ITPD20080359A1

ITPD20080359A1 - METHOD AND APPARATUS OF TOMOGRAPHIC DETECTION OF A RESISTIVITY DISTRIBUTION IN A MEANS.

Info

Publication number: ITPD20080359A1
Application number: IT000359A
Authority: IT
Inventors: Pietro Lucio Cosentino; Gianluca Fiandaca; Raffaele Martorana
Original assignee: Pietro Lucio Cosentino; Gianluca Fiandaca; Raffaele Martorana
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-03

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo di applicazione Field of application

La presente invenzione è applicabile al settore della prospezione tomografica di oggetti in un mezzo. The present invention is applicable to the field of tomographic prospecting of objects in a medium.

In particolare, la presente invenzione descrive un metodo ed un apparato per il rilevamento tomografico della distribuzione di resistività elettrica di un terreno o di un corpo per ricostruire la composizione interna e/o la stratigrafia degli stessi. In particular, the present invention describes a method and an apparatus for the tomographic detection of the electrical resistivity distribution of a ground or of a body to reconstruct the internal composition and / or the stratigraphy of the same.

Stato della tecnica State of the art

Nell'analisi geologica dei terreni, nonché nella ricerca archeologica di oggetti e nel loro studio, ha acquisito sempre più importanza, nel tempo, la tomografia elettrica di resistività. In the geological analysis of soils, as well as in the archaeological research of objects and in their study, electrical resistivity tomography has acquired more and more importance over time.

La prospezione elettrica infatti ha subito negli ultimi decenni molte innovazioni, in termini di miglioramenti applicativi e di elaborazione ed interpretazione dei dati, con il risultato di ottenere molti vantaggi, tra i quali un aumento significativo del potere risolutivo delle indagini ed un conseguente ampliamento dei campi di utilizzo. In fact, electrical prospecting has undergone many innovations in recent decades, in terms of application improvements and data processing and interpretation, with the result of obtaining many advantages, including a significant increase in the resolving power of investigations and a consequent expansion of the fields. of use.

Oggi, le tecniche di prospezione elettrica non sono più limitate, come nel passato, all'analisi delle variazioni della resistività in una sola direzione dello spazio, come ad esempio i sondaggi monodimensionali verticali o orizzontali, ma sono ormai in grado di restituire immagini tomografiche bidimensionali, o 2D, e tridimensionali, o 3D, della distribuzione di resistività nel mezzo indagato. Today, electrical prospecting techniques are no longer limited, as in the past, to the analysis of variations in resistivity in a single direction of space, such as one-dimensional vertical or horizontal probes, but are now able to return two-dimensional tomographic images. , or 2D, and three-dimensional, or 3D, of the resistivity distribution in the investigated medium.

L’evoluzione delle indagini è consistita sia nell’ampliamento della quantità di dati acquisiti, sia nel miglioramento della capacità di interpretazione, attraverso sistemi di calcolo numerico, delle misure di resistività eseguite. Così, dalle più classiche problematiche geologiche ed idrogeologiche, si è passati ad utilizzare i sondaggi tomografici elettrici anche nell’ambito archeologico, ambientale, ingegneristico e, negli ultimi anni, anche nel campo dei beni culturali e architettonici di pregio. The evolution of the investigations consisted both in the expansion of the amount of data acquired, and in the improvement of the ability to interpret, through numerical calculation systems, the resistivity measurements performed. Thus, from the more classic geological and hydrogeological problems, we have moved on to using electrical tomographic surveys also in the archaeological, environmental, engineering fields and, in recent years, also in the field of cultural and architectural heritage.

La prospezione tomografica ha come scopo quello di determinare la distribuzione di resistività nel mezzo in esame attraverso misure in superficie. La corrente elettrica fluisce nel mezzo attraverso due meccanismi: la conduzione elettronica (o metallica) e quella elettrolitica. La conduzione elettronica però è significativa soltanto quando sono presenti minerali conduttivi, mentre la conduzione elettrolitica invece è sempre presente, ma varia a seconda della tipologia del mezzo e, ovviamente, del suo contenuto d’acqua. Tomographic prospecting aims to determine the resistivity distribution in the medium under examination through surface measurements. Electric current flows in the medium through two mechanisms: electronic (or metallic) conduction and electrolytic conduction. Electronic conduction, however, is only significant when conductive minerals are present, while electrolytic conduction is always present, but varies according to the type of medium and, obviously, its water content.

La legge fondamentale che governa il passaggio di corrente nei materiali, sia nel caso di conduzione elettronica sia di conduzione elettrolitica, è la legge di Ohm, che descrive la relazione tra la densità di corrente e il campo elettrico applicato. Le moderne tecniche di interpretazione dei dati consentono di risalire dalle misure di resistenza sulla superficie alla distribuzione di resistività all’interno del mezzo indagato. In sostanza, l’incognita è proprio la distribuzione della resistività nel mezzo, mentre la variabili note sono la corrente immessa e il potenziale misurato sulla superficie di acquisizione e/o in pozzi di misura. The fundamental law that governs the passage of current in materials, both in the case of electronic conduction and electrolytic conduction, is Ohm's law, which describes the relationship between the current density and the applied electric field. Modern data interpretation techniques allow us to trace the resistance measurements on the surface to the distribution of resistivity within the investigated medium. Basically, the unknown is precisely the distribution of resistivity in the medium, while the known variables are the current introduced and the potential measured on the acquisition surface and / or in measuring wells.

Una tomografia elettrica di resistività consiste nell'effettuare una serie di misure di resistività al variare delle posizioni di quattro elettrodi di misura sulla superficie di acquisizione, al fine di determinare la distribuzione di resistività nel mezzo indagato. Con due elettrodi si immette corrente e con gli altri due si misura una differenza di potenziale. An electrical resistivity tomography consists in carrying out a series of resistivity measurements as the positions of four measuring electrodes on the acquisition surface vary, in order to determine the resistivity distribution in the investigated medium. With two electrodes current is introduced and with the other two a potential difference is measured.

Una singola misura di resistività non è sufficiente per la ricostruzione della distribuzione della resistività del mezzo indagato, perché dà solamente un’informazione “mediata” su tutto il volume in esame. È evidente, quindi, che la precisione della rilevazione tomografica aumenta con il numero di misure eseguite e, di conseguenza, con il numero di elettrodi utilizzati. A single measure of resistivity is not sufficient for the reconstruction of the resistivity distribution of the investigated medium, because it only gives "mediated" information on the entire volume under examination. It is therefore evident that the accuracy of the tomographic survey increases with the number of measurements performed and, consequently, with the number of electrodes used.

Esistono infiniti modi in cui può essere scelto un set di misure di resistività per effettuare un sondaggio ed esistono anche infiniti modi di distribuire quattro elettrodi sulla superficie di un mezzo in esame per l’acquisizione di una singola misura di resistività. There are infinite ways in which a set of resistivity measurements can be chosen to carry out a survey and there are also infinite ways of distributing four electrodes on the surface of a medium under test for the acquisition of a single resistivity measurement.

Nella prospezione elettrica monodimensionale, il modo seguito, classicamente, per costruire una sequenza di misure è stato quello di scegliere un particolare quadripolo, in termini di posizione relativa dei quattro elettrodi di misura, e di compiere tutte le misure del sondaggio con quadripoli simili, che differiscono solamente o nel punto medio della posizione dei quattro elettrodi (in questo caso di parla di sondaggio elettrico orizzontale perché si cercano le variazioni della resistività al variare della posizione orizzontale del quadripolo di misura) o nelle dimensioni del quadripolo, in termini di distanza tra gli elettrodi, mantenendo però fisso il centro del quadripolo (in questo caso si parla di sondaggio elettrico verticale perché aH’aumentare della dimensione del quadripolo si indagano volumi sempre più profondi). In one-dimensional electrical prospecting, the way followed, classically, to construct a sequence of measurements was to choose a particular quadripole, in terms of relative position of the four measuring electrodes, and to carry out all the measurements of the survey with similar quadripoles, which differ only either in the midpoint of the position of the four electrodes (in this case it is referred to as a horizontal electrical probe because the variations in resistivity are sought as the horizontal position of the measurement quadrupole varies) or in the dimensions of the quadrupole, in terms of distance between the electrodes, while keeping the center of the quadripole fixed (in this case we speak of vertical electrical probing because as the size of the quadripole increases, deeper and deeper volumes are investigated).

Un esempio in tal senso è descritto nel documento US 2006/0055418. Si osserva, che in questo documento gli elettrodi del quadripolo sono allineati tra loro. Per aumentare la precisione della misura è necessario disporre di una griglia comprendente numerosi elettrodi tramite i quali realizzare un alto numero di misure. An example of this is described in US 2006/0055418. It is noted that in this document the electrodes of the quadripole are aligned with each other. To increase the accuracy of the measurement, it is necessary to have a grid comprising numerous electrodes through which a large number of measurements can be made.

Nella tomografia elettrica 2D e 3D le sequenze utilizzate per effettuare le misure di resistività apparente sono normalmente la generalizzazione, per indagini tomografiche, delle misure effettuate per condurre le indagini monodimensionali classiche. La costruzione di una sequenza di misure, quindi, avviene scegliendo il tipo di quadripolo da utilizzare, in termini di disposizione relativa degli elettrodi di corrente e potenziale, e selezionando le misure in modo che i quadripoli rimangano dello stesso tipo, spostandosi lungo il profilo di acquisizione, o su tutta la superficie, in caso di indagini 3D, e variando con un fattore di scala la loro separazione. In 2D and 3D electrical tomography the sequences used to carry out the apparent resistivity measurements are normally the generalization, for tomographic investigations, of the measurements carried out to conduct classical one-dimensional investigations. The construction of a sequence of measurements, therefore, takes place by choosing the type of quadripole to be used, in terms of relative arrangement of the current and potential electrodes, and selecting the measurements so that the quadripoles remain of the same type, moving along the acquisition, or over the entire surface, in the case of 3D surveys, and varying their separation with a scale factor.

Classicamente viene definito “stendimento” il quadripolo fondamentale di una sequenza di misure, in termini di disposizione geometrica degli elettrodi di corrente e potenziale: una sequenza di misure viene quindi definita indicando la tipologia del quadripolo fondamentale, ossia lo stendimento, e il modo in cui il quadripolo fondamentale viene traslato o allargato sulla superficie di acquisizione. Più in generale, negli ultimi anni, vengono chiamati stendimenti anche procedure atte a costruire sequenze di misure non composte da quadripoli simili tra loro. Classically the fundamental quadrupole of a sequence of measurements is defined as "spreading", in terms of the geometric arrangement of the current and potential electrodes: a sequence of measurements is therefore defined by indicating the type of the fundamental quadrupole, that is the spreading, and the way in which the fundamental quadripole is translated or enlarged on the acquisition surface. More generally, in recent years, procedures aimed at constructing sequences of measurements not composed of similar quadripoles are also called spreading.

Nelle tomografie elettriche 2D si assume che la resistività nel mezzo indagato vari sia con la profondità, che lungo una direzione parallela alla superficie di acquisizione, mentre si ipotizza che sia costante lungo la terza dimensione dello spazio. In questo caso i set di misure di resistività vengono scelti facendo variare, per ogni stendimento utilizzabile, sia la posizione orizzontale del quadripolo, lungo la direzione parallela alla superficie di acquisizione in cui si ipotizza che vari la resistività nel mezzo indagato, sia la separazione tra gli elettrodi dei quadripoli, in modo da indagare anche sulle variazioni di resistività con la profondità. In 2D electrical tomographies it is assumed that the resistivity in the investigated medium varies both with depth and along a direction parallel to the acquisition surface, while it is assumed that it is constant along the third dimension of space. In this case, the sets of resistivity measurements are chosen by varying, for each usable string, both the horizontal position of the quadripole, along the direction parallel to the acquisition surface in which it is assumed that the resistivity in the investigated medium varies, and the separation between the electrodes of the quadripoles, in order to also investigate the variations of resistivity with depth.

Nel caso delle tomografie elettriche 3D, in cui si ricava la distribuzione di resistività nel mezzo indagato in tutte e tre le dimensioni dello spazio, le misure di resistività, invece di essere eseguite lungo un profilo, sono eseguite su tutta un’area della superficie di acquisizione, variando la posizione orizzontale dei quadripoli di misura nelle due direzioni parallele alla superficie, e aumentando la separazione tra gli elettrodi dei quadripoli per incrementare la profondità dell’indagine. In the case of 3D electrical tomographies, in which the resistivity distribution in the investigated medium is obtained in all three dimensions of the space, the resistivity measurements, instead of being performed along a profile, are performed on an entire area of the surface of acquisition, by varying the horizontal position of the measurement quadripoles in the two directions parallel to the surface, and increasing the separation between the quadripoles electrodes to increase the depth of the investigation.

Nella pianificazione di una indagine tomografica a più dimensioni, quindi, bisogna scegliere, come prima cosa, la profondità di indagine che si vuole raggiungere nel sondaggio. Se si considerano due quadripoli simili, che differiscono solamente per un fattore di scala nelle distanze tra gli elettrodi, le profondità ispezionabili dai due quadripoli saranno proporzionali tra loro secondo lo stesso fattore di scala. La lunghezza del profilo di acquisizione, nel caso di indagini 2D, o la dimensione lineare massima della griglia di acquisizione, nel caso di sondaggi tridimensionali, sono quindi le due grandezze che limitano la massima profondità d’indagine di una prospezione tomografica 2D o 3D. In planning a multi-dimensional tomographic survey, therefore, you must first choose the depth of investigation you want to reach in the survey. If two similar quadripoles are considered, which differ only by a scale factor in the distances between the electrodes, the depths that can be inspected by the two quadripoles will be proportional to each other according to the same scale factor. The length of the acquisition profile, in the case of 2D surveys, or the maximum linear dimension of the acquisition grid, in the case of three-dimensional surveys, are therefore the two quantities that limit the maximum depth of investigation of a 2D or 3D tomographic prospection.

Nella maggior parte dei sondaggi tomografici gli elettrodi di misura, lungo il profilo o la griglia di acquisizione, si dispongono equispaziati tra loro, in modo che, spostando i quadripoli di misura sulla superficie di acquisizione, la copertura del volume indagato sia uniforme: quindi, il modo per aumentare la risoluzione di un’indagine è quello di diminuire la distanza interelettrodica, ovvero di aumentare il numero di elettrodi. In questo modo, quindi, si determina la capacità del sondaggio di discriminare, a più piccola scala, quali siano i volumi che influenzano le misure. In most tomographic probes, the measurement electrodes, along the profile or the acquisition grid, are arranged equally spaced, so that, by moving the measurement quadripoles on the acquisition surface, the coverage of the investigated volume is uniform: therefore, the way to increase the resolution of a survey is to decrease the interelectrode distance, or to increase the number of electrodes. In this way, therefore, the ability of the survey to discriminate, on a smaller scale, is determined which volumes influence the measurements.

Si noti che la regolarità della ripetizione delle misure quadripolari è, in realtà, una caratteristica sufficiente ad assicurare, per motivi si simmetria, che la risoluzione spaziale di uno stendimento, cioè la capacità di restituire, una volta interpretate le misure, la corretta distribuzione della resistività nel mezzo indagato, sia regolare in tutto il volume in esame. Tuttavia, essa non è una condizione necessaria. Lo sviluppo e la diffusione delle tecniche di inversione 2D e 3D consente ormai di determinare, su modelli sintetici, il reale contenuto di informazione presente in un set di misure indipendentemente dalla regolarità. It should be noted that the regularity of the repetition of the quadripolar measures is, in reality, a sufficient characteristic to ensure, for reasons of symmetry, that the spatial resolution of a spreading, that is the ability to return, once the measures have been interpreted, the correct distribution of the resistivity in the investigated medium, is regular throughout the volume under examination. However, it is not a necessary condition. The development and diffusion of 2D and 3D inversion techniques now makes it possible to determine, on synthetic models, the real information content present in a set of measurements regardless of regularity.

È evidente quindi che per migliorare gli effetti di una prospezione tomografica sarebbe necessario aumentare il numero di elettrodi per consentire la scelta di quadripoli con distanza interelettrodica bassa. Ciò però costringe ad effettuare un numero elevato di misure con conseguente richiesta di una elevata quantità di tempo per eseguirle. It is therefore evident that to improve the effects of tomographic prospecting it would be necessary to increase the number of electrodes to allow the choice of quadripoles with low interelectrode distance. However, this forces to carry out a large number of measurements with a consequent request for a large amount of time to carry them out.

L’alto numero di elettrodi comporta anche problemi di invasività della prospezione tomografica. Infatti, uno dei maggiori limiti per l’applicabilità della tomografia elettrica su pavimentazioni, muri e altre strutture architettoniche di pregio è la difficoltà nell'immissione della corrente, che rende quasi sempre necessario l’inserimento degli elettrodi nel mezzo da indagare tramite piccole perforazioni. È ovvio che bucare il mezzo da indagare non è sempre possibile. The high number of electrodes also involves problems of invasiveness of tomographic prospecting. In fact, one of the major limitations for the applicability of electrical tomography on floors, walls and other valuable architectural structures is the difficulty in introducing the current, which almost always makes it necessary to insert the electrodes in the medium to be investigated through small perforations. It is obvious that piercing the vehicle to be investigated is not always possible.

Per le misure di potenziale, invece, non è necessario perforare il mezzo da indagare, perchè è possibile utilizzare elettrodi piatti o elettrodi da elettrocardiogramma, a patto però che lo strumento utilizzato abbia una resistenza interna molto alta rispetto alle resistenze di contatto. For potential measurements, however, it is not necessary to drill the medium to be investigated, because it is possible to use flat electrodes or electrocardiogram electrodes, provided however that the instrument used has a very high internal resistance compared to the contact resistances.

Per velocizzare l'acquisizione dei dati, risulta conveniente posizionare nella fase iniziale del sondaggio, sulla superficie del terreno, gli elettrodi necessari per eseguire tutte le misure programmate per l’acquisizione dei dati. Gli elettrodi poi vengono tutti collegati, attraverso dei cavi, alla strumentazione, in modo che, tra una misura e l’altra, sia necessario semplicemente cambiare i canali connessi al generatore di corrente e al misuratore di potenziale, attraverso degli switch. To speed up data acquisition, it is convenient to place the electrodes necessary to perform all the programmed measurements for data acquisition on the surface of the soil in the initial phase of the survey. The electrodes are then all connected, through cables, to the instrumentation, so that, between one measurement and another, it is simply necessary to change the channels connected to the current generator and to the potential meter, through switches.

In molte delle strumentazioni moderne, la selezione dei canali connessi per la misura quadripolare è automatizzata. In pratica, ogni elettrodo dello stendimento è collegato allo strumento, e può essere utilizzato sia per immettere corrente sia per misurare differenze di potenziale, a tutto vantaggio della velocità di acquisizione. In many of the modern instruments, the selection of the connected channels for four-pole measurement is automated. In practice, each electrode of the string is connected to the instrument, and can be used both to input current and to measure potential differences, to the advantage of the acquisition speed.

Inoltre si sono sviluppati nuovi tipi di stendimenti che possono sfruttare a fondo l’acquisizione multicanale dei dati, ossia la misura contemporanea di quadripoli con lo stesso dipolo di corrente, con la conseguente diminuzione dei tempi di acquisizione, come il nuovo stendimento 2D moving gradient (Dahlin T., Zhou B., 2004, “A numerical comparison of 2D resisti vity imaging with thè electrode arrays", Geophysical Prospecting; Dahlin T., Zhou B., 2006, “Multiplegradient array measurements for multichannel 2D resistivity imaging”, Near Surface Geophysics). Furthermore, new types of spreading have been developed that can fully exploit the multichannel data acquisition, i.e. the simultaneous measurement of quadripoles with the same current dipole, with the consequent reduction of acquisition times, such as the new 2D moving gradient spreading ( Dahlin T., Zhou B., 2004, "A numerical comparison of 2D resist vity imaging with the electrode arrays", Geophysical Prospecting; Dahlin T., Zhou B., 2006, "Multiplegradient array measurements for multichannel 2D resistivity imaging", Near Surface Geophysics).

Tuttavia, tutto ciò consente un miglioramento solo parziale della velocità di esecuzione della prospezione tomografica. Infatti, il vantaggio di acquisire per ogni immissione di corrente molte misure di potenziale si traduce in una diminuzione del tempo di acquisizione soltanto se si riduce significativamente il numero di immissioni di corrente distinte, perché è questo numero che limita inferiormente il tempo minimo di acquisizione delle misure: infatti, benché per ogni immissione di corrente le misure di potenziale possano essere acquisite contemporaneamente su diverse coppie di elettrodi, non è possibile effettuare simultaneamente misure quadripolari con elettrodi di corrente diversi. However, all this allows only a partial improvement in the speed of execution of tomographic prospecting. In fact, the advantage of acquiring many potential measurements for each input of current translates into a decrease in the acquisition time only if the number of distinct current inputs is significantly reduced, because it is this number that limits the minimum acquisition time of the measurements: in fact, although for each input of current the potential measurements can be acquired simultaneously on different pairs of electrodes, it is not possible to simultaneously carry out quadripolar measurements with different current electrodes.

A tal proposito sono note molte tecniche che mirano a diminuire il numero di elettrodi da utilizzare. Un esempio è costituito dal documento US 2008/0042653. In this regard, many techniques are known which aim to reduce the number of electrodes to be used. An example is US 2008/0042653.

Un ulteriore esempio è lo stendimento 3D griglia di resistività (Cosentino, P., Martorana R., Terranova L.M., 1999, “The resistivity grid to optimize tomographic 3D imaging", in Proceedings of thè V Meeting of thè Environmental and Engineering Geophysical Society (European SectionJ, Budapest; Cosentino, P., 2000, “Approaching electrical tomography”, Annali di Geofisica 43) che diminuisce significativamente i punti di iniezione della corrente nelle misure e, quindi, migliora il rapporto tra costi e benefici delle indagini tomografiche condotte su superfici di pregio o in situazioni di particolare vulnerabilità. A further example is the 3D resistivity grid spreading (Cosentino, P., Martorana R., Terranova L.M., 1999, "The resistivity grid to optimize tomographic 3D imaging", in Proceedings of the V Meeting of the Environmental and Engineering Geophysical Society ( European SectionJ, Budapest; Cosentino, P., 2000, "Approaching electrical tomography", Annali di Geofisica 43) which significantly decreases the injection points of the current in the measurements and, therefore, improves the relationship between costs and benefits of the tomographic investigations conducted on valuable surfaces or in particularly vulnerable situations.

Tale stendimento è una versione modificata del metodo del rettangolo AB (Kunetz, G., 1966, “Principles of direct current resistivity prospecting”, Gebruder Borntraeger). Rispetto a quest’ultimo, lo stendimento Resistivity Grid si differenzia per la disposizione degli elettrodi di corrente rispetto alla griglia di acquisizione dei potenziali: gli elettrodi di corrente, infatti, sono disposti lungo 4 direzioni che differiscono di 45° una dall’altra invece che lungo una sola direzione (come nel metodo del rettangolo AB), e a differente distanza dalla griglia stessa e non soltanto ad una distanza molto grande dalla griglia (che significa, nel metodo del rettangolo AB, avere una profondità d’indagine pressoché costante per tutti gli elettrodi di potenziale), per indagare il mezzo in esame, al variare della lunghezza del dipolo di corrente, da diverse angolazioni e a differenti profondità. I vantaggi di questo approccio rispetto aM’utilizzo degli stendimenti classici in prospezione tomografica 3D, quali ad esempio il Dipolo-Dipolo, sono una maggiore velocità di acquisizione delle misure e una bassa invasività dell’indagine in quanto gli elettrodi di corrente sono pochi rispetto agli elettrodi di potenziale. This spreading is a modified version of the AB rectangle method (Kunetz, G., 1966, “Principles of direct current resistivity prospecting”, Gebruder Borntraeger). Compared to the latter, the Resistivity Grid spreading differs in the arrangement of the current electrodes with respect to the potential acquisition grid: the current electrodes, in fact, are arranged along 4 directions that differ by 45 ° from each other instead of along a single direction (as in the rectangle AB method), and at a different distance from the grid itself and not only at a very large distance from the grid (which means, in the rectangle AB method, to have an almost constant depth of investigation for all potential electrodes), to investigate the medium under examination, as the length of the current dipole varies, from different angles and at different depths. The advantages of this approach compared to the use of classical spreading in 3D tomographic prospecting, such as for example the Dipole-Dipole, are a greater speed of acquisition of the measurements and a low invasiveness of the investigation as the current electrodes are few compared to the potential electrodes.

Nella pratica, lo stendimento in esame prevede che gli elettrodi di corrente siano esterni alla maglia di misura dei potenziali e, tra l'altro, distanti dalla maglia stessa. Tale scelta dipende dal modo in cui sono organizzate le misure di potenziale. Infatti, per ogni direzione del dipolo di corrente, i dipoli di potenziale sono scelti paralleli al dipolo stesso. In sostanza, affinché le differenze di potenziale siano misurate in una direzione parallela a quella delle linee di corrente, è necessario che gli elettrodi per l’energizzazione siano distanti dalla griglia di potenziale. Se invece il dipolo di corrente avesse dimensioni comparabili alle dimensioni lineari della maglia di misura dei potenziali, le linee di campo nel mezzo indagato, al di sotto della maglia, non sarebbero più parallele alla direzione del dipolo stesso, ma assumerebbero la tipica forma delle linee di campo di un dipolo elettrico. Lo stesso accadrebbe se uno o entrambi gli elettrodi di corrente appartenessero alla griglia di elettrodi utilizzati per le misure di potenziale. In practice, the spreading in question provides that the current electrodes are external to the potential measurement mesh and, among other things, distant from the mesh itself. This choice depends on the way in which the potential measurements are organized. In fact, for each direction of the current dipole, the potential dipoles are chosen parallel to the dipole itself. Basically, in order for the potential differences to be measured in a direction parallel to that of the current lines, it is necessary that the electrodes for energizing are distant from the potential grid. If, on the other hand, the current dipole had dimensions comparable to the linear dimensions of the potential measurement grid, the field lines in the investigated medium, below the grid, would no longer be parallel to the direction of the dipole itself, but would assume the typical shape of the lines. field of an electric dipole. The same would happen if one or both of the current electrodes belonged to the electrode grid used for potential measurements.

D'altro canto, ciò ha come conseguenza che lo stendimento Resistivity Grid presenta dei limiti in termini di risoluzione verticale ed effetti al contorno del modello interpretativo. Infatti, dall'inversione di dati, si è evidenziato che la risoluzione verticale dello stendimento è minore di quella dei migliori stendimenti classici utilizzati in prospezione tomografica 3D soprattutto a basse profondità. È infatti noto che la risoluzione negli strati meno profondi del mezzo in esame è ottenibile proprio utilizzando dipoli di corrente di piccola dimensione. Inoltre, una porzione del mezzo indagato, in particolare quella compresa tra gli elettrodi di corrente e la maglia di misura dei potenziali, non risulta ricoperta dagli elettrodi di potenziale, fatto questo che introduce incognite nel processo di inversione senza che sia presente nei dati l'informazione per risolverle. On the other hand, this has the consequence that the Resistivity Grid spreading presents limits in terms of vertical resolution and boundary effects of the interpretative model. In fact, from the data inversion, it has been shown that the vertical resolution of the spreading is lower than that of the best classical spreading used in 3D tomographic prospecting, especially at low depths. It is in fact known that the resolution in the shallower layers of the medium under examination is obtainable precisely by using small-sized current dipoles. Furthermore, a portion of the investigated medium, in particular the one between the current electrodes and the potential measurement mesh, is not covered by the potential electrodes, a fact that introduces unknowns in the inversion process without the data being present in the information to solve them.

Presentazione dell’invenzione Presentation of the invention

Uno scopo generale della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti sopra lamentati mettendo a disposizione un nuovo metodo di rilevamento tomografico la cui risoluzione verticale e orizzontale sia almeno confrontabile con i metodi classici e che consenta la completa prospezione del mezzo senza perdita di risoluzione in alcune porzioni del volume indagato. A general purpose of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks by providing a new tomographic survey method whose vertical and horizontal resolution is at least comparable with the classical methods and which allows the complete prospecting of the medium without loss of resolution in some portions of the volume investigated.

Uno scopo particolare neH'ambito dello scopo generale sopra accennato è quello di realizzare un metodo di rilevamento tomografico che consenta di aumentare significativamente la velocità di prospezione. A particular object within the scope of the general aim mentioned above is to provide a tomographic survey method which allows to significantly increase the prospecting speed.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di diminuire l’invasività dell’indagine pur mantenendo una risoluzione spaziale ottima e del tutto confrontabile con quella dei migliori stendimenti noti. A further purpose of the invention is to reduce the invasiveness of the survey while maintaining an excellent spatial resolution and completely comparable with that of the best known spreads.

Questi scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un metodo di rilevamento tomografico di una distribuzione di resistività in un mezzo, sia esso un corpo o un terreno, in accordo con la rivendicazione principale. These aims, as well as others which will appear more clearly in the following, are achieved by a tomographic detection method of a resistivity distribution in a medium, be it a body or a ground, in accordance with the main claim.

In particolare, il metodo comprende le seguenti fasi: In particular, the method includes the following steps:

- predisposizione su almeno una porzione della superficie di detto mezzo di una griglia di elettrodi in posizioni spazialmente differenziate; - providing on at least a portion of the surface of said means of a grid of electrodes in spatially differentiated positions;

- selezione da detta griglia di almeno una prima coppia di elettrodi destinati ad essere operativamente collegati con almeno un generatore elettrico; - selection from said grid of at least a first pair of electrodes intended to be operatively connected to at least one electric generator;

- selezione da detta griglia di una pluralità di secondi elettrodi destinati ad essere collegati con almeno un misuratore di potenziale elettrico; - selection from said grid of a plurality of second electrodes intended to be connected with at least one electric potential meter;

- immissione attraverso detta almeno una prima coppia di elettrodi di una corrente elettrica di intensità predeterminata suscettibile di generare un campo elettrico in detto mezzo; - introduction through said at least one first pair of electrodes of an electric current of predetermined intensity capable of generating an electric field in said medium;

- misurazione dei potenziali elettrici in corrispondenza di detti secondi elettrodi per effetto dell'immissione di detta corrente elettrica per ricavare differenze di potenziale tra coppie a scelta di detti secondi elettrodi; - measurement of the electric potentials in correspondence of said second electrodes by effect of the introduction of said electric current to derive potential differences between selected pairs of said second electrodes;

- calcolo della distribuzione di resistività mediante dette differenze di potenziale e detta corrente elettrica immessa in modo da ottenere una mappatura tomografica di detto mezzo, - calculation of the resistivity distribution by means of said potential differences and said electric current introduced so as to obtain a tomographic mapping of said medium,

dette coppie di secondi elettrodi essendo selezionate in modo che la loro posizione spaziale individui una direzione almeno prossima a quella media individuata dalle linee del campo elettrico generato da detta almeno una prima coppia di elettrodi durante detta immissione di corrente. said pairs of second electrodes being selected so that their spatial position identifies a direction at least close to the average one identified by the lines of the electric field generated by said at least one first pair of electrodes during said input of current.

Si evidenzia quindi da subito che un aspetto importante del metodo dell'invenzione risiede nella scelta delle coppie di elettrodi tra cui ricavare la differenza di potenziale in modo che essi individuino una direzione il più possibile prossima alle linee di campo elettrico generato dall'immissione di corrente. Ciò consente di rilevare le differenze di potenziale nei punti più adatti e più corretti, ossia lungo direzioni il più possibile perpendicolari alle linee equipotenziali migliorando la precisione della misura. It is therefore immediately evident that an important aspect of the method of the invention lies in the choice of the pairs of electrodes among which to derive the potential difference so that they identify a direction as close as possible to the electric field lines generated by the input of current. . This makes it possible to detect potential differences in the most suitable and correct points, ie along directions as perpendicular as possible to the equipotential lines, improving the accuracy of the measurement.

In sostanza si possono disporre gli elettrodi di corrente vicini e interni alla griglia di misura, pur mantenendo il principio alla base dello stendimento Resistivity Grid di disporre gli elettrodi sulle linee di corrente. Basically, the current electrodes can be arranged close to and inside the measurement grid, while maintaining the principle underlying the Resistivity Grid spreading of arranging the electrodes on the current lines.

Se ne deduce che il metodo proposto consegue tutti i vantaggi dello stendimento Resistivity Grid superandone, nel contempo, le limitazioni. It can be deduced that the proposed method achieves all the advantages of the Resistivity Grid spreading while overcoming its limitations.

Opportunamente, i potenziali elettrici in corrispondenza dei secondi elettrodi sono misurati scegliendo come riferimento un unico elettrodo comune. In tal caso le differenze di potenziale tra le coppie di secondi elettrodi sono calcolate sottraendo al potenziale di uno dei secondi elettrodi della coppia il potenziale dell'altro. Così facendo è possibile ricavare a posteriori, ossia dopo le misure, le differenze di potenziale desiderate. Conveniently, the electric potentials at the second electrodes are measured by choosing a single common electrode as a reference. In this case, the potential differences between the pairs of second electrodes are calculated by subtracting the potential of the other from the potential of one of the second electrodes of the pair. By doing this, it is possible to derive the desired potential differences a posteriori, ie after the measurements.

Tuttavia, è possibile anche effettuare le misure di potenziale direttamente tra coppie di elettrodi in modo che la misura corrisponda alla differenza di potenziale voluta. Ciò però necessita di una fase preliminare di studio della direzione delle linee di corrente nel mezzo indagato, anche al variare dei punti di immissione di corrente. However, it is also possible to carry out potential measurements directly between pairs of electrodes so that the measurement corresponds to the desired potential difference. However, this requires a preliminary phase of study of the direction of the current lines in the investigated medium, even when the current input points vary.

Preferibilmente la fase di immissione di corrente elettrica tramite la prima coppia di elettrodi è realizzata facendo scorrere la corrente tra gli elettrodi prima in un verso e poi nel verso opposto, o applicando una corrente alternata a bassa frequenza, al fine di eliminare i potenziali spontanei, ossia quelli presenti tra gli elettrodi indipendentemente dal passaggio della corrente. Preferably the step of introducing electric current through the first pair of electrodes is carried out by making the current flow between the electrodes first in one direction and then in the opposite direction, or by applying an alternating current at low frequency, in order to eliminate spontaneous potentials, that is, those present between the electrodes regardless of the passage of current.

L’invenzione riguarda altresì, un apparato di rilevamento tomografico di una distribuzione di resistività in un mezzo, particolarmente un corpo o un terreno, comprendente una griglia di elettrodi predisposti in posizioni spazialmente differenziate su almeno una porzione della superficie di detto mezzo e tra cui selezionare almeno una prima coppia di elettrodi da collegare operativamente con almeno un generatore di corrente elettrica per l'immissione di detta corrente in detto mezzo, e una pluralità di secondi elettrodi da collegare operativamente con almeno un misuratore di potenziale elettrico per ricavare differenze di potenziale tra coppie a scelta di detti secondi elettrodi provocate dalla resistività di detto mezzo al passaggio di detta corrente elettrica immessa tramite detta almeno una prima coppia di elettrodi. Tale apparato si caratterizza per il fatto che dette coppie di secondi elettrodi sono disposte in modo che esse individuino una direzione almeno prossima alla direzione media individuata dalle linee del campo elettrico generato da detta almeno una prima coppia di elettrodi durante detta immissione di corrente. The invention also relates to a tomographic detection apparatus of a resistivity distribution in a medium, particularly a body or a ground, comprising a grid of electrodes arranged in spatially differentiated positions on at least a portion of the surface of said medium and from which to select at least a first pair of electrodes to be operably connected with at least one electric current generator for injecting said current into said medium, and a plurality of second electrodes to be operatively connected with at least one electric potential meter to derive potential differences between pairs at the choice of said second electrodes caused by the resistivity of said means to the passage of said electric current introduced through said at least one first pair of electrodes. This apparatus is characterized in that said pairs of second electrodes are arranged in such a way that they identify a direction at least close to the average direction identified by the lines of the electric field generated by said at least one first pair of electrodes during said input of current.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del metodo e dell’apparato di prospezione tomografica dell’invenzione, illustrati a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become more evident in the light of the detailed description of some preferred but not exclusive embodiments of the method and of the tomographic prospecting apparatus of the invention, illustrated by way of non-limiting example with the aid of the joined drawing tables in which:

la FIG. 1 rappresenta uno schema a blocchi del metodo dell’invenzione; FIG. 1 represents a block diagram of the method of the invention;

la FIG. 2 rappresenta un esempio di applicazione del metodo dell'invenzione; FIG. 2 represents an example of application of the method of the invention;

la FIG. 3 rappresenta schematicamente l’apparato secondo l’invenzione. FIG. 3 schematically represents the apparatus according to the invention.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita Con riferimento allo schema a blocchi di fig. 1 , è illustrato un metodo di rilevamento tomografico di una distribuzione di resistività in un mezzo, in particolare un corpo o un terreno. Detailed description of a preferred embodiment example With reference to the block diagram of fig. 1, a tomographic detection method of a resistivity distribution in a medium, in particular a body or a ground, is illustrated.

Tale metodo comprende una prima fase di predisposizione, su almeno una porzione della superficie del mezzo su cui effettuare la prospezione tomografica, di una griglia di elettrodi in posizioni spazialmente differenziate. This method comprises a first step of preparing, on at least a portion of the surface of the medium on which to carry out the tomographic prospecting, of a grid of electrodes in spatially differentiated positions.

Successivamente vi è la selezione, tra gli elettrodi della griglia, di almeno una prima coppia di elettrodi destinati ad essere operativamente collegati con almeno un generatore elettrico. Generalmente sono necessarie diverse coppie di elettrodi di corrente. Subsequently there is the selection, among the electrodes of the grid, of at least a first pair of electrodes intended to be operatively connected with at least one electric generator. Generally, several pairs of current electrodes are required.

Nell'ottica di diminuire il numero di prime coppie di elettrodi, ossia il numero di dipoli di corrente, per diminuire l’invasività della prospezione e la complessità di misurazione, la scelta delle prime coppie di elettrodi può essere fatta, ad esempio, selezionando dipoli di corrente di pari lunghezza e adiacenti, ossia in modo che a due a due condividano un elettrodo (realizzazione di due dipoli elettrici con tre elettrodi). In order to reduce the number of first pairs of electrodes, i.e. the number of current dipoles, to decrease the invasiveness of the prospecting and the complexity of measurement, the choice of the first pairs of electrodes can be made, for example, by selecting dipoles of current of equal length and adjacent, ie so that two by two share an electrode (realization of two electric dipoles with three electrodes).

Ciò consente la diminuzione del numero di elettrodi utilizzati per l'immissione della corrente. Infatti se per ogni immissione di corrente sono necessari due elettrodi, condividendo un elettrodo per due dipoli di corrente distinti è possibile ridurre il numero complessivo di elettrodi utilizzati per l'immissione della corrente stessa. Questa caratteristica è molto importante per poter utilizzare in modo meno invasivo la tomografia elettrica per esempio neH'ambito dei beni culturali e/o architettonici di pregio. This allows the number of electrodes used for injecting current to be reduced. In fact, if two electrodes are required for each input of current, by sharing an electrode for two distinct current dipoles it is possible to reduce the total number of electrodes used for the input of the current itself. This feature is very important in order to be able to use electrical tomography in a less invasive way, for example in the field of cultural and / or valuable architectural heritage.

La fase successiva del metodo dell’invenzione prevede la selezione nella griglia di una pluralità di secondi elettrodi destinati ad essere collegati con almeno un misuratore di potenziale elettrico. Tali secondi elettrodi sono quindi gli elettrodi di potenziale. The next step of the method of the invention provides for the selection in the grid of a plurality of second electrodes intended to be connected with at least one electric potential meter. These second electrodes are therefore the potential electrodes.

A questo punto il campo di misura è pronto e si può quindi procedere con la fase di immissione, attraverso una delle prime coppie di elettrodi, di una corrente elettrica di intensità predeterminata suscettibile di generare un campo elettrico nel mezzo. A seguito di tale immissione si effettua la misurazione dei potenziali elettrici in corrispondenza dei secondi elettrodi al fine di ricavare differenze di potenziale tra coppie a scelta di tali secondi elettrodi. At this point the measuring range is ready and it is therefore possible to proceed with the step of introducing, through one of the first pairs of electrodes, an electric current of predetermined intensity capable of generating an electric field in the medium. Following this entry, the electrical potentials are measured at the second electrodes in order to derive potential differences between selected pairs of said second electrodes.

Secondo l’invenzione, queste coppie di secondi elettrodi sono selezionate in modo che la loro posizione spaziale individui una direzione almeno prossima a quella media individuata dalle linee del campo elettrico generato dalla prima coppia di elettrodi durante l'immissione di corrente. According to the invention, these pairs of second electrodes are selected so that their spatial position identifies a direction at least close to the average one identified by the lines of the electric field generated by the first pair of electrodes during the input of current.

L'operazione di immissione di corrente e successiva misurazione dei potenziali viene ripetuta per tutte le prime coppie di elettrodi individuate. Per ciascuna di esse le coppie di secondi elettrodi saranno ovviamente scelte in modo che esse individuino una direzione prossima alle linee di campo elettrico. The operation of introducing current and subsequent measurement of the potentials is repeated for all the first pairs of electrodes identified. For each of them the pairs of second electrodes will obviously be chosen so that they identify a direction close to the electric field lines.

Infine si procede col calcolo della distribuzione di resistività mediante le differenze di potenziale ricavate e la corrente elettrica immessa in modo da ottenere una mappatura tomografica della resistività del mezzo. Finally, we proceed with the calculation of the resistivity distribution by means of the potential differences obtained and the electric current introduced in order to obtain a tomographic mapping of the resistivity of the medium.

Con l’aiuto di fig. 2 è possibile comprendere a fondo l’aspetto più rilevante dell’invenzione. In tale figura si osserva che, una volta scelta una prima coppia di elettrodi 1 , la scelta delle coppie 2 di secondi elettrodi 3 tra cui ricavare la differenza di potenziale viene eseguita in modo che ciascuna di tali coppie 2 di secondi elettrodi 3 individui una direzione il più possibile prossima alle linee di campo elettrico generato dall'immissione di corrente. Ciò consente, come detto, di conseguire tutti i vantaggi dello stendimento Resistivity Grid precedentemente descritto superandone, nel contempo, le limitazioni. With the help of fig. 2 it is possible to fully understand the most relevant aspect of the invention. In this figure it is observed that, once a first pair of electrodes 1 has been selected, the choice of the pairs 2 of second electrodes 3 among which to derive the potential difference is carried out in such a way that each of these pairs 2 of second electrodes 3 identifies a direction as close as possible to the electric field lines generated by the input of current. This allows, as mentioned, to achieve all the advantages of the Resistivity Grid spreading previously described, overcoming, at the same time, its limitations.

Si noti che in fig. 2 sono indicate solo alcune coppie di secondi elettrodi e solo alcuni secondi elettrodi tra quelli effettivamente presenti per consentire la leggibilità della figura stessa. Note that in fig. 2 indicates only a few pairs of second electrodes and only a few second electrodes among those actually present to allow the figure itself to be readable.

Poiché non sempre è possibile selezionare coppie 2 di secondi elettrodi 3 che individuino una direzione coincidente con la direzione media delle linee di campo elettrico, un aspetto importante dell’invenzione è che tale direzione individuata si discosti dalla direzione delle linee del campo elettrico di un valore non superiore a 45°. Since it is not always possible to select pairs 2 of second electrodes 3 which identify a direction coinciding with the average direction of the electric field lines, an important aspect of the invention is that this identified direction deviates from the direction of the electric field lines by a value not exceeding 45 °.

Dall’analisi della geometria dei campi elettrici generati da un dipolo di corrente si ricava che disponendo gli elettrodi di potenziale lungo le linee del campo, almeno il 10% delle coppie 2 di secondi elettrodi 3 hanno una direzione diversa da quella delle corrispondenti prime coppie di elettrodi 1. From the analysis of the geometry of the electric fields generated by a current dipole it can be deduced that by arranging the potential electrodes along the field lines, at least 10% of the pairs 2 of second electrodes 3 have a different direction from that of the corresponding first pairs of electrodes 1.

Ciò significa che con il metodo di rilevamento tomografico proposto si ottiene una risoluzione verticale e orizzontale almeno confrontabile con i metodi classici e che comunque consente la completa prospezione del mezzo senza perdita di risoluzione in alcune porzioni del volume indagato, se almeno il 10% delle coppie 2 di secondi elettrodi 3 hanno una direzione diversa da quella delle corrispondenti prime coppie di elettrodi 1 e, ovviamente, tale direzione coincide sostanzialmente con la direzione delle linee di campo elettrico. This means that with the proposed tomographic survey method, a vertical and horizontal resolution at least comparable with the classical methods is obtained and that in any case allows the complete prospecting of the medium without loss of resolution in some portions of the investigated volume, if at least 10% of the pairs 2 of second electrodes 3 have a different direction from that of the corresponding first pairs of electrodes 1 and, obviously, this direction substantially coincides with the direction of the electric field lines.

È evidente che diviene rilevante anche l'individuazione delle linee del campo di corrente generato con l'immissione di corrente tramite la prima coppia di elettrodi 1. Ciò avviene generalmente calcolando la direzione media che avrebbe il campo elettrico nelle posizioni dei secondi elettrodi 3, a parità di posizione della prima coppia di elettrodi 1 e di geometria del mezzo, se il mezzo presenta, almeno come stima, una distribuzione di resistività omogenea e isotropa. It is evident that the identification of the lines of the current field generated by the input of current through the first pair of electrodes 1 also becomes relevant. This generally occurs by calculating the average direction that the electric field would have in the positions of the second electrodes 3, a equal position of the first pair of electrodes 1 and geometry of the medium, if the medium has, at least as an estimate, a homogeneous and isotropic resistivity distribution.

In caso contrario è possibile procedere per misurazione del campo elettrico. Otherwise it is possible to proceed to measure the electric field.

Si noti che la velocità di esecuzione delle misure è migliorata poiché si sono posizionati, nella fase iniziale del sondaggio, gli elettrodi necessari per eseguire tutte le misure programmate per l’acquisizione dei dati. Gli elettrodi possono essere tutti collegati, attraverso dei cavi, alla strumentazione in modo che, tra una misura e l’altra, sia necessario semplicemente cambiare i canali connessi al generatore di corrente e al misuratore di potenziale, quando richiesto, attraverso degli switch. In alternativa, le misure di potenziale possono essere effettuate tutte contemporaneamente con l'utilizzo di un misuratore di potenziale per ogni misura da effettuare o con l'uso di un multiplexer. L’automazione di tale operazione è una ovvia conseguenza. Note that the speed of execution of the measurements has improved because, in the initial phase of the survey, the electrodes necessary to perform all the measurements programmed for data acquisition have been positioned. The electrodes can all be connected, through cables, to the instrumentation so that, between one measurement and another, it is simply necessary to change the channels connected to the current generator and to the potential meter, when required, through switches. Alternatively, the potential measurements can be carried out all simultaneously with the use of a potential meter for each measurement to be made or with the use of a multiplexer. The automation of this operation is an obvious consequence.

Secondo un aspetto dell’invenzione, i potenziali elettrici in corrispondenza dei secondi elettrodi 3 sono misurati scegliendo come riferimento un unico elettrodo comune. In tal caso le differenze di potenziale tra coppie 2 di secondi elettrodi 3 sono calcolate sottraendo al potenziale di uno dei secondi elettrodi 3 della coppia 2 il potenziale dell’altro. Ciò consente, come anticipato, di demandare ad una fase successiva la scelta dei secondi elettrodi 3 più opportuni per formare le coppie 2 di elettrodi di potenziale. Tale scelta risulta particolarmente vantaggiosa nel caso l’individuazione delle linee di campo elettrico sia eseguita mediante misurazione del campo stesso. According to an aspect of the invention, the electric potentials at the second electrodes 3 are measured by choosing a single common electrode as a reference. In this case the potential differences between pairs 2 of second electrodes 3 are calculated by subtracting the potential of the other from the potential of one of the second electrodes 3 of the pair 2. This allows, as anticipated, to defer to a subsequent step the choice of the second most suitable electrodes 3 for forming the pairs 2 of potential electrodes. This choice is particularly advantageous if the identification of the electric field lines is performed by measuring the field itself.

È tuttavia possibile, secondo una differente forma di esecuzione, realizzare le misure di potenziale direttamente tra le coppie 2 di secondi elettrodi 3, ricavando immediatamente, quindi, le differenze di potenziale desiderate. Tuttavia, così facendo è preferibile un’analisi a priori più approfondita per scegliere correttamente le coppie di secondi elettrodi. However, according to a different embodiment, it is possible to carry out the potential measurements directly between the pairs 2 of second electrodes 3, thus immediately obtaining the desired potential differences. However, in doing so, a more in-depth a priori analysis is preferable to correctly choose the pairs of second electrodes.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, il numero di secondi elettrodi 3 selezionati deve essere almeno pari a un decimo del numero complessivo di elettrodi presenti nella griglia. Ciò consente di ottenere una prospezione tomografica più veloce nel caso in cui l’acquisizione dei quadripoli che condividono il dipolo di corrente sia fatta contemporaneamente. According to another aspect of the invention, the number of second electrodes 3 selected must be at least equal to one tenth of the total number of electrodes present in the grid. This allows for faster tomographic prospecting in the event that the acquisition of the quadripoles that share the current dipole is done simultaneously.

Un ulteriore aumento della precisione della prospezione si ottiene, come anticipato, se nella fase di immissione di corrente elettrica attraverso le prime coppie di elettrodi 1 si procede facendo scorrere la corrente tra gli elettrodi prima in un verso e poi nel verso opposto, per eliminare i potenziali spontanei, ossia quelli presenti tra gli elettrodi indipendentemente dal passaggio della corrente. A further increase in the precision of the prospecting is obtained, as anticipated, if in the phase of injecting electric current through the first pairs of electrodes 1, one proceeds by making the current flow between the electrodes first in one direction and then in the opposite direction, to eliminate the spontaneous potentials, i.e. those present between the electrodes regardless of the passage of current.

Oggetto del brevetto non è solamente il metodo fin qui descritto, ma anche, come anticipato, un apparato di rilevamento tomografico di una distribuzione di resistività in un mezzo che implementi il suddetto metodo dell’invenzione. The subject of the patent is not only the method described so far, but also, as anticipated, a tomographic detection apparatus of a resistivity distribution in a medium that implements the aforementioned method of the invention.

In fig. 3 si osserva che un tale apparato 10 comprende una griglia di elettrodi 11 predisposti in posizioni spazialmente differenziate su almeno una porzione della superficie 12 del mezzo e tra cui selezionare almeno una prima coppia di elettrodi 1 da collegare operativamente con almeno un generatore di corrente elettrica 13 per l’immissione della corrente nel mezzo, e una pluralità di secondi elettrodi 3 da collegare operativamente con almeno un misuratore di potenziale elettrico 14 per ricavare differenze di potenziale tra coppie a scelta dei secondi elettrodi 3 provocate dalla resistività del mezzo al passaggio della corrente elettrica immessa. In fig. 3 it is observed that such an apparatus 10 comprises a grid of electrodes 11 arranged in spatially differentiated positions on at least a portion of the surface 12 of the medium and among which to select at least a first pair of electrodes 1 to be connected operatively with at least one electric current generator 13 for injecting the current into the medium, and a plurality of second electrodes 3 to be operationally connected with at least one electric potential meter 14 to obtain potential differences between chosen pairs of the second electrodes 3 caused by the resistivity of the medium to the passage of the electric current entered.

È anche prevedibile che lo stesso apparato comprenda almeno un'unità di controllo e calcolo 15 adatta a comandare l'immissione di corrente elettrica dalla prima coppia di elettrodi 1 e ricevere le misure dei potenziali elettrici in corrispondenza dei secondi elettrodi 3 per calcolare la distribuzione di resistività nel mezzo. It is also foreseeable that the same apparatus comprises at least a control and calculation unit 15 suitable for controlling the input of electric current from the first pair of electrodes 1 and receiving the measurements of the electric potentials at the second electrodes 3 to calculate the distribution of resistivity in the middle.

Ovviamente, l'invenzione risiede nel fatto che le coppie di secondi elettrodi 3 sono disposte in modo che esse individuino una direzione almeno prossima alla direzione media individuata dalle linee del campo elettrico generato dalla prima coppia di elettrodi 1 durante l’immissione di corrente. Obviously, the invention resides in the fact that the pairs of second electrodes 3 are arranged so that they identify a direction at least close to the average direction identified by the lines of the electric field generated by the first pair of electrodes 1 during the input of current.

Una descrizione più approfondita dell’apparato non è necessaria essendo totalmente anticipata da quanto detto durante la descrizione del metodo e viene quindi omessa. A more detailed description of the apparatus is not necessary as it is fully anticipated by what was said during the description of the method and is therefore omitted.

Alla luce di quanto precede, si comprende che il metodo descritto per il rilevamento tomografico di una distribuzione di resistività in un mezzo, con l’apparato che lo implementa, raggiunge gli scopi prefissati e, in particolare, supera gli inconvenienti dell’arte nota raggiungendo un risoluzione verticale e orizzontale almeno confrontabile con i metodi classici. In the light of the foregoing, it is understood that the described method for the tomographic detection of a resistivity distribution in a medium, with the apparatus that implements it, achieves the intended purposes and, in particular, overcomes the drawbacks of the prior art by achieving a vertical and horizontal resolution at least comparable with classical methods.

A ben vedere, il metodo proposto consente di aumentare la velocità di prospezione e di diminuire l’invasività dell'indagine. On closer inspection, the proposed method allows to increase the speed of prospecting and to decrease the invasiveness of the survey.

Senza dubbio, è anche raggiunto lo scopo di migliorare l’invasività dell'indagine pur mantenendo una risoluzione spaziale ottima e del tutto confrontabile con quella dei migliori stendimenti noti. Undoubtedly, the aim of improving the invasiveness of the investigation has also been achieved while maintaining an excellent spatial resolution that is completely comparable with that of the best known spreads.

Il metodo di rilevamento tomografico secondo il trovato e l'apparato che lo implementa è senz’altro suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri tecnicamente equivalenti senza uscire daH'ambito del trovato. The tomographic detection method according to the invention and the apparatus that implements it is certainly susceptible to numerous modifications and variations, all of which are within the inventive concept expressed in the attached claims. All the details can be replaced by other technically equivalent ones without departing from the scope of the invention.

Anche se il metodo e l'apparato sono stati descritti con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione aH'ambito di tutela rivendicato. Even if the method and the apparatus have been described with particular reference to the attached figures, the reference numbers used in the description and in the claims are used to improve the intelligence of the invention and do not constitute any limitation to the claimed scope of protection.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Method for the tomographic detection of a resistivity distribution in a medium, in particular in a body or a ground, comprising the following steps: - provision on at least a portion of the surface (12) of said means of a grid of electrodes (11) in spatially differentiated positions; - selection from said grid (11) of at least a first pair of electrodes (1) intended to be operatively connected with at least one electric generator (13); - selection from said grid (11) of a plurality of second electrodes (3) intended to be connected with at least one electric potential meter (14); - introduction through said at least one first pair of electrodes (1) of an electric current of predetermined intensity capable of generating an electric field in said medium; - measurement of the electric potentials in correspondence with said second electrodes (3) by effect of the introduction of said electric current in order to derive potential differences between pairs (2) at the choice of said second electrodes (3); - calculation of the resistivity distribution by means of said potential differences and said electric current introduced so as to obtain a tomographic mapping of said medium, said pairs (2) of second electrodes (3) being selected so that their spatial position identifies a direction at least close to the average one identified by the lines of the electric field generated by said at least one first pair of electrodes (1) during said input of current.

2. Method according to claim 1 characterized in that said electric potentials in correspondence with said second electrodes (3) are measured by choosing a single common electrode as a reference.

3. Method according to claim 2 characterized in that said potential differences between said pairs (2) of second electrodes (3) are calculated as the difference between the potential of one of said second electrodes (3) of said pair (2) and of the other of said second electrodes (3) of the same pair (2).

4. Method according to claim 1 characterized in that said potential measurements through said second electrodes are carried out by choosing as a reference the other electrode of said pairs of second electrodes to directly derive said potential differences.

Method according to any one of the preceding claims characterized in that said direction identified by said pairs (2) of second electrodes (3) departs from said average direction identified by the lines of the electric field generated by said at least one first pair of electrodes ( 1) during said injection of current of a value not exceeding 45 °.

6. Method according to any one of the preceding claims characterized in that said lines of the electric field generated by said at least one first pair of electrodes (1) during said current input are obtained by calculating the average direction that the electric field would have in the positions of said second electrodes (3), with the same position of said first pair of electrodes (1) and geometry of said medium, if said medium had a homogeneous and isotropic resistivity distribution.

Method according to any one of claims 1 to 5 characterized in that said lines of the electric field generated by said at least one first pair of electrodes (1) during said current input are obtained by measuring said electric field.

8. Method according to any one of the preceding claims characterized in that the number of said second electrodes (3) is at least equal to one tenth of the total number of said electrodes present in said grid (11).

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least 10% of said pairs (2) of second electrodes (3) have a different direction from that of the corresponding said first pairs of electrodes (1).

10. Apparatus for the tomographic detection of a resistivity distribution in a medium, particularly in a body or a ground, comprising a grid of electrodes (11) arranged in spatially differentiated positions on at least a portion of the surface of said medium in which at least one first pair of electrodes (1) of said grid is operatively connected with at least one electric current generator (13) for introducing said current into said medium, and in which a plurality of second electrodes (3) is operatively connected with at least an electric potential meter (14) for obtaining potential differences between pairs (2) at choice of said second electrodes (3) determined by the resistivity of said means to the passage of said electric current introduced through said at least one first pair of electrodes (1 ), characterized in that said pairs (2) of second electrodes (3) are arranged in such a way as to identify a direction at least close to the direction mean identified by the lines of the electric field generated by said at least one first pair of electrodes (1) during said current input.