ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| ROCK PHYSICS | FIS/07 | LEZIONI | 48 |
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Conoscenze fondamentali utili per descrivere alcune proprietà fisiche delle rocce rilevanti per la geofisica di esplorazione, come la geometria dello spazio poroso, la bagnabilità, la permeabilità, le proprietà meccaniche ed elettriche.
The student who successfully completes the course will have the knowledge concerning the physical properties of rocks useful for the exploration geophysics, such as the pore geometry, the wettability, the permeability, the mechanic and electric properties.
La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione di un breve elaborato scritto, previsto per ciascun appello d'esame. Nel caso che il protocollo anti-covid lo richieda, la attività viene svolta attraverso piattaforme on-ine.
A preliminary assessment test with 10 questions (both open and multiple choice types) will verify the basic knowledge before any exam sessions. In case the anti-covid protocol requires it, the activity will be done via on-line platforms.
Lo studente alla fine del corso è capace di usare concetti matematici come l'analisi degli spazi frattali e la teoria della percolazione, e approcci metodologici come la teoria di mezzo efficace, utili per capire e costruire semplici modelli dei sistemi porosi. Vengono inoltre illustrati i principali metodi di misura (sia per analisi in laboratorio, sia per la rilevazione in situ) delle proprietà sopra menzionate e lo studente diviene capace di analizzare e interpretare un insieme di dati fisici provenienti da campagne di esplorazione.
The student that attended the course will be able to use relevant mathematical concepts and descriptions, like the fractal character of the pores and the percolation theory, as well as theoretical methods, like the effective medium theory.
The aim is to enable the student to understand and develop simple models of porous systems. Moreover, the main experimental methods (both in lab and in-situ) to measure and assess the above mentioned properties will be introduced and the student will be able to read and understand experimental dataset coming from exploration.
Lo studente è chiamato all'orale a svolgere una piccola relazione orale, su argomento a sua scelta riguardante analisi dati o modellistica. La valutazione della relazione contribuisce al voto finale, insieme a domande puntuali su argomenti del corso. Nel caso che il protocollo anti-covid lo richieda, la attività viene svolta attraverso piattaforme on-ine.
The student will give an oral presentation, on a topic selected by himself, concerning data analysis or modelling. The evaluation of the presentation is part of the final mark of the exam, together to special question on the topics of the course. In case the anti-covid protocol requires it, the activity will be done via on-line platforms.
Si acquisirà accuratezza e pertinenza nello sviluppo di modelli di Rock Physics e nei calcoli di quantità ad essi correlati basati su dati sperimentali.
Accuracy and relevance in development of Rock Physics Models and in calculations of quantities based on experimental dataset will be attained.
La verifica viene svolta durante le lezioni attraverso appositi esercizi. Un richiamo di tali comportamenti è necessario durante la prova orale. Nel caso che il protocollo anti-covid lo richieda, la attività viene svolta attraverso piattaforme on-ine.
The assessment is done lecture by lecture by means of appropriate excercises. A recall and verify of such behaviours is done during the oral exam. In case the anti-covid protocol requires it, the activity will be done via on-line platforms.
Conoscenze di fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo), di analisi matematica, di algebra lineare e calcolo tensoriale.
Basic physics knowledge (mechanics, thermodynamics, electromagnetism) and a basic level of mathematics (Analysis, Algebra, tensorial calculus).
Lezioni frontali, con proiezioni di slides, filmati, spiegazioni alla lavagna, discussioni di gruppo. Nel caso che il protocollo anti-covid lo richieda, la attività viene svolta attraverso piattaforme on-ine.
Il corso è supportato da apposito sito elearning con materiali didattici aggiuntivi, esercizi, seminari.
L'interazione tra studente e docente è continua duramte le lezioni e si può approfondire con ricevimenti e/o scambi con posta elettronica.
L'esame finale prevede un test scritto di verifica conoscenze, un seminario su un argomento a scelkta dello studente e un breve orale. La lingua veicolare del corso è l'italiano anche se il libro di testo e molti dei materiali didattici sono in inglese.
Traditional teacher-led lessons, using slides, movies, written explanation on blackboard, group discussion. In case the anti-covid protocol requires it, the activity will be done via on-line platforms.
The course is supported by an elearning site with additional teaching materials, exercises, seminars. The interaction between teacher and student is continuous during the classes and can be enriched by meeting in specific devoted hours. Digital media interaction (email, whatsup, etc.) are also possible.
The final exam is composed by a written test to verify knowledges, a seminar on a topic selected by the student and a short oral exam.
The language of the course is italian but the textbook and most of the didactic materilals are in english.
I. Metodi, definizioni e primi rudimenti.
Introduzione alla Fisica delle Rocce: rocce come mezzi porosi ed eterogenei.
Rocce come mezzi porosi: (1) Proprietà dello spazio poroso, porosità, superficie interna, rugosità e dimensione frattale; (2) Fluidi nello spazio poroso, interazioni superficiali, bagnabilità, imbibizione e drenaggio, porosimetria.
Rocce come mezzi eterogenei: Teorie di mezzo effettivo, Teoria della percolazione.
Elementi di Meccanica del Continuo. Proprietà meccaniche di rocce dry: risposta elastica. Stress, deformazioni e moduli elastici. Velocità di propagazione delle onde e relazione con le proprietà elastiche delle rocce. Impedenza acustica.
II. Rocce saturate: permeabilità, proprietà elastiche ed elettriche.
Trasporto dei Fluidi in mezzi porosi: Permeabilità.
Proprietà elastiche di rocce saturate con fluidi. Propagazione di onde acustiche in mezzi porosi saturati (mezzi efficaci). Costanti poroelastiche. Modello di Gassmann.
Risposta elettrica a campi costanti: modelli a mezzo effettivo o percolativi di conducibilità d.c., legge di Archie e porosità connessa accessibile. Potenziali spontanei. Esempi di log geofisici basati su proprietà elettriche.
III. Fenomeni complessi: dispersione, rilassamento, trasformazioni irreversibili. Proprietà fisiche e principi di funzionamento di particolari log geofisici.
Teoria della risposta lineare e propagazione delle onde. Attenuazione, dissipazione, dispersione, ritardo e sfasamento. Parte reale e immaginaria dei moduli elastici. Comportamento viscoelastico.
Onde acustiche in mezzi porosi saturati e variazione con la frequenza. Attenuazione e sfasamento onde da processi elastici e anelastci. Modello di Biot. Metodi di misura e tecniche sperimentali per proprietà elastiche delle rocce in laboratorio e in situ.
Proprietà elettriche e dielettriche di rocce saturate sottoposte a campi elettrici variabili: conducibilità, rilassamento e propagazione di onde elettromagnetiche. Effetto della distribuzione dei fluidi nello spazio microporoso. Metodi di misura del rilassamento dielettrico in laboratorio e con log di pozzo.
Radioattività delle rocce, interazione con radiazioni ionizzanti (raggi g e neutroni) e applicazione in log geofisici. Impiego della Risonanza Magnetica Nucleare in indagini su rocce in laboratorio e in situ.
Proprietà meccaniche di rocce dry e saturate: risposta plastica. Trasformazioni irreversibili e propagazione di fratture.
Rocks as porous and heterogeneous media. Properties of the porous space. Porosity. Inner surface: roughness and fractal dimension. Rocks as porous media: porous geometry, interfacial interactions, wettability. Rocks as heterogeneous systems: Effective Medium Theory and Percolation Theory. Fluid transport in porous media: permeability. Mechanical properties of dry and fluid-saturated rocks. Acoustic Properties: wave propagation (velocity, attenuation, anisotropy) in saturated porous media (as effective and viscoelastic media). Electric and dielectric properties: d.c. and a.c. conductivity, electromagnetic wave propagation in porous media. Radioactivity of rocks, interaction with ionizing radiations (g rays and neutrons) and application to geophysical logs. NMR relaxation and its application in well-log and core analysis.
Testi consigliati:
Testo di riferimento: "Introduction to the physics of rocks" di Yves Guéguen and Victor Palciauskas.
Per le proprietà acustiche si suggeriscono i capitoli 2 e 3 di “Acoustics of Porous Media” di Thierry Bourbié, Olivier Coussy Editions TECHNIP, 1987
Materiali aggiuntivi (appunti, articoli, note) per approfondimento vengono forniti dal docente durante il corso (contattare il docente per l’accesso al sito del corso).
Recommended reading includes the following works:
1) "Introduction to the physics of rocks" by Yves Guéguen and Victor Palciauskas.
2) For acoustic properties only we suggest chapters 2 and 3 of “Acoustics of Porous Media” by Thierry Bourbié, Olivier Coussy Editions TECHNIP, 1987
3) Further bibliography (notes, papers) will be made available during lectures and in the website of the course.
Non esistono indicazioni specifiche, a parte contattare il docente per un ricevimento preliminare.
No specific indication, if not a prelinary meeting with the teacher before starting the preparation.
Semplice test scritto di ammissione all’orale, consistente in 10 domande sia aperte sia a risposta multipla, seguito da un esame orale che verte sull’intero programma integrato da un piccolo seminario di approfondimento su un argomento del corso a scelta dello studente (ma concordato con il docente almeno 10 giorni prima dell’esame).
A preliminary assessment test with 10 questions (both open and multiple choice types) is followed by an oral exam concerning all the issues introduced during the course. Additionally, the student, in agreement with the teacher, can present an oral report or a seminar about an issue that have been further studied in deeper details by the student his/her own. During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the reading matter thoughtfully and with propriety of expression. The oral report is important to show how the student can apply some basic concepts introduced during the course.
Registro delle lezioni con programma effettivamente svolto:
https://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=3314076::::&ri=080063
Logbook of classes:
https://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=3293287::::&ri=080063
