SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-1

... konulu sunumlar: "SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-1"— Sunum transkripti:

1 SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-1
DOÇ.DR. HÜSEYİN TUR

2 JEOFİZİK NEDİR?

3 Jeofizik Mühendisligi
Jeofizik Mühendisligi kavramı Jeofizik Bilimi’nin gerçeklerinden yola çıkılarak açıklanır. Dünya’da bilim ve teknolojinin en kapsamlı ansiklopedilerinden biri olan McGraw Hill Encyclopaedia of Science and Technology, Jeofizik mühendisliginin temel bileseni olan Jeofizik mühendisligi araştırmasını (geophysical exploration) söyle tanimlar: Jeofizik: Matematik ve fiziğin temel ilkelerinden yararlanılarak su küre ve atmosferi de içerecek biçimde yerkürenin, diğer gezegenleri ve ayın araştırılması olarak tanımlanabilir. “Pratik uygulamalar amacıyla Yerküre’nin fiziksel özelliklerinin ölçülmesi, bu ölçümlerin işlenmesi ve yorumlanması. Çouu jeofizik arastırmalar ticari açıdan önemli petrol, dogal gaz ve diger mineralleri bulmak için yapılır, jeofizik çalışmalar ayrıca yolların, inşaat yapılarının, barajların, tünellerin, nükleer güç santrallerinin ve diger yapıların temel araştırmalaıi için yerin doğasının önceden belirlenmesini kapsayacak biçimde mühendislik konularını, depremleri, jeotermal alanları, su kaynaklarını ve arkeolojik alanları araştırmak için de yapılır.”

4

5 JEOFİZİĞİN UYGULAMA ALANLARI
Levha Tektoniği Ve Deprem Araştırmaları Jeofizik Yöntemlerle Karada Ve Denizde Jeolojik Yapıların Araştırılması Yeraltı Kaynaklarının Araştırılması Çevre Jeofiziği Arkeolojik Araştırmalar Jeolojik Zamanlardaki Yer Manyetik Alanının Belirlenmesi Atmosfer Ve Uzay Araştırmaları Termal Alan Araştırmaları Geoteknik / Zemin Araştırmalar Adli Jeofizik

6 JEOFİZİK Yer Fiziği Uygulamalı Jeofizik Sismoloji
UYGULAMALI JEOFİZİĞİN ARAŞTIRMA ALANLARI Arama Jeofiziği Mühendislik Jeofiziği Çevre Jeofiziği Yeraltı Suyu Jeofiziği Arkeojeofizik Adli Jeofizik

7 Uygulamalı Jeofizikte Amaç ve Yöntemler
Jeolojik Problemin Tanımlanması Araştırma Yönteminin Tasarlanması Arazi Verisinin Toplanması Data (Veri) Ayıklanması Model Oluşturulması Modelin Yorumlanması Rapor Yazımı

8 Gürültü Kaynakları ve Jeofizik Yöntemlere Etkisi

9 UYGULAMALI JEOFİZİĞİN BAŞLICA YÖNTEMLERİ
SİSMİK ELEKTRİK ELEKTROMANYETİK GRAVİTE MANYTİK YER RADARI

10 Jeofizik Yöntemler Yer altı tabakalarının fiziksel özellikleri ve cevabı Bu özellikler neler olabilir? Yoğunluk, İletkenlik, hız, … ? Fiziksel Parametlerin Ölçümünde Kullanılan Cihazlar nelerdir ?

11 Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
·    Sismik  a.  Yansıma  b. Kırılma   c.  Yüzey ve Kuyu

12 Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
Elektrik

13 Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
Gravite

14 Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
Manyetik

15 Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler
· Yer Radarı

16

17 SİSMİK YÖNTEMİN ESASI Herhangi bir enerji kaynğından (gürültü, darbe, patlatma, vibrosismik, ağırlık düşürme, sparker, airgun v.s.) üretilen sismik dalgaların (sinyalin) yayınımından hareketle ortaya çıkar. Sismik dalgalar yeraltında ilerlerken akustik empedans farkı yaratacak ortam değişikliklerinde yansır, kırılır veya saçılırlar. Sonunda tekrar yeryüzüne dönerler. Yeryüzüne döndüklerinde karada jeofon, denizde ise hidrofon adı verilen alıcılar tarafından algılanarak bir sismik kayıt ünitesinde kaydedilirler. Sismik dalgaların alıcılara varış zamanlarını kullanılarak yeraltındaki tabakala ait derinlik ve hız parametreleri belirlenmeye çalışılır. 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. Sismikte temel prensip, enerji kaynağından yayılan ve alıcılara gelen dalgaların zamana karşın amplitüdlerinin (genliklerinin) kaydedilmesidir.

18 Sismik Yöntem Sismik Dalgalar Sismik Hız
Genel Bakış Sismik Yöntem Sismik Dalgalar Sismik Hız

19 Pasif ve Aktif kaynak Belirli bir zamanda sinyal üretme, elastik dalga
Sismik Yöntem Pasif ve Aktif kaynak Belirli bir zamanda sinyal üretme, elastik dalga

20 Sismik Yöntem Pasif ve Aktif kaynak
Belirli bir zamanda sinyal üretme, elastik dalga Alıcıdaki sinyalin genliği ve zaman değerinin ölçülmesi.

21 Sismik Prospeksiyon ve Önemi
Sığ sondaj kuyularının dibinde dinamit patlatmak, ağır bir cismi kaldırıp yere bırakmak veya bir vibosismik kaynak ile oluşan titreşimi (sarsıntıyı), atış noktasından belirli uzaklıklarda yerleştirilmiş olan alıcılar(jeofonlar) ve kayıtçı sistemleri ile kaydettikten sonra elde edilecek sismogram adı verilen kayıtlarlardan yeraltının jeolojik yapısını hesap yoluyla ortaya çıkarma işlemine “Sismik Prospeksiyon” denir. Sismik yöntem, ekonomik ve çalıştırdığı jeofizikçiler abakımından büyük bir farkla en önemli jeofizik yöntemidir. Bu yöntemin diğer jeofizik yöntemlere olan üstünlüğü birkaç faktörden kaynaklanır. Bunlar arasında en önemlileri yüksek doğruluk ve çözüm gücü (ayırım) ve sahip olduğu nüfuz derinliğidir.

22 Sismik yöntemin yaygın kullanım alanı esas olarak petrol aramasında olur. Açılacak petrol kuyusu yerlerinin saptanması çok nadir olarak bu yönteme başvurmaksızın yapılmış veya hiç yoktur. Sismik yöntemler ayrıca yeraltısuyu araştırmalarında, büyük binaların, barajların, tünellerin inşasında temel kaya derinliğinin belirlenmesinde de önemlidirler. Karada ve denizde fay hatlarının ve petrol içeren yapıların belirlenmesinde temel yöntem olarak kullanılır. Ayrıca ağır minerallerin yığışabildiği gömülü alan ve kanalların yerinin saptanma sında faydalı olur. Deprem dalgalarıyla yerin yerin iç çekirdeğine kadar olan derinlikleri incelemek mümkün olduğuna göre, sismik dalgalarla oldukça derinde bulunan tabakalrı etüd etmek olanaklıdır. Arama sismiği yöntemin sismolojiden en önemli farkı yapay kaynak kullanılmasıdır. Arama sismiğinde enerji kaynakları kontrollü ve hareketlidir.

23 SİSMİK YÖNTEMLERİN UYGULAMA ALANLARI
Enerji kaynak aramaları (Energy exploration): - En başta petrol ve doğal gaz (oil and natural gas on land and offshore) - Jeotermal (geothermal) - Kömür (coal) - Gas hidratları (gas hydrates) - Kaya gazı (Shale gas) Çeşitli yeraltı kaynak aramaları (Resource prospecting): - Maden (mining) - Yeraltı suyu (groundwater) - Endüstriyel hammaddeler (industrial raw materials) Mühendislik uygulamalarında (Engineering applications) - Her türlü bayındırlık yapıları (baraj, tünel, liman, otoyol, hızlı demiryolu, metro, uçuş pisti, boru hatları, köprüler, yüksek binalar, nükleer santral v.b.) - Bilimsel Araştırmalarda (Scientific research): Yerkabuğu araştırmalarında, aktif fayların haritalanmasında, Kuvaterner çalışmalarında

24 TEMEL İLKELER - ÖLÇÜLEN DEĞİŞKENLER
TEMEL İLKELER – FİZİK * Akustik (sıvılarda) /elastik (katılarda) dalga yayınımı * Snell Yasası * Fermat Prensibi * Huygens Prensibi TEMEL İLKELER - ÖLÇÜLEN DEĞİŞKENLER * Zaman: atış anından itibaren alıcıya gelene kadar geçen zaman * Genlik: alıcıda algılanan sismik dalgaların genlikleri * Sismik iz (seismic trace): zaman ile değişen genlik izi

25 TEMEL İLKELER – KAYNAK TÜRÜ
Sismik Yansıma Yöntemi Uygulaması için: - Sismik dalga üreten bir kaynak (airgun, vibratör vb.) Sismik dalga algılayan bir veya çok sayıda alıcı (hidrofon veya jeofon) Algılanan sismik sinyalleri kayıt eden bir cihaz (sayısal sismograf) Sismik yansıma yönteminde kullanılan dalga türü: - Başlıca dalga türü P-dalgaları (Primary waves) Kara operasyonlarında, bazı çalışmalarda S-dalgaları (Secondary waves) Gürültü kaynakları (Noise): Dalga yayınımı nedeniyle olanlar (yüzey dalgaları, tekrarlı yansımalar, deniz tabanı tekrarlı yansımaları, hayalet yansımalar (ghost reflections) - Ortam kaynaklı gürültüler (rüzgar, dalga, ) Çevresel gürültüler (motorlu araçlar, sesli çalışan her türlü makina, dümen suyu vb.)

26 BAŞLICA AŞAMALAR Veri Toplama (Data Acquisition and Quality Control in 2D & 3D, land & marine) - Kaynak sistemleri - Alıcı sistemleri - Kayıt sistemleri - Navigasyon sistemleri Veri işleme (Data Processing) - Yüksek hızlı okuma-yazma, veri işleme, depolama kabiliyetli bilgisayarlar - Grafik arayüzü gelişmiş uygulama yazılımları. Veri Yorumlama (Data Interpretation, Qualitative & Quantitative) - Jeolojik bilgi - Grafik arayüzü gelişmiş uygulama/modelleme yazılımları

27 SİSMİK KAYNAKLAR Patlayıcı kaynaklar (Explosive sources):
- Dinamit (land & marine) - Diğer kimyasal patlayıcılar (land) Darbeli kaynaklar (Impulsive sources): - Balyoz, Çekiç gibi (land) - Tabancalar (airgun, watergun) (marine) - Ağırlık düşürme (weight drops) (land) Kendisi titreyen kaynaklar (Vibrating sources): - Vibrators (land) - Chirps (marine)

28 SİSMİK ALICILAR Kara çalışmalarında:
- Jeofon (geophone): hız veya ivmeye (titreşim)duyarlı alıcılar. - Jeofon dizisi (geophone array): birden fazla jeofonun bir hat boyunca dizilerek ve birbirlerine bağlanarak oluşturulan çok elemanlı alıcı düzeneği. - Kara sismiği operasyonlarında genellikle tek (düşey) bileşenli jeofonlar kullanılır. Deniz & Göl çalışmalarında: - Hidrofon (hydrophone): basınç değişimine duyarlı alıcılar - Hidrofon dizisi (hydrophone array): birden fazla hidrofonun bir hat boyunca dizilerek ve birbirlerine bağlanarak oluşturulan çok elemanlı alıcı düzeneği.

29 SİSMİK YÖNTEMLERİN SINIFLANDIRMASI
Kullanılan varışlara göre ve kayıt geometrisine göre başlıca yöntemler: - Sismik Yansıma Yöntemi (Seismic Reflection Method) - Sismik Kırılma Yöntemi (Seismic Refraction Method) - Kuyu Sismiği ( VSP ve Cross-hole) Uygulandığı ortamlar: - Kara sismik operasyonları (Land operations) - Kıyı Ötesi (deniz ve göl) operasyonları (Offshore, marine & lake, operations) Uygulama boyutları: - İki boyutlu (Two dimensional (2D), seismic sections) - Üç boyutlu (Three dimesional (3D), seismic volumetric data) - Üç boyut/Üç Bileşen (There dimensional/Three components (3D/3C), seismic attributes) - Dört boyutlu (Four dimensional (4D), monitoring with 3D

30

31

32

33 SİSMİĞİN TEMEL YÖNTEMLERİNİN KIYASLANMASI
SİSMİK KIRILMA SİSMİK YANSIMA - Hız kontrastı( farklılaşması) esastır Hız ve yoğunluk kontrastı esastır. - Kabuk araştırmaları ve mühendislik - Petrol, doğal gaz ve jeotermal jeofiziğinde kullanılır (tabaka kalınlıkları aramalarında ve görüntülenmesinde ve P ve S dalga hızları ve bunlardan kullanılır (genel olarak). Bunun dışında elastik parametrelerin hesabı) mühendislik uygulamalarında, stratigrafik incelemede ve iklim değişimlerinin araştırılmasında kullanılmaktadır. - Alçak frekanslı kaynak gerektirir Yüksek frekanslı kaynak gerektirir. ( ≈ 10 Hz) frekans bandı) ( Hz; hatta sığ çalışmalarda Hz) . - Daha az sayıda alıcı kullanılır. - Daha çok sayıda alıcı (kanal) kullanılır. - Veri işlem adımları azdır yada Çok sayıda veri işlem adımı gerektirir. hiç yoktur.

34 Basit Fiziksel Tanımlar
Gerilme nedir? Birim alan başına düşen kuvvet Deformasyon nedir ? Elastik bir kütlenin gerilme etkisi altında boyutlarında ve şeklindeki değişiklik Elastik Davranış nedir? Elastik Davranış elastik modül ile açıklanır.

35

36 Stres vektörleri Stres bileşenleri Üç koordinatlı düzlem stres vektörlerinin her bir kartezyen bileşenleri

37 2. Dereceden kartezyen tensörü matris gösterimi
Dokuz adet stres vektör bileşenleri Normal gerilme bileşenleri Makaslama gerilme bileşenleri Eğer bir stres koordinat eksenlerini pozitif yönünde etkiyorsa o stres bileşeni pozitif , ters yönde etkiyorsa negatif değer alır

38 Stres vektörü ve stres tensörü arasındaki ilişki

39 Strain (Deformasyon) Normal Deformasyonlar

40 Eğer uygulanan kuvvetler dönmesiz bir makaslamaya neden olursa o zaman makaslama deformasyonu oluşur
Rotasyonsuz Makaslama Makaslama Deformasyonu

41 Bir noktanın yer değiştirme bileşenleri u, v, w olarak gösterilirse ;
Üç boyutlu modelde incelenirse (örneğin küp), Küp hem yer değiştirmiş hem de şekil değiştirmiştir. Bir noktanın yer değiştirme bileşenleri u, v, w olarak gösterilirse ; Üç boyutlu bir kütlenin şekil değiştirmesi Üç boyutlu yer değiştirme bileşenleri

42 Dilatasyon: Hacimdeki değişimin birim hacime oranı
Makaslama Deformasyonları Normal Deformasyonlar Aynı zamanda kütle, deformasyonlar olmadan bir dönme etkisi altında kalır. Hacimsel Değişme Dilatasyon: Hacimdeki değişimin birim hacime oranı

43 Hook Kanunu: Verilen bir deformasyon onu oluşturan gerilme ile doğrudan orantılıdır.
Ortam izotrop ise; ve birden fazla gerilme söz konusu ise her bir gerilme birbirinden bağımsız deformasyonlar oluşturur. Toplam deformasyon gerilmeler tarafından oluşturulan her bir deformasyonun toplamıdır. rijidite

44 Elastik Modül & Deformasyon

45 Young Modulü (E) ve iki Lamé sabiti arasındaki ilişki ( and )
(E) Young Modülü= Elastisite modülü Young Modulü (E) ve iki Lamé sabiti arasındaki ilişki ( and )

46 Poisson oranı ve Lame sabitleri ilişkisi
Elastik sabitler pozitiftir σ =0-0.5 arasında değişir.

47 Bulk Modülü (k) Sıkışmazlık modülü
Dilatasyon Bulk modulu ve Lame sabitleri Arasındaki İlişki

48 Kayma Modülü (μ)= Makaslama Modülü=Rijidite

49

50

51

52

53

54

55 Lame Sabiti Lame Sabiti= X ekseni yönündeki gerilme/Z ekseni yönündeki deformasyon

56 Elastik sabitler ve birbiriyle olan ilişkileri

57

58

59

60

61

62

63

64

65