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

Sismik Yöntem Sismik Dalgalar Sismik Hız Genel Bakış Sismik Yöntem Sismik Dalgalar 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 Rayleigh ve Love Stoneley Dalgaları 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 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. Prograde hareket Retrograde 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) 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.

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 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 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 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 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.

SİSMİK DALGALARIN GENEL GÖRÜNÜMLERİ (a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının yandan görünüşü (a ) Direkt gelen dalgaların yer içindeki yayılımlarının üstten görünüşü