Università di Bologna "Ama Mater Studiorum", Dottorato di Ricerca in Geofisica XX Ciclo, 2008
Tony Alfredo Stabile
Negli ultimi decenni sono stati sviluppati diversi metodi numerici per la soluzione dell'equazione dell'elastodinamica in campo completo (metodo dei numeri d'onda discreti, differenze finite, elementi finiti) o in approssimazione ad alta frequenza (ray theory). Questi ultimi sono preferibili ai primi per molte applicazioni a causa del minore tempo di calcolo richiesto e di una migliore interpretazione delle fasi sismiche sui sismogrammi (tutte le fasi presenti su un sismogramma sintetico "ray theory" sono relative a onde di volume note). I metodi basati sulla teoria del raggio sono quindi utilizzati ogni qualvolta è richiesto un calcolo rapido dei sismogrammi sintetici (procedure di calcolo iterativo del campo d'onda, studi di propagazione del campo sismico ad alta frequenza) o per studi di propagazione acustica subacquea a frequenze ultrasoniche.
Poiché la soluzione "ray-theory" del campo d'onda è composta da un insieme di onde di volume elementari che viaggiano dalla sorgente al ricevitore attraverso il mezzo di propagazione, il campo d'onda sarà calcolato soltanto per le onde selezionate. Per realizzare sismogrammi sintetici quanto più completi possibili sarà quindi necessario considerare un grande numero di onde di volume. La necessità di risolvere il problema della generazione di un insieme esaustivo di raggi e fasi da calcolare, ha portato allo sviluppo di un metodo basato sulla generazione gerarchica di stringhe che descrivono il percorso dei raggi ed il tipo di fase. Il metodo è stato implementato nel codice COMRAD (COdice Multifase per il Ray-tracing Dinamico), testato ed infine applicato all'analisi di fasi iflesse alle discontinuità sismiche nei Campi Flegrei ed alla propagazione acustica subacquea.
Nei casi in cui l'approssimazione ad alta frequenza non è più valida perché le dimensioni delle eterogeneità presenti nel mezzo di propagazione sono più piccole della lunghezza d'onda del segnale inviato dalla sorgente, come ad esempio le rugosità delle superfici o gli spigoli di oggetti sommersi, per il calcolo del campo d'onda è stata adoperata la teoria dello scattering di Rayleigh. Le sezioni sintetiche, ottenute simulando la registrazione a diversi ricevitori dell'eco diffuso dall'oggetto investito dal segnale acustico, sono state utilizzate per ricostruire l'immagine dell'oggetto attraverso tecniche di beamforming.