SİSMİK PROSPEKSİYON

DERS-4 DOÇ.DR. HÜSEYİN TUR

SİSMİK YÖNTEMLER

Sismik yöntemler yer altındaki jeolojik tabakaların durumlarını saptamada elastik dalgaların, arz içerisinde yayılması ile ilgili fizik prensiplerine dayanır. Uygulamalı sismikte, dalgaları üreten bir enerji kaynağı, yeryüzüne bir düzen içinde yerleştirilmiş bir seri alıcıya ve bu alıcılara gelen dalgaları kaydeden ölçüm aletine gerek vardır. Bu düzen içinde temel prensip, enerji kaynağından yayılan ve alıcılara gelen dalgaların zamana karşın amplitüdlerinin kaydedilmesidir. Sismik yöntemler, kaynaktan yayılan sismik dalgaların takip ettiği ışın yollarına göre Sismik Yansıma (Reflection), Sismik Kırılma (Refraction) olmak üzere iki genel bölüme ayrılır. Bunlardan Sismik Yansıma Yöntemi yeraltının iki veya üç boyutlu, ayrıntılı yapısal ve stratigrafik kesitinin elde edilmesinde kullanılır.

Sismik Yansıma Yöntemi, ekonomik olarak petrol ve doğal gaz araştırmalarında, kömür yatağı araştırmalarında, mühendislik amaçlı olarak kıyı tesislerinin denizaltı zemin ve çökel istif şartlarının belirlenmesinde, liman, karayolu, baraj ve büyük yapıların inşası ile ilgili temel kaya problemlerinin çözümünde, kültürel olarak arkeojeolojik çalışmalarda bilimsel amaçlı olarak kara ve denizde yerkabuğu araştırmalarında kullanılmaktadır. Sismik Kırılma Yöntemi, veri toplama ve değerlendirme açısından oldukça pratik, hızlı ve ekonomik bir yöntemdir. Diğer önemli bir özelliği ise dalga yayınım hızının derinlikle arttığı tabakalı ortamlarda, tabakaların hızlarının ve derinliklerinin yeterli bir doğrulukla bulunmasını sağlar. Sismik Kırılma Yöntemi, yeraltı suyu araştırmalarında, mühendislik amaçlı zemin etütlerinde, özellikle deprem tehlikesinin beklendiği yörede sismik tehlike araştırmalarında yatay ve düşey yönde herbir katman için sismik hızların belirlenmesi ve gerçek tabaka kalınlıkları ve bunların dinamik özelliklerinin elde edilmesinde kullanılmaktadır.

‘’Sismik Yansıma Yöntemi ‘’ çalışmalarını üç

aşamada toplamak mümkündür.

1-Arazide sismik verilerin toplanması, bu verilerin arazide kalite kontrol işlemine tabi tutulması, düşük (sinyal / gürültü) oranı olan sahalarda S/G oranını artırıcı parametre tayini ve modelleme çalışmalarının yapılması 2-Verilerin ofiste bilgisayar ortamında veri toplama amacına uygun olarak 2B/3B kara/deniz işleme tabi tutulması (Sinyal / Gürültü oranı düşük sahalarda veri kalitesini arttırıcı proses, yüksek ayrımlı sismik veri prosesi, kömür aramacılığına yönelik özel veri işlem vs) 3-Verilerin yorumlanması ( Kömür amaçlı sismik verilerin yorumlanması, yeraltı, kömür Yayılımının 3 Boyutlu görüntülenmesi, Jeotermal sahalarda fay geometrisi ve temel kayanın tespiti, kuyu bilgilerinin sismik veri ile birleştirilmesi vs.)

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 (Düşük - Yüksek frekanslı kaynak gerektirir

frekans bandı) .Daha az sayıda alıcı ( 0-10.000 Hz; hatta sığ çalışmalarda

(kanal) kullanılır ( ≈ 10 Hz) . 40.000 Hz) . Daha çok sayıda alıcı kullanılır.

- Veri işlem adımları azdır yada hiç yoktur. - Çok sayıda veri işlem adımı gerektirir.

DOĞRUSAL SİSTEMLER

Herhangi bir sistem aşağıdaki koşulları sağlıyorsa bu sisteme

doğrusal sistem denir.

1) Toplama özelliği : Eğer söz konusu sistem x1(t) giriĢ

verisiyle y1(t) çıkışını ve x2(t) giriş verisiyle de y2(t) çıkışını

veriyorsa aynı sistemin x1(t) + x2(t) giriş verisi için y1 (t) + y2 (t)

çıkışını vermelidir. Bu koşula göre, doğrusal düzeneklerde giriĢ

verilerini toplayarak, sisteme giriĢ olarak verildiğinde elde

edilen çıkış, giriş verileri ayrı ayrı verildiğinde elde edilen

çıkışların toplamına eşdeğerdir.

2) Çarpım özelliği : Bir doğrusal sistemin giriş verisi herhangi bir

katsayıyla çarpıldığında çıkış verisi de aynı katsayı ile çarpılmış

olur. Yani,

3. Sistemin girişindeki gecikme aynen çıkış verisinde de

gözlenir.

Buna göre, doğrusal sistemlerde sistemin karakteristiği

ve özellikleri zamanla değişmez. Doğrusal sistemler zamandan

bağımsızdır.

Doğrusal sistemlerde sisteme giren ve çıkan olaylar

arasında doğrusal bir ilişki vardır. giriş ve çıkış arasında bu ilişki

konvolüsyon (evrişim) ilişkisidir.

Yerküremiz bir takım olaylara karşı bir doğrusal sistem

gibi davranmaktadır.

Yerkürenin diğer bir özelliği de zaman-bağımsız (time-

invariant) olmasıdır. Buna göre bir uyarı ne zaman yapılırsa

yapılsın aynı cevap alınacaktır (Örneğin koşullar değişmediği

sürece aynı noktada değişik zamanlarda yapılacak ölçümlerde

elde edilecek sonuç hep aynıdır).

Zaman-bağımsız ve doğrusal sistemler süperpozisyon ilkelerine

uyarlar(süperpozisyon; bir sitemde iki farklı olay birbirini

etkilemiyor ve ayrı ayrı ele alınarak incelenebiliyor ise bu iki

olayın üst üste bindirilmesidir; örneğin sismik dalgaların farklı

sinüzoidlerin toplamından oluştuğu düşünüldüğünde iki veya

daha fazla dalganın uzayda bir yerde üst üste gelmesi olayı

süperpozedir). Sismik iz doğrusal bir sistem çıkışı olarak

düşünülebilir.

• Yer, sismik enerjinin yayılımında

bir filtre gibi davranır

G(t) * F(t) = H(t) Kaynak * Yer = Sismogram

Dalgacığı Yansıma

Katsayıları

SİSMİK İZ Tek bir sismik iz

Sismik iz analog veya sayısal olabilir.

SİSMOGRAM Çok sayıda (yüzelerce hatta binlerce)

sismik izin birleşimi

• Sismik izlerin bütünü • Yansıtıcı yüzey(reflektör) çift seyahat zamanına sahiptir. • Yansıtıcı yüzey bir dalgacık gibidir.

HIZ VE YOĞUNLUKLARI FARKLI İKİ ORTAMIN

SINIRINA GELEN P DALGASI ENERJİSİNİN

BÖLÜNMESİ

P dalgasının enerjisi geliş açısının artmasıyla aşağı yukarı

sabit kalır, fakat kritik açıya varıldığı zaman hız da sıfıra

düşer. Kritik açıya yaklaşıldığında yansıyan ve kırılan S

dalga enerjisine dönüşüm hızlanır. Kritik açının dışında bir

Yerde maksimum S genliği gözlenir.

Geliş açısının dik olması halinde olur. Bu

durumda P’den SV’ye veya SV’den P’ye bir değişim

olmaz. Fakat geliş açısı arttığı zaman bir tipten

diğerine dönüşüm önem kazanır. Düşey geliş için

genel olarak yansıma katsayıları kullanılır. Aşağıdaki

şekilde bir sınıra normal olarak gelen bir dalganın

yansıması ve ikinci ortama geçmesi şematik olarak

gösterilmektedir.

Pozitif z yönünde hareket eden bir düzlem dalga : Eğer sabit frekanslı bir dalga seçilirse:

Burada Z1ve Z2 iki sınırın akustik empedansını belirtir

Burada sınır şartları: 1. Sınırda yer değiştirme sürekli olmalıdır. (alttaki ve üstteki ortam aynı miktarda

hareket etmelidir.) 2. Sınırın kütlesi olmadığından sınırdaki net gerilme sıfır olmalıdır. Aksi halde

herhangi bir gerilme sıfır ivmeye neden olacaktır.

Sismik kesitin içinde barındırdıkları

SİSMİK DALGANIN GENLİĞİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER

KÜRESEL SAPMA (DİVERJANS)

Sabit hızla yayıldığı varsayılan bir sismik dalganın enerji

yoğunluğu yer altına doğru Yayılırken azalır. Enerji

yoğunluğunun azalması dalganın aldığı yolun karesiyle ters

orantılıdır. Hız Derinlikle arttığından ışın yolunun eğriliği enerji

Yoğunluğunun çok daha çabuk azalmasına neden olabilir. Bir

harmonik dalganın enerji yoğunluğu E bağıntısı ile verilebilir.

Enerji yoğunluğu: Bir nokta etrafında birim hacimdeki enerji

Enerji şiddeti (I) : Birim zamanda birim yüzeyden geçen enerji

miktarı

Bir O merkezinden çıkıp uzaklaşan küresel dalga yüzeylerini ele

alırsak

r1 ve r2 iki küresel yüzeyin yarı çapları

A1 ve A2 bu yüzeyler üzerindeki alanlar

Birim zamanda A1 alanından geçen enerji daha sonra yine birim

zamanda A2 alanından geçecektir. A1 yüzeyinden birim

zamanda geçen enerji akışı I1A1 ve A2 yüzeyinden geçen enerji

akışı I2A2 ise I1A1= I2A2 olur. Burada;

Geometrik dağılma (küresel diverjans) küresel dalgaların şiddet

ve enerji yoğunluklarının kaynağı olan uzaklıkların karesi ile

ters orantılı olarak azalmasına neden olur. Bu ‘küresel sapma ’

olarak bilinir.

EMİLME (ABSORPTION, YUTULMA, SÖNÜMLENME)

Bir kaynaktan çıkan sismik dalga elastik bir ortam içinde yayılırken enerjisi ortam tarafından dereceli olarak azaltılıp (sürtünmeden dolayı), ısı enerjisine dönüşür. Bu işlem ‘emilme (soğrulma)(yutulma)’ olarak bilinir. emilme

1/r küresel sapma

Burada emilme katsayısı α basit olarak dalga boyu başına 0.25

dB lik bir değer alır.

e-αr

Soğurulma katsayısı (α), logaritmik azalma (δ) ile ilişkilidir.

Logaritmik azalma (δ) : sönümlü bir dalga treninde birbirini

izleyen iki devirin genlikleri oranının doğal logaritmasıdır.

Sönümlü dalga treni

SAÇINMA (DIFRACTION)

Sismik dalgalar,eğrilikte ani bir değişmenin olduğu örneğin bir

nokta veya köşe gibi, bir yüzey boyunca bir düzensizliğe

çarptığında düzensiz yapı, Huygens Prensibi’ne uygun olarak

bütün doğrultularda dalga yayılımı için bir nokta kaynak gibi

hareket eder. Böyle bir yayılım ‘difraksiyon’ olarak isimlendirilir.

Bu durum bir dalga her ne zaman dalga boyu kadar veya daha

küçük eğrilik yarıçaplı bir yüzey ile karşılaştığında meydana

gelir.

a) Bir gömülü köşeden difraksiyon b) Difraksiyon oluşturmuş dalgaların

gösterimi

• Kırılma katsayısının genliği yansıma katsayısı

negatif olduğu zaman 1 değerinden 1-R kadar

büyük olur. Bu enerjinin korunumu prensibini ihlal

etmez. Bir sınırdan dalganın aşağı ve yukarı

geçmesi durumunda (1-R)*(1+R)= 1-R2 olur. Bu da

genliğin daima azaldığını göstermektedir. (uzaklığın

karesiyle ters orantılıdır).

• Düşük hız tabakası ile altındaki tabaka arasında

yüksek hız kontrastı çok kuvvetli yansıma

katsayılarına neden olur. Dolayısıyla genliği

büyütür.

• Yansıtıcı yüzeyin şekli enerji yoğunluğunu büyük

ölçüde etkiler. İç bükey yansıtıcı en enerjiyi

toplayarak genliğin artmasına neden olur. Dış

bükey yansıtıcı enerjiyi dağıttığından genliğin

azalmasına neden olur.

• Sismik dalgalar bir jeolojik katmanın ara kesitine dik olarak geldiği zaman dalgaların bir kısmı kendi üzerinde yansır. Diğer kısmı ise aşağıdaki ortama geçer. Enerjinin korunumu kanununa göre yansıyan ve kırılan enerjinin toplamı ara kesite gelen enerjiye eşit olur.