revisione del progetto DOL '98 [ sintesi ] [ presentazione ppt ] |
DOL 2000
l'archivio Web delle registrazioni sismiche italiane
a rifrazione/riflessione a grande angolo (R/WAR)
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Riassunto:
Nel 2000 si è
completamente rivisto il precedente prototipo 'Dss-On-Line' già 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 ppt]. 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 moderni
Rispetto 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, per profili terrestri con registrazioni in analogico,
già ai primi anni '60 (!), come documentato dal progetto INTAS-IA-96-03, coordinato dall'Autore [Maistrello et al., 1999]
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3.2 Architettura e specifiche funzionali
Le 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 impiegate
La 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 sismici
Nel 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:
- digitalizzazione
ed elaborazione segnale-tempo (applicazione MENU_HP in ambiente Basic-HP)
- controllo e validazione finale dei dati
(applicazione CHK in ambiente Matlab).
Una nota a parte merita il rapporto con un altro importante archivio nazionale di dati sismici crostali: mi riferisco ai dati raccolti nelle esplorazioni del progetto di sismica a riflessione verticale italiano 'Crosta Profonda' (CROP), coordinato dal Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida (GNGTS) del CNR [Bernabini, 2000, Slejko, 2001]. Occorrerà attivarsi per un'efficace integrazione dei dati, per arrivare in tempi brevi alla parametrizzazione crostale dell'intera regione italiana e mari limitrofi.
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Figure:
Tabelle:
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COLLABORATORI del progetto DOL-2000: