Il monitoraggio sismico è una componente fondamentale nella gestione dei rischi geologici, soprattutto in aree soggette a intensa attività minerarie sul campo geotermico che prevede l’emungimento e/o la iniezione di fluidi dal/nel sottosuolo. Per tale monitoraggio, si utilizza una rete sismometrica dedicata che permette di rilevare e registrare i terremoti in un volume d'interesse. L’analisi di questi dati permette anche di meglio comprendere le dinamiche sottostanti alla sismicità, sia naturale che indotta, e di sviluppare strategie per la mitigazione dei potenziali rischi associati.
Il monitoraggio sismico mira a identificare e localizzare eventi sismici entro un’area definita, influenzata dalle attività industriali. L’obiettivo è distinguere tra sismicità naturale e quella potenzialmente indotta da tali attività antropiche. Il monitoraggio è essenziale per tracciare l’evoluzione spaziale, temporale e di magnitudo degli eventi sismici, permettendo, se necessario, di adeguare o sospendere le attività in questione.
Gli scopi principali del monitoraggio sismico secondo le indicazioni degli Indirizzi e Linee Guida 2014 (ILG14) includono:
- la rilevazione, la localizzazione e la definizione dei parametri chiave della sismicità e microsismicità nei domini di rilevazione;
- il miglioramento del livello di magnitudo di completezza (la magnitudo minima a partire dalla quale tutti i terremoti in una certa area vengono rilevati) delle rilevazioni a scala locale;
- la misurazione precisa delle accelerazioni del suolo causate da terremoti vicino alle aree di coltivazione della risorsa geotermica.
Per conseguire questi obiettivi, la rete sismica deve possedere caratteristiche specifiche (ILG14):
- Nel Dominio Interno di rilevazione, la rete deve essere in grado di rilevare e localizzare terremoti con magnitudo locale (ML) compresa tra 0 e 1, con un’incertezza nella localizzazione dell’ipocentro di alcune centinaia di metri.
- Nel Dominio Esteso di rilevazione, la rete deve migliorare di circa un’unità il livello di magnitudo di completezza rispetto alle rilevazioni delle reti nazionali o regionali, con un’incertezza nella localizzazione dell’ipocentro entro circa 1 km.
- Deve determinare l’accelerazione e la velocità del moto del suolo causate da terremoti (sia deboli che forti) nei punti di misurazione.
- Deve integrarsi efficacemente con le reti di monitoraggio esistenti (nazionali, regionali e locali) per migliorare l’accuratezza e la completezza della rilevazione sismica.
L’efficacia dell’infrastruttura di monitoraggio è valutata in base alla sua capacità di soddisfare i criteri sopra menzionati.
Domini
Gli Indirizzi e Linee Guida 2014 suggeriscono di definire due domini di rilevazione come riferimento per il monitoraggio, chiamati rispettivamente Dominio Interno (DI) e Dominio Esteso. Il Dominio Interno di rilevazione definisce "… il volume all’interno del quale si ritiene che possano verificarsi fenomeni di sismicità indotta o di deformazione del suolo associati all’attività svolta. Esso rappresenta il volume di riferimento per il quale saranno identificati, "monitorati" e analizzati con la massima sensibilità i fenomeni di sismicità e deformazione del suolo". Nel caso specifico del campo geotermico di Ferrara, la reiniezione dei fluidi avviene in corrispondenza del pozzo Casaglia 1 a una profondità compresa tra 1119 e 2000 m. Per gli ILG 2014, il DI corrisponde al volume crostale compreso in un raggio di 5 km dai punti di reiniezione.
Il Dominio Esteso di rilevazione (DE) definisce "… il volume circostante il Dominio Interno di rilevazione che comprende una porzione maggiore di crosta terrestre, al fine di definire e contestualizzare al meglio i fenomeni monitorati. Per tutte le attività si suggerisce che esso si estenda oltre il Dominio Interno di rilevazione per una fascia di ampiezza compresa tra 5-10 km, tenendo conto delle dimensioni del giacimento e tipologia di attività".
Per il monitoraggio del sito sperimentale di Casaglia, considerando che la sismicità naturale dell’area è associata principalmente a strutture geologiche profonde e considerando l’elevata antropizzazione della Pianura Padana, è stato definito una ulteriore dominio, di maggiore estensione, indicato come Dominio di Attenzione di rilevazione (DA), che è utilizzato dalla SPM per caratterizzare la sismicità di fondo nell’area circostante il sito sperimentale di Casaglia e contestualizzarla meglio rispetto all’assetto geologico-strutturale e sismotettonico dell’Arco Ferrarese.
Relativamente al sito sperimentale di Casaglia, il Dominio Interno si estende per 7 km intorno al pozzo Casaglia 1, il Dominio Esteso per 12 km, mentre il Dominio di Attenzione per 20 km.
Figura 1 - Limiti del Dominio Interno, DI (rosso), del Dominio Esteso, DE (arancio), e del Dominio di Attenzione, DA (verde), proposti dalla SPM e definiti dal Comitato Tecnico per il monitoraggio del sito sperimentale di Casaglia. Mappa utilizzata: OpenStreetMap (OSM standard).
Rete microsismica del Comune di Ferrara
Prima rete microsimica NetFer
Durante la progettazione del sistema di teleriscaldamento della città di Ferrara, negli anni '80, è stata contestualmente progettata una rete di monitoraggio microsismico per il sistema geotermico di Casaglia. La rete, attiva dal 1990, è composta da 6 stazioni a distanze variabili tra 0 e 10 km dal pozzo di reiniezione Casaglia 1. La stazione PONT in prossimità del pozzo Casaglia 1 è strumentata con un velocimetro Mark Products L-4c a 3 componenti, mentre le altre stazioni da sismometri L-4A monocomponente, tutti con frequenza di 2 Hz. Al fine di minimizzare il rumore ambientale, tutti i sismometri sono stati istallati in pozzo anche se a profondità variabili. I digitalizzatori usati sono dei Guralp con possibilità di trasmettere dati nel formato standard miniseed. Nel 2014, la rete è stata aggiornata nella parte di trasmissione dati passando da un sistema a ponte radio (UHF) a un più moderno sistema di trasmissione dati via GSM, con flusso dati in continuo direttamente al Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra, Università di Ferrara, dove è presente la sala sismica.
Nuova rete microsismica Net4Fer
Nel 2021-22 la rete di monitoraggio sismico è stata ampliata e integrata con sette nuove stazioni sismometriche realizzate dai nuovi Concessionari (Enel GreenPower e HERA). Tre di tali nuove stazioni (FEM1, FEM3 e FEM4) sono state realizzate praticamente in corrispondenza con altrettante stazioni preesistenti della Rete del Comune di Ferrara (FORN, SFRN e TORN) e le restanti quattro localizzate in nuovi siti permettendo così di coprire in modo più uniforme possibile l’area di indagine (Figura 2). In tutte le stazioni è stato realizzato un pozzo profondo 150 m dal piano campagna, completato con tubazione cieca in acciaio con diametro nominale di 3” (ad esclusione della stazione FEM0 dove la tubazione è da 4”). La tubazione è stata cementata per renderla completamente impermeabile alle infiltrazioni di acqua delle diverse falde attraversate durante la perforazione. In testa pozzo, invece, è presente un pozzetto completo di chiusino d’ispezione e le stazioni sono state completate in superficie con polifore, basamenti, pozzetti e quadri per il contenimento e il collegamento delle apparecchiature elettriche ed elettroniche.
Figura 2 - ubicazione delle stazioni dell'attuale rete microsismica del Comune di Ferrara - Stazioni sismometriche gestite UNIFE (quadrato blu). Stazioni sismometriche/accelerometriche gestite EGP-HERA già realizzate (quadrato verde) e in fase di realizzazione (triangolo viola).
In fondo al casing è stato quindi installato un sismometro Sara Electronic Instruments a 3 componenti modello SS-10 post-hole, con frequenza propria a 1 Hz. Soltanto nel pozzo FEM0, in prossimità della stazione di reiniezione, è installato un sensore SS-02 BH con periodo a 5 s.
In tutte le stazioni è installato anche un accelerometro di superficie modello SA-10 2g 100 Hz. Tutte le stazioni sono completate con un digitalizzatore A/D SL06 con antenna GPS che raccoglie dati a 250 Hz e li invia in tempo reale ai Laboratori di Larderello. Questi dati sono poi trasmessi in tempo quasi reale al Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Ferrara. Un sistema di backup assicura la registrazione dei dati per un intero mese in caso di guasti al sistema di trasmissione dati. L’energia viene fornita dalla rete elettrica con batterie da 400 ampere, e un sistema di protezione previene interruzioni di corrente. La trasmissione dei dati avviene tramite rete LTE/UMTS e SIM dati Enel.
