SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-1 DOÇ.DR. HÜSEYİN TUR

JEOFİZİK NEDİR?

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.”

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

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

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

Gürültü Kaynakları ve Jeofizik Yöntemlere Etkisi

UYGULAMALI JEOFİZİĞİN BAŞLICA YÖNTEMLERİ SİSMİK ELEKTRİK ELEKTROMANYETİK GRAVİTE MANYTİK YER RADARI

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

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

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler   Elektrik

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler Gravite  

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler Manyetik  

Jeofizik Yöntemlere Bazı Örnekler · Yer Radarı  

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.

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

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

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

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.

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.

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

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

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.)

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

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)

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.

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

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) . (0-10.000 Hz; hatta sığ çalışmalarda 40.000 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.

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.

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

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

Stres vektörü ve stres tensörü arasındaki ilişki

Strain (Deformasyon) Normal Deformasyonlar

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

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

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

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

Elastik Modül & Deformasyon

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 )

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

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

Kayma Modülü (μ)= Makaslama Modülü=Rijidite

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

Elastik sabitler ve birbiriyle olan ilişkileri