Littérature scientifique sur le sujet « Risorse geotermiche »

Questo documento presenta le Linee Guida per la gestione sostenibile delle venute d’acqua e del calore geotermico nelle gallerie, elaborate dal Gruppo di Lavoro GESTAG (GEstione SosTenibile delle Acque nelle Gallerie), istituito il 20/06/2012 dal Comitato Italiano dell’Associazione Internazionale degli Idrogeologi. Il documento affronta e descrive obiettivi, metodi e casi di studio, ciascuno dei quali richiede di adottare misure tecniche di vario tipo, illustrate nei capitoli seguenti, come studi idrogeologici, modelli predittivi degli impatti, soluzioni tecnologiche di contenimento del drenaggio e di captazione, recupero e valorizzazione delle risorse intercettate, monitoraggi. Sono affrontati anche i così detti temi non tecnici, come la comunicazione, poiché è ormai noto che l’accettabilità sociale di una galleria influenza direttamente la sua sostenibilità economica e finanziaria, per gli effetti che può avere sui tempi di realizzazione e sui costi delle compensazioni. Sulla base delle diverse esperienze dei componenti del Gruppo di Lavoro GESTAG, si è optato per una suddivisione in 11 temi principali, in particolare, in ciascuno dei capitoli successivi a quello introduttivo vengono trattati rispettivamente: Capitolo 2: l’importanza del ritorno di esperienza proveniente da gallerie già scavate, le banche dati disponibili e i criteri di analisi dei dati pregressi; Capitolo 3: come realizzare lo studio idrogeologico di una galleria, la relazione con il modello geologico, le metodiche da adottare nelle differenti fasi del progetto, che sono state distinte in ante-operam, in corso d’opera e post-operam; Capitolo 4: il tema degli impatti che il drenaggio in galleria può avere sull’ambiente circostante, le analisi che devono essere svolte e gli strumenti da adottare per la gestione del rischio, infine gli interventi per la mitigazione degli impatti; Capitoli 5 e 6: le metodiche di progettazione per la valorizzazione rispettivamente delle acque drenate in galleria e del calore; Capitolo 7: i prodotti chimici che vengono utilizzati in fase di scavo per il sostegno e il miglioramento del terreno, e la loro compatibilità con l’utilizzo delle acque drenate; Capitolo 8: i criteri di monitoraggio delle acque in un progetto di galleria; Capitolo 9: la comunicazione, il rapporto con i territori e l’analisi di casi pregressi, nonché una guida sulle buone pratiche da adottare; Capitolo 10: una panoramica sulla normativa europea ed italiana in tema di valutazione di impatto ambientale, monitoraggio e scarichi delle acque drenate; Capitolo 11: la bibliografia ragionata inerente l’argomento trattato, che include pubblicazioni tecnico scientifiche, normative di riferimento e risorse web.

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

2006/2007
L’attività di ricerca svolta in questi tre anni di dottorato ha coperto vari campi d’interesse nell’ambito della geologia e della geofisica con l’acquisizione, elaborazione ed interpretazione di dati sismici a riflessione ad alta risoluzione e l’applicazione alle ricostruzioni stratigrafiche per studi idrogeologici. I dati preesistenti da cui si è partiti sono state la “Mappa del Tetto dei Carbonati” e la “Mappa delle Isobate del Quaternario”, presentate all’interno del quaderno “Carta del Sottosuolo della Pianura Friulana” e realizzate dal DICA nel 2004 (Nicolich et al., 2004). Esso contiene anche cinque sezioni geologiche, derivate dall’interpretazione e conversione in profondità di linee sismiche, che attraversano la Pianura Friulana e Veneta orientale, e le stratigrafie dei pozzi per ricerche di idrocarburi presenti nel territorio. Queste mappe sono state riviste e corrette attraverso una serie di nuovo dati acquisiti nel corso di questi tre anni. Il primo passo è stato l’acquisizione di 8 km di linee sismiche a riflessione ad alta risoluzione, distribuite nei territori dei comuni di Aquileia (una linea lunga 4 km) e Grado (tre linee, per un totale di 4 km). Le linee sismiche hanno permesso di vedere in dettaglio la struttura del sottosuolo nell’area in studio. Le linee acquisite a Grado, inoltre, sono servite per posizionare il pozzo Grado-1. Con gli stessi criteri usati per l’interpretazione di queste linee sismiche è stata rivista la linea sismica ad alta risoluzione realizzata precedentemente dal DICA nel settore occidentale, nel territorio del comune di Precenicco. Successivamente sono state interpretate le linee sismiche a riflessione ad alta e altissima risoluzione, acquisite dall’OGS nel Golfo di Trieste e nelle Lagune di Marano e Grado. Tutti questi dati, una volta convertiti in profondità, hanno fornito le informazioni necessarie per l’estensione in mare delle due mappe prima citate. Lo scopo di questo lavoro è stato la definizione delle risorse geotermiche nel sottosuolo della Bassa Pianura Friulana. Per raggiungere questo obiettivo sono stati raccolti ed analizzati i dati da pozzo per ricerche idriche più affidabili presenti nella Bassa Pianura Friulana. In particolare sono state correlate le stratigrafie di 142 pozzi e, mediante l’utilizzo di un opportuno software commerciale (Rockworks), sono state identificati e definiti i sistemi di acquiferi di interesse geotermico esistenti nel sottosuolo, anche grazie all’ausilio di analisi geochimiche ed isotopiche effettuate dal gruppo di lavoro in pozzi scelti per un monitoraggio su lunghi tempi. La sequenza degli acquiferi è stata anche riportata sulle linee sismiche ad alta risoluzione acquisite a terra con il riconoscimento degli orizzonti riflettivi corrispondenti. Il risultato è stato illustrato con sezioni stratigrafiche 2D e successivi modelli interpretativi che mostrano estensione e spessori degli acquiferi, mappati in profondità con i corrispondenti valori di temperatura delle acque. Un lavoro analogo a quello svolto per i profili a terra e a mare nella Bassa Pianura e nel Golfo di Trieste, ovvero interpretazione e conversione in profondità dei dati, è stato eseguito per altre linee sismiche, acquisite preminentemente nell’Alta Pianura Friulana alla fine degli anni ’70 dall’Agip, concesse dalla stessa per tempi di riflessione fino a 1,5 s TWT, e ri-processate dall’OGS, su incarico della RAFVG, per recuperare dati più prossimi alla superficie con obiettivo applicazioni idrogeologiche. Le linee, interpretate sulla base delle conoscenze geologiche attuali e convertite in profondità, oltre a fornire le informazioni necessarie per il controllo e una migliore definizione delle Isobate del Tetto dei Carbonati e delle Isopache del Quaternario, mettono in evidenza le strutture geologiche del sottosuolo della pianura friulana, identificando la catena dinarica sepolta e le deformazioni sud-alpine. Le immagini chiariscono anche l’evoluzione delle strutturazioni tettoniche e delle sequenze deposizionali, con delimitazione dei riempimenti con i Flysch dinarici, con le sequenze mioceniche legate all’avanzamento delle unità sud-alpine, a partire dalla formazione indicata come Gruppo della Cavanella. Più in superficie è stata esaminata l’evoluzione delle sequenze plio-quaternarie con una migliore precisazione delle formazioni che costituiscono la base dei depositi dql Quaternario: substrato occupato dai carbonati mesozoici, dal Flysch eocenico, dalle molasse del Miocene e infine l’estensione del bacino di deposizione delle sequenze plioceniche.
XX Ciclo
1979

In this PhD work, a sector of the “collisional” complex of Sicily was investigated performing geochemical and isotopic measurements of waters and natural gases along a NE-SW transect running from Peloritani Mts. to Sciacca Plain in order to: i) increase the knowledge on the origin of these fluids (thermal waters, gas vents and mud volcanoes); ii) define the origin and evolution of the emerging fluids based on major, minor and trace elements, dissolved and free gas contents, δ13C–CO2 and 3He/4He isotopic signatures; iii) understand the relationship between fluids and geological-tectonic setting of the study area and iv) propose conceptual models targeting the circulation paths and the main water-gas-rock interaction processes.

RIASSUNTO Il Distretto Vulcanico Vicano-Cimino (DVVC) è connesso all'attività magmatica post-orogenica che ha interessato il settore peri-tirrenico dell’Italia centrale. La composizione chimica ed isotopica di 333 acque e 25 emissioni gassose indica la presenza di due tipologie di fluidi: 1) acque fredde a chimismo bicarbonatico circolanti a deboli profondità entro formazioni vulcaniche e depositi sedimentari e 2) acque termali a composizione solfato‐bicarbonato‐calcica e ricche in gas (CO2) circolanti entro rocce carbonatiche‐evaporitiche, e separate dagli acquiferi superficiali da formazioni a bassa permeabilità. La fase gassosa, dominata dalla CO2, è comunemente associata alle acque termali emergenti nel DVVC. Essa può, tuttavia, entrare in contatto con gli acquiferi superficiali e, dissolvendo in essi, originare sorgenti a basso pH (acque acetose e bubbling pools) oppure manifestarsi in superficie direttamente dal suolo. L’emergenza di acque termali e gas in superficie si ha preferenzialmente in corrispondenza di elementi fragili (fratture e faglie), i quali forniscono le vie preferenziali per la risalita veloce dei fluidi di origine profonda verso la superficie. Viceversa le acque fredde risultano prive di apporti profondi e non mostrano alcuna relazione con l’assetto strutturale dell’area. Le acque ospitate negli acquiferi superficiali ed in quello profondo sono di origine meteorica e vanno a costituire due tipologie di circolazione: una più superficiale costituita da acque freatiche e di scorrimento, una più profonda dove le acque meteoriche si infiltrano nelle formazioni permeabili in affioramento per fratturazione e vanno ad alimentare il serbatoio idrotermale. Gli isotopi stabili dell’acqua sembrano suggerire una ricarica degli acquiferi di tipo locale, posta approssimativamente a 700‐800 m s.l.m. L'anidride carbonica è prodotta principalmente da reazioni termo-metamorfiche di decarbonatazione entro le porzioni più profonde e più calde dell’acquifero profondo (δ13C-CO2 tra -3.1 e -2.2‰ vs. VPDB) con un contributo minore da degassamento mantellico. I valori relativamente bassi del rapporto R/Ra (0.27-1.19) indicano che l’elio è principalmente derivante da una sorgente crostale con un contributo secondario di risalita dal mantello. Coerentemente, valori relativamente elevati dei rapporti N2/Ar e N2/3He e valori positivi di δ15N-N2 (da 0.91 a 5,7‰ vs AIR) caratterizzano i gas del DVVC, suggerendo la presenza di un significativo “eccesso” di azoto rispetto alla componente atmosferica. Reazioni di riduzione della CO2, in presenza di H2, che avvengono all’interno del serbatoio idrotermale a temperature >200°C, sembrano essere alla base della produzione di metano. I valori di δ34S-H2S (da 9.3 a 11.4‰ vs. VCDT) sono consistenti con l'ipotesi di una origine di H2S da riduzione termochimica delle anidriti Triassiche. Gli equilibri chimici relativi ai sistemi H2O‐H2‐H2S‐Ar e C3H6‐ C3H8 suggeriscono che le specie gassose raggiungono l’equilibrio chimico in un sistema acqua‐dominante a temperature inferiori rispetto a quella massima misurata in pozzo (218°C) ed a condizioni redox controllate dalle interazioni teoriche tra il fluido idrotermale ed un assemblaggio minerale locale. Le temperature relativamente elevate all’interno del serbatoio producono il rilascio di una fase gassosa che si separa dalla fase liquida e che, durante la risalita verso la superficie, è interessata da processi secondari (ri‐equilibrio a bassa temperatura, condensazione di vapore acqueo, dissoluzione entro acquiferi superficiali, attività microbica) che causano perdita di vapore acqueo (per condensazione) e notevoli cambiamenti nelle concentrazioni delle specie sensibili a variazioni della temperatura e delle condizioni redox (H2, CH4, CO2, CO e H2S). Il DVVC può essere considerato favorevolmente in termini di sfruttamento delle risorse geotermiche, sia per usi diretti che per la produzione di energia elettrica tramite sistemi a ciclo binario. In particolare, attraverso l’indagine geochimica si è tentato di fornire gli strumenti necessari per una stima delle potenzialità nei diversi settori dell’area di studio, degli utilizzi più idonei della risorsa e per una attenta valutazione del possibile impatto che i fluidi geotermali possono avere sulle infrastrutture (pozzi, impianti) e sull’ambiente. ABSTRACT The Vicano–Cimino Volcanic District (VCVD) is related to the post-orogenic magmatic activity of the peri- Tyrrhenian sector of Central Italy. The chemical and isotopic compositions of 333 water discharges and 25 gas emissions indicate the occurrence of two main sources: 1) cold Ca-HCO3 to Ca(Na, K)-HCO3 type waters from relatively shallow aquifers hosted in volcanic and sedimentary formations; and 2) thermal Ca-SO4(HCO3) type waters located in a deep CO2-pressurized reservoir, hosted in carbonate–evaporite rocks and separated from the shallow aquifers by thick sequences of low-permeability formations. Carbon dioxide is mainly produced by thermal metamorphic decarbonation within the deepest and hottest parts of the carbonate–evaporite reservoir (δ13C–CO2 from−3.1 to+2.2‰vs. VPDB), likely affected by a mantle-rooted CO2. ReleaseofCO2-rich gases from the deep aquifer into the overlying shallow aquifers produces high-CO2 springs and bubbling pools. The spatial distribution of thermal waters and CO2-rich cold discharges is strongly controlled by fractures and faults located in correspondencewith buried structural highs. Stable isotopes (δD and δ18O) suggest thatmeteoric water feeds both the shallowand deep reservoirs. The relatively lowR/Ra values (0.27–1.19) indicate that He ismainly deriving from a crustal source, with minor component from the mantle affected by crustal contamination related to the subduction of the Adriatic plate. Consistently, relatively high N2/Ar and N2/3He ratios and positive δ15N–N2 values (from0.91 to 5.7‰vs. air) characterize the VCVD gas discharges, suggesting the occurrence of a significant “excess” nitrogen. Isotopic compositions of CH4 (δ13C–CH4 and δD–CH4 values from−28.9 to−22.1‰vs. VPDB and from −176 to −138‰ vs. VSMOW, respectively), and composition of light alkanes are indicative of prevalent thermogenic CH4, although the occurrence of abiogenic CH4 production cannot be excluded. The δ34S–H2S values (from+9.3 to+11.4‰vs. VCDT) are consistentwith the hypothesis of H2S production fromthermogenic reduction of Triassic anhydrites. Gas geothermometry in the H2O–H2–Ar–H2S system suggests that the VCVD gases equilibrated in a liquid phase at redox conditions controlled by interactions of fluids with the local mineral assemblage at temperatures lower (b200 °C) than that andmeasured in deep (N2000 m) geothermalwells. This confirms that secondary processes, i.e. steam condensation, gas dissolution in shallow aquifers, re-equilibration at lower temperature, and microbial activity, significantly affect the chemistry of the uprising fluids. Thermal water chemistry supports the occurrence in this area of an anomalous heat flowthat, coupledwith the recent demographic growth, makes this site suitable for direct and indirect exploitation of the geothermal resource, in agreement with the preliminary surveys carried out in the 1970's–1990's for geothermal exploration purposes.