Field in Northern Italy

Camilla Rossi^1,2,3, Francesco Grigoli⁴, Paolo Gasperini², Stefano Gandolfi³, Timur Gukov⁵, Chiara Cocorullo^1,6, Paolo Macini³

The background seismic noise can be generated by different sources such as, ocean waves (microseisms), atmospheric disturbances (strong wind and storms), and anthropogenic activities, temperature changes and magnetic field variations. Such disturbances are characterized by specific frequency bands, time occurrence (diurnal and seasonal variation), and site location (close to populated areas or to the coasts). Reducing the pernicious effect of these noise sources is one of the main challenges that seismologists and engineers need to face when designing seismic monitoring networks and, more specifically when selecting the hosting site of a seismic station. A solution to partially attenuate the seismic noise effect is achieved by deploying seismic stations in boreholes. A general law estimating the sufficient depth to gain to detect even low seismic events, highly masked by background noise, is fundamental for defining the capability of microseismic network.

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Here, we aim to characterize the seismic noise level at S. Potito‐Cotignola in the Po Valley, Italy, from January 2019 to December 2021 recorded by a broadband seismic station at surface and a vertical array composed by six short‐period three‐component seismometers installed at depth ranging between 35 and 285 m in borehole.
We compute the amplitude noise reduction as a function of depth for different frequencies and we evaluate the depth dependency of the signal to noise ratio for 18 seismic events, with different magnitude (from −0.1 to 2.9) and hypocentral distances (from 12.9 to 37.2 km).
Results show that:

the dependence of noise level with depth follows a logarithmic empirical trend;
most of the selected seismic events show that signal to noise ratio increases with depth.

The empirical relationships we estimated can be used to help the design of microseismic monitoring networks in similar geological settings.

¹ Seismix srl, Palermo
² Dipartimento di Fisica e Astronomia, Alma Mater Studiorum Università di Bologna
³ Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali, Alma Mater Studiorum Università di Bologna
⁴ Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Pisa
⁵ Edison Stoccaggio S.p.A.
⁶ Solgeo srl

Stima della riduzione del rumore e della variazione SNR in funzione della profondità registrata da un array verticale di sismometri

Camilla Rossi^1,2,3, Francesco Grigoli⁴, Paolo Gasperini², Stefano Gandolfi³, Timur Gukov⁵, Chiara Cocorullo^1,6, Paolo Macini³

Questo lavoro concerne la mitigazione dell'effetto del rumore sismico di fondo sulla capacità di rilevamento della rete di monitoraggio sismico, specialmente quando si tratta di eventi di bassa magnitudo. Una soluzione per attenuare parzialmente il rumore sismico di fondo è l'installazione di stazioni sismiche nei pozzi. In questo senso, può essere molto utile una legge generale che stimi la profondità sufficiente per posizionare i sismometri. L'area di studio è localizzata vicino a due siti industriali, fortemente influenzati dal rumore e dove si registra sismicità. Utilizzando tre anni di dati sismici continui registrati da un array verticale profondo, stimiamo una relazione di attenuazione del rumore e la variazione del SNR per 18 eventi sismici con diverse magnitudo e distanze ipocentrali.

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La relazione di attenuazione del rumore segue un trend logaritmico;;
per i primi 135 m, l'attenuazione media dell'ampiezza in profondità è di circa 0.16 dB/m;
l'andamento del SNR medio aumenta con la profondità con una variazione più marcata tra 0 e 85 m, più lentamente tra 85 e 235, e di 0.01 dB/m oltre 235 m;
la magnitudo ha una maggiore influenza sulla variazione SNR rispetto alla distanza ipocentrale;
una profondità di installazione ottimale potrebbe essere tra 85 e 235 m.

¹ Seismix srl, Palermo
² Dipartimento di Fisica e Astronomia, Alma Mater Studiorum Università di Bologna
³ Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali, Alma Mater Studiorum Università di Bologna
⁴ Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Pisa
⁵ Edison Stoccaggio S.p.A.
⁶ Solgeo srl

JpGU 2023, 21-26 maggio, Chiba (Giappone)

EGU 2023, 23-28 aprile, Vienna

DOI

Stima della riduzione dell’ampiezza del rumore sismico in funzione della profondità con dati registrati da un array verticale in pozzo (Nord Italia)

Camilla Rossi^1,2,3, Francesco Grigoli⁴, Paolo Gasperini², Stefano Gandolfi³, Timur Gukov⁵, Chiara Cocorullo^1,6, Paolo Macini³

l livello di rumore di fondo di potenziali siti di installazione è uno dei principali fattori che limitano la capacità di rilevamento di infrastrutture di monitoraggio. Per poter migliorare la capacità di rilevazione della microsismicità caratterizzata da un basso rapporto segnale-rumore, è quindi necessario mitigare l'effetto del rumore sismico. In questo lavoro analizziamo il rumore sismico continuo registrato da gennaio 2019 a dicembre 2021 nel sito di stoccaggio sotterraneo di gas di S. Potito-Cotignola nella Pianura Padana (Italia).

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Abbiamo utilizzato una stazione sismica a banda larga (BB) in superficie e un array verticale composto da 6 sismometri a 3 componenti a breve periodo installati a una profondità compresa tra 35 e 285 m, in un foro di trivellazione nella stessa posizione del sensore BB.
Abbiamo riscontrato che:

per frequenze da 1 a 10 Hz si nota un'evidente riduzione del rumore con la profondità;
per alcune frequenze, il livello di rumore è inferiore al NHNM solo a profondità maggiori di 85 m;
la maggior parte della riduzione del rumore avviene tra 0 e 35 m;
la diminuzione del livello di rumore (in dB) con la profondità ha un andamento logaritmico.

¹ Seismix srl, Palermo
² Dipartimento di Fisica e Astronomia, Alma Mater Studiorum Università di Bologna
³ Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali, Alma Mater Studiorum Università di Bologna
⁴ Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Pisa
⁵ Edison Stoccaggio S.p.A.
⁶ Solgeo srl

EGU 2022, 23-27 maggio, Vienna

DOI

Monitoraggio della microsismicità con SeisComP e modello di velocità locale 3D

Camilla Rossi¹, Chiara Cocorullo¹, Timur Gukov², Francesco Grigoli³

In questo lavoro, mostriamo come SeisComP possa essere ottimizzato per l'elaborazione dei dati in tempo reale per il monitoraggio microsismico di un giacimento di stoccaggio sotterraneo di gas nel Nord Italia.

Abbiamo analizzato 2 anni di dati sismici continui registrati da una rete composta da 15 stazioni (in superficie e in pozzo).

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La nostra routine di elaborazione per questa rete sismica è la prima applicazione in Italia in cui un modello di velocità 3D è completamente integrato nelle operazioni di monitoraggio microsismico in tempo reale, come suggerito dalle Linea Guida italiane per il monitoraggio della microsismicità nelle attività industriali.

¹ Seismix srl, Palermo
² Edison Stoccaggio S.p.A.
³ Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Pisa

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