Imaging of CROP-18 deep seismic crustal data

The re-processing and tomographic inversion of seismic reflec- tion data acquired in southern Tuscany gave an accurate geometric model of the crustal structures in the region of the world-famous geothermal fields of Larderello and Monte Amiata. Accurate velocity analysis and the tomographic velocity model, computed down to 8 km depth, defined a complex geological structure with large hori- zontal and vertical structural and petrophysical variations. High- amplitude reflectors at intermediate crustal levels, brighter than the previously recognised K-horizon, the principal marker of the investi- gated area according to the literature, are clearly imaged on either side of the two main crustal domes, corresponding to the Larderello and Monte Amiata geothermal fields. Pre-stack depth migration was used to determine, iteratively, the deepest velocity model and to improve the seismic imaging of the structures.

La Toscana meridionale è un'area d'estrema importanza per lo sfruttamento dell'energia geotermica. Per meglio comprendere le strutture crostali e le loro relazioni con il campo geotermico presen- te nell'area, è stato acquisito il transetto sismico CROP 18 all'interno del progetto CROsta Profonda (CROP). Si tratta di due linee (18-A e 18-B), con una lunghezza di circa 48 e 75 km, rispettivamente. Il la- voro qui presentato può essere riassunto nei seguenti passi: (i) elabo- razione delle linee sismiche per ottenere sezioni stack e migrazioni pre-stack in tempo, (ii) inversione tomografica degli eventi riflessi per ottenere modelli di velocità, (iii) migrazioni pre-stack in profon- dità per migliorare l'immagine sismica. Lo scopo dell'elaborazione dei dati è quello d'incrementare il rapporto segnale/rumore e di con- servare le ampiezze reali delle riflessioni, per mantenerne le caratte- ristiche. Le inversioni tomografiche e le migrazioni pre-stack in profondità sono state applicate per ottenere informazioni sulle esatte geometrie delle principali strutture. La prima fase dell'elaborazione dei dati è stata caratterizzata dalla correzione della perdita d'ampiezza causata dalla divergenza sferica. Una correzione addizionale, il bilanciamento d'ampiezza se- condo la procedura surface consistent, è stata indispensabile per compensare sia la differenza causata dall'accoppiamento dei geofoni con il terreno sia il diverso contributo in energia d'ogni scoppio. Dopo questi passi, è stata applicata una deconvoluzione surface con- sistent, le correzioni normal moveout e quelle statiche. Un filtro trim- med dip è stato applicato prima dell'analisi di velocità per rimuovere il ground roll. Controlli sugli spettri d'ampiezza hanno assicurato che le procedure scelte non alteravano in modo rilevante le ampiezze spettrali del segnale sismico. Dopo l'applicazione del normal mo- veout, per migliorare il rapporto segnale/rumore, è stata utilizzata una deconvoluzione F-X. Infine, sono state calcolate le correzionistatiche residue usando la procedura surface consistent e sono state prodotte le sezioni stack finali. L'inversione tomografica dei dati crostali profondi presenta di- verse difficoltà, specialmente per il picking degli eventi. I dati sismici crostali, infatti, sono generalmente caratterizzati da basso rapporto segnale/rumore, da una geometria d'acquisizione non regolare e da bassa copertura. Per aiutare l'operatore che deve effettuare il picking nel dominio pre-stack, abbiamo interpretato le sezioni stack ottenen- do un modello iniziale attraverso una conversione in profondità de- gli orizzonti interpretati con le velocità di stack. Il picking di questi orizzonti, e il suo raffinamento in modo iterativo (confronto fra arri- vi osservati e calcolati sulla base degli orizzonti interpretati), ci ha permesso di ottenere un campo di velocità accurato per i primi 8 km della crosta. I modelli evidenziano alte velocità negli strati superfi- ciali e forti variazioni laterali che sono attribuite alla complessità geologica dell'area. L'affidabilità dei modelli di velocità è stata testa- ta effettuando la migrazione pre-stack in profondità. L'uso iterativo della migrazione ha inoltre permesso di determinare un modello in- dicativo anche per la parte profonda della crosta. I risultati finali forniscono le immagini della geometria delle strutture geologiche fino ad una profondità di 22-24 km. In conclusione, dall'elaborazione accurata dei dati e da applica- zioni di tecniche tomografiche e di migrazione, è possibile ottenere immagini utili per migliorare le conoscenze dell'area investigata.