La modellazione 3D

Lo sviluppo tecnologico di sofware adatti alla rappresentazione in 3D della geologia del sottosuolo (spessori delle formazioni geologiche, faglie, pieghe...) ha consentito alla comunità geologica di poter disporre di nuovi strumenti di rappresentazione e di comunicazione delle proprie interpretazioni del sottosuolo.

La creazione di un modello in 3 dimensioni parte dalla carta geologica di superficie, dalle indagini geognostiche (sondaggi, linee sismiche, prove CPT...) realizzate in un territorio per conoscere ciò che si trova nel sottosuolo. I geologi da sempre hanno rappresentano l'andamento della geologia in tre dimensioni attraverso la costruzione di sezioni geologiche, che assieme alle indagini geognostiche consentono la ricostruzione delle superifici e dei volumi di ciò che si trova sotto di noi. Un grande lavoro di interpretazione è sempre alla base di un buon modello 3D che, pur essendo oggi realizzato da software dedicati, necessita della validazione dalla conoscenza del geologo. L'avvento nell'ultimo decennio di sofware che, a partire dai dati di input, modellano e creano delle rappresentazioni del sottosuolo, ha fornito un nuovo strumento di comunicazione e di rappresentazione più veloce e spettacolare di ciò che sta sotto di noi. Il modello generato dal computer va comunque sempre corretto ed interpretato nel modo giusto.

Progetto europeo Geomol: nuova rappresentazione della geologia di sottosuolo

In Emilia-Romagna la rappresentazione del sottosuolo della pianura padana tramite software di modellistica 3D è stata avviata grazie alla collaborazione europea che prende l'avvio dal progetto Geomol (programma Alpine space, cooperazione territoriale 2007-2013).

Il Servizio geologico regionale, in collaborazione con gli altri partners italiani (la regione Lombardia e ISPRA) ha potuto interpretare e modellare il sottosuolo dell'area pilota italiana "Brescia-Mantova-Mirandola" grazie ai dati forniti da ENI-AGIP (linee sismiche e pozzi) ai quali si sono aggiunti i dati catalogati nella banca dati geognostica regionale.

Per la visualizzazione del modello 3D delle aree di studio del progetto, ubicate in Germania, Austria, Svizzera e Italia è stato sviluppato un software per la visualizzazione, che consente la visione in 2D e in 3D anche dell'area pilota italiana.

Il modello geologico di sottosuolo creato è comune a tutti i paesi partecipanti al progetto, allo scopo di creare dei modelli confrontabili tra loro ed interoperabili.

Per l'area Brescia-Mantova-Mirandola della pianura padana, sono state realizzate a partire dal modello 3D le seguenti mappe:

• mappe delle isobate relative a 15 orizzonti
• mappe della stima delle temperature alle varie profondità e del potenziale geotermico,
• mappa delle isoterme, le mappe del potenziale geotermico temperature-orizzonti,
• mappe delle faglie attive e delle sorgenti sismogenetiche

La consultazione delle mappe è possibile tramite il Geomol Map Viewer.

Il progetto pone la basi per un nuovo approccio nello studio del sottosuolo, condiviso a livello europeo con altri paesi che stanno affrontando le medesime tematiche, importante per la pianificazione nell'uso delle risorse naturali (acqua, idrocarburi, geotermia) e dei rischi geologici (terremoti, subsidenza, ingressione marina).

Applicazione di un modello 3D nell'area costiera dell'Emilia-Romagna

I risultati ottenuti da diversi studi sperimentali, alcuni dei quali ancora in corso, mostrano che l'approccio modellistico nello studio della geologia della costa emiliano-romagnola fornisce importanti informazioni e solide basi per gli studi applicativi che possono riguardare la dinamica sedimentaria litorale, la gestione dei rischi costieri, l’idrogeologia e la geotecnica.

La modellazione geologica ha consentito un'ottima integrazione di dati disomogenei, un maggiore controllo e dettaglio nella ricostruzione del sottosuolo e ha favorito la correlazione stratigrafica terra-mare. Gli esiti dell'elaborazione di dati numerici all'interno del modello geologico sono stati incoraggianti e aprono nuove possibilità per la produzione di cartografia tematica e tecnica.

L’esperienza maturata negli ultimi vent’anni e la continua implementazione delle banche dati ha permesso la creazione di modelli geologici tridimensionali dettagliati che rappresentano l’assetto stratigrafico-sedimentologico della successione quaternaria della fascia costiera della Regione Emilia-Romagna, precedentemente poco investigata e sommariamente descritta.

La modellazione si fonda su una conoscenza approfondita della geologia del territorio sviluppata attraverso progetti di cartografia geologica e tematica e alla disponibilità di sistemi informativi dove sono raccolti numerosi dati di sottosuolo come indagini geognostiche, geotecniche e geofisiche nonché modelli digitali del terreno ad altissima risoluzione.

L’analisi di questo ricco set di dati è stata realizzata grazie a un software di modellazione 3D che consente l’integrazione di tutti i dati e che ha fortemente migliorato la ricostruzione latero-verticale delle superfici e delle unità geologiche. Il software utilizzato permette oltre ad una riproduzione veritiera della stratigrafia, la creazione dei volumi dei corpi geologici utilizzabili per elaborazioni specifiche e l'interpolazione di valori numerici all'interno dei confini dei volumi del modello geologico stesso.

• Video: Modello geologico 3D del delta del Po di Volano
  esempio di modellazione di un'area costiera realizzata con Leapfrog

Casi di studio

Gli studi condotti interessano la successione del Pleistocene-Olocene e riguardano temi geologici diversificati sebbene tutti abbiano alla base una dettagliata ricostruzione dell'architettura stratigrafica.

Nel settore del delta padano sono stati approfonditi gli aspetti che riguardano la correlazione tra dati di terra (sondaggi CPTU) e dati a mare (carotaggi e profili sismici sotto-costa) (Correggiari et al.). E' stato quindi possibile ricostruire l'architettura dei diversi lobi deltizi padani a cavallo tra terra e mare ed evidenziarne le caratteristiche sedimentologiche attraverso l'analisi della facies litologiche e sismiche.

In questo settore inoltre è stata sperimentata, con ottimi risultati, le potenzialità dell'interpolazione dei dati numerici, elaborando, nel caso particolare, la distribuzione tridimensionale dei valori del Soil Behavior Type derivato dalle prove penetrometriche (Robertson, 2004).

Lungo il litorale è stata realizzata anche la mappatura dell'acquifero freatico costiero e grazie alla modellazione è stato possibile apprezzarne le geometrie tridimensionali e le variazioni litologiche interne. Nell'area di Lido di Classe sono stati elaborati i dati piezometrici e i valori della conducibilità elettrica disponibili (Bonzi et al.) ed è stata ricostruita la distribuzione delle acque dolci e salate e l'andamento dell'interfaccia, informazioni utili per il monitoraggio della contaminazione salina dell'acquifero (ingressione cuneo salino).

Nell'ambito del progetto di ricarica artificiale del conoide alluvionale del F. Marecchia (Severi et al.,), che si sviluppa fino alla costa, infine è stato condotta una modellazione geologica di estremo dettaglio al fine di tracciare le superfici stratigrafiche in prossimità del margine appenninico e definire l'andamento dei corpi ghiaioso-sabbiosi, che costituiscono gli acquiferi e di quelli limoso-argillosi che costituiscono i setti impermeabili. Il modello geologico può essere tradotto in un formato utile per gli strumenti di modellazione idrogeologiche più comuni come ModFlow e Fe flow.

Il progetto “Osservare, valutare, progettare il paesaggio”: la sperimentazione di un visualizzatore 3D on-line

Questo progetto, finanziato dalla L. 77/2006 e concluso nel 2016, ha come oggetto il Sito Unesco “Ferrara città rinascimentale e il suo delta del Po”. Per la sua realizzazione è stato costituito un gruppo di lavoro composto dalla Regione Emilia Romagna, dal Segretariato Regionale del MiBACT e coordinato dalla Provincia di Ferrara, con l’obiettivo di approfondire e promuovere la conoscenza delle componenti sensibili del paesaggio culturale caratterizzanti il Sito e delle criticità collegate alla gestione delle molte reti infrastrutturali e alle componenti di rischio idrogeologico.

Nell’ambito di questo progetto è stato realizzato uno strumento per la visualizzazione on-line di modelli 3D di sottosuolo e cartografie tridimensionali sviluppati dal SGSS in questo settore. E’ possibile consultare:

• Il modello geologico del sottosuolo del settore del delta del Po di Volano e del delta del Po di Goro. Il modello rappresenta l’intera successione sedimentaria olocenica fino al tetto di quella pleistocenica e comprende 5 unità che descrivono le litologie e gli ambienti deposizionali.
• Il modello dei lobi deltizi padani che comprende 5 unità definite sulla base delle geometrie dei corpi geologici (lobi) e dell’età dei depositi. Il modello è completato al tetto dal modello digitale del terreno su cui sono stati “spalmati” la carta topografica alla scala 1:250:000, lo sfumo relativo all’altimetria e la mappa geomorfologica dei lobi deltizi.
• alcune delle mappe presenti nella sezione “Carte Tematiche” della Mediateca della sito web “Ferrara città del Rinascimento e il suo delta del Po” e qui visualizzabili in ambiente tridimensionale.

In queste pagine, attraverso comandi intuitivi è possibile accendere e spegnere le diverse unità e le carte di superficie, misurare le distanze, variare l’esagerazione verticale, zoomare e roteare i modelli.