Petrophysical analysis of CROP-18 crustal seismic data

Southern Tuscany is characterised by an extensional regime, crustal thinning and magmatic intrusions. Important geothermal reservoirs and anomalous pore fluids are associated with an intricate geological setting (DECANDIA et alii, 1998; LIOTTA et alii, 1998). The area was investigated by applying integrated methodologies to deep crustal seismic reflection data: amplitude versus offset inversion, and theoretical approaches to model overpressure conditions. The seismic transect CROP-18, split into two lines (18-A and 18-B), has imaged the exceptionally high reflectivity of some markers within the metamorphic crystalline basement units and of the medium-lower crust in this region. Joint analysis of the available data enabled us to distinguish between the lithological reflectors and the reflections caused by a predominant fluids, such as overpressure conditions. We detected the presence of vertical conduits, responsible for magmatic intrusions rising from the crust-mantle transition to the near-surface layers, as well as overpressured reservoirs. Theoretical models are used to quantify the effect of overpressure in terms of porosity increase, and the consequent density decrease in two areas where the main marker characterizing the geothermal fields, the K-horizon, becomes shallow.

Nella Toscana meridionale è presente un campo geotermico as- sociato a fluidi all'interno dei pori in un regime di pressione anoma- lo. In questo studio, ci occupiamo della linea sismica CROP 18 (ac- quisita nell'ambito del progetto CROP=CROsta Profonda). Le analisi della variazione dell'ampiezza del segnale sismico, in funzione dell'offset, (denominata AVO) sono usualmente utilizzate per estrarre informazioni indirette sulle proprietà elastiche delle roc- ce. Per eseguire le analisi AVO, abbiamo utilizzato il pacchetto com- merciale GeoDepth© (Paradigm Geophysical), che considera la linea- rizzazione delle equazioni di Zoeppritz, secondo l'approccio di Aki e Richards. Le equazioni sono linearizzate rispetto alla riflettività per le variazioni della velocità delle onde P (principalmente legate alle ampiezze del segnale a piccoli offset), alla riflettività per le variazio- ni delle velocità delle onde S (soprattutto legate agli offset medi) e alla riflettività per la variazione della densità (legata ai grandi off- set). Il prodotto finale dell'analisi AVO consiste in due sezioni nel do- minio del tempo, cioè le riflettività delle onde P e S. Confrontando le due sezioni, si possono individuare le principali strutture geologiche e la presenza di fluido. I dati d'ingresso dell'analisi d'ampiezza sono: (i) i dati sismici, elaborati in modo da preservare l'ampiezza; (ii) la geometria d'acqui- sizione, utilizzata per applicare le correzioni di direttività della sor- gente e ricevitori; (iii) il modello di velocità; e (iv) la relazione tra ve- locità e densità per vincolare l'inversione AVO a grandi offset. A questo scopo, abbiamo utilizzato la relazione di Gardner, la cui velocità sembra confermata dai dati di pozzo disponibili nell'area esami- nata. Confrontando le sezioni di riflettività risultanti è possibile indi- viduare le aree interessate alla presenza di fluido e, in particolare, zone in condizione di pressione anomala. Per interpretare i risultati dell'inversione AVO, è stato utilizzato un approccio teorico per modellare le velocità sismiche e le curve AVO teoriche in funzione della pressione di poro. I risultati indicano che la diminuzione della densità, causata dall'aumento della porosità per effetto della sovrappressione, può giustificare in parte le anoma- lie gravimetriche negative osservate nell'area. In conclusione, le analisi eseguite sui dati sismici hanno eviden- ziato zone lungo le linee sismiche dove è probabile la presenza di fluido in condizioni anomale e zone con la presenza di bassa rifletti- vità che possono essere prodotte da risalite di materiali magmatici dalla crosta inferiore fino alla superficie.