SİSMİK- ELEKTRİK YÖNTEMLER

DERS-1

DOÇ.DR.HÜSEYİN TUR

JEOFİZİK NEDİR?

 

•Fiziğin Temel İlkelerinden Yararlanılarak su küre ve atmosferi de içerecek biçimde Dünya, ayrıca ay ve diğer gezegenlerin araştırılması

DERS-1

JEOFİZİĞİN DALLARI

 

•SİSMOLOJİ (depremler ve elastik dalgalar)

•GRAVİTE VE JEODEZİ (Yer'in gravite alanı ve Yer'in biçimi ve boyutu)

•ATMOSFER BİLİMLERİ; ki izleyen alanları kapsar: Atmosfer Elektriği ve Yer Manyetik Alanı ( İyonosfer, Van Allen Kuşağı, Tellürik Akımlar vb. içerecek biçimde) Meteoroloji ve Klimatoloji, Her ikisi de iklim çalışmalarını kapsar. Aeronomi, Atmosferin fiziksel ve kimyasal yapısı.

•JEOTERMİK (Yer ısısı, Isı akısı, Volkanoloji, ve sıcak noktalar)

•HİDROLOJİ ve HİDROGRAFİ (yeraltı ve yüzey suyu, bazen glasiyoloji de kapsar)

•FİZİKSEL OŞİNOGRAFİ (Deniz suyu sıcaklık, yoğunluk, akıntı ölçümleri)

•TEKTONOFİZİK (Yerküredeki jeolojik süreçler)

•JEODİNAMİK (Yer içinin Dinamik İncelenmesi)

•ARAMA VE MÜHENDİSLİK JEOFİZİĞİ

•GLASİOLOJİ/BUZULBİLİM

•PETROFİZİK/ KAYA FİZİĞİ

•MİNERAL FİZİĞİ

JEOFİZİĞİN UYGULAMA ALANLARI

•Levha Tektoniği Ve Deprem Araştırmaları

•Sismik Yöntemlerle Karada Ve Denizde Jeolojik Yapıların Araştırılması

•Jeolojik Zamanlardaki Yer Manyetik Alanının Belirlenmesi

•Yeraltı Kaynaklarının Araştırılması

•Çevre Jeofiziği

•Arkeolojik Araştırmalar

•Atmosfer Ve Uzay Araştırmaları

•Termal Alan Araştırmaları

•Geoteknik / Zemin Araştırmalar

Jeofizikte Kullanılan Başlıca Yöntemler •SİSMİKYeraltı yapılarının sismik hız değişimlerini inceler,•ELEKTRİKYeraltı yapılarının elektrik iletkenlik özelliklerini inceler,•GRAVİTEYeraltı yapılarının yerçekimi özelliğini inceler,•MANYETİKYeraltı yapılarının manyetik özelliklerini inceler,•SİSMOLOJİDepremlerin özelliklerini ve yerin derinliklerini inceler,•YER RADARIÖzellikle yeryüzeyine yakın derinliklerde bulunan, ortamın geneline göre farklı fiziksel özellikler gösteren alanların belirlenmesinde kullanılır. •ELEKTROMANYETİKYeraltı yapılarının elektrik iletkenlik ve elektomanyetik özelliklerini inceler,•JEOMANYETİZMAUzaydaki ve Yeryüzündeki manyetik alanın özelliklerini inceler,•PALEOMANYETİZMAGeçmiş dönemlerdeki yer manyetik alanının değişimlerini inceler,•RADYOMETRİK VE JEOTERMİKYeraltının radyoaktif ve sıcaklık özelliklerini inceler,•KUYU LOGLARISondaj kuyularında yapılan gravite, manyetik, radyometri, elektrik vb. jeofizik yöntemlerdir.•YÜZEYNÜKLEER MANYETİK REZONANS (SNMR)Atom çekirdeğinin (temel olarak çekirdekte bulunan protonun) manyetik özelliklerinden yararlanarak, yeraltının su içeriğini ve hidrolik geçirgenliğini derinliğin fonksiyonu olarak verebilen yeni bir yöntemdir.

Uygulamalı Jeofizik

 •Arama Jeofiziği•Mühendislik Jeofiziği•Çevre Jeofiziği•Yeraltı suyu Jeofiziği•Arkeojeofizik•Adli Jeofizik

Uygulamalı Jeofizik

Uygulamalı Jeofizikte Amaç ve Yöntemler

•Jeolojik Problemin Tanımlanması • Araştırma Yönteminin Tasarlanması• Arazi Verisinin Toplanması• Data (Veri) Ayıklanması• Model Oluşturulması• Modelin Yorumlanması• Rapor Yazımı

 

    Sismik a.  Yansıma b. Kırılma

  c.  Yüzey – Kuyu (VSP), Kuyulararası (Cross-hole)

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler

 •Elektrik

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler

 •Gravite

 

•Manyetik

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler

 

Yer Radarı

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler

Jeofizik ve Jeoloji

• Jeolojik durum jeofizik modeli kısıtlayabilir.

• Jeofizik durum da jeolojik yorumu sınırlayabilir.

• Çok çözümlülük durumu !

Gürültü Kaynakları ve Jeofizik Yöntemlere Etkisi

Genel Bakış

1. Sismik Yöntem2. Sismik Dalgalar3. Sismik Hız

SİSMİK YÖNTEM

• Sismik: Herhangi bir enerjinin (gürültü, darbe, patlama,vibro,ağırlık düşürme v.s.) oluşturduğu elastik dalgaların yayınımından hareketle ortaya çıkar. Hız=yol/zaman bağıntısından hareketle fiziksel parametreler belirlenir. Dalga yayınımı prensibi ile yerin merkezi incelenebildiği gibi çok küçük yeryüzü parçasının incelenmesi de yapılabilir. Yeryüzünde yapılacak olan her tür mühendislik yapısının hesaplarında kullanılacak parametrelerin belirlenmesinde kullanılabileceği gibi yeraltının zenginliklerinin belirlenmesinde de kullanılmaktadır.

Sismik Yöntem

• Sismik: Herhangi bir enerjinin (gürültü, darbe, patlama,vibro,ağırlık düşürme v.s.) oluşturduğu elastik dalgaların yayınımından hareketle ortaya çıkar. Hız=yol/zaman bağıntısından hareketle fiziksel parametreler belirlenir. Dalga yayınımı prensibi ile yerin merkezi incelenebildiği gibi çok küçük yeryüzü parçasının incelenmesi de yapılabilir. Yeryüzünde yapılacak olan her tür mühendislik yapısının hesaplarında kullanılacak parametrelerin belirlenmesinde kullanılabileceği gibi yeraltının zenginliklerinin belirlenmesinde de kullanılmaktadır.

•Cisim Dalgaları a)P – Dalgaları b)S - Dalgaları

• Yüzey Dalgalarıa)Rayleigh ve Loveb)Stoneley Dalgalarıc)Kanal Dalgaları (Tüp Dalgaları)

Sismik DalgalarSismik Dalgalar

Cisim Dalgaları

Sismik Dalgalar

Cisim Dalgaları

P DalgalarıP DalgalarıBoyuna , sıkışma ve birincil dalgalar , Tanecik hareketi yayınım doğrultusundadır. Enerji kaynağından çıkan bir puls elastik ortam içerisinde küresel olarak yayılırken titreşim yapan karaktere sahiptir. Periyodu 1sn’den az olan dalgalardır. Uzak mesafelere de ulaşabilirler

Boyuna , sıkışma ve birincil dalgalar , Tanecik hareketi yayınım doğrultusundadır. Enerji kaynağından çıkan bir puls elastik ortam içerisinde küresel olarak yayılırken titreşim yapan karaktere sahiptir. Periyodu 1sn’den az olan dalgalardır. Uzak mesafelere de ulaşabilirler

P dalgası tanecik hareketiP dalgası tanecik hareketi

P dalga hızı bağıntılarıP dalga hızı bağıntıları

S DalgalarıS DalgalarıEnine , makaslama ve ikincil dalgalar , Tanecik hareketi dalganın hareket yönüne dik doğrultuda ve birbirlerine parelerdir. Böyle dalgalara taneciklerin hareket ettiği doğrultuda polarize olmuş dalgalar denir.

Enine , makaslama ve ikincil dalgalar , Tanecik hareketi dalganın hareket yönüne dik doğrultuda ve birbirlerine parelerdir. Böyle dalgalara taneciklerin hareket ettiği doğrultuda polarize olmuş dalgalar denir.

S dalgası tanecik hareketiS dalgası tanecik hareketi

S dalga hızı bağıntılarıS dalga hızı bağıntıları

Sıvılarda μ= olduğundan S Dalgası yayılmazSıvılarda μ= olduğundan S Dalgası yayılmaz

SV (düşey) ve SH (yatay) bileşenSV (düşey) ve SH (yatay) bileşen

Vs = 0.6 Vp

P ve S – Dalga hızlarının Elastik parametrelerle ilişkisi

P ve S – Dalga hızlarının Elastik parametrelerle ilişkisi

Dispersiyon:Dalga hızının frekansa bağlı olmasıDispersiyon:Dalga hızının frekansa bağlı olması

• Uzun dalgalar daha hızlı hareket ettiklerinden istasyonlara daha önce varırlar (Normal Dispersiyon).

• Kısa dalgalar istasyonlara daha önce varırsa (ters Dispersiyon).• Faz hızı= belirli bir fazın yayılma hızıdır.• Grup hızı= tüm dalga grubunun yayılma hızıdır.

• Uzun dalgalar daha hızlı hareket ettiklerinden istasyonlara daha önce varırlar (Normal Dispersiyon).

• Kısa dalgalar istasyonlara daha önce varırsa (ters Dispersiyon).• Faz hızı= belirli bir fazın yayılma hızıdır.• Grup hızı= tüm dalga grubunun yayılma hızıdır.

a) Küçük hız gradyenti – küçük dispersiyonb) Yüksek hız gradyenti- yüksek dispersiyona) Küçük hız gradyenti – küçük dispersiyonb) Yüksek hız gradyenti- yüksek dispersiyon

RAYLEIGH DALGALARI RAYLEIGH DALGALARI Bu dalgalar elastik katı bir cismin serbest yüzeyinde yayılırlar. Partikül hareketi düşey düzlemde olmak üzere eliptiktir.

Herhangi bir (t) anında yüzeyin bir zerresi uzun ekseni düşey olan bir elips şeklinde saat yönünün tersinde bir yörünge çizer. Partikül hareketi dalganın yayılım doğrultusunu içine alan düşey düzlemdedir.

Hareketin genliği yüzeyden aşağı doğru derinlikle üstel olarak azalır. Boyuna ve enine hareketin bileşenini içerir ve aralarında faz ilişkisi vardır.

Bu dalgalar elastik katı bir cismin serbest yüzeyinde yayılırlar. Partikül hareketi düşey düzlemde olmak üzere eliptiktir.

Herhangi bir (t) anında yüzeyin bir zerresi uzun ekseni düşey olan bir elips şeklinde saat yönünün tersinde bir yörünge çizer. Partikül hareketi dalganın yayılım doğrultusunu içine alan düşey düzlemdedir.

Hareketin genliği yüzeyden aşağı doğru derinlikle üstel olarak azalır. Boyuna ve enine hareketin bileşenini içerir ve aralarında faz ilişkisi vardır.

Retrograde hareketRetrograde hareket Prograde hareketPrograde hareket

Rayleigh Dalgaları belirli bir derinliğe kadar retrograde belirli bir derinlikten sonra ise prograde hareket yaparlar.

Rayleigh Dalgaları belirli bir derinliğe kadar retrograde belirli bir derinlikten sonra ise prograde hareket yaparlar.

LOVE DALGALARI (SH)Birden fazla tabaka olmalıdır. Bir Love dalgası zemin yüzeyine paralel enine hareketi ihtiva eder. Bu dalgalar düşük hızlı bir tabakanın üst ve alt yüzeyi arasında ardışık yansımayla yayılmaktadır. Love dalgaları yüzeydeki S dalga hızı ile daha derin tabaklardaki hızlar arasında orta mertebede bir hıza sahiptir. (yani üstteki tabakada çok daha kısa boylu, alttaki ortamda çok uzun dalga boylu S dalgası hızına eşittir.) Dispersiyon gösterirler.

Birden fazla tabaka olmalıdır. Bir Love dalgası zemin yüzeyine paralel enine hareketi ihtiva eder. Bu dalgalar düşük hızlı bir tabakanın üst ve alt yüzeyi arasında ardışık yansımayla yayılmaktadır. Love dalgaları yüzeydeki S dalga hızı ile daha derin tabaklardaki hızlar arasında orta mertebede bir hıza sahiptir. (yani üstteki tabakada çok daha kısa boylu, alttaki ortamda çok uzun dalga boylu S dalgası hızına eşittir.) Dispersiyon gösterirler.

Sınırlarda faz değişmesiSınırlarda faz değişmesi

Enerji kaybı içeren Sızıntılı yapıEnerji kaybı içeren Sızıntılı yapı

•Değişmiş Rayleigh Dalgaları genellikle Stoneley Dalgaları olarak isimlendirilir.

• Bu dalgalar bir düzlem sınırda cisim dalgalarının eğilmiş cephelerinin difraksiyonu tarafından oluşturulur.

•Stoneley Dalgalarının hızı Rayleigh dalgalarının hızından daha azdır.

• olduğu durumda stoneley dalgaları ortaya çıkar.,

•Katı sıvı sınırında stoneley dalgaları daima görülür. Burada oluşan Stoneley dalgalrın hızları katının yüzeyinde ortaya çıkan Rayleigh dalgaları hızlarından daha azdır.

•Değişmiş Rayleigh Dalgaları genellikle Stoneley Dalgaları olarak isimlendirilir.

• Bu dalgalar bir düzlem sınırda cisim dalgalarının eğilmiş cephelerinin difraksiyonu tarafından oluşturulur.

•Stoneley Dalgalarının hızı Rayleigh dalgalarının hızından daha azdır.

• olduğu durumda stoneley dalgaları ortaya çıkar.,

•Katı sıvı sınırında stoneley dalgaları daima görülür. Burada oluşan Stoneley dalgalrın hızları katının yüzeyinde ortaya çıkan Rayleigh dalgaları hızlarından daha azdır.

STONELEY DALGALARI STONELEY DALGALARI

KANAL (TÜP) DALGALARI KANAL (TÜP) DALGALARI Kara Çalışmalarında Yüzey dalgalarının oluşmaması için VSP (Düşey Sismik Profil) yöntemi

kullanılır. Burada yüzey dalgaları oluşmaz. Fakat sıvı ile dolu silindirik kuyu ekseni boyunca yüzeydeki kaynaktan yayılan istenmeyen dalga modları da jeofonlara gelir.

Bu tip kuyu içinde yayılan dalga modları tüp veya kanal dalgaları olarak bilinir. Gürültü olarak adlandırılır. Bunlar düzenli gürültü olup her izde gözlenebilir.

Düzensiz gürültüler gibi tekrarlı atışların toplanmasıyla azalmaz tersine güçlendrilmiş olur.

Kara Çalışmalarında Yüzey dalgalarının oluşmaması için VSP (Düşey Sismik Profil) yöntemi kullanılır. Burada yüzey dalgaları oluşmaz. Fakat sıvı ile dolu silindirik kuyu ekseni boyunca yüzeydeki kaynaktan yayılan istenmeyen dalga modları da jeofonlara gelir.

Bu tip kuyu içinde yayılan dalga modları tüp veya kanal dalgaları olarak bilinir. Gürültü olarak adlandırılır. Bunlar düzenli gürültü olup her izde gözlenebilir.

Düzensiz gürültüler gibi tekrarlı atışların toplanmasıyla azalmaz tersine güçlendrilmiş olur.

KANAL (TÜP) DALGALARININ ÖZELLİKLERİ KANAL (TÜP) DALGALARININ ÖZELLİKLERİ

• Tüp dalgaları kuyunun çapına, duvarına ,kuyu boşluklarının doldurulmasına bağlı olarak büyük değişiklikler göstermektedir.•Göreceli olarak yüksek genlikli ve düşük frekanslı yönlendirilmiş dalgalar olup çok az dispersif özellik gösterirler.•Genlikleri kuyu sıvı sınırından uzaklaştıkça bozulur. Bu da tüp dalgalarının faz hızlarının formasyon ve sıvı hızlarından az olacağını gösterir. • Tüp dalgaları sıvı dolu kuyunun düşey ekseni boyunca odaklandığından yönelmiş dalgalardır. Sadece çok az bir miktarı formasyon içine sızar.•Tüp dalgalarının genlikleri gidiş geliş mesafesiyle azalmaz. Ve bu dalgalar kuyu içinde küresel olarak genişlemez. Şekilde tüp dalgası yayılımının tanecik hareketinin sıvı içerisindeki tanecik hareketinden daha az olduğu görülmektedir. •Dalgaların genliği jeofonu kuyu cidarına yerleştiren kuvvet ve kuyu içindeki sıvının yoğunluğu ile ters orantılıdır. Kuyuda ağır çamur varsa tüp dalgası daha çabuk sönümlenecektir.

• Tüp dalgaları kuyunun çapına, duvarına ,kuyu boşluklarının doldurulmasına bağlı olarak büyük değişiklikler göstermektedir.•Göreceli olarak yüksek genlikli ve düşük frekanslı yönlendirilmiş dalgalar olup çok az dispersif özellik gösterirler.•Genlikleri kuyu sıvı sınırından uzaklaştıkça bozulur. Bu da tüp dalgalarının faz hızlarının formasyon ve sıvı hızlarından az olacağını gösterir. • Tüp dalgaları sıvı dolu kuyunun düşey ekseni boyunca odaklandığından yönelmiş dalgalardır. Sadece çok az bir miktarı formasyon içine sızar.•Tüp dalgalarının genlikleri gidiş geliş mesafesiyle azalmaz. Ve bu dalgalar kuyu içinde küresel olarak genişlemez. Şekilde tüp dalgası yayılımının tanecik hareketinin sıvı içerisindeki tanecik hareketinden daha az olduğu görülmektedir. •Dalgaların genliği jeofonu kuyu cidarına yerleştiren kuvvet ve kuyu içindeki sıvının yoğunluğu ile ters orantılıdır. Kuyuda ağır çamur varsa tüp dalgası daha çabuk sönümlenecektir.

KANAL (TÜP) DALGALARININ KAYNAKLARI KANAL (TÜP) DALGALARININ KAYNAKLARI

•Bir VSP kesitinde yayılmış tüp dalga modlarının zaman ve derinlik olarak yerlerinin belirlenmesiyle bu dalga modlarını oluşturan nedenler açıklanabilir. Örneğin aşağıdaki şekilde vibratörler kullanılarak kaydedilmiş bir veride 4 tip dalga modu tanımlanmıştır. Mevcut veriye AGC (otomatik kazanç kontrolü) uygulanmıştır.

•Bir VSP kesitinde yayılmış tüp dalga modlarının zaman ve derinlik olarak yerlerinin belirlenmesiyle bu dalga modlarını oluşturan nedenler açıklanabilir. Örneğin aşağıdaki şekilde vibratörler kullanılarak kaydedilmiş bir veride 4 tip dalga modu tanımlanmıştır. Mevcut veriye AGC (otomatik kazanç kontrolü) uygulanmıştır.

•Tüp dalgası 1:Bunun nedeni P dalgasının çamur kolonu içerisinde yayılırken bir karışıklığa neden olmasıdır. Böylelikle kuyu içinde büyük bir empedans değişimiyle tüp dalgaları yaratılır.

•Tüp dalgası 1:Bunun nedeni P dalgasının çamur kolonu içerisinde yayılırken bir karışıklığa neden olmasıdır. Böylelikle kuyu içinde büyük bir empedans değişimiyle tüp dalgaları yaratılır.

•Tüp dalgası 2: En güçlüsüdür. Üç ve dördüncü modlar bu ikinci modu yaratır. Jeofon yüzeyde iken ilk varışlar Rayleigh dalgalarıdır. Mod birde ise bunlar sıışma dalgalarıdır.

•Tüp dalgası 2: En güçlüsüdür. Üç ve dördüncü modlar bu ikinci modu yaratır. Jeofon yüzeyde iken ilk varışlar Rayleigh dalgalarıdır. Mod birde ise bunlar sıışma dalgalarıdır.

•Tüp dalgası 3: Kuyu içerisindeki jeofonun üstü ile yüzey arasında mod ikinin tekrarlanmasıdır. Mod üç, mod bir ve mod ikinin 1/3 hızı ile aşağı hareket eder. Çünkü bu mod üç defa seyahat etmiş ve daha önce kaydedilmiştir.

•Tüp dalgası 3: Kuyu içerisindeki jeofonun üstü ile yüzey arasında mod ikinin tekrarlanmasıdır. Mod üç, mod bir ve mod ikinin 1/3 hızı ile aşağı hareket eder. Çünkü bu mod üç defa seyahat etmiş ve daha önce kaydedilmiştir.•Tüp dalgası 4: mod ikinin VSP kuyusunun altındaki tabakadan yansımasıyla oluşmuştur.

•Tüp dalgası 4: mod ikinin VSP kuyusunun altındaki tabakadan yansımasıyla oluşmuştur.

Not: Mod iki sönümlenebilirse mod üç ve dört ortaya çıkmazNot: Mod iki sönümlenebilirse mod üç ve dört ortaya çıkmaz

KANAL (TÜP) DALGALARININ ÖNLENMESİ KANAL (TÜP) DALGALARININ ÖNLENMESİ

•En basit olarak enerji kaynağı ile kuyu başı arasındaki mesafeyi arttırmak ve kaydedilen izlere uygun bir hız filtresi uygulamaktır. •Kaynak ile kuyu başı arasına bir engel koymaktır. Böyle bir engel kuyu başı ile kaynak arasına Rayleigh dalga boyunun yarısı kadar bir mesafeye hendek kazmaktır. Bu hendek 40-60 cm kadar dar ve 2 m kadar sığ olmalıdır. Hendeğin uzunluğu dalga cephesinin hendeğin gerisinde yayılmasını önleyecek kadar yeterli uzunlukta olmalıdır. •Uygun bir kaynak düzeni ile yüzey dalgalarının hakim dalga boylarını sönümlemektir.

•En basit olarak enerji kaynağı ile kuyu başı arasındaki mesafeyi arttırmak ve kaydedilen izlere uygun bir hız filtresi uygulamaktır. •Kaynak ile kuyu başı arasına bir engel koymaktır. Böyle bir engel kuyu başı ile kaynak arasına Rayleigh dalga boyunun yarısı kadar bir mesafeye hendek kazmaktır. Bu hendek 40-60 cm kadar dar ve 2 m kadar sığ olmalıdır. Hendeğin uzunluğu dalga cephesinin hendeğin gerisinde yayılmasını önleyecek kadar yeterli uzunlukta olmalıdır. •Uygun bir kaynak düzeni ile yüzey dalgalarının hakim dalga boylarını sönümlemektir.

(a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının yandan görünüşü

(a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının üstten görünüşü

(a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının yandan görünüşü

(a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının üstten görünüşü

SİSMİK DALGALARIN GENEL GÖRÜNÜMLERİSİSMİK DALGALARIN GENEL GÖRÜNÜMLERİ