Applied Geophysics

SİSMİK- ELEKTRİK
YÖNTEMLER
DERS-1
DOÇ.DR.HÜSEYİN TUR
DERS-1
JEOFİZİK NEDİR?
•Fiziğin Temel İlkelerinden Yararlanılarak su küre ve
atmosferi de içerecek biçimde Dünya, ayrıca ay ve
diğer gezegenlerin araştırılması
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
•SİSMİK
Yeraltı yapılarının sismik hız değişimlerini inceler,
•ELEKTRİK
Yeraltı yapılarının elektrik iletkenlik özelliklerini inceler,
•GRAVİTE
Yeraltı yapılarının yerçekimi özelliğini inceler,
•MANYETİK
Yeraltı yapılarının manyetik özelliklerini inceler,
•SİSMOLOJİ
Depremlerin özelliklerini ve yerin derinliklerini inceler,
•YER RADARI
Özellikle yeryüzeyine yakın derinliklerde bulunan, ortamın geneline göre farklı fiziksel özellikler gösteren
alanların belirlenmesinde kullanılır.
•ELEKTROMANYETİK
Yeraltı yapılarının elektrik iletkenlik ve elektomanyetik özelliklerini inceler,
•JEOMANYETİZMA
Uzaydaki ve Yeryüzündeki manyetik alanın özelliklerini inceler,
•PALEOMANYETİZMA
Geçmiş dönemlerdeki yer manyetik alanının değişimlerini inceler,
•RADYOMETRİK VE JEOTERMİK
Yeraltının radyoaktif ve sıcaklık özelliklerini inceler,
•KUYU LOGLARI
Sondaj 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
Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
 Sismik
a. Yansıma
b. Kırılma
c. Yüzey – Kuyu (VSP),
Kuyulararası (Cross-hole)
Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
•Elektrik
Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
•Gravite
Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
•Manyetik
Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
 Yer Radarı
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 Yöntem
2. Sismik Dalgalar
3. 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.
TEMEL KAVRAMLAR
Sismik Dalgalar
•Cisim Dalgaları
a)P – Dalgaları
b)S - Dalgaları
• Yüzey Dalgaları
a) Rayleigh ve Love
b) Stoneley Dalgaları
c) Kanal Dalgaları (Tüp
Dalgaları)
Sismik Dalgalar
Cisim Dalgaları
Cisim Dalgaları
P Dalgaları
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 hareketi
P dalga hızı bağıntıları
S Dalgaları
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 hareketi
S dalga hızı bağıntıları
Sıvılarda μ= olduğundan
S Dalgası yayılmaz
SV (düşey) ve SH (yatay) bileşen
P ve S – Dalga hızlarının
Elastik parametrelerle ilişkisi
Vs = 0.6 Vp
Dispersiyon:Dalga hızının frekansa bağlı olması
a)
b)
•
•
•
•
Küçük hız gradyenti – küçük dispersiyon
Yüksek hız gradyenti- yüksek dispersiyon
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.
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.
Rayleigh Dalgaları
belirli bir derinliğe
kadar retrograde belirli
bir derinlikten sonra ise
prograde hareket
yaparlar.
Retrograde hareket
Prograde hareket
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.
Sınırlarda faz değişmesi
Enerji kaybı içeren Sızıntılı yapı
STONELEY DALGALARI
•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.
KANAL (TÜP)
Kara Çalışmalarında Yüzey
dalgalarının oluşmaması için VSP (Düşey Sismik Profil) yöntemi
DALGALARI
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
• 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
•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 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 4: mod ikinin
VSP kuyusunun altındaki
tabakadan yansımasıyla
oluşmuştur.
Not: Mod iki sönümlenebilirse mod üç ve dört ortaya çıkmaz
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 4060 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.
SİSMİK DALGALARIN GENEL GÖRÜNÜMLERİ
(a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının yandan
görünüşü
(a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının üstten
görünüşü