La valutazione della distribuzione del flusso di calore superficiale (HF) è un elemento basilare nei metodi di prospezione geotermica, consentendo di individuare con costi relativamente modesti aree termicamente anomale e fornendo un’immediata indicazione delle potenzialità geotermiche di un’area.
I metodi termici di prospezione geotermica (misure di temperatura in pozzo e calcolo dei gradienti geotermici; misure di conducibilità termica su campioni di roccia) sono del resto gli unici che consentano una misura diretta della grandezza “calore” che è il fine ultimo dell’esplorazione.

Il prodotto del valore di gradiente geotermico di un’area (∆t/∆z) per quello della conducibilità termica delle rocce (k) fornisce il valore del flusso di calore (Q), secondo la relazione:

Q = k x ∆t/∆z (Q = mWxm-2).

Il prodotto principale dell’attività del laboratorio sono le mappe di flusso di calore e/o di gradiente geotermico dell’area investigata.

Queste mappe rappresentano la base dell’esplorazione geotermica. Tuttavia, a seconda della disponibilità di dati e delle finalità dello studio, sono possibili diverse combinazioni di confronto diretto di HF con altri parametri geofisici, geochimici e strutturali che consentono una visione d’insieme delle caratteristiche geotermiche di un’area.

STRUMENTAZIONE

Attualmente per le misure di temperatura in pozzo è disponibile uno strumento ad azionamento manuale con un cavo a quattro conduttori rivestito in teflon della lunghezza di 450 m; sensore di acquisizione costituito da una termoresistenza al platino da 100 Ohm nominali di tipo Pt100, con sensibilità +/- 0.01 °C e precisione +/- 0.03 °C. Strumento di controllo e indicatore di temperatura “Corradi RP 2000 S”.

La conducibilità termica viene misurata in laboratorio su campioni prelevati in pozzo (carote) o su campioni provenienti da affioramenti rocciosi. I campioni vengono preparati nel Laboratorio di macinazione rocce e separazione minerali dell’IGG.

Sono disponibili due strumenti con sorgente lineare:

  • Shotherm QTM Showa Denko;
  • Strumento autocostruito in collaborazione tra IGG e IPCF CNR, con caratteristiche analoghe allo Shotherm QTM;

E’ disponibile inoltre uno strumento Isomet 2114 dotato alternativamente di sorgente planare o di sonda ad ago di Maxwell.

SOFTWARE

Per la modellizzazione termica delle aree studiate vengono utilizzati i codici:

  • Hydrotherm 3.1 (2D) dell’USGS;
  • Shemat 7.1 (2D – 3D) (Università di Aachen).

Per il contouring e la realizzazione di grafici e sezioni termiche:

  • SURFER 13© (Golden Software);
  • GRAPHER 11© (Golden Software);
  • DIDGER 4© (Golden Software).

 

 

PERSONALE

Dott. Stefano Bellani (Ricercatore CNR - Responsabile Laboratorio)
Dott. Gianluca Gola (Ricercatore CNR)

CONTATTI

Telefono:

050 6213286 (Dr. Stefano Bellani)
050 6212368 (Dr. Gianluca Gola)

E-mail:

stefano.bellani(at)igg.cnr(dot)it
gianluca.gola(at)igg.cnr(dot)it

METODI E APPLICAZIONI

Oltre che nel calcolo del flusso di calore e dei gradienti geotermici, le misure di temperatura di precisione in pozzo trovano anche altre applicazioni nell’ambito delle scienze della terra. Questo laboratorio ha svolto e svolge infatti attività nell’individuazione e nel monitoraggio delle falde idriche sotterranee, anche in ambito minerario (miniere sotterranee di salgemma), e nelle ricostruzioni paleoclimatiche con dati di pozzi le cui temperature non mostrino effetti di circolazione di acque sotterranee. Un altro campo nel quale la misura del flusso di calore terrestre e dei gradienti geotermici rivestono una fondamentale importanza è quello delle applicazioni geotermiche di medio-bassa entalpia, settore in forte espansione per ragioni di risparmio energetico e salvaguardia ambientale.

I risultati dell’attività di campagna (misure in pozzo) e di laboratorio (misure di conducibilità termica) vengono integrati con altri parametri e trattati con modellistica termica 2D e 3D svolta con i codici di calcolo Hydrotherm 3.1 (USGS) e Shemat 8.0 (Università di Aachen). In collaborazione con colleghi IGG e di Università straniere sono state realizzate modellizzazioni termiche con codici più complessi (TOUGH2).

PROGETTI E INTERESSI SCIENTIFICI

La maggior parte delle attività del laboratorio sono svolte nell'ambito di collaborazioni con enti di ricerca e con industrie. Queste ultime rappresentano anche la principale fonte di finanziamento.

Tra gli altri, ma non solo, collaborazioni sono state e/o sono attive con:

Industria:

  • ENEL
  • Società Chimica Solvay
  • Steam
  • Sorgenia.

Enti di ricerca:

  • INGV
  • Southern Methodist University (Dallas, USA)
  • Università di Trieste, Genova, Roma, Bologna, Lugano (CH).

ATTIVITA’ IN CORSO:

Campagna di misure in pozzi di gradiente geotermico e misure di k su carote nei permessi di ricerca Scansano e Pereta in Toscana meridionale su incarico della Società Steam.

Il laboratorio è anche attualmente inserito nel progetto “Horizon 2020 – DESCRAMBLE (2015-2018)” per la perforazione profonda nel campo geotermico di Larderello.

PUBBLICAZIONI SELEZIONATE

  • Bellani S., Magro G., Gherardi F. (2015). “Heat Flow and Helium Isotopes in the Geothermal Areas of Tuscany (Central Italy)”. Geothermal Resources Council Transactions, vol. 39, p. 399-405.
  • Bellani S., Gherardi F. (2014). “Thermal Features of the Pisa Plain, a Neogenic Basin in Central Italy”. –Geothermal Resources Council Transactions, vol. 38, p. 357-361.
  • Bellani S., Gherardi F. (2013). “Thermal Overview of an Area NW of the Larderello Geothermal Field, Italy”. – Geothermal Resources Council Transactions, vol. 37, p. 231-235.
  • Magro G., Gherardi F., Bellani S. (2010): “Noble gases in karstic and thermal waters of Strimon basin (Greece-Bulgaria)”. Water-Rock Interaction Symposium, Guanajuato, Mexico, p. 345-348.
  • Bellani S., Gherardi F. (2009). “Thermal Modeling of an Area West of the Mt. Amiata Geothermal Field, Italy”. – Geothermal Resources Council Transactions, vol. 33, p. 431-435.
  • Magro G., Bellani S., Della Vedova B. (2009). “The deep roots of the Larderello geothermal field (Italy) from heat flux and 3He anomalies”. Geothermal Resources Council Transactions, vol. 33, p. 405-409.
  • Della Vedova B., Vecellio C., Bellani S., Tinivella U.,(2008). “Thermal modelling of the Larderello geothermal field (Tuscany, Italy)”. Int. Journal of Earth Sciences, 97, 317-332.
  • Pasquale V., Verdoya M., Chiozzi P., Bodri L., Bellani S. (2005) “Temperature signal in the underground for climate history reconstruction in Italy”. Global and Planetary Change, 47. pp. 36-50
  • Bellani S., G. Magro, A. Brogi, A. Lazzarotto and D. Liotta, (2005). “Insights into the Larderello geothermal field: structural setting and distribution of thermal and 3He anomaly”. Proceedings of World Geothermal Congress, Antalya, Turkey, 24-29 April 2005. pp. 1-4.
  • Bellani S., Brogi A., Lazzarotto A., Liotta D., Ranalli G. (2004) “Heat flow, deep temperatures and extensional structures in the Larderello geothermal field (Italy): constraints on geothermal fluid flow”. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 132, 15-29.
  • Magro G., Gianelli G., Ruggieri G., Bellani S., Scandiffio G. (2003) – “Helium isotopes in paleofluids and present-day fluids of the Larderello geothermal field: Constraints on the heat source”. Journal of Geophysical Research, v. 108, n. B1, ECV3, 1-12.
  • Della Vedova B., Bellani S., Pellis G., Squarci P. (2001) – “Chapter 7: Deep temperatures and surface heat flow distribution”. In: Anatomy of an orogen, The Apennines and adjacent Mediterranean basins, (Editors : Vai G.B., Martini I.P.). Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, The Netherlands, pp. 65-76 + 2 plates.
  • Bellani S., Buonasorte G., Grassi S., Squarci P. (1998): “Geological and structural features of the San Cataldo district heating project (Pisa, Italy)”. – Proceedings 5th World Renewable Energy Congress, Florence, Vol. 4, pp. 2746-2749.
  • Baldi P., Bellani S., Buonasorte G., Fiordelisi A., Manzella A. (1998): “Geothermal exploration in Tuscany (Italy) for high temperature resources.” - Proceedings 5th World Renewable Energy Congress, Florence, Vol. 4, pp., 2733-2736.
  • Wisian K.W., Blackwell D.D., Bellani S., Henfling J.A., Normann R.A., Lysne P.C., Forster A., Schrotter J. (1998): "Field comparison of conventional and new technology temperature logging systems" – Geothermics, Vol. 27, n.2, pp. 131-141.
  • Wisian K.W., Blackwell D.D., Bellani S., Henfling J.A., Normann R.A., Lysne P.C., Forster A., Schrotter J. (1996): "How hot is it ? (A comparison of advanced technology temperature logging systems)" – Geothermal Resources Council Transactions Vol. 20, pp. 427-434
  • Baldi P., Bellani S., Ceccarelli A., Fiordelisi A., Squarci P., Taffi L. (1995) : "Geothermal anomalies and structural features of southern Tuscany" - "World Geothermal Congress Proceedings"- Florence, May 1995, pp. 1287-1291.
  • Bellani S., Grassi S., Squarci P.(1995) : "Geothermal characteristics of the Pisa plain" - "World Geothermal Congress Proceedings" - Florence, May 1995, pp. 1305-1308.
  • Bellani S., Calore C., Grassi S., Squarci P. (1995): "Thermal prospecting in Pantelleria island (Sicily Channel, Italy)" – “World Geothermal Congress Proceedings" - Florence, May 1995, pp. 767-770.