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l'archivio Web delle registrazioni sismiche italiane a rifrazione/riflessione a grande angolo (R/WAR) revisione del progetto Dss-On-Line '98 [ sintesi / presentazione PPT ]
a cura di Mariano Maistrello - INGV, Sezione di Milano - via Bassini 15, 20133 Milano |
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Riassunto:
Nel 2000 si è
completamente rivisto il precedente prototipo 'Dss-On-Line' presentato
al XVII Convegno
del Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida [Ferrari
et al., 1998]. Lo scopo era e rimane quello di mettere a disposizione
della comunità scientifica una banca dati di sismica attiva completa,
facilmente consultabile e gestibile via Web (soprattutto dati sismici ottenuti
dai profili a rifrazione crostali, con tecnica DSS - Deep Seismic Soundings).
Oltre alla possibilità di navigazione attraverso l'intera storia
delle esplorazioni crostali italiane, anche il nuovo DOL-2000 consentirà
anche lo scarico delle forme d'onda numeriche contenute nel database interno,
per eventuali ulteriori elaborazioni e/o re-interpretazioni. Infine, a
integrazione dei dati primari, nel progetto è prevista la possibilità
di inserire altri dati accessori (ad esempio riferimenti bibliografici)
utili per indirizzare l'utente verso ulteriori approfondimenti.
Rispetto alla
precedente versione, l'unico modulo rimasto inalterato è costituito
dal 'Menu_Hp', cioè la procedura di conversione analogico/digitale
dei segnali sismici. Tutto il resto è stato rivisto e migliorato,
alla luce dei moderni sviluppi hardware e software, per accrescere le prestazioni
e migliorare le funzionalità del progetto. Perciò DOL-2000
si offrirà con nuova interfaccia utente, nuovo software Informix
di gestione delle informazioni e delle pagine Web (Internet Foundation
2000), nuova piattaforma grafica standard GIS (Esri-ArcIMS), nuova piattaforma
hardware (HP L1000 biprocessore). Il rilascio del nuovo prodotto è
previsto per la fine del 2001, con l'archivio delle forme d'onda digitali
completato, mentre nel prossimo anno verranno acquisiti e implementati
i dati accessori.
1. I dati di sismica attiva per lo studio dell'interno della Terra
L'attività di esplorazione
crostale italiana condotta con tecniche di sismica attiva a rifrazione
ha prodotto negli anni una notevole serie di modelli crostali 2D relativi
all'intera penisola, descritti da svariati Autori e riassunti da Morelli
[1993].
Gli esperimenti avvenivano nell'ambito di collaborazioni nazionali ed internazionali,
sotto l'egida della ESC. La
metodologia impiegata nello studio si è via via sviluppata sempre
a partire, comunque, dai dati di base iniziali (sismogrammi), ottenuti
da sensori velocimetrico possibilmente tarati e di buona qualità.
Inoltre i sistemi di elaborazione-dati dovevano essere in grado di realizzare
una sezione-film facilmente riproducibile, variandone i parametri di studio.
Ciò si è potuto concretizzare grazie all'avvento dell'era
digitale, che ha coinvolto tutti i diversi aspetti della ricerca: dalla
raccolta del dato, alla sua elaborazione e fino alla produzione dei modelli
finali. Grazie a tali progressi tecnologici, inoltre, alcuni autori hanno
potuto riprendere alcuni dei principali profili DSS nella moderna veste
digitale e rielaborarli per ricavarne ulteriori e più dettagliate
informazioni che miglioravano le precedenti conoscenze [Scarascia
et al., 1994; Morelli, 2000].
Tali nuove conoscenze possono quindi rivelarsi utili sia per il comparto
scientifico dell'Ente impegnato nello studio dell'Interno della Terra (tra
l'altro potendo meglio orientare le moderne indagini di tomografia sismica),
sia anche per il settore Sismologia, ai fini del contributo che possono
offrire per la miglior determinazione delle coordinate ipocentrali, per
i terremoti
con origine nella crosta, sostituendosi agli antichi modelli di crosta
a due strati con velocità costanti. Comprensibile e giustificato,
quindi lo sforzo di realizzare un sistema per una migliore e più
efficace produzione, raccolta, verifica e archiviazione del dato sismico
in termini moderni e tecnologicamente avanzati. Tali impegni hanno portato,
nel tempo, a nuovi sviluppi circa gli algoritmi di elaborazione dei dati
[Maistrello, 1993; Corsi,
1994], alla realizzazione del nuovo sistema di digitalizzazione-dati
sismici [Maistrello, 1996], e infine
alla progettazione della prima versione di archivio strutturato di dati
sismici consultabile via Web: il progetto 'Dss-On-Line' versione 11/98.
2. 'Dss-On-Line', versione 11/'98 (fig. 1)
Al XVII Convegno del Gruppo Nazionale
per la Geofisica della terra Solida del CNR (GNGTS), veniva quindi presentato
un prototipo di database-on-line [presentazione
PowerPoint]. In quella prima versione, il progetto 'Dss-On-Line'
[Ferrari, 1998] conteneva già molte
delle funzionalità che verranno poi estese e perfezionate nella
versione successiva (DOL-2000). Gli obiettivi erano diversi e complementari.
Tramite una interfaccia Web particolarmente semplificata, il progetto permetteva
infatti ai ricercatori interessati l'accesso alle informazioni più
importanti, e cioè le forme
d'onda numeriche dei sismogrammi digitali e/o digitalizzati, scaricabili
singolarmente o per profili, mediante login e password temporizzate concesse
per progetti di ricerca comuni. Inoltre, tramite funzioni di ricerca e
di aggregazione delle informazioni, il prototipo permetteva una 'navigazione'
personalizzabile o su una finestra temporale, o su un'area definita (fig.
2), impiegando il browser web come strumento di ricerca e reperimento
ragionato dei dati sismici di interesse, scelti tra quelli inseriti nel
data-set di prova. Infine erano state previste ed implementate ulteriori
funzioni di accesso a dati 'accessori' correlati, come: le informazioni
bibliografiche locali e/o in rete, la presentazione dei principali modelli
di velocità elaborati per i profili in esame, le sezioni-film panoramiche,
le linee di copertura, ecc.
3. DOL-2000 (fig. 3)
Nell'estate 2000 si è ripreso il progetto
del '98 che, sulla base dell'esperienza acquisita e delle nuove esigenze
emerse, è stato completamente rivisto [Ferrari
e Maistrello,
2000]. Così, mentre da un lato sono continuate
le operazioni interne di digitalizzazione delle ultime serie di dati sismici
e di ottimizzazione dei codici originali messi a punto per la loro certificazione
e validazione [Corsi,
1999], dall'altro si
è proceduto ad una intensa opera di rivisitazione del vecchio progetto,
analizzandone i dettagli e le problematiche ancora aperte. Alla fine del
processo di analisi del vecchio prodotto, si manifestava l'opportunità
di un nuovo progetto. Così si è arrivati a stipulare un nuovo
contratto con il partner CILEA, con lo scopo di migliorare sensibilmente
le prestazioni complessive del prototipo, rivedendone aspetto e sostanza,
e arricchendolo di tutta una serie di nuove funzionalità. Lo scopo
finale e dichiarato era quello di poter completare la nuova struttura fondamentale
(sito Web e Database numerico delle forme d'onda) entro la fine del 2001,
lasciando poi il tempo successivo per il completamento dell'opera, con
l'inserimento dei dati accessori a cura del gestore. Queste sono
stati gli elementi di pianificazione del nuovo prodotto, subito nominato
'DOL-2000'.
3.1 Dati DSS classici e R/WAR moderniRispetto alla precedente versione, l'obiettivo primario del progetto è rimasto sostanzialmente immutato. Ma se quello è rimasto invariato, altri obiettivi si sono aggiunti, dovuti soprattutto alla specifica di progetto forse più impegnativa che ci eravamo imposti: e cioè quella di consentire una accessibilità non solo ai dati dei classici profili sismici crostali (lineari o a ventaglio), con una densità media dell'ordine di una stazione (cioè un segnale) ogni 2 km, ma anche ai moderni profili impiegati per l'esplorazione più superficiale (Refraction/Wide Angle Reflection), molto più 'densi' (una stazione ogni 0,2-0,4 km !). E' opportuno, in proposito, fare una breve digressione sull'andamento di tale importante caratteristica: la densità lineare della informazione sismica nel tempo.
Storicamente, in Europa l'esplorazione
geofisica crostale impiega il metodo 'a rifrazione profonda' - chiamato
D.S.S. da 'Deep Seismic Soundings' - a partire dai primi anni '50, sfruttando
in campo civile le nuove tecniche d'indagine perfezionate durante il periodo
bellico [E.A.E.G.,
1961]. In Italia le ricerche scientifiche impieganti
tale nuova tecnica si sviluppano in ambito CNR, Università e MURST
attraverso i momenti organizzativi riportati da Morelli [1993].
Analizzando i dati geometrici dei profili sismici più rappresentativi,
eseguiti in più di 30 anni di attività, si può constatare
come la variabile
densità della informazione (misurabile
in segnali/km) sia andata aumentando nel tempo, con un gradiente differenziato:
fino agli anni '82-'83 si viaggiava ad un trend praticamente costante di
0,2-0,4 segnali/km; poi, e per un decennio (esperimenti
EGT) il trend è salito a 0,5-0,8, per assestarsi, negli ultimi
anni, intorno a valori di 4-5 segnali/km con gli esperimenti del progetto
CROP degli anni '90! Sono diversi, ovviamente, i fattori che hanno contribuito
a tale positiva evoluzione, ma sono soprattutto due quelli che si riveleranno
determinanti, e cioè: l'ottimizzazione del coordinamento e della
pianificazione degli esperimenti (quasi obbligata, a fronte della aumentata
strumentazione che i diversi Partner internazionali potevano mettere a
disposizione) e la rivoluzione tecnologica introdotta con i nuovi
strumenti digitali, avvenuta in quegli anni. Tali fattori hanno
contribuito sia a migliorare sensibilmente il rapporto segnale/disturbo,
e quindi la qualità del dato all'origine, ma anche a produrre grandi
quantità di dati che è stato possibile gestire solo grazie
al contemporaneo affermarsi della micro informatica distribuita. Nel lavoro
citato potevo concludere che in circa 40 anni di esplorazione crostale,
la relativa densità di informazione è andata migliorando
di un fattore 25-30, passando da un segnale ogni 5000-6000 mt agli inizi
degli anni '60, ad uno ogni 200 mt circa al giorno d'oggi. Ovviamente si
tratta di valori di punta(1).
In termini di byte, possono valere considerazioni analoghe: un vecchio
profilo crostale di 100 km, ad esempio, composto da una ventina di registrazioni
sismiche, digitalizzate poi a 100 c/s, per durate medie di 60 sec, 'pesa'
circa
240 kB, con 'dati' a 16 bits; un analogo profilo realizzato con le moderne
tecnologie, può arrivare a 6000 kB. Un primo fondamentale successo
nella compilazione dei 'nuovi' dati digitali si ottiene nel 1997, con la
pubblicazione dei dati CROP (esperimenti 'Mare & Lisa') a cura del
'Gruppo
Sea-Land Crop Mare II' [1997].
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(1) Per fare un esempio
possiamo riferirci ai due esperimenti: EGT'85 [Maistrello
et al., 1990] e Mareves'97 [Gasparini
et al., 1998]. Nel primo caso si sono avute densità di 0.6
segnali/km; nel secondo - con scoppi in mare, dove la gestione operativa
è molto meno onerosa - si sono raggiunte densità di 5 segnali/km.
Per amore di verità, però, dobbiamo ricordare che densità
analoghe erano già state raggiunte dai Paesi ex-URSS in via anlogica,
per profili terrestri, già ai primi anni '60 (!), come documentato
in Maistrello et al. [1999].
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3.2 Architettura e specifiche funzionaliLe nuove esigenze e le esperienze maturate nell'uso e nella gestione del prototipo '98, ci hanno indotto ad una completa riscrittura dello stesso. DOL-2000 quindi non è un seguito o il completamento del prototipo del Novembre 1998. Si configura invece come un nuovo strumento, che certamente mette a frutto l'esperienza acquisita precedentemente durante la gestione della fase prototipale, ma che ora si rinnova sia nel look sia nelle procedure. Il disegno complessivo del progetto è andato quindi evolvendosi verso una situazione attuale che potremmo definire 'matura', e che, grazie alla scelta 'politica' di adozione di software solo ed esclusivamente open-standard (a parte quelli che alimentano il data base, di proprietà), ne garantisce un'evoluzione sicuramente longeva ed efficace. Lo schema generale delle operazioni è illustrato in figura 4.
Nel nuovo contratto con il Partner
CILEA (Ottobre 2000) sono state quindi scritte le nuove funzionalità
che avrebbero dovuto garantire il successo dell'intera operazione. Sono
state individuate e concordate sei fasi di sviluppo:
a) revisione delle tabelle-indice
che compongono il tessuto relazionale del DataBase;
b) revisione delle pagine HTML che
attualmente compongono il sito web, in base ai nuovi dati presenti nelle
tabelle e alle nuove esigenze;
c) realizzazione di una nuova procedura
di data-entry per gestire tutti gli elementi del data base (campagne, profili,
dati 'header', immagini) e di una nuova e sicura procedura per la gestione
delle abilitazioni al download dei dati;
d) recupero di dati ancora residenti
su nastri magnetici digitali IBM, scritti in ambiente VM/CMS;
e) gestione della base dei dati
presso il CILEA (hosting) fino alla conclusione del 2001;
f) introduzione e integrazione del
sistema GIS per la gestione della parte geografica, in sostituzione della
precedente applet Java, risultata alquanto pesante, complessivamente.
Dopo i primi incontri preliminari, per i necessari chiarimenti e approfondimenti, è stato approntato il piano di lavoro riportato in figura 5: tale master-plan dovrebbe aiutare i diversi partner nella sincronizzazione delle operazioni fino alla conclusione del progetto e il rilascio del prodotto.
L'autunno del 2000, quindi, è stato dedicato all'analisi progettuale necessaria per ridisegnare la struttura e i meccanismi relazionali del database, che sarebbe stato gestito dai prodotti di nuova acquisizione presso il CILEA. In questa fase, le esigenze di compatibilità con la suite dei programmi in ambiente Matlab necessari per la verifica e la validazione dei dati digitali, hanno imposto anche una definitiva riformulazione della struttura dei dati di 'Header', riscritti in maniera da non presentare alcun parametro con valore negativo.
Nella prima parte del 2001 ci si
è poi dedicati alla scrittura dei nuovi moduli per fornire al gestore
del sistema un efficace strumento di controllo e manutenzione via web del
contenuto del database (informazioni e dati). E' stata realizzata e implementata,
perciò, una nuova applicazione VBasic per Windows [Ferrari,
2000]. La nuova procedura di tele-gestione dei dati, prevede la formalizzazione
di alcuni passaggi. Alcuni sono svolti in ambiente Windows locale, impiegando
un nuovo modulo 'Parser' (fig. 6) che,
dalla lettura dei dati di Header, provvede a generare un file di 'query'
(in formato .SQL) eseguibile dal sistema, mediante il quale viene alimentata
la tabella relativa ai dati estratti. Altri passaggi poi vengono realizzati
tramite la compilazione di un modulo (fig.
7) proposto dal sistema. Una prima versione della nuova procedura è
stata provata già alla fine del 2000 quando nella nostra sede si
è ritrovato più volte il nucleo operativo del progetto (Maistrello,
Corsi, Ferrari, Arvati). In tali occasioni si sono preliminarmente sperimentate
alcune fasi della nuova procedura, a partire dall'organizzazione dei files
nell'ambiente del PC locale, il trasferimento via FTP, il controllo sui
vari 'tipi' di dati di rilevazione, la completezza dei dati di Header,
ecc. Per tale fase di test sono stati impiegati i dati delle seguenti campagne:
BTP'91
(9 profili, 120 MB), supporto
del profilo CROP-03 (10 pr., 130 MB), Toscana'78
(6 pr., 85 MB). I primi test della procedura, hanno portato ad una sua
modifica parziale, per la parte relativa alla preparazione delle schede-profili.
E' stata quindi prodotta una seconda e definitiva
versione del pacchetto con la quale si testeranno gli ultimi punti
cruciali, come la definizione dei profili 'ad alta densità' (parziali
dati CROP) e quelli di cui non si dispone delle coordinate geografiche.
3.3 Implementazione e risorse impiegateLa scelta di un database basato su Web e Internet, impiegante protocolli di comunicazione standard (TCP-IP), è parsa subito vincente, pur con le complessità progettuali incontrate che comunque si sono sempre risolte con successo, grazie alla positiva collaborazione fra i diversi attori coinvolti nel progetto. Il prototipo del '98, in questo senso, non è servito solo all'Istituto committente, per ridefinire e riorganizzare la considerevole mole di dati sismici disponibile in laboratorio, ma ne ha tratto beneficio anche lo stesso CILEA in veste di responsabile per la parte realizzativa del progetto. Dal punto di vista informatico, le principali novità del nuovo DOL-2000 sono: nuovi strumenti di sviluppo e manutenzione, grazie ai nuovi prodotti hardware e software attualmente disponibili per gli sviluppatori, nuove funzionalità di navigazione, nuova veste grafica e interfaccia utente, nuova piattaforma GIS (Esri ArcIMS di recentissima distribuzione) e, soprattutto, nuova struttura del database Informix Internet Foundation 2000 che consente di gestire efficacemente il complesso dei dati a disposizione, anche quelli critici. Nella sua versione finale, DOL-2000 dovrebbe comprendere anche i necessari strumenti per una completa interazione da e verso gli utenti, quali: help in linea 'intelligente' (capace di seguire le operazioni dell'utente, ed eventualmente aiutarlo per il punto in cui si trova), esame degli accessi, forms, statistiche, completa versione in lingua inglese, motore di ricerca interna, ecc… Una volta completato, DOL-2000 dovrebbe collocarsi quindi come l'archivio di riferimento nazionale per i dati di sismica attiva e, grazie alle caratteristiche di architettura 'aperta' degli standard impiegati, potrà utilmente interagire con gli altri dell'INGV, presenti o in programma (banca dati sismologica integrata, ad esempio).
Il complesso delle risorse hardware e software su cui può contare attualmente DOL-2000 è illustrato nello schema di Tabella 1. L'adozione del recente prodotto GIS 'ArcIMS' della ESRI dovrebbe garantire al prodotto una efficace gestione di tutti i riferimenti geografici, ed in particolare:
4. Stato dell'arte e prospettive
4.1 Contenuti del database: digitalizzazione e validazione dei dati sismiciNel frattempo nella Sezione continuano le operazioni di digitalizzazione per alimentare il database interno di DOL-2000, impiegando hardware e software di proprietà. I dati su cui si sta lavorando in questo periodo si riferiscono alla corposa campagna sismica del 'Tirreno-Ionio'79', parte Calabria, dato che l'intera area dell'Appennino meridionale (Arco calabro-lucano, Appennino campano-lucano) in questo periodo è oggetto di rinnovati studi [Gaudiosi et al., 2000] volti alla miglior comprensione delle geometrie della crosta terrestre in prospettiva di valutazione del rischio sismico. I numeri di 'Calabria 1979' sono: 90 scoppi marini (175-250 kg esplosivo cad.), registrati in FM su banda magnetica da 2 profili lineari di stazioni a terra con strumentazione analogica Mars66 e sensori verticali a 1 Hz e 4 reti di stazioni fisse con strumentazione varia: rete OGS (12 staz.), IGL-CNR (6), UNI-Calabria (9), OV (7), per un totale di 4.320 registrazioni teoriche. Le operazioni di questa campagna sono illustrate nella relazione O.G.S. n. 79546 [CNR, 1979].
Le figure 8 e 9 riportano degli esempi significativi relativi ad alcune fasi dei due processi di alimentazione dei dati digitali nel database:
4.2 Il progetto WEBL'aspetto Web di DOL-2000 ha comportato la progettazione di nuove pagine statiche, oltre quelle che vengono generate dinamicamente durante le sessioni di ricerca e navigazione. Questa fase è ancora in corso, e certamente il prodotto finale si presenterà con un'interfaccia leggera, possibilmente aderente ai criteri suggeriti dal W3C e, in ambito italiano, dal gruppo referente costituito dal GARR. Per ora è attivo il sito provvisorio che si può esplorare all'indirizzo http://dol.cilea.it, con molte novità rispetto alla vecchia versione. Illustriamo solo alcuni esempi in proposito. In figura 11 è mostrata una pagina di esempio di ricerca-dati in DOL-2000. Attualmente le pagine sono strutturate nei seguenti elementi: una riga in alto, stabile per ogni campagna, con il titolo della campagna e i dati di inizio e fine. Sotto si trovano 3 colonne: a sinistra la zona per i servizi (con i bottoni); in centro la finestra per le sezioni-film preconfezionate (serviranno a guidare l'utente nella scelta dei dati da scaricare e a regime conterrà lo spazio dedicato al GIS); a destra, infine, la colonna delle informazioni su profili e stazioni, con la possibilità di esplorare i dati puntualmente. In figura 12 è mostrata la parte relativa alla richiesta di password. Oltre a login e password temporizzate, all'utente viene consegnato un documento 'protocollo' per le modalità di utilizzo e divulgazione dei dati prelevati da DOL-2000. In figura 13: la sezione relativa al download dei dati, possibile solo a seguito dei necessari permessi concessi. A seconda delle esigenze, l'utente potrà scaricare singole registrazioni, o interi profili. La richiesta dei dati di un'intera campagna è all'esame del nuovo progetto. In questo caso l'accesso ai dati verrà pianificato in base alle reali esigenze dell'utente. In figura 14, infine, è mostrato un esempio relativo ad una ricerca bibliografica.
4.3 Conclusioni e prospettiveDOL-2000 sarà completamente operativo alla fine del 2001. Per tale importante scadenza pensiamo di poter mettere in linea:
Una nota a parte merita il delicato rapporto con un altro importante archivio nazionale di dati sismici crostali: mi riferisco ai dati raccolti nelle esplorazioni del progetto Crosta Profonda CROP, coordinato dal Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida (GNGTS) del CNR [Bernabini, 2000, Slejko, 2001]. Pur consapevoli della multiproprietà intellettuale e relativi copyright legati al Consorzio CNR-ENI-ENEL che l'ha gestito negli ultimi tempi, occorrerà attivarsi affinchè, tramite opportune iniziative di ricerca comuni, e grazie alla disponibilità dell'intero complesso dei dati geofisici crostali, la Comunità scientifica possa realizzare quella sintesi (il modello 3D crostale italiano) che non sembra più tanto lontana da raggiungere e che, considerati i costi di tali pluriennali ricerche, mi pare dovuta al nostro Paese.
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Figure:
Tabelle:
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COLLABORATORI del progetto DOL-2000: