Scheda programma d'esame
COMPUTATIONAL GEOPHYSICS
EUSEBIO MARIA STUCCHI
Anno accademico2023/24
CdSEXPLORATION AND APPLIED GEOPHYSICS
Codice267DD
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaInglese

ModuliSettore/iTipoOreDocente/i
COMPUTATIONAL GEOPHYSICSGEO/11LEZIONI60
EUSEBIO MARIA STUCCHI unimap
ANDREA TOGNARELLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso mira a far acquisire agli studenti capacità operative nell’utilizzo di

strumenti numerici per l’elaborazione di dati geofisici. Gran parte del corso è

dedita ad esercitazioni di laboratorio con lo strumento informatico Python (e anche

Matlab) su dati sintetici e reali.

 

Knowledge

The student who successfully completes the course will have a solid knowledge of the fundamentals of geophysical (signal) data processing from a practical point. This will be achieved through exercises and practical examples in the lab classes with Python (and also Matlab).

Modalità di verifica delle conoscenze

Lo studente deve dimostrare di saper applicare in modo critico le attivita' illustrate durante tutto il corso dal docente.

  • Dimostrazione pratica in laboratorio
Assessment criteria of knowledge

The student must demonstrate the ability to critically apply the activities illustrated throughout the course by the teacher.

  • Final laboratory practical demonstration

 

 

Capacità

Al termine del corso lo studente avrà le capacità di sviluppare codici in Python (e anche Matlab) tali da rappresentare dati geofisici e da risolvere semplici problemi numerici. Soprattutto avrà le conoscenze necessarie per poter intraprendere in autonomia ulteriori approfondimenti.

Skills

The student will have the ability to apply the basic algorithms of data processing on geophysical data and on digital data in general writing programs in Python (and also Matlab). He/She can also carry out in-depth analysis on topics related to geophysical data processing.

Modalità di verifica delle capacità

Essere in gradi di scrivere semplici programmi che risolvano specifici problemi geofisici

Assessment criteria of skills

Ability to write simple programs that solve specific geophysical problems

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di teroria dei segnali

Conoscenze delle metodologie geofisiche in particolare della sismica a riflessione

Prerequisites

Signal theory; Exploration Seismology (suggested).

Indicazioni metodologiche

Lezioni frontali ed esercitazioni con l'utilizzo di strumenti software (Python, Matlab)

Teaching methods

Learning activities:

  • attending lectures
  • Laboratory work (Python and Matlab)

Teaching methods:

  • Frontal lessons
  • laboratory work (Python and Matlab)

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Lo scopo del corso e' di dare agli studenti le conoscenze numeriche di base per elaborare i dati geofisici. Gli argomenti trattati sono i seguenti:

  • Introduzione a Python: i moduli numpy e matplotlib.pyplot; operazioni elementari su array. Alcuni semplici comandi grafici: plt.plot e plt.imshow. I cicli for, while, ed il costrutto if... elif... else. Functions and scripts in Python.
  • Il modello convoluzionale: funzione di riflettività e traccia convoluzionale; ondina di Ricker e convoluzione di una ondina generica con una traccia impulsionale (esempio tratto dal modello di Marmousi).
  • Campionamento e Trasformata di Fourier: il campionamento di una sinusoide; l'alias di una sinusoide; frequenza di Nyquist; analisi spettrale della componente verticale ed orizzontale del terremoto di Loma Prieta e/o di shot sismici.
  • Filtraggio di dati geofisici: esempio di applicazione di un filtro (filtro a fase zero) nel tempo e nelle frequenze su un dato sintetico e reale.
  • Autocorrelazione e cross-correlazione; proprietà dell'autocorrelazione nei confronti del rumore random; esempio di applicazione della cross-correlazione: il Vibroseis; filtraggio adattato.
  • Traformata di Fourier 2D: esempi sintetici e reali; Filtraggio FK ed esempio di applicazione di un filtro nel dominio FK.
  • La fase di un'ondina: unwrap della fase; traslazione nei tempi e rotazione dello spettro di fase.
  • Fitting lineare per il calcolo delle statiche a rifrazione.
Syllabus

The aim of the Laboratory is to give the student the basic skill in numerical methods for processing geophysical data. The topics of the course are the following:

  • Introduction to Python: the module numpy and matplotlib.pyplot; Operations on arrays. Some simple graphic commands: plt.plot and plt.imshow. for and while loops and the if...elif...else construct. Functions and scripts in Python.
  • The Convolutional model: reflectivity function and convolutional trace; Ricker wavelet; convolution of a generic wavelet with an impulsional trace (example from the Marmousi model).
  • Sampling theorem and Fourier transform: sampling of a sinusoidal wave, alias of a sinusoid; Nyquist frequency; spectral analysis of the vertical and horizontal component of the Loma Prieta earthquake and/or of seismic shot records.
  • Geophysical data filtering: example of a filter application (a zero phase filter) in time and frequency domain on synthetic and read data.
  • Autocorrelation and cross-correlation functions; properties of the autocorrelation against the random noise; example of a cross-correlation application: the Vibroseis. Adaptive filtering.
  • 2D Fourier Transform: synthetic and real examples. FK filtering and example of application in the FK domain.
  • Phase unwrap of the wavelet. Wavelet time shift and rotation of the phase spectrum.
  • Linear fitting: application to the first breaks for the refraction statics computation.
Bibliografia e materiale didattico

Dispense del corso

Seismic Data Analysis, Oz Yilmaz, SEG 2001

Bibliography

Recommended reading includes the following works:

Notes of the course.

Yilmaz (2001); Seismic data Analysis. SEG Book

Modalità d'esame

Prova pratica finale in laboratorio utilizzando Python (o Matlab) su alcuni problemi assegnati

Assessment methods

Final laboratory practical demonstration solving some problems with Python (or Matlab)

Altri riferimenti web

https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=3374

Additional web pages

https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=3374

Note

Stucchi Eusebio (Presidente)

Tognarelli Andrea (Presidente supplente)

 

Notes

Stucchi Eusebio (President)

Tognarelli Andrea (acting President)

Ultimo aggiornamento 23/02/2024 17:17