Il Sistema di Monitoraggio Integrato

Ubicazione del sito di stoccaggioIl sistema di Monitoraggio integrato dello Stoccaggio di Cornegliano Laudense è l’infrastruttura realizzata per rilevare gli eventi sismici e la deformazione del suolo presso la concessione di stoccaggio di gas naturale “Cornegliano Stoccaggio”.
Il monitoraggio sismico viene realizzato attraverso una rete sismometrica dedicata, la Rete Sismica di Cornegliano Laudense (RSCL); il monitoraggio geodetico è realizzato mediante l’analisi dati satellitari (analisi DInSAR) e con rilevazioni geodetiche di precisione (stazioni GNSS-GPS).
Il monitoraggio integrato è gestito dalla Struttura Preposta al Monitoraggio (SPM) costituita da:

  • l’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale - OGS (Sezione Scientifica Centro di Ricerche Sismologiche - CRS);
  • l’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente - IREA-CNR .

Tali istituzioni scientifiche hanno realizzato l’infrastruttura dedicata al monitoraggio e curano, rispettivamente, l’OGS il monitoraggio sismico e la stazione GNSS, e l’IREA-CNR le elaborazioni DInSAR.
Il sistema di monitoraggio integrato è stato istituito su incarico del titolare della concessione di stoccaggio di gas di Cornegliano Laudense, Ital Gas Storage S.p.A, che ha aderito volontariamente, in assenza di obblighi di legge, ai criteri indicati dagli Indirizzi e Linee Guida per il monitoraggio delle geo-attività emanati dal Ministero dello Sviluppo Economico (MiSE), Direzione DGS-UNMIG.

Italian
MONITORAGGIO SISMICO

La rete di monitoraggio sismico

La Rete Sismica di Cornegliano Laudense - RSCL è costituita da nove stazioni sismometriche e da una stazione geodetica GNSS-GPS permanente di precisione, incentrate sul serbatoio di stoccaggio del gas di Cornegliano Laudense. Il monitoraggio sismico è attivo dall’1/1/2017.

La RSCL è integrata da alcune stazioni appartenenti alle reti sismiche regionali gestite dall’OGS e alla Rete Sismica Nazionale Centralizzata (RSNC) gestita dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV); in tal modo è possibile completare le rilevazioni di eventi sismici non percepibili dalla popolazione, avvenuti in tutte le direzioni fino alla distanza di alcune decine di chilometri dal sito di stoccaggio.

Tutte le stazioni della RSCL sono dotate di sismometro posto in pozzo, con lo scopo di migliorare la qualità del segnale rilevato, e di un accelerometro posto in superficie. La figura mostra una mappa della RSCL con evidenziati i Domini di Rilevazione adottati dal sistema di monitoraggio, in accordo con quanto definito nelle Linee Guida del MiSE.

Mappa della rete sismica e dei Domini di Rilevazione

Mappa della RSCL. I triangoli blu e verdi indicano rispettivamente le stazioni della RSCL e della Rete Sismica Nazionale Centralizzata, usate per integrare le rilevazioni. L’area gialla al centro indica la proiezione in superficie del serbatoio. Le linee rosse indicano i perimetri del Dominio Interno (DI, linea spessa) e del Dominio Esteso (DE, linea sottile) di rilevazione. La linea tratteggiata indica l’Area Esterna, corrispondente alla distanza di 30 km dal sito di stoccaggio.

Cosa si misura

La RSCL registra le vibrazioni del terreno causate dal passaggio delle onde sismiche. Poichè gli strumenti sono molto sensibili, vengono rilevate tutte le vibrazioni del suolo, sia quelle causate dai terremoti sia quelle generate da altre sorgenti come ad esempio il transito di mezzi (treni, camion, ...), le attività di macchinari industriali, gli eventi meteorologici (vento, tuoni, …) o le esplosioni di cava o ordigni bellici. Una adeguata analisi del segnale permette generalmente di discriminare il diverso tipo di eventi fra loro.

La RSCL è in grado di rilevare eventi sismici di interesse per la comunità (avvertibili quindi con intensità diversa dalla popolazione) ma anche eventi che non sono percepiti dall’uomo, siano essi terremoti forti e lontani (per esempio quelli che avvengono in Giappone e Cile) o eventi molto deboli che avvengono in prossimità della rete.

Il sistema di monitoraggio acquisisce in continuo il segnale dalle stazioni della rete, e lo analizza automaticamente per riconoscere eventuali anomalie; se queste variazioni sono riscontrate simultaneamente in più stazioni, il sistema localizza l’origine e ne quantifica l’entità. Qualora sussistano determinate condizioni, il fenomeno viene dichiarato “evento sismico”. Tutto ciò avviene in pochi secondi da quando il segnale viene registrato.

Il sistema automatico è calibrato in modo tale da riconoscere principalmente i terremoti, ma può succedere che vengano identificati come evento sismico anche fenomeni diversi o falsi eventi dovuti alla simultaneità casuale di variazioni di segnale. Dato che lo scopo principale della RSCL è quello di registrare i microsismi che non vengono identificati dalle reti regionali o nazionali, il sistema è stato tarato su soglie di sensibilità molto elevate, il che comporta ci possano essere numerosi falsi eventi. Per questo motivo, tutte le elaborazioni automatiche sono riviste da un sismologo esperto, che analizza gli eventi identificati automaticamente, confermandone l’esistenza nel caso in cui essi effettivamente corrispondano a terremoti naturali locali, o a eventi potenzialmente connessi all'attività dell'impianto di stoccaggio.

Cosa rappresentano i sismogrammi

La vibrazione del suolo registrata dagli strumenti viene usualmente rappresentata con dei grafici, chiamati sismogrammi, che descrivono il movimento del terreno (in spostamento, velocità o accelerazione) al passare del tempo. Dai sismogrammi si può valutare dove è avvenuto l'evento sismico, quanto forte è stato e alcune altre sue caratteristiche.

Una volta i sismogrammi venivano tracciati su carta e analizzati visivamente. Oggi i dati digitalizzati vengono archiviati su supporti elettronici e vengono analizzati attraverso appositi programmi per essere interpretati oppure rappresentati a video o stampati su carta.

Seguono, a titolo illustrativo alcune rappresentazioni di sismogrammi, come appaiono in tempo reale nella sezione Sismogrammi in tempo quasi reale di questo sito, o come vengono elaborati dal personale incaricato della loro interpretazione.

Helicorder giornaliero

Registrazione giornaliera di una stazione:, ogni riga del sismogramma corrisponde a un’ora di registrazione. Queste rappresentazioni vengono chiamate “drumplot” o “helicorder” perché simulano quanto un tempo veniva registrato mediante un tracciato impresso su un tamburo di carta rotante. La figura mostra la registrazione di una sola componente del moto del suolo (la posizione di un punto nello spazio viene espressa mediante un sistema di coordinate cartesiane), per uno strumento che sta acquisendo i dati in “tempo reale”; la traccia si arresta quindi all’ultimo dato acquisito dallo strumento nell’istante in cui è stata prodotta la figura (ore 14:40 circa). Questo tipo di visualizzazioni servono anche per verificare lo stato di corretto funzionamento della stazione.

EsempioSismogrammi

Registrazione del medesimo evento da parte di più stazioni: i sismogrammi si riferiscono ad un intervallo di tempo limitato ad alcuni minuti. Ogni stazione può essere rappresentata da più tracce, che rappresentano le tre componenti spaziali registrate, rispettivamente due orizzontali e una verticale. L’elaborazione dei segnali prevede l’uso di filtri (questo è il caso rappresentato) per rimuovere o enfatizzare alcune componenti di frequenza. Questa rappresentazione viene usata per il controllo e la revisione manuale del segnale di un evento identificato automaticamente.

A seguire sono riportati infine alcuni esempi di segnali registrati dalla RSCL relativi a diversi tipi di eventi. Nell’ordine:
- i sismogrammi relativi a un evento forte avvenuto in Italia Centrale;
- un evento forte lontano (“telesisma”) avvenuto nell’Oceano Pacifico;
- i segnali dovuti a treni in transito;
- la registrazione di due micro-terremoti locali.

Registrazione dei terremoti avvenuti in Italia Centrale

Registrazione della stazione OL01 dei terremoti con magnitudo M>5 avvenuti in Italia Centrale il giorno 18/1/2017. Le tracce colorate diversamente consentono di riconoscere la sovrapposizione del segnale: questi eventi dell’Italia Centrale tendenzialmente non sono stati percepiti dalla popolazione nel lodigiano. Da notare che, per convenzione, l’ora dei terremoti viene riferita al Tempo Universale Coordinato (UTC), ovvero l’ora del meridiano di Greenwich (GMT). Per avere corrispondenza con l'ora locale italiana, è necessario aggiungere 1 ora (se in vigore l'ora solare) oppure 2 ore (se in vigore l'ora legale) al valore indicato.

Registrazione di un tele-sisma

Registrazione della stazione OL04 del telesisma Mw7.9 avvenuto nell’Oceano Pacifico alle ore 04:302:23.8 UTC del giorno 22/1/2017 (fonte EMSC). Tali telesismi non sono percepiti dalla popolazione.





Registrazione del passaggio di treni

Segnali ricorrenti dovuti al passaggio dei treni presso la stazione OL09 il giorno 30/1/2017. La stazione OL04 si trova a Lodivecchio (Loc. Comasina) ad alcune centinaia di metri dalla linea ferroviaria ad alta velocità. Nonostante l’installazione dei sensori a 75 metri di profondità, le onde sismiche sono ben identificabili. Le vibrazioni del terreno al passaggio dei treni sono talvolta percepibili dalla popolazione, nelle immediate vicinanze della linea ferroviaria.

Registrazione di microterremoti locali
Registrazione di due microterremoti locali


Registrazione della stazione OL04 di due microterremoti locali con magnitudo M≤1.0 avvenuti il giorno 12/7/2017 alle ore 00:17:53 e 00:18:30. In alto: registrazione giornaliera tipo Helicorder della componente verticale della medesima stazione (ogni riga è un'ora di registrazione); i segnali dei due microterremoti sono racchiusi all'interno dell'ellisse grigia. In basso: un minuto di registrazione (sismogrammi a tre componenti) in corrispondenza dei due microterremoti. Gli eventi non sono stati percepiti dalla popolazione.

A cosa serve il monitoraggio sismico

Il monitoraggio sismico serve ad identificare e misurare eventi sismici nelle vicinanze, o potenzialmente di interesse, per l’impianto di stoccaggio di gas di Cornegliano Laudense denominato “Cornegliano Stoccaggio”.

Se la vibrazione del terreno identificata automaticamente entro pochi secondi dal sistema come ’evento sismico’ corrisponde a un terremoto locale e ha certe caratteristiche, viene allertato il personale sismologo di reperibilità presso OGS: nell’arco di alcune ore, l’intervento e l’analisi manuale dei dati conferma o elimina l’evento. La localizzazione e magnitudo degli eventi vengono infine pubblicate sulla pagina del sistema di monitoraggio integrato contenente gli "Eventi Recenti". Nel caso sussistano "condizioni di attenzione”, il gestore dell’impianto di stoccaggio è avvertito con tempestività.

Per "condizioni di attenzione" si intendono quelle situazioni in cui si riscontra un aumento anomalo della microsismicità (in termini di magnitudo e/o di numerosità degli eventi rilevati) rispetto alle condizioni ritenute “normali” all'interno dei domini di rilevazione (il cosidetto background sismico). In tal caso, il personale sismologo addetto al monitoraggio intensifica i controlli e le analisi in modo da disporre di un quadro accurato e aggiornato sulla microsismicità rilevata e verifica con il gestore dello stoccaggio l'attività svolta, in modo da poter stabilire o escludere eventuali correlazioni tra l'attività di stoccaggio e la microsismicità rilevata.

Il sito web del Monitoraggio di “Cornegliano Stoccaggio” mette a disposizione informazioni complete sulle stazioni della rete sismica, grafici, documenti tecnici e scientifici, e rapporti sull'attività svolta. Ulteriori approfondimenti sono riportati nella sezione FAQ, dedicata alle domande frequenti.

MONITORAGGIO GEODETICO

Il sistema di rilevamento

Il sistema di rilevamento per il monitoraggio geodetico consta di due componenti, una componente satellitare ed una componente in situ.
La componente satellitare utilizza dati acquisiti da sistemi radar (Synthetic Aperture Radar, SAR) montati su satelliti che orbitano a varie centinaia di chilometri dalla Terra (Figura 1), in grado di fornire immagini a microonde ad alta risoluzione. Tali sistemi sono denominati “SAR”, acronimo inglese di Radar ad Apertura Sintetica. In virtù della lunghezza d’onda maggiore rispetto alla radiazione visibile e infrarossa, le microonde hanno l’importante proprietà di penetrare attraverso nuvole, nebbia e l’eventuale copertura di cenere o polveri (per esempio nel caso di un’eruzione vulcanica o crollo di un palazzo); sono inoltre indipendenti dalle condizioni di illuminazione (giorno o notte), consentendo quindi un monitoraggio in qualsiasi condizione metereologica e ambientale.

L’analisi delle deformazioni superficiali sull’area di Cornegliano Laudense è stata condotta utilizzando sia dati SAR d’archivio, che consentono di osservare la storia “passata” degli spostamenti del suolo nell’area di interesse, sia dati di recente acquisizione per monitorare l’attuale evoluzione della deformazione superficiale.

Per quanto riguarda i dati d’archivio, sono state utilizzate congiuntamente immagini SAR collezionate dai sensori ERS-1/2 ed ENVISAT dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) su un’area di circa 95 km x 60 km che include il sito di Cornegliano Laudense, relative al periodo 1993-2010. In particolare l’analisi delle deformazioni è stata condotta utilizzando 141 immagini aacquisite dai satelliti lungo orbite discendenti (il satellite si muove da Nord a Sud) e 76 lungo orbite ascendenti (il satellite si muove da Sud a Nord).

Per quanto riguarda invece il monitoraggio in atto, l’analisi delle deformazioni superficiali è effettuata utilizzando i dati collezionati dalla costellazione Sentinel-1 (S-1) del Programma Europeo Copernicus, che è composta da due sensori gemelli, denominati S-1A e S-1B, che consentono di acquisire immagini SAR ogni 6 giorni sull’area di interesse (Figura 1). In particolare, sono stati finora utilizzati 191 dati SAR S-1 acquisiti da orbite discendenti e 200 da orbite ascendenti su un’area di circa 190 km x 70 km che include il sito di Cornegliano Laudense, a partire da marzo 2015 fino ad oggi.

Le analisi condotte grazie ai dati satellitari sono integrate con quelle effettuate tramite la rete di stazioni GNSS al fine di vincolare le misure satellitari su alcuni punti posizionati a terra, per i quali è nota la posizione con precisione.

Figura 1 - I sensori Sentinel-1

Figura 1 - I sensori Sentinel-1 acquisiscono immagini SAR a microonde ogni 6 giorni sull’area di interesse, consentendo un monitoraggio continuativo, in qualsiasi condizione metereologica e ambientale.

Cosa si misura

La tecnica denominata Interferometria Differenziale SAR (DInSAR) consente di misurare gli spostamenti del suolo (come abbassamenti o innalzamenti del terreno, subsidenze, slittamenti ecc.) con una precisione dell’ordine dei centimetri e in alcuni casi dei millimetri, su zone spazialmente molto estese (decine di migliaia di km2). Le metodologie DInSAR in sostanza “confrontano” coppie di immagini SAR acquisite da uno o più sensori all’incirca dalla stessa posizione ma in tempi diversi, su una data area della superficie terrestre. Se qualcosa è cambiato nell’intervallo di tempo tra le due acquisizioni, ovvero se è avvenuta una deformazione del terreno tra i due passaggi successivi del sensore, questa può essere misurata e visualizzata tramite una mappa in falsi colori con una corrispondenza tra colori e movimenti del suolo.

Inoltre, grazie alle tecniche DInSAR avanzate, combinando opportunamente una sequenza di immagini SAR acquisite su una stessa area nel corso del tempo si può misurare l'evoluzione della deformazione della superficie nell’intervallo di tempo considerato. Una di queste tecniche, denominata SBAS (acronimo inglese di Small Baseline Subset), consente di generare mappe di deformazione del suolo a media e alta risoluzione spaziale (decine di metri/metri) molto più dense spazialmente rispetto ai metodi geodetici di tipo tradizionale (campagne di livellazione geometrica o misure GPS) e con frequenze temporali che crescono sempre più.

E’ opportuno notare che le mappe generate tramite le analisi DInSAR misurano la deformazione del suolo proiettata lungo la linea di vista del sensore, in sostanza misurano quanto un punto a terra si allontana o si avvicina dal sensore lungo la sua linea di vista (indicata in inglese come Line Of Sight, LOS). Sfruttando però il fatto di avere acquisizioni effettuate sia da orbite discendenti sia ascendenti, si possono combinare opportunamente i risultati relativi alle rispettive analisi per generare sia mappe (Figura 1), sia le serie temporali di deformazione, delle componenti verticale ed Est-Ovest degli spostamenti rilevati.

Figura 1 - I sensori Sentinel-1

Figura 1 - Mappa di velocità media di deformazione LOS del terreno, espressa in cm/anno, generata utilizzando dati SAR acquisiti dal sensore Sentinel-1, nel periodo 2015-2019, su un’area di circa 190 km x 70 km che include il sito di Cornegliano Laudense, sovrapposta all’immagine ottica della zona. Il colore verde rappresenta zone non in deformazione, il giallo e il rosso zone in subsidenza, l’azzurro e il blu zone in sollevamento. Nel riquadro in alto a destra, a titolo esemplificativo, sono rappresentate le serie storiche della deformazione in corrispondenza della stazione GPS di Cremona misurate tramite i dati satellitari DInSAR (triangoli neri) e i dati GPS (asterischi rossi), rispettivamente. Si noti che le serie storiche DInSAR sono calcolate per ogni punto colorato della mappa.

Cosa rappresentano le analisi DInSAR

I principali risultati delle analisi DInSAR sono le serie temporali (anche dette serie storiche) della deformazione del suolo, misurate tipicamente in centimetri, e le relative mappe di velocità media di deformazione calcolate in cm/anno, relative ad un intervallo temporale che è quello durante il quale i dati sono stati acquisiti dal sensore radar e con una frequenza temporale data dall’intervallo di tempo tra due osservazioni successive relative all’area selezionata a Terra.

Le mappe di velocità media di deformazione del terreno sono mappe geocodificate, quindi sovrapponibili alle mappe già esistenti della zona, e vengono rappresentate in falsi colori che corrispondono agli spostamenti del suolo. In tali mappe sono mostrati solo i punti nei quali la misura di deformazione può essere considerata affidabile e per ciascuno di tali punti è calcolata la serie storica di deformazione.

La risoluzione spaziale finale delle mappe di deformazione del suolo ottenute tramite l’analisi DInSAR dei dati Sentinel-1 è di circa 30m x 30m, mentre la loro estensione spaziale è circa 190 km x 70 km; il campionamento temporale delle relative serie storiche di deformazione è attualmente di 6 giorni.

Le misure DInSAR sono misure differenziali, ovvero misure relative rispetto a un punto che può essere considerato stabile che viene scelto come riferimento. Nel nostro caso il punto di riferimento (detto anche punto d’aggancio) è un pixel situato nell’area urbana di Pavia nei pressi di una corrispondente stazione GPS che, come testimoniato dalle relative misure GPS, risulta non essere affetta da deformazione (cfr. Figura 1).

Le analisi DInSAR, nativamente, generano la misura della deformazione del suolo proiettata lungo la linea di vista del sensore (LOS), (cfr. Figura 2 e Figura 3); combinando, però, opportunamente i risultati DInSAR prodotti tramite analisi effettuate con acquisizioni lungo orbite ascendenti e discendenti si possono ottenere le misure delle componenti verticali ed Est-Ovest degli spostamenti del suolo (cfr. Figura 4 e Figura 5).

Figura 1 - Mappa di velocità di deformazione in LOS

Figura 1 - Mappa di velocità di deformazione in LOS, geocodificata ed espressa in cm/anno, sovrapposta ad un’immagine ottica dell’area di interesse. L’immagine si riferisce alla elaborazione dei dati S-1 acquisiti da orbite discendenti nel periodo marzo 2015 - maggio 2019. Il colore verde rappresenta zone non in deformazione, il giallo e il rosso zone in subsidenza, l’azzurro e il blu zone in sollevamento.
Si riportano, inoltre, in corrispondenza delle 6 stazioni GPS identificate sulla mappa tramite stelline bianche, i grafici dei confronti tra le serie temporali di deformazione GPS proiettate nella linea di vista del sensore radar (asterischi rossi) e quelle ottenute tramite i dati DInSAR (triangoli neri). Il rettangolo bianco fa riferimento alla zona analizzata in dettaglio nelle Figure che seguono.

Figura 2 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media di deformazione della superficie in LOS

Figura 2 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media di deformazione della superficie in LOS ottenuta tramite l’analisi DInSAR dei dati S-1 acquisiti da orbite ascendenti nel periodo marzo 2015 - maggio 2019, geocodificata ed espressa in cm/anno, sovrapposta ad un’immagine ottica dell’area di interesse
I grafici riportano l’andamento temporale dello spostamento superficiale in LOS per tre punti localizzati nei pressi di Cornegliano Laudense (P1, P2 e P3) e un punto localizzato nell’area di Turano Lodigiano (P4).

Figura 3 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media di deformazione della superficie in LOS

Figura 3 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media di deformazione della superficie in LOS ottenuta tramite l’analisi DInSAR dei dati S-1 acquisiti da orbite discendenti nel periodo marzo 2015 - maggio 2019, geocodificata ed espressa in cm/anno, sovrapposta ad un’immagine ottica dell’area di interesse
I grafici riportano l’andamento temporale dello spostamento superficiale in LOS per tre punti localizzati nei pressi di Cornegliano Laudense (P1, P2 e P3) e un punto localizzato nell’area di Turano Lodigiano (P4).

Figura 4 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media della componente verticale della deformazione

Figura 4 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media della componente verticale della deformazione della superficie ottenuta combinando opportunamente i risultati LOS DInSAR relativi ai dati acquisiti da orbite ascendenti e discendenti mostrati nelle figure precedenti, geocodificata ed espressa in cm/anno, sovrapposta ad un’immagine ottica dell’area di interesse. I grafici riportano l’andamento temporale della componente verticale dello spostamento del suolo per tre punti localizzati nei pressi di Cornegliano Laudense (P1, P2 e P3) e un punto localizzato nell’area di Turano Lodigiano (P4).

FFigura 5 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media della componente Est-Ovest della deformazione

Figura 5 - Zoom sull’area di Cornegliano Laudense della mappa di velocità media della componente Est-Ovest della deformazione della superficie ottenuta combinando opportunamente i risultati LOS DInSAR relativi ai dati acquisiti da orbite ascendenti e discendenti mostrati nelle figure precedenti, geocodificata ed espressa in cm/anno, sovrapposta ad un’immagine ottica dell’area di interesse. I grafici riportano l’andamento temporale della componente Est-Ovest dello spostamento del suolo per tre punti localizzati nei pressi di Cornegliano Laudense (P1, P2 e P3) e un punto localizzato nell’area di Turano Lodigiano (P4).

A cosa serve il monitoraggio geodetico

Le attività di estrazione/stoccaggio di idrocarburi e di reiniezione di fluidi nel sottosuolo possono indurre fenomeni di deformazione superficiale. Tali effetti deformativi forniscono importanti informazioni sulle caratteristiche dei fenomeni sub-superficiali da cui sono originati e sulla loro evoluzione temporale. Il monitoraggio geodetico ha l’obiettivo di fornire informazioni sia sull’andamento temporale delle deformazioni del suolo, sia sulla loro distribuzione spaziale nell’area analizzata, evidenziando eventuali variazioni rispetto allo scenario deformativo di background, cioè precedente alle attività di sfruttamento del sottosuolo.