Jeolojik yapıların aranması

1- GİRİŞ

Yeraltındaki jeolojik yapıların aranmasında en çok baş vurulan jeofizik uygulamalardan biriside sismik yöntemdir. Yeryüzünde veya belirli bir derinlikte yapay enerji kaynaklarıyla oluşturulan elastik dalgaların yer içinde tabakalardan yansıyarak yeryüzüne yerleştirilmiş jeofon(alıcı) lar tarafından algılanıp kayıtçılar tarafından kaydedilmesine “ sismik metod” denir.

Yer kabuğu elastik hız , yoğunluk gibi fiziksel özelikleri farklı kayaçlardan oluşan tabakalardan meydana gelmiştir. Bundan yararlanarak yeryüzünde veya yüzeye yakın noktalarda üretilen elastik dalgaların yeraltındaki tabakaların ara yüzeylerinde yansıma ve kıvrımları yine yeryüzünde gözlenerek bu tabakaların sismik hızları gibi uygulamada yararlı bilgiler elde edilir.

Sismik yöntemin esasını patlayıcı veya diğer kaynaklar kullanılarak sismik dalgalar oluşturulması ve çeşitli noktalarda jeofon veya hidrofonlar tarafından noktalara gelen dalgaların zamanın (+) bir fonksiyonu olarak kaydedilmesi oluşturur.

Sismik yöntem 1920 ‘lerden günümüze kadar pek çok jeolojik problemlerin çözülmesinde kullanılmaktadır. İkinci Dünya savaşından sonra gerek veri toplamada gerekse verilerin işlenip yoruma hazırlanmasında ileri adımlar atılmıştır. Bugün kullanılan sismik cihazlar ileri bir teknoloji ürünüdür. Bu cihazlardan elde edilen saha kayıtları üzerinde daha kesin ve sağlıklı değerlendirmeler için birçok veri işlem yöntemleri uygulanmaktadır. Bu konuda sismik endüstri bilgisayarlardan belki de ençok yararlanan uygulamalı bilimidir.

Eskiden sismik kaynak olarak sadece dinamit kullanılırdı. Günümüzde vibroses , ağırlık düşürme gibi yeyüzünde uygulanabilen kaynakların geliştirilmesi birçok bölgede saha çalışmalarını kolayaştırmıştır.

Sismik yöntem en yoğun olarak hidro karbon aramalarında kullanılır. Bunun dışında zemin etüdlerin ve azda olsa yer altı suyu aramalarında da kullanılmaktadır. Zemin etütleri çalışmalarında ve yer altı suyu aramalarında kullanılr. Derinlikle çalışılmadığı için sismik kırılma metodu kullanılıt.
Sismik prospeksiyon çalışmalarında ;
1- Sismik kırılma yöntemi
2- Sismik yansıma yöntemi
Olmak üzere iki ayrı yöntem uygulanır.

Bu çalışmada sismik kırılma yöntemi açıklanacaktır. Elastik ortamda dalga yayımına giriş yapıldıktan sonra sismik kırılma yöntemi ayrıntılı bir şekilde incelenecektir.

2-SİSMİK DALGA YAYILIMI

Sismik dalgalar ifadesi yerdeki elastik dalgalar için kullanılır. Sismik dalgaların yayılması kayaçların elastik özeliklerine bağlıdır. Örneğin kayaçlar sıkıştırılınca şekil ve hacim değişikliğine uğrarlar. Bundan dolayı patlama veya vuruş noktasından itibaren gerilmeler elastik dalga olarak verilir. Bir sismik dalga bir ortamda yayılırken geçtiği ortamda belli değişiklikler belirlenir. Kayaçlarda sismik dalgaların yayılması bir portikülün veya taneciğin deformasyonunun kayaç içerisinde kayacın elastik özeliklerine ve yoğunluğunun bağlı olarak hızlıca ilerlemesi şeklinde olur bu bağımlılığına belirlemek için kuvvetlerin ve gerilmelerin neden olduğu deformasyonu iyi tanımlamak gerekir.

2.1 ELEKTRİK DEFORMASYON VE GERİLMELER
-GERİLME (STRESS) : bir S alanına F kuvveti uygulamıyorsa gerilme =F/S olur. Eğer uygulanan kuvvet yüzeye dik ise meydana gelen gerilmeye dik gerilme (veya baskı = pressure) denir. Kuvvet yüzeye paralel ise buna kayma gerilmesi (shering stress) denir. Kuvvet dik veya paralel değilse gerilme bu iki doğrultuda normal ve teğetsel iki bileşene ayrılabilir. Normal bileşen pozitif ise tansiyon (çekme) gerilmesi, negatif ise basınç gerilmesi olarak adlandırılır. Teğetsel bileşen ise kayma gerilmesi olarak adlandırılır.

-YUMULMA (stain, deformasyon) :bir kuvvet (gerilme) etkisindeki elastik cisimde meydana gelen şekil ve boyut değiştirmenin bir ölçüsüdür. Cisimde meydana gelen değişimlere biçim bozulması denir. Bir elastik cisim içerisinde meydana gelen strain, uygulanan gerilme ile orantılı olduğu gözlenmiştir. Bu ilişki HOOKE kanunu olarak bilinir. Buna göre gerilme ile deformasyon arasında doğrusal bir ilişki vardır. Cisim içinde x doğrusunda iki nokta A ve B arasındaki uzaklık dx olsun cisme kuvvet etkidiği zaman iki nokta arasındaki bu uzaklık da (du) kadarlık bir değişme meydana gelsin. Yani cime herhangi bir kuvvet uygulandığı zaman A noktası A’ ve b noktası B’ noktasına gelsin. Elastik bir cisme etkiyen bir kuvvetin tesiri ile meydana gelen uzaklık değişiminin ilk uzaklığa oranına

yamulma denir. Burada ;
E: bir orantı sabiti olup Young Modülü olarak adlandırılır. Birimi Megabar (1012dyn/cm2) dir. (Dobrin , 1976, s.30)

Bir doğrultudaki birim yamulma (deformasyon) hesaplanırken diğer doğrultularda herhangi bir değişimin olmadığı kabul edildiğinden birim yamulmalar kısmi türevler olarak yazılırlar. Buna göre herhangi bir dış kuvvet etkisinde kalan elastik cisimde, x,y,z doğrultularında meydana gelen birim yamulmalar ise
1
Olarak tanımlanır. Gerilme –yamulma (stress-strain) ilişkilerinden yararlanarak bir ortamda yayınan elastik dalga denklemi
2

Bulunur. Burada V dalga hızını, t ise zamanı göstermektedir. U ise dalga hareketinin yer değiştirme potansiyelidir. Burada verilen denklemin sağ tarafına U nun laplasiyeni denip 2 şeklinde gösterilir.

Şayet elastik dalganın yalnızca bir doğrultuda yayıldığı düşünülürse, U sadece t ve x in fonksiyonu U = U(x,t) olacak ve (1.2)ile verilen dalga denklemi

3

şekline dönüşür. Bu bir P- dalgası denklemi ve v ise dalga hızı olup ; Lame sabiti , rijidite  ve yoğunluk q ile aralarında
v2 = ( + 2) /q
şeklinde bir ilişki vardır. =0 için ve v0 olduğundan P-dalgaları sıvı ortamda da ilerleyebilirler. Benzer şekilde Y ve Z doğrultusundaki yer değiştirmeler için

4

veya diğer bir yazım biçimi ile

5

dir. Bunlar S-dalga denklemleri olup,  bu dalgaların hızıdır. Burada 2 = /q dir. =0 , =0 olacağından enine (S) dalgalar sıvı ortamda yayılamazlar. Bu denklemlere elastik dalga denklemleri denir.

2.2 ELASTİK MODÜLER
2.2.1 YOUNG MODÜLÜ (E)

Basit bir gerilme veya sıkışma halindeki gerilme –deformasyon ölçüsüdür. Kesiti A olan ve L uzunluğundaki silindir şeklindeki bir kayaç örneği, yüzeyine eşit olarak dağılmış F kuvveti altında kaldığında bu yüzeye etkiyen gerilim -=F/A olur. Nagatiflik sıkışma durumunu göstermektedir. Gerilme durumunda pozitif değer alır. Bu gerilim altında kalan kayaçta sıkıştırılan eksen boyunca - =L/L şeklinde nispi bir kısalma oluşur. Eğer kayaç gerilme altında kalırsa boyunun uzamasından dolayı değeri pozitif olacaktır.
6

E elastite ve Young modülüdür ve materyalin elastik şekil değişikliğine karşı mukavemetinin bir ölçüsüdür.

2.2.2 POİSSON ORANI ()
Tek yönlü sıkıştıran kayaçta enine birim değişmenin (enine deformasyon) boyuna birim değişmeye (boyuna deformasyon) oranı Poisson oranı olarak tanımlanır.
7

d/d enine genişlemeyi l / l boyuna kısalmayı sağlar.

şekil 2.2.2 : Sıkıştırılan bir kayaçtaki boydaki kısalma , endeki genişleme Possion sabiti 0<<0,5 arasında değişir. Kayaçlar için ortalama  = 0,25 civarındadır. 2.2.3 BULK MODÜLÜ Basit hidrostatik basınç (p) altında kalan bir kayaçtaki gerilme deformasyon ölçüsüdür. Bu denklemde v/v kübik dilatisyonun tersidir. Negatiflik bu nedenle denklemde görünmekte ve hacim daralmasını ifade etmektedir. Bulk modülü metaryalin hacim değişikliğine karşı mukavemetin bir ölçüsüdür. Şekil 2.2.4 : Tanjansiyel kuvvet sonucu kayma hareketi Tablo : 2.1 bazı kayaçların ve demirin 0,4 Gpa =4 kbar .eve basıncı altında ölçülen modül değerleri Kayaçlar E K G  Kalker 65 50 25 0,3 Granit 80 50 30 0,26 Gabro 100 70 40 0,28 Dunit 170 120 65 0,27 Demir 200 140 80 0,28 2.2.5 LAME SABİTİ Eğer bir küp yukarı doğru z gerilmesi ile uzatılırsa yukarıya doğru  z deformasyonu veya yana doğru x karşı gerilmesi oluşur. E: elastisite modülü ,  = poisson oranı Cisim sıkışmaz ise =  dur.  = 0,25 için  =G dir. E,K,G,  ve  sabitlerinden herhangi biri diğer iki sabitte bağlı olarak aşağıdaki denklemler ile ifade edilebilir. 3. SİSMİK DALGA TÜRLERİ Bir sismografın kaydettiği sismogramda çeşitli dalgalar görülür. Bunlardan bir kısmı yeryüzünde, bir kısmı yer içinde yayılırlar. Yeriçinde yayılan dalgalar (P) boyuna ve (S) enine dalgalardır. Bunlar cisim dalgaları olarak adlandırılırlar. Yüzey dalgaları olarak bilinen Rayleigh ve Love dalgaları yüzey boyunca yayılırlar, genlikleri derinlikle üstel (exponansiyel) olarak azalır. 3.1 Cisim Dalgaları 3.1.1 Boyuna Dalgalar (P) Bu tip dalgalar, sıkışma veya birinci dalgalar olarak bilinirler ve sadece “P” dalgası şeklinde ifade edilirler. Partikül yer değiştirmesinde şekil değişikliği olmadan hacim değişikliği oluşuyorsa, bu koşullarla yayınan dalgalara boyuna dalga denir. Boyuna dalgalarda sıkışma ve genleşmeyi temsil eden titreşim doğrultusu dalga yayınım doğrultusuyla aynıdır. Şekil 3.1.1 P dalgasının yayınımı P dalgaları verilen bir ortamdaki en hızlı dalgalar olduğundan deprem kayırlarından en önce kaydedilir. P dalgasının hızı, 3.1.2 4. SİSMİK DALGA YAYINIM PRENSİPLERİ Dalgaların yayındıkları ortamların özelliklerine göre belirli kaynak ve alıcı arasında izledikleri yolların geometrisini belirleyen kurallar şu şekilde özetlenebilir. 4.1 Huygens Prensibi Herhangi bir enerji noktasından yayılan dalgalar, suya atılan taşın yarattığı dalgalar gibi genişleyen küreler biçimindedir. Küreyi oluşturan yüzeylere dalga önü denir ve dalga önlerini oluşturan her nokta, yani bir enerji kaynağı gibi davranır. Huygens kuralı olarak bilinen bu yayınım özelliğine göre, belirli zaman için herhangi bir dalga önü geometrisinin bilinmesi halinde daha sonra oluşacak dalga yönleri geometrileri belirlenebilir. Bu belirleme dalga önünün her noktasının enerji kaynağı olarak ön görülerek her noktadan yayılan küresel dalgaların zarfları çizilerek yapılır. Noktaların kullanılan dalga önü şimdiki zamanı gösterirse, eğrilik yarı çapı küçük olan dalga önü geçmiş zamanı, eğrilik yarı çapı büyü olan dalga önü gelecek zamanı gösterir. 4.2 Fermat Kuralı Huygens kuralına göre genişleyen dalga cepheleri oluşurken dalga, iki nokta arasını en kısa zamanda gidebileceği yörüngeyi izler. Bu özellik fermat kuralıdır.

Yorum yazın