Academic literature on the topic 'Acquiferi profondi'

2008/2009
Scopo della ricerca. La ricerca di dottorato è mirata allo studio delle risorse geotermiche profonde (acquiferi profondi e sub superficiali) presenti nel sottosuolo della Bassa Pianura Friulana, mediante l’integrazione di metodi geofisici applicati con metodi stratigrafici e idrogeologici, geochimici e numerici. Le tematiche del dottorato si sono focalizzate su: delimitazione spaziale e caratterizzazione dei sistemi acquiferi (anche come reservoirs a bassa entalpia); studio dei meccanismi di ricarica e circolazione delle acque; definizione della struttura geotermica e valutazione della risorsa nell’area di Grado (Gorizia), dove è stato perforato un pozzo esplorativo (1110 m di profondità). I risultati preliminari della ricerca costituiscono il primo studio integrato in Regione per la caratterizzazione e valutazione della risorsa geotermica effettuato con metodi geofisici da pozzo. Alla luce del modello geologico preesistente, il nuovo modello concettuale emerso dalle ricerche effettuate risulta per molti versi innovativo. Fasi di acquisizione dei dati. Il dottorato è risultato sinergico alle attività di ricerca sviluppate dal DICA dell’Università degli Studi di Trieste, nell’ambito di alcuni progetti innovativi finanziati negli ultimi anni dal Servizio Geologico regionale (Direzione Centrale Ambiente e Lavori Pubblici - RFVG) che hanno permesso la raccolta di numerosi dati inediti. I progetti sono: “Realizzazione della Carta Geologico-Tecnica della Risorsa Geotermica Nazionale e definizione delle Linee Guida per il suo Utilizzo”[Progetto 1]; “Perforazione del pozzo esplorativo Grado-1 per la quantificazione della Risorsa Geotermica - Progetto Geotermia Grado”[Progetto 2]; “Studio sugli acquiferi regionali finalizzato anche alla definizione di linee guida per il corretto e compatibile utilizzo delle loro acque”[Progetto 3]. Questi progetti sono stati completati con diverse collaborazioni con DISGAM e DST dell’Università di Trieste e l’OGS di Trieste. Attività di ricerca. La ricerca si è articolata in diverse fasi operative, anche in accordo ai progetti sopraccitati: 1)Definizione del quadro geologico e strutturale dell’avampaese friulano mediante analisi della letteratura esistente. 2)Studio degli acquiferi sotterranei profondi della Pianura friulana (fino alla profondità massima di 600 m circa) [Progetto 1]. In particolare, in questa fase: sono stati esaminati i dati in sito, analisi geochimiche ed isotopiche di campioni di acqua provenienti da alcuni acquiferi significativi; sono state elaborate mappe delle isobate del tetto dei sistemi acquiferi e mappe delle isoterme delle acque di strato. 3)Raccolta, analisi e contributo alla realizzazione di un database dei pozzi per acqua perforati nella Pianura Friulana che ha integrato oltre 1800 litostratigrafie e altri dati accessori [Progetto 3]. Lo studio ha compreso l’elaborazione numerica delle superfici delimitanti i principali sistemi di acquiferi e delle relative mappe, mediante l’applicazione di diverse metodologie statistiche e l’analisi dei variogrammi sperimentali. Questo ha aggiornato il modello idrogeologico ottenuto dal Progetto 1. 4)Studio del reservoir geotermico profondo mediante un pozzo esplorativo di circa 1100 m di profondità a Grado (Gorizia) e all’acquisizione e all’elaborazione dei dati del pozzo [Progetto 2]. Questa fase ha impegnato la dottoranda in assistenza continua alla D.L. in cantiere (tra gennaio ed aprile 2008) e nelle specifiche attività di: acquisizione e analisi di dati tecnici di perforazione, parametri chimico-fisici dei fluidi di circolazione, produzione del master log e well log di cantiere; monitoraggio termico e prove idrauliche di pompaggio nel reservoir geotermico; raccolta e analisi dei cuttings e delle carote, descrizione macroscopica delle litologie, ricostruzione della stratigrafia sulla base delle analisi preliminari di laboratorio sui cuttings e sulle carote; analisi delle caratteristiche geochimiche principali delle acque campionate; acquisizione e analisi dei logs geofisici di pozzo, che hanno fornito gli elementi-chiave per la ricostruzione delle strutture profonde. 5)Ricostruzione geologica della struttura di Grado e modello idrogeologico e termico per il termalismo profondo, mediante l’integrazione dei dati disponibili e dei nuovi dati acquisiti, con particolare attenzione a: stratigrafie e logs geofisici provenienti da pozzi perforati da Eni, Ina Naftaplin e altri; sezioni sismiche a terra, in Laguna di Grado e Marano e nel Golfo di Trieste; carte del tetto dei carbonati e delle isobate del Quaternario nella Pianura Friulana; mappe di anomalia gravimetrica e magnetica per il Golfo di Trieste ed il suo entroterra. Risultati del dottorato di ricerca. I dati acquisiti nell’area di Grado e Laguna circostante, integrati con le informazioni regionali hanno permesso di individuare e ricostruire una struttura dinarica esterna, non nota precedentemente, che costituisce la sede del sistema di circolazione termale che è caratterizzato da diversa permeabilità. La struttura è interessata da rilevanti faglie beanti sub-verticali e strutture tettoniche che probabilmente mettono in contatto i sistemi termali più profondi con il tetto del reservoir. L’area di Grado è caratterizzata da: una copertura di età plio-pleistocenica di sedimenti sciolti alternati, caratterizzati da granulometria variabile da ghiaioso-sabbiosa a limoso-argillosa; una potente successione clastica costituita da sedimenti neogenici marnoso-arenacei (semilitoidi) e dalle torbiditi del Flysch paleogenico; un basamento carbonatico composito, reservoir del sistema geotermico, rinvenuto a partire da 618 m di profondità nel pozzo Grado-1. Il basamento è risultato suddiviso in intervalli ben distinti. Sono stati individuati calcari di rampa paleogenici e la loro sequenza di sviluppo e annegamento con la comparsa del flysch. I calcari ad Alveolinidae e Nummulitidae sono stati differenziati dai sottostanti calcari micritici di piattaforma di età cretacica superiore anche grazie al riconoscimento di netti marker nel Gamma Ray Log. La correlazione tra i diversi logs geofisici acquisiti in pozzo ha permesso di differenziare ulteriormente il reservoir carbonatico in intervalli distinti per litologia (densità, porosità, resistività, radioattività naturale, …) e moduli elastici; le facies geofisiche sono risultate ben relazionabili a quelle riscontrate nell’offshore croato. I dati idraulici acquisiti durante le prove di strato (con portata naturale e stimolata) e le analisi geochimiche ed isotopiche delle acque hanno permesso di affinare il modello di circolazione idrotermale. Questo considera almeno due sistemi di circolazione all’interno dei carbonati, separati da un setto idraulico: il tratto 616–830 m circa è caratterizzato da circolazione di acque in poche fratture ma molto aperte (con portata spontanea di circa 15 l/s e temperatura di circa 41.4°C); nel tratto 830–1000 m circa si ha una debole circolazione di acque all’interno di un ammasso roccioso più massiccio, interessato da un reticolo fitto ma con modesta apertura; a partire da 1000 m circa si rinvengono acque più calde (45°C a fondo pozzo) in un reservoir a notevole permeabilità (per fratturazione e incarsimento) che potrebbe richiamare i fluidi del sistema idrotermale presente alla profondità di 600-800 m. A scala locale, le strutture tettoniche presenti e probabilmente riattivate recentemente costituiscono una importante via di migrazione, circolazione e cortocircuitazione dei fluidi profondi (acqua e gas) con i sistemi più superficiali. A scala più ampia, il quadro strutturale elaborato per l’area di Grado è caratterizzato da un sistema di strutture inverse ovest-vergenti che coinvolgono il basamento carbonatico e le soprastanti coperture e da un raddoppio tettonico individuato nei calcari; queste strutture sono state interpretate come il fronte dinarico più esterno e costituiscono la diretta prosecuzione di fronti compressivi affioranti in Istria. Il modello stratigrafico elaborato risulta inoltre coerente con il quadro stratigrafico generale desumibile dai pozzi perforati nell’offshore croato e con quanto ipotizzato a partire dalle mappe di anomalia gravimetrica e dalle sezioni sismiche disponibili. Nel più ampio contesto della Bassa Pianura friulana le attività di ricerca hanno consentito di:  caratterizzare preliminarmente dal punto di vista chimico-fisico ed isotopico le acque profonde circolanti a diverse profondità (in seno alle coperture post paleogeniche) nelle aree caratterizzate da anomalie geotermiche e le relative mappe delle isoterme  valutare la presenza di alcune strutture tettoniche (coinvolgenti le coperture prequaternarie e giungenti in prossimità della superficie) in grado di veicolare fluidi profondi con acque superficiali nelle aree a nordorientali della Laguna di Grado  rappresentare mappe regionali delle superfici delimitanti tetto e letto dei principali sistemi di acquiferi confinati evidenziati dalle litostratigrafie dei pozzi e ricostruire un modello numerico schematico del sottosuol. L’insieme dei risultati ottenuti ha permesso dunque di validare le ipotesi di lavoro formulate inizialmente e di proporre un più solido, rinnovato e, per molti versi, innovativo modello geologico-termico basato su inediti dati sperimentali. Il modello geologico elaborato risulta decisivo anche in relazione all’imminente realizzazione del pozzo esplorativo Grado-2, che permetterà al contempo di validare le ipotesi assunte e fornire ulteriori dati sperimentali.
XXII Ciclo
1979

La campagna d'indagini si è svolta a Cardiff. Su incatrico del BGS, abbiamo condotto diverse indagini geofisiche, utilizzando la tecnica d'indagine sismica a stazione singola (HVSR) e la tecnica d'indagine sismica a stazione multicanale dele onde di superficie. Lo scopo delle nostre indagini è stato quello di coadiuvare il BGS sulla valutazione della concreta realizzazione di un progetto geotermico a bassa entalpia,chiamato "Ground Heat Network at City scale". La Gran Brettagna, in risposta alle Direttive Europee cerca di promuovere, infatti, la diffusione all'uso dell'energia low carbon. Le tecniche di studio che abbiamo realizzato si contraddistinguono per essere speditive, in quanto sono state realizzate in aree laddove manca il dato diretto dei sondaggi. Il progetto infatti mira ad utilizzare la risorsa idrica del sottosuolo di Cardiff, in cui la risorsa idrica si ripartisce fra l'acquifero superficiale in ghiaie e gli acquiferi confinati del Paleozoico. Le nostre indagini hanno ricostruito l'andamento dei riflettori sismici d'interesse, primo fra tutti il Keuperl Marl, una formazione sedimentaria che affiora nel distretto. Essa è coperta da depositi superficiali del Quaternario, pertanto abbiamo convertito i dati estrapolati dal dominio delle frequenze in profondità. Maggiori spessori significano acquiferi più grandi in termini di produttività. Un sistema geotermico ha un'efficienza legata alla quantità d'acqua che può essere emunta dall'acquifero: va da se che avere un'idea degli spessori che caratterizzano i depositi fornisce un indicazione importante, tenendo in considerazione che i borehole sono sottoposti ad un monitoraggio termico e idrogeologico costante. Laddove però essi mancano occorre avere un'informazione scientifica speditiva sulla geologia in termini di stratigrafia e spessori.

Interaction between shallow and deep groundwater flow systems has been investigated in the Tivoli Plain aquifer system (Rome, Central Italy). During the last decade an intense activity in the travertine quarries in the Acque Albule Basin has caused a significant drop in the water table of the shallow travertine aquifer. As a consequence, subsidence and high instability risk are affecting buildings in this area constructed on top of Holocene sediments composed of mainly silty clay with high level of organic content, which are underlying by travertine deposits. A multi-isotope approach was used to have a better understanding of interactions between shallow and deep aquifers and to improve the knowledge of the hydrogeological conceptual model, which has implication for groundwater management in the Tivoli plain. Environmental isotopes are largely used for investigation of water origin, residence time and flowpaths (Kendall et al., 1998; Coplen et al., 1999). They are also useful for a better understanding of chemical reactions during water-rock interaction. A combined hydrogeologic and isotopic investigation using chemical and isotopic tracers such as SO4/Cl, δ18O, δ 2H, 87Sr/86Sr, δ34S, and δ13C was carried out in order to determine the sources of water recharge to the aquifer, the origin of solutes, and the mixing processes, in the Tivoli Plain, a Quaternary basin filled by travertines (Faccenna et al., 2008). The study area is located 30 km East of Rome. The recharge areas for the shallow groundwater in the travertine aquifer are supposed to be the carbonate ridges of Lucretili and Tiburtini mountains (Capelli et al., 2005: Petitta et al., 2010). The travertine aquifer also receives a contribution of mineralized fluids from a deep aquifer contained in the buried meso-cenozoic carbonates, which are separated from the shallow aquifer by low-permeability volcanic and clayed deposits. Representative samples of the water cycle in Tivoli Plain, which included springs, lakes, deep groundwater and water from the quarries were sampled for chemical and isotope analysis. Base-flow springs are generally saturated or oversaturated with respect to calcite, which explains the travertine formation (Minissale et al., 2002). A large number of samples including groundwater and surface water were collected in the Acque Albule Basin, while other samples come from the recharge area (S4, S5, S6, P6) (Fig. 3.2). S2 is a spring located out of the Basin, which is directly fed by a deep contribution from buried carbonate bedrock. Major ion chemistry data showed a groundwater stratification in the travertine aquifer, associated with mixing of the shallow groundwater with discharge mineralized fluids from the deep aquifer, partially enhanced by increasing pumping in the quarries. Results indicate that the hydrochemistry of groundwater in Tivoli Plain and adjacent recharge areas is characterized by a mixing among three end-members: A. groundwater of recharge area, B. groundwater of the shallow travertine aquifer (Acque Albule Basin), C. groundwater of deep carbonate aquifer. The end-members are represented by three different geochemical facies: Facies A: Ca – HCO3 type groundwater: TDS (0-0,8 g L-1); SO4 (0-250 mg L-1); DIC (0-7 mmol kg-1); EC (0-2 mS cm-1). Facies B: Ca – HCO3–SO4 type groundwater: TDS (0,8-2,4 g L-1); SO4 (250-800 mg L-1); DIC (7-16 mmol kg-1); EC (2-3,5 mS cm-1). Facies C: Ca-Mg – HCO3-SO4 type groundwater: TDS (2,4-3,6 g L-1); SO4 (800-1200 mg L-1); DIC (16-18 mmol kg-1); EC (3,5-4,5 mS cm-1). A multi-isotope approach (18O, 2H in water, 34S and 18O in sulphate, 13C in DIC and 87Sr/86Sr ratios) has been adopted in the study to obtain a better understanding of interactions between shallow and deep groundwater. The stable isotope data, collected in rain stations at different altitude and in groundwater, suggest the existence of different flowpaths and mixing of shallow groundwater associated with recharge in the Tivoli Plain. Based on seasonal changes in 18O and 2H, the recharge contribution coming from the carbonate ridges to deep groundwater has also been documented. The 13C data in DIC show a wide range in 13C values that varies between -12.3‰ and +8.6‰. The more depleted 13C values are considered representatives of the recharge area, where a input of soil CO2 occurs during rainfall infiltration mixing with DIC from dissolution of carbonates. Samples from Acque Albule Basin show values between +0.4‰ and +8.6‰, where an input of 13C enriched CO2 is associated with a deep contribution of hydrothermal fluids from the buried carbonate aquifer. The correlations in chapter 4 show two separated sources for DIC in the water samples, with some samples (P5, S6, C4) placed in intermediate position, justified by the influence by mixing processes. The 34S and 18O data in sulphate also highlight the existence of two different sources for dissolved sulphates: the groundwater collected in Acque Albule Basin have sulphates which can be associated to the Triassic evaporites of the deep aquifer; otherwise, sulphates of secondary origin from the shallow aquifer characterize samples collected in the recharge area. The positive values of 34S (> 10‰) may exclude sulphate reduction as main process in sulphate contribution, especially because it could not explain the high sulphate concentration of the B-C facies. A possible relationship between dissolved sulphates and the occurrence of H2S uprising fluids in the shallow aquifer can be discarded. Finally, the 87Sr/86Sr data with values ranging between 0,7076 and 0,7082 confirm that the contribution of dissolved solutes is associated with two sources: marine carbonates from the deep aquifer (groundwater influenced by deep flowpaths); continental and volcanic deposits in case of the shallow aquifer (groundwater having not interaction with deep flowpaths). An Inverse Model carried out with Phreeqc 2.16 by Parkhurst & Appelo (1999) has developed a theoretical geochemical evolution with water-rock interaction processes. According to an inverse mixing model, it is possible to conclude that both dissolution/precipitation and ion exchange processes are the key of geochemical evolution along groundwater flowpath, confirmed also by the calculated mixing between deep and shallow aquifers. The chemical and isotope tracers provided information for distinguishing different sources of dissolved salts and different groundwater circulation in the Tivoli Plain. The results of this study have improved the hydrogeological conceptual model, which can be summarized as follows: • the Ca-HCO3 groundwater type represents a flow system fed directly by meteoric water in carbonate ridges of Lucretili and Tiburtini mountains, surrounding the Tivoli Plain. The flow system is subdivided in a shallower one, that fills directly the travertine aquifer of the Acque Albule Basin, and in a deeper one, circulating in the buried carbonate bedrock; • the Ca-Mg–HCO3-SO4 groundwater type represents a deeper circulation having a contribution of high salinity fluids, uprising from the deep carbonate aquifer, probably related to the Colli Albani volcanic district. Mixing processes, which characterize the travertine shallow aquifer have been recognized in several water samples, especially inside the quarries area. In this area the mixing between the two components is widely enhanced by the recent occurrence of intense pumping activity (Prestininzi, 2008). The chemistry of samples in this area corresponds to a Ca–HCO3–SO4 groundwater type. Deep saline fluids rise and mix with recharge water in the shallow aquifer, evolving across dissolution/precipitation and ion exchange processes. The 18O, 2H and 87Sr/86Sr isotope values confirmed the meteoric origin of the groundwater and the different flowpaths influencing the hydrochemistry composition of groundwater in Tivoli Plain. The existence of two different sources of groundwater is supported by the results of 34S data in sulphates and 13C data in DIC. Both these two tracers support the existence of mixing in the shallow aquifer, showing intermediate values in the samples which are characterized by relative lower salinity.