ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ATATÜRK BARAJ GÖLÜNÜN TUZLANMASINA NEDEN OLABİLECEK JEOLOJİK YAPILARIN DOĞRU AKIM ÖZDİRENÇ VE ELEKTROMANYETİK YÖNTEMLERLE TANIMLANMASI Nevbahar SABBAĞ JEOFİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 2012 Her hakkı saklıdır

2 ÖZET Yüksek Lisans Tezi ATATÜRK BARAJ GÖLÜNÜN TUZLANMASINA NEDEN OLABİLECEK JEOLOJİK YAPILARIN DOĞRU AKIM ÖZDİRENÇ VE ELEKTROMANYETİK YÖNTEMLERLE TANIMLANMASI Nevbahar SABBAĞ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeofizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. M. Emin CANDANSAYAR Bu çalışmada, Atatürk Barajının tuzlanmasına neden olabilecek jeolojik yapılar, Doğru Akım Özdirenç (DAÖ) ve elektromanyetik yöntemlerle araştırılmıştır. Bu amaçla Atatürk Baraj Gölü Havzanın 542m kuzeyinde Kahta Çayı Havzasında, DAÖ ve Yatay Halka Elektromanyetik (YHEM) verileri toplanmıştır. YHEM ölçülen verileri mekansal süzgeç uygulanarak yorumlanmıştır. DAÖ verileri ise iki-boyutlu ve üçboyutlu ters çözüm yapıldıktan sonra yorumlanmıştır. Ayrıca çalışma alanından alınan toprak ve suyun analizi sonuçları verilerin yorumlanmasında kullanılmıştır. Elde edilen özdirenç modellerinin yorumu, çalışma alanındaki kayaç birimlerinin tuzlanmaya sebep olmayacağını ortaya koymuştur. Çalışma alanındaki toprak ve Kahta Çayı su analizlerinden elde edilen veriler ölçüm alanındaki suyun orta tuzlu ve bazik olduğunu göstermiştir (ph=7.7). Atatürk Barajı nda ileride olabilecek tuzlanma nedeninin Baraj kenarında açılan kuyulardan çekilen fazla su ve suyun tarımsal amaçlarla yanlış kullanımı nedeniyle olabileceği düşünülmektedir. Haziran 2012, 52 sayfa Anahtar Kelimeler: Atatürk barajı, çevre jeofiziği, tuzluluk, Doğru Akım Özdirenç, elektromanyetik, üç boyutlu, ters çözüm, jeoloji i

3 ABSTRACT M.Sc. Thesis DIRECT CURRENT RESISTIVITY AND ELECTROMAGNETIC SURVEYS FOR THE IDENTIFICATION OF THE PROBABLE GEOLOGICAL STRUCTURE CAUSING SALINATION IN THE ATATÜRK DAM LAKE Nevbahar SABBAĞ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Geophysical Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. M. Emin CANDANSAYAR The geological formations cause salinization of Atatürk Dam were studied by Direct Current Resistivity (DCR) and electromagnetic methods in this study. For this purpose, the DCR and Horizontal Loop Electromagnetic Method (HLEM) data were collected in 542m north of Kahta Creek Catchment in Atatürk Dam Lake Basin. The measured HLEM data were evaluated by employing spatial filter. DCR data were evaluated following two-dimensional and three-dimensional inversion analyses. Also, soil and water samples analysis results collected from study site were used in data evaluation. The resistivity model interpretation revealed that rock formations in the study area will not cause salinization. Data obtained from the analyses of soils of the studied area and Kahta Creek water showed that the water of the measurement area is moderately saline and basic (ph=7.7). The possible future salinization cause of the Atatürk Dam thought to be abstraction of excess water from nearby wells of the Dam and misuse of water for agricultural purposes. June 2012, 52 pages Key Words: Atatürk dam, environmental geophysics, salinity, Direct Current Resistivity, three dimensional, inversion, geology ii

4 TEŞEKKÜR Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Anabilim Dalında yapmış olduğum Yüksek Lisans Tez çalışmam süresince her türlü ilgi ve koşulsuz desteğini gördüğüm ve kendisiyle çalışmaktan büyük onur duyduğum, beni her konuda yönlendiren danışman hocam Sayın Doç. Dr. M. Emin CANDANSAYAR a (Ankara Üniversitesi Jeofizik Mühendisliği Anabilim Dalı) sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Elektromanyetik ölçüm cihazının temininde ve aynı zamanda hayatıma yön vermemde oldukça etkili olan Adıyaman Üniversitesi nden Sayın Doç. Dr. Erhan AKÇA ya teşekkürlerimi sunarım. Arazi çalışmalarım sırasında her türlü yardımı esirgemeyen ve arazi deneyimlerini benimle paylaşarak çalışmalarıma katkı sağlayan Ankara Üniversitesi Jeofizik Mühendisliği doktora öğrencisi Sayın Özcan ÖZYILDIRIM a teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmamı yürüttüğüm Ankara Üniversitesi ve kadromun bulunduğu Süleyman Demirel Üniversitesi ndeki değerli hocalarıma ve çalışma arkadaşlarıma manevi desteklerinden dolayı teşekkür ederim. Tez çalışmalarım süresince benden manevi desteğini esirgemeyen hep yanımda olan değerli aileme teşekkür ederim. Bu tez çalışması Sayın Watanabe TSUGIHIRO önderliğindeki C09 Project: Designing Local Frameworks for Integrated Water Resources Management, RIHN (The Research Institute for Humanitiy and Nature) tarafından sağlanan bütçe ile desteklenmiştir. Nevbahar SABBAĞ Ankara, Haziran 2012 iii

5 İÇİNDEKİLER ÖZET...i ABSTRACT.ii TEŞEKKÜR... iii SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ......vi ŞEKİLLER DİZİNİ...viii ÇİZELGELER DİZİNİ...x 1. GİRİŞ KAYNAK ÖZETLERİ Doğru Akım Özdirenç Yöntemi (DAÖ) Görünür özdirenç kavramı Elektrod dizilimleri Çok elektrotlu ölçü sistemi ile veri toplama İki boyutlu (2B) ve üç boyutlu (3B) modelleme ve ters çözüm DAÖ yönteminde modelleme Ters çözüm Yuvarlatıcılı ters çözüm (OCCAM) Yatay Halka Elektromanyetik Yöntem (YHEM) Kuram Veri toplama Araştırma derinliği ve görünür özdirenç Veri işlem ve sunum Kaydırma ölçümleri Frekans delgi (frekans sondajı) ölçümleri MATERYAL VE YÖNTEM Atatürk Barajı Etrafında Yapılan Jeofizik Çalışmalar Çalışma alanı ve genel jeolojisi Arazi çalışması YHEM ölçüleri YHEM verilerine uygulanan süzgeçler Doğru Akım Özdirenç (DAÖ)ölçüleri. 24 iv

6 Doğru akım özdirenç verilerinin 2B ters çözümü DAÖ verilerinin 3B ters çözümü Toprak ve su analizi sonuçları Özdirenç modelleri ile elektromanyetik verilerin birlikte yorumu TARTIŞMA ve SONUÇLAR...43 KAYNAKLAR EK 1 Özdirencin Tuzlulukla Değişimi. 49 ÖZGEÇMİŞ...52 v

7 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ DAÖ Doğru Akım Özdirenç EM Elektromanyetik Yöntem YHEM Yatay Halka Elektromanyetik Yöntem DES Düşey Elektrik Sondaj 1B (1D) Bir boyutlu (One Dimensional) 2 B (2D) İki boyutlu (Two Dimensional) 3B (3D) Üç Boyutlu (Three Dimensional) E Elektrik Alan ρ Özdirenç Görünür Özdirenç (GÖ) İletkenlik Görünür İletkenlik Gerilim I K λ Akım Şiddeti Geometrik Faktör Pi (sabit sayı) (3.14) İntegral Değişkeni Sıfırıncı Dereceden birinci tür Bessel fonksiyonu Dönüşük Özdirenç Fonksiyonu Birim Fonksiyon (,, ) Nokta Akım Kaynağının Yeri p A d W d C RMS Parametre düzeltme yöneyi Kısmi türevler dizeyini Ölçülen ve kuramsal veri fark yöneyini Düzgünleştirici parametresini (regularization parameter) Veri ağırlık dizeyini Yuvarlatıcı dizeyini Durdurma kriteri vi

8 d p E(p) N f(m) Ölçülen Veri Yöneyi Parametre Yöneyi Yanılgı Enerjisi Ölçülen veri sayısı Düz çözüm operatörü Açısal Frekans µ Manyetik geçirgenlik (Henry/m) f Frekans Boşluğun manyetik geçirgenliği (4π x Henry/m) Kaynak noktasındaki manyetik alan Birincil manyetik alan İkincil manyetik alan vii

9 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Doğru akım özdirenç yönteminin uygulanması ve akım-gerilim çizgilerinin yer içindeki yayılımı...4 Şekil 2.2 Dipol dipol ölçü dizilimi....6 Şekil 2.3 Gradient (harita) ölçü dizilimi... 6 Şekil 2.4 Çok-elektrotlu özdirenç yöntemi ile arazide ölçü alımı....7 Şekil 2.5 a) Bir-boyutlu, b) iki-boyutlu ve c) üç-boyutlu iletkenlik modelleri...8 Şekil 2.6 Çift yatay halka alıcı-verici için elektromanyetik alanların oluşumu. 11 Şekil 2.7 Slingram sisteminde alıcı-verici bobin kaydırma hattının görünümü a. Ard-arda, b. Paralel hat dizilimi...12 Şekil 2.8 EM38 cihazı ve yarattığı elektromanyetik alanın şematik gösterimi...14 Şekil 3.1 Çalışma Alanı..15 Şekil 3.2 Adıyaman bölgesinin stratigrafisi...16 Şekil 3.3 Arazide EM38DD cihazı kullanılarak YHEM verilerinin toplanması. 18 Şekil 3.4 Elektromanyetik ölçüm sonuçları Şekil 3.5 Elektromanyetik verilere ortanca (median) süzgeç uygulanarak elde edilen sonuçlar. 22 Şekil 3.6 Elektromanyetik verilere kayan ortalama (moving average) süzgeç uygulanarak elde edilen sonuçlar Şekil 3.7 Doğrultu 9 a ait ortanca (median) ve kayan ortalama (moving average) süzgeç veri sonuçları. 24 Şekil 3.8 (a) Ölçü alımında kullanılan çok-elektrotlu özdirenç ölçü aleti ve kullanılan elektrodlar ( (b) çalışma alanındaki profil hattı doğrultuları 24 Şekil 3.9 Supersting R8/IP cihazı kullanılarak DAÖ verilerinin toplanması..25 Şekil 3.10 Doğrultu -1 in a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü.26 Şekil 3.11 Doğrultu -2 nin a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü. 27 viii

10 Şekil 3.12 Doğrultu -3 ün a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü.28 Şekil 3.13 Doğrultu -4 ün Dipol-dipol(DD) dizilimi verilerinin ters çözümü Şekil 3.14 Doğrultu -5 in a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Şekil 3.15 Doğrultu -6 nın Dipol-dipol(DD) dizilimi verilerinin ters çözümü Şekil 3.16 Doğrultu -7 in a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü.32 Şekil 3.17 Doğrultu -8 in Dipol-dipol(DD) dizilimi verilerinin ters çözümü...33 Şekil 3.18 Doğrultu -9 un a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü.34 Şekil 3.19 Doğrultu -10 un a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Şekil 3.20 a) Ölçülen (measured) ve kuramsal (calc.) görünür özdirenç verilerinin log-log eksende çakışma grafiği b) Yineleme-RMS hata grafiği 36 Şekil 3.21 DAÖ verisinin 3B ters çözümü sonucu elde edilen özdirenç modeli.37 Şekil B ters çözüm sonucunun farklı derinlik seviyeleri için xy-kesitleri şeklinde sunumu: a) z=0 metre, b) z=10 metre, c) z=20 metre, d) z=30 metre, e) z=40 metre, f) z=44 metre Şekil B ters çözüm sonuçlarının farklı kesitler şeklinde sunumu: (a) yz kesitleri (b) xz kesitleri ve (c) xy kesitleri 39 Şekil B ters çözüm sonucunun farklı özdirenç aralıkları için eşyüzey (isosurface) şeklinde sunumu. a) ohm-m b) ohm-m c) 110 ohm-m ve üzeri..40 ix

11 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 3.1Elektrik İletkenlik değerlerine karşılık tuzluluk derecesi tayini...41 Çizelge 3.2 Ölçülen kireç miktarına bağlı olarak kireç içeriğinin belirlenmesi..41 Çizelge 3.3 Çalışma alanından toplanan toprak ve su örneklerinin analiz sonuçları..41 x

12 1. GİRİŞ Güneydoğu Anadolu Projesi (GAP) kapsamında Fırat nehri üzerinde inşa edilen Atatürk Barajının sulamalı tarımda çok önemli bir yeri vardır. Baraj, Adıyaman - Şanlıurfa il sınırları içerisindedir ve ülkemizin en büyük barajıdır. Sulamalı tarımın başlaması tarımsal üretim ve verimi artırmıştır. Ancak, tarımsal alanların tuzlanması sorununu da beraberinde getirmiştir. Araştırmacılara göre, baraj gölü ph=8.01, EC= 426 mho/cm (orta tuzlu) olarak ölçülmüştür. Bu tuzlanmanın bir nedeni de, baraj gölü etrafındaki killi şistli yapılardır. Yağmur suları bu birimler üzerindeki tuzu yıkayarak kırıklardan sızarak baraj gölüne süzülmesine neden olmakta ve göl suyunun göreceli de olsa tuz içeriğini arttırmaktadır. Ayrıca, baraj gölündeki suyun buharlaşmasıyla, gölet alanında tuz birikintileri oluşmaktadır. Bu da su kalitesini olumsuz yönde etkilemektedir. Tuzluluğun oluşmasında birçok etkenin yanı sıra baraj kenarında tuzluluğa yol açan jeolojik birimler veya olası fay yapıları da etkili olmaktadır (Vengosh 2003, Yenigün vd. 2006, Anonim 2008, Owczarek 2008, Westrup 2009, Varsamidis 2010, Yeşilnacar ve Yenigün 2010). Kirlenme tehlikesi ile karşı karşıya olan alanlarda jeofizik yöntemlerden elektrik ölçümler yapılarak kirlenmeye sebep olan jeolojik yapılar belirlenebilmektedir. Böylece kirliliğin yatay ve düşey sınırları, yayılımı, doğrultusu ve derinliği araştırılmaktadır. Bu tür araştırmalarda, jeoloji, hidrojeoloji ve jeokimya, hidrokimya ile ortak çalışma gereklidir (Özürlan 2007). Bilindiği gibi, zemin veya kaya ortamlarda özdirenç değerleri bu ortamların içerisindeki kil, gözeneklilik ve doygunluk gibi özelliklere bağlıdır (Song vd. 2005, Sjödahl vd. 2006, Johanson vd. 2007, Al-Zoubi vd. 2007). Doğru Akım Özdirenç (DAÖ) yönteminde amaç, yer içinin jeolojik yapısını, elektrik özelliğine, yani özdirencine göre haritalamaktır. Yöntem, çok elektrotlu ölçü sistemlerinin geliştirilmesi sayesinde geniş alanlarda hızlı araştırmalar yapılabilmekte ve yeraltı ile ilgili daha fazla veri üretilebilmektedir. 1

13 Bilgisayar ve jeofizik alet teknolojisinin gelişmesiyle elektrik özdirenç yöntemi, yeraltının özdirenç değişimlerinin bir-boyutlu, iki-boyutlu ve üç-boyutlu (1B, 2B ve 3B) incelenmesine olanak vermiştir. Böylelikle yön bağımlı ve tekdüze olmayan yeraltının gerçeğe daha yakın özdirenç değişimleri incelenebilmektedir. Aynı yeraltı yapısı için farklı dizilimler ile yapılan ölçümler sonucunda farklı görünür özdirenç değerleri elde edilmektedir. Ayrıca bu sonuçlardan yoruma gitmek her zaman olası olmamaktadır. Bu nedenle, daha kesin ve bahsedilen değişkenlerden bağımsız bir yeraltı modelinin elde edilmesi için ters-çözüm çalışmalarının yapılması gerekmektedir. Buna yönelik olarak 2B ve 3B ters-çözüm teknikleri geliştirilmiştir (Ellis ve Oldenburg 1994a, 1994b, Loke ve Barker 1995, 1996a, 1996b, Yi vd. 2002, Candansayar 2008). Elektromanyetik yöntemlerden Yatay Halka Elektromanyetik Yöntem (YHEM) ise, baraj alanlarında yatay yöndeki iletkenlik değişimlerinin saptanması amacıyla özellikle kırık ve çatlaklar ile geçiş bölgeleri içerisinde biriken yeraltı suyu araştırmalarında ve tatlı-tuzlu su girişiminin belirlenmesinde tercih edilen bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Tuz oranının artması iletkenliğin artmasına, dolayısıyla özdirencin azalmasına yol açmaktadır. Kullanıma uygun suyun özdirenci yüksek iken kirlenen su kaynaklarında özdirenç düşer. Başka bir deyişle, gözeneklilik oranı arttıkça su içeriğine bağlı olarak ortamın özdirenci azalır. Suyun tuzluluğu azaldıkça da özdirenç artar. Tatlı su içeren ortamlarda özdirenç ortalama Ohm-m arasında değişirken, az tuzlu ve tuzlu sulu ortamlarda bu değer çoğunlukla 10 Ohm-m den daha az olur. Özdirenç açısından kil, gözeneklilik dağılımı özel olan taneli malzeme olarak kabul edilebilir. Kildeki yüksek gözeneklilik ve az da olsa tuzlu su içerebilmesi gibi sebeplerden dolayı, özdirenç değerleri diğer formasyonlara göre çok düşük olup bu değer ortalama olarak Ohm-m arasında değişmektedir (McNeill 1990, Abdul Nassir vd. 2000, Vengosh 2003, Özürlan ve Ulugergerli 2005). Bu çalışmada jeofizik yöntemlerden elektrik ve elektromanyetik yöntemler kullanılmıştır. Elektrik yöntemlerden DAÖ ve elektromanyetik yöntemlerden YHEM ile ölçümler yapılmıştır. 2

14 2. KAYNAK ÖZETLERİ 2.1 DOĞRU AKIM ÖZDİRENÇ (DAÖ) YÖNTEMİ DAÖ yöntemi, en eski ve en yaygın kullanılan jeofizik yöntemlerdendir. Yöntem ilk olarak 1912 yılında Schlumberger kardeşler tarafından önerilmiştir. Günümüzde, uygulanması kolay olması ve birçok problemin çözümünde etkili sonuç vermesi nedeniyle; maden, jeotermal, arkeoloji, çevre (atık alanları, kirlenmeler), jeolojik birimlerin tanımlanması, kırık çatlak sistemleri, yeraltı suyu, heyelan vb. araştırmalarda kullanılmaktadır (Candansayar 1997). Yöntemin duyarlı olduğu fizik parametresi özdirençtir. Doğadaki kayaçların özdirenci; kayaç dokusunun sık ya da seyrekliğine, tane büyüklüğüne, gözenekliliğine, gözenekler arası bağlantı ve suya doygunluk oranına, kayacın bulunduğu derinliğe, basınca, sıcaklığa, dolgu sıvısının tuzluluğuna, komşu kayaçların özdirenci vb. etkenlerine bağlıdır. Yöntemde, son yıllarda geliştirilen çok elektrotlu ölçü sistemleri sayesinde, 2B ve 3B ters çözüme uygun veri toplamak kolay ve hızlı hale gelmiştir. Dolayısıyla günümüzde veriler çoğunlukla birbirine paralel hatlar boyunca sondaj-profil ölçü tekniği ile toplanmakta ve bunlar 2B/3B ters çözüm algoritmaları ile yorumlanmaktadır Görünür özdirenç kavramı Yöntemde, genellikle yere iki noktadan akım uygulanır (A ve B akım elektrodları) ve diğer iki nokta arasında oluşan gerilim farkı (M ve N gerilim elektrodları) ölçülür (Şekil 2.1). 3

15 Şekil 2.1 Doğru akım özdirenç yönteminin uygulanması ve akım-gerilim çizgilerinin yer içindeki yayılımı (Candansayar 1997) Ölçülen gerilim farkı Ohm kanunun' dan yararlanarak gerilim farkı bağıntısı aşağıdaki gibi elde edilebilir: ( (2.1) Ölçülen bu gerilim farkı, tüm elektrotlar arasındaki uzaklığa ve ortamın jeolojik yapısına bağlıdır. Ayrıca elektrotların çakıldığı yer de ölçülen gerilim farkını etkiler. Denklem (2) den homojen ortamın özdirenci; (2.2) şeklinde çözülebilir. Burada; (2.3) olduğu görülmektedir. K geometrik faktör olarak isimlendirilir ve uzaklık boyutundadır. Ohm kanunu özdirence göre tekdüze (homojen) ve tektip (izotrop) ortam için geçerlidir. Ancak, ölçü alınan yerde özdirenç üç-boyutlu olarak değişmektedir. Dolayısıyla, tekdüze ve tektip olmayan ortamda ölçülen gerilim farkını denklem (2.2) de yerine 4

16 koyarak hesaplanan özdirence, Görünür Özdirenç (GÖ) (Apparent Resistivity- ) denir. Ortam tekdüze ve tektip ise ölçülen gerilim farkından hesaplanan görünür özdirenç ortamın özdirencine eşit olmalıdır ( = ) Elektrod dizilimleri DAÖ yönteminde üç çeşit veri toplama tekniği vardır. Bunlar; -Sondaj ölçüsü veya Düşey Elektrik Sondajı (DES), -Profil ölçüsü -Sondaj-profil ölçüsü Eskiden genelde düşey özdirenç değişimini incelemek için sadece sondaj ölçüsü ve yanal özdirenç değişimini incelemek için sadece profil ölçüsü alınırdı. Günümüzde geliştirilen çok elektrodlu aletler sayesinde, yanal ve düşey özdirenç değişimini araştırmamızı sağlayan sondaj-profil ölçüleri alınmaktadır. Bir hat boyunca ölçülen sondaj-profil verileri ise genelde 2B ters çözüm algoritmaları ile yorumlanmaktadır. Bu aşamada farklı duyarlılıkları, üstünlük ve zayıflıkları göz önünde bulundurularak araştırmanın amacına uygun bir elektrot dizilimi seçilmektedir. DAÖ yönteminde; A, B akım ve M, N gerilim elektrodlarının farklı konumlarına göre farklı elektrod dizilimleri mevcuttur. Geleneksel elektrod dizilimleri, elektrodların bir simetri merkezine göre çizgi boyunca dizilmesinden elde edilen; Schlumberger, Wenner, pole-dipole ve dipoldipol dizilimleridir. Bu dizilimlerin birbirine göre avantaj ve dezavantajları vardır. Candansayar (2008), aynı hat boyunca sol- ve sağ-yönlü pol-dipol ve dipol-dipol dizilimi verilerinin ölçülmesi gerektiğini ve bunların birleşik ters çözümünün diğer klasik elektrot dizilimi verilerinin 2B ters çözümünden daha iyi sonuç verdiğini göstermiştir. Bu çalışmada her profil hattı boyunca dipol-dipol (Şekil 2.2) ve Gradient elektrot dizilimlerine göre ölçümler yapılmıştır. 5

17 I Ø a na a A B M N Şekil 2.2 Dipol- dipol dizilimi Gradient dizilimine göre yapılan ölçümlerde, sabit akım noktası için bir alanda farklı noktalarda gerilim ölçümü yapılır (Şekil 2.3). I Ø na a ma A M N B sa m= n+(s+1)/2 n=1,2,3, Şekil 2.3 Gradient (harita) ölçümü Çok elektrotlu ölçü sistemi ile veri toplama DAÖ yöntemini arazide uygulamak eskiden zor ve pahalı olduğu için amaca yönelik, profil ölçüsü veya düşey elektrik sondajı verisi toplanırdı (Candansayar 1997). Son yıllarda, elektronik ve bilgisayar sektöründeki gelişmeler; bir doğrultu boyunca sondajprofil ölçüsü alınmasını sağlayacak, otomatik olarak değiştirilebilen çok-elektrotlu ve çok-kanallı özdirenç ölçü sisteminin geliştirilmesine olanak sağlamıştır (Şekil 2.4). Dolayısıyla, artık ölçüler bir hat boyunca sondaj-profil ölçü tekniği kullanılarak alınmaktadır. Ölçülen yapma-kesit veri seti' de 2B ters çözüm algoritmaları ile yorumlanmaktadır. Çok-elektrotlu özdirenç ölçü sistemi; eşit aralıklarla ve bir hat boyunca çakılmış elektrotlar ile bunların bağlantısını sağlayan çoklu kablodan oluşmaktadır. Elektrot 6

18 sayısı ve elektrot aralıkları, çalışma amaç ve kapsamına göre farklı olabilmektedir. Özdirenç ölçü aleti içinde, bu elektrotların önceden tanımlanan ölçü alım sıralamasına göre değiştiren ve saklayan bir hafızası vardır. Akım ve gerilim elektrotlarının çeşitli kombinasyonları ile karmaşık bir sondaj-profil kesiti, kablonun toplam boyuna bağlı olan en büyük araştırma derinliği ile elde edilmektedir (Bernard vd. 2004). Şekil 2.4 Çok-elektrotlu özdirenç yöntemi ile arazide ölçü alımı Sondaj-profil ölçü tekniği ile elde edilen veriler, hem yanal yönde hem de düşey yönde yer içinin 2B özdirenç yapısı hakkında bilgi vermektedir. Bu yöntem ile ölçülen veriler ile yapma-kesit çizilebilir. Bu veriler üzerinden nitel yorum yapılabilir. Nicel yorum için ise, GÖ yapma kesit verilerinin 2B ters çözümünün yapılması gerekmektedir (Candansayar 2005) İki boyutlu (2B) ve üç boyutlu (3B) modelleme ve ters çözüm DAÖ yönteminde modelleme Ölçülen jeofizik verilerin yeterliliğine göre nitel yorum yapılırken yer içi 1-B, 2-B veya 3-B bir model ile ifade edilir (Candansayar 1997). Bu modelin jeofizik tepkisi ise ters çözümde kuramsal veri olarak kullanılır. DAÖ verilerinin 1-B modellemesinde, iletkenlik dağılımına göre yer içinin homojen ve izotrop katmanlardan oluştuğu varsayılır (Şekil 2.5.a). Tanımlanan bu modelle fiziksel parametreler olan her tabakanın kalınlık ve özdirençlerine istenilen değerler atanır. Oluşturulan bu 1B model için 7

19 istenilen elektrod dizilimi için GÖ düşey elektrik sondajı verileri hesaplanır. 2-B modellemede ise yer içinin iletkenliğinin x ve z yönünde değişen y yönünde sabit kalan bloklardan oluştuğu varsayılır (Şekil 2.5.b). Oluşturulan bu modelde her bloğun x- ve z- yönünde kalınlıkları elektrotlar arası mesafeye, en küçük ve en büyük elektrot açıklıklarına göre belirlenir. Her bloğa ise istenen özdirenç değerleri atanır ve sonuçta istenilen elektrod dizilimi için GÖ yapma-kesit verileri hesaplanır. 3-B modellemede ise yer içi, iletkenliğe göre kendi içinde tekdüze ve tektip küplerden oluştuğu varsayılır (Şekil 2.5.c) ve sonuçta x-y düzleminde istenen elektrod dizilimi için istenen elektrod mesafelerinde GÖ ler hesaplanır. GÖ değerleri ile paralel doğrultular boyunca birçok yapma-kesit verisi elde edilebilir (Yi vd. 2002, Candansayar 2008, Papodopoulos vd. 2011). Şekil 2.5 a. 1B iletkenlik modeli, b. 2B iletkenlik modeli, c. 3B iletkenlik modeli (Candansayar 1997) Modelleme yapabilmek için modeli tanımlayan bir matematiksel bağıntı gereklidir. 1-B modellemede bu bağıntı (2.4) şeklindedir. Burada I yere uygulanan akım, dönüşük özdirenç fonksiyonu, sıfırıncı dereceden birinci tür Bessel fonksiyonu ve ise gerilimdir (Başokur 1984). 2-B modelleme için iletkenlik dağılımının y- yönünde değişmediği kabul edilirse, yazılabilir. Buna göre 2-B modellemede ise kullanılan bağıntı, şeklinde tanımlanır. (2.5) 8

20 3-B modellemede ise (2.5) denklemi (2.6) şeklinde yazılır. Denklem (2.5) ve (2.6) eliptik tip 2.dereceden kısmi diferansiyel denklemlerdir ve Poisson Denklemi olarak bilinirler. Yukarda yazılan model bağıntıları sınır koşulları kullanılarak çözülür (Candansayar 2010) Ters çözüm Ölçülen gerilim farklarından hesaplanan görünür özdirenç verileri ile farklı grafikler çizilebilir. Sondaj verileri ile GÖ sondaj eğrileri, profil verileri ile GÖ profil eğrileri ve sondaj-profil verileri ile de GÖ yapma-kesitleri çizilir. Birbirine paralel hatlar boyunca aynı elektrot açıklıkları için profil ölçüleri alınmışsa bu veriler birleştirilerek GÖ seviye haritaları elde edilebilir. Elde edilen bu grafikler ile yeraltına ait yaklaşık bir özdirenç görüntüsü elde edilmektedir. Ancak, bu verilerin ters-çözüme sokulmasıyla, özdirenç dağılımı daha gerçekçi bir biçimde elde edilebilmektedir. 2B ve 3B ters-çözüm yöntemlerinin gelişimi, yeraltı özdirenç dağılımlarının daha hızlı ve duyarlı bir biçimde belirlenmesi olanağını sağlamıştır. Ters-çözüm, eldeki veriden yeraltına ait parametrelerin saptanması ve bu parametrelere bağlı modelin oluşturulması işlemidir. Sondaj-profil verilerinin 2B ters çözümünde, yer altı sonlu sayıda sabit özdirenç değerine sahip bloklarla temsil edilir. Ters çözüm ile bu bloklara ait özdirenç değerleri saptanmaya çalışılır. Belirli bir ön-kestirime karşılık gelen kuramsal veri hesaplanarak, ölçülen veri ile karşılaştırılır ve ortaya bir çakışma ölçütü çıkar. Ters-çözüm işleminde; ölçülen ve hesaplanan veri arasındaki hata miktarı, bu ölçüte göre en aza indirilmeye çalışılır ve böylece veriler arasında en uygun çakışmanın olduğu durumdaki parametreler belirlenerek çözüme ulaşılır. Başlangıç ve yinelemede değiştirilen parametrelerden yeni kuramsal veri oluşturulmasında ise düz-çözüm işlemi yapılmaktadır. Yani ters-çözüm içerisinde düzçözüm kullanılmaktadır. 9

21 Yuvarlatıcılı ters çözüm DAÖ verilerinin ters çözüm problemi kötü tanımlıdır (ill-posed), tek çözümü yoktur (nonunique) ve doğrusal değildir (non-linear). Bu nedenle ters çözüm problemi yinelemeli olarak çözülür. DAÖ verilerinin 2B ve 3B ters çözümünde genellikle Yuvarlatıcılı Ters Çözüm (OCCAM veya Smoothness Constrained Inversion) yöntemi kullanılır (Loke 1994, Candansayar 2008). Bu yöntemde her yinelemede aşağıdaki dizey denkleminin çözümü aranır;. (2.7) Bu denklemde, p parametre düzeltme yöneyi, A kısmi türevler dizeyini, d ölçülen ve kuramsal veri fark yöneyini, düzgünleştirici parametresini (regularization parameter), veri ağırlık dizeyini ve C ise yuvarlatıcı dizeyini göstermektedir. Denklem (7) yinelemeli olarak çözülür ve her yineleme sonucu bulunan parametre düzeltme vektörü önceki yinelemedeki parametre vektörüne eklenir: p i = p i-1 + p i (2.8) Durdurma kriteri olarak ölçülen ve kuramsal veri arasındaki uyumu belirleyen karekök hata aşağıdaki gibi hesaplanır. (2.9) Burada N ölçülen veri sayısı ve f(m i ) ise düz çözüm operatörüdür. 10

22 2.2 Yatay Halka Elektromanyetik yöntem (YHEM) (Slingram yöntemi) Kuram Yapay kaynaklı jeofizik yöntemlerden Yatay Halka Elektromanyetik (YHEM) yöntemi, frekans ortamı bir elektromanyetik yöntemdir. Yöntem slingram yöntemi olarak da bilinir. Bu yöntemde ölçü aleti, taşınabilir aktif bir verici ile sinüs biçimli değişken akım kullanarak 100Hz 60kHz arasındaki frekans bandında sinyal üreten bir verici halka ile aynı frekanslarda ölçü alan alıcı halkadan oluşmaktadır. Yatay bir halka kaynak vericiden verilen değişken akım sonucu oluşan zamana bağlı manyetik alan ortamda bir iletken olması durumunda birincil manyetik alana dik yönde indüksiyon ya da Eddy akımlarının oluşmasına neden olur (Şekil 2.6). Bu akımlar zaman içinde sönümlenirken, kendilerini yaratan alana dik yönde ikincil manyetik alanları oluştururlar. Alıcı halka ile oluşan ikincil manyetik alanın birincil alana oranı kaydedilir ( Lucas 2001, Özürlan ve Ulugergerli 2005). Şekil 2.6 Çift yatay halka alıcı-verici için elektromanyetik alanların oluşumu (McNeill 1990) YHEM yöntemi, süreksizlik ve çatlaklı bölgelerin aranması, hidrojeolojik amaçlı uygulamalar, yatay ve düşey iletkenlik değişimlerinin belirlenmesi, gömülü yapı ve cisimlerin aranması, çevre jeofiziği uygulamalarında düşey sınırların saptanması, mühendislik jeofiziği uygulamalarında karstik boşluk arama, cevher bölgelerinin ve 11

23 sokulum yapıların aranmasında kullanılır. (Palacky vd. 1981, McNeill 1990; Özürlan ve Ulugergerli 2005) Veri toplama Sistem frekans ortamı bir EM yöntem olup, aynı boyutlardaki alıcı ve verici bobinler, iletkenin uzanımına dik bir doğrultu boyunca, ardışık veya paralel hatlar üzerinde hareket ettirilirler (Şekil 2.7.a.b). Uygulamada daha yaygın olarak ard-arda dizilim kullanılmaktadır (Ward 1965). Şekil 2.7 Slingram sisteminde alıcı-verici bobin kaydırma hattının görünümü (Özürlan ve Ulugergerli 2005) a. Ard-arda, b. Paralel hat dizilimi (Tx verici, Rx ise alıcı bobini göstermektedir) Uygulamada en çok kullanılan ölçüm düzeneği uygulama kolaylığı ve hızlılığı nedeniyle her iki halkanın yatay bulunduğu (Şekil 2.7.a) konumdur ve birçok ölçüm sistemi tarafından kullanılmaktadır. Bunlardan EM-38 daha çok yüzeye çok yakın düşey süreksizliklerin aranmasında kullanılabilmekte, bu ölçü sistemleri ile sadece tek frekansta ölçüm yapılabilmektedir (Özürlan ve Ulugergerli 2005). Yatay halka sistemleri ile yapılan ölçümlerde ikincil manyetik alanın birincil manyetik alana oranının yüzdesi gerçel ve sanal bileşenleri cinsinden ölçülür. Slingram sisteminin önemli bir avantajı, sistemin simetrik olması, aynı bir istasyon için alıcı ve verici yer 12

24 değiştirildiğinde aynı okumanın yapılmasıdır. Bu özellik, Slingram eğrilerinin yorumlanmasında oldukça kolaylık sağlar Araştırma derinliği ve görünür özdirenç Yeraltında elektromanyetik dalgaların yayılımı ile ilgili olarak verici frekansı ve yer iletkenliğine bağlı olarak kaynaktan uzaklaştıkça dalga genliğinde üstel bir azalma olduğu bilinmektedir. Genel olarak tüm elektromanyetik yöntemlerde kullanılan deri derinliği tanımı izleyen biçimde verilir: (2.10) Buradan, yaygın olarak bilinen formül elde edilebilir: (2.11) Uygulamada genel olarak Hs/Hp nin çizimleriyle görsel değerlendirmeler yapılmasına rağmen bir yaklaşımla yukarıdaki bölümde verilen eşitlik yardımıyla ölçülen sanal bileşenden görünür özdirenç elde edilebilir: (2.12) Bu eşitlik bazı sistemlerde kullanılmakta ve istendiğinde ölçüm cihazı kalibre edilerek doğrudan görünür özdirenç değeri okunabilmektedir. Ancak, ölçüm yapılan ortamda metalik bir cisim varsa ya da iletkenliğin birden çok yükselebileceği bir ortam ise bu eşitlik yanılgılı olabileceğinden bu gibi durumlarda gerçel bileşenin okunması yararlı olacaktır (Lucas 2001) Veri işlem ve sunum 13

25 Yatay halka elektromanyetik yöntem uygulamada diğer elektrik ve elektromanyetik yöntemlerin uygulamalarının birçoğunda olduğu gibi kaydırma (profil), frekans delgi (sondaj) ve haritalama amaçlı kullanılır Kaydırma ölçümleri Yatay halka elektromanyetik yöntemi ile arazide görünür iletkenliğin ölçüldüğü sistemlerle (EM-38 gibi) bir doğrultu boyunca elde edilen veriler profil ölçüsü şeklinde sunulabilir (Şekil 2.8). Ancak iletkenliği ölçmeyen aletlerin kullanıldığı durumlarda gerçel ve sanal bileşenler ile eğim açısının sunumu için ölçüm hatları ve eş yükselti haritaları kullanılır (Mc Neill 1980, Norman 1990, Johnston vd. 1994). Şekil 2.8 EM38 cihazı ve yarattığı elektromanyetik alanın şematik gösterimi. Burada Tx verici dipol, Rx alıcı dipol, Hp birincil manyetik alan, Hs ikincil manyetik alan (Norman 1990) Frekans delgi (frekans sondajı) ölçümleri Henüz çok yaygın olarak kullanılmayan frekans delgi ölçümünde, verici-alıcı düzeneği sabit tutulurken frekans değiştirilir. Frekansın adım adım düşürülmesiyle amaçlanan araştırma derinliği artarken özdirencin düşey yöndeki değişimi elde edilir. Ölçülen verilerin değerlendirilmesi için bir kaç yol izlenebilir. Son nesil cihazlarda yüklü hızlı ters çözüm değerlendirme programlarıyla hemen arazide doğrudan veriler özdirenç-derinlik değerlerine dönüştürülebileceği gibi arazi sonrası alışılagelmiş ters çözüm programlarıyla ya da grafik gösterimlerle eğrilerle özdirenç - derinlik değişimi elde edilebilir (Lucas 2001, Lahanas 2005, Özürlan ve Ulugergerli 2005). 14

26 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1 ATATÜRK BARAJI ETRAFINDA YAPILAN JEOFİZİK ÇALIŞMALAR Çalışma alanı ve genel jeolojisi Çalışma alanı, Adıyaman ili, Kahta ilçesinden geçen Kahta Çayının yanındadır (Şekil 3.1) Şekil 3.1 Çalışma alanı (Atatürk Barajını besleyen Kahta çayı-adıyaman) (Google Earth den alınmıştır) 15

27 Çalışma alanı, Atatürk barajından yaklaşık olarak metre daha yüksektir. Çalışma alanındaki yer altı su seviyesi metre iken bu bölgenin daha yukarısında 80-90m yi bulmaktadır. Sadece Kahta bölgesinde 300 adet olmak üzere Adıyaman bölgesinde 2000 civarında kuyu mevcuttur. Bölgede mevcut olan kuyulardan gereğinden kat oranında daha fazla su çekilerek sulamalı tarım yapılmaktadır. Aşırı sulama nedeniyle tuzluluk, taban suyu ve nemlilik gibi sorunlar ortaya çıkmıştır. Çalışma alanındaki formasyonlar; şelmo formasyonu olarak adlandırılan birim bulunmaktadır. Üstte konglomera, kumlu kiltaşı gibi birimler mevcut iken altta kireçtaşı, marnlı, şeylli kireçtaşına rastlamak mümkündür (Şekil 3.2). Atatürk Barajı, Şanlıurfa ilinin Bozova ilçesine 24 kilometre mesafede, Şanlıurfa-Adıyaman il sınırında, Fırat Nehri üzerinde ve Karakaya Barajı nın 180 kilometre akış aşağısında yer almaktadır. Atatürk Barajı gölalanı 817 çevresi kurak ve çıplak, ormanlık alanı yok denecek kadar azdır (Karataban 2006, Varsamidis 2010). Şekil 3.2 Adıyaman bölgesinin stratigrafisi ( Sarı ve Bahtiyar 1999) Bölgede geniş alanlarda yayılım gösteren tuzlu, jipsli, anhidritli, borlu ve turbalı formasyonlar bulunmaktadır. Bu formasyonlar içerdikleri iyonlar ve tekniğine uygun olmayan kuyuların açılması nedenleriyle yeraltı suyu ve yüzey sularında limitlerini aşan 16

28 önemli miktarlarda nitrat, amonyum, metan gazı, tuzluluk ve sülfat kirliliği görülmektedir. Atatürk Baraj Gölünde yapılan ölçümler sonucunda ph: 8.01, iletkenlik: 426 mho/cm, nitrit: 0 mg/l, nitrat: mg/l, amonyak: 0.48 mg/l, sülfat: mg/l, Klorür: mg/l olarak ölçülmüştür (Kaya ve Akpınar 2003, Anonim 2008). Atatürk Barajı suları, Şanlıurfa Tünelleri ile ilk defa Nisan/1995 tarihinde Harran Ovasına akıtılmış ve o tarihten günümüze kadar yapılan tarımsal sulama sonrası yaklaşık hektar alan arazide jeolojik ve hidrojeolojik koşullar nedeniyle ciddi boyutta taban suyu ve tuzluluk sorunları yaşanmaktadır. Bir grabenleşme sonucu oluşan ovanın temelinde bulunan kireçtaşları üzerinde, orta kısımlarda jips oluşumları içeren ince taneli kil ağırlıklı malzeme, ova kenarlarında iri taneli kum-çakıl malzeme çökelmiştir. Ayrıca, bu kil seviyeleri içinde yer yer merceksi asılı (tünek) akiferler oluşmuştur (Tuğrul 1998, Kırmızıtaş 2010 ). Atatürk barajının Şanlıurfa bölgesi tarafındaki Harran ovası GAP kapsamında sulamalı tarıma açılan en önemli tarım alanlarının başında gelmektedir. Ova GAP kapsamında 1995 yılından beri Atatürk Barajı sularında faydalanılarak sulamalı tarıma açılmıştır. Bugün ovada GAP sulamaları sonucunda yaklaşık hektar tarım arazisinde çeşitli derecelerde tuzlanma ve drenaj sorunları ortaya çıkmıştır. Ovada yapılan arazi incelemelerinde tarım alanlarının bir kısmı aşırı tuzlanmadan dolayı tarımsal üretim dışı kaldığı gözlenmiştir. Ova topraklarının killi bir bünyeye sahip olması, tuzlanma açısından önemli riskler taşımaktadır. Harran ovası topraklarında genişleyebilir kil oranının fazla olması topraklardaki geçirgenlik durumunu olumsuz yönde etkilemekte, suyun ve havanın toprak içindeki hareketini engellemektedir. Geçirgenlik kapasitesi azalan toprakta taban suyu artmakta ve bunun sonucunda da tuzlanma riski yüksek değerlere çıkmaktadır (Yenmez 2005). Kimyasal gübrelerin bilinçsizce ve aşırı kullanımı zamanla toprağı çoraklaştırmakta, bunun sonucunda hem toprağın verimi düşmekte, hem de yeraltı sularına sızması ve yüzey su akışlarıyla birlikte yerüstü sularına karışması neticesinde su kirliliğine sebep olmaktadır. Ayrıca 2005 ve 2008 yılında Botaş petrol boru hattında yırtılma meydana gelerek Atatürk Baraj Gölünde petrol kirliliği oluşturmuştur (Anonim, 2008). 17

29 3.1.2 Arazi çalışması Atatürk Baraj Gölü nün yakınındaki Kahta Çayı Havzası, barajın yaklaşık 542m kuzeyinde bulunmaktadır. Bu alanda, DAÖ ve YHEM yöntemler kullanılarak ölçüler alınmıştır. Jeofizik ölçüler, birbirine paralel ve 25 metre aralıklı KG doğrultulu 10 hat boyunca alınmıştır. Her bir ölçü hattı boyunca DAÖ verileri ve YHEM veriler ölçülmüştür. Bu ölçümler ek olarak, çalışma alanının bir tepelik alandan, düzlük alandan ve doğrultu hatlarının sonundaki Kahta çayından toprak ve su örnekleri alınarak analiz ettirilmiştir YHEM ölçüleri YHEM ölçüleri, her bir ölçü doğrultusu boyunca 3 metre aralıklarla alınmıştır. Ölçülerde, Geonics marka EM38DD model tek frekans (14.6 khz) ölçü aleti kullanılmıştır. Her hat boyunca, ölçü doğrultusuna paralel ve dik olacak şekilde her noktada düşey (Vertical) ve yatay (Horizontal) EM alan bileşenleri bileşenler ölçülmüştür (Şekil 3.3). Doğrultu-1. in boyu 195m, diğer doğrultuların boyu m arasında olmak üzere yaklaşık olarak 200x225m lik bir alan taranmıştır. Şekil 3.3 Arazide EM38DD cihazı kullanılarak YHEM verilerinin toplanması 18

30 Alıcı (Tx)-verici (Rx) halkaları arasındaki sabit uzaklık 1m dir. Halkalar yere paralel iken deri kalınlığı bağıntısı ile hesaplanan araştırma derinliği yaklaşık olarak 1.5 m, dik konumda araştırma derinliği 0.75 m civarındadır ( EM38DD cihazı ile ölçümlerde nüfuz derinliği çok düşük olduğu için genelde yüzeye yakın birimlerin görünür iletkenlik haritaları yapılır. Bu alet ile veri toplanması kolay ve hızlıdır. Ölçü aleti, ölçülen verilerden hesapladığı görünür iletkenlik ( ) değerlerini çıkış olarak vermektedir. Bu alet ile yüzeye yakın birimler ile ilgili bilgi alınabilmektedir; iletkenlik değerleri genellikle 0-50 mho-m arasında değişmektedir. Birbirine paralel 10 doğrultuda ölçülen verilerle elde edilen görünür iletkenlik haritaları yatay ve düşey bileşenler için Şekil 3.4 te görülmektedir. Burada alet doğrultuya paralel ve dik konumda tutularak ölçülen düşey bileşenler (Şekil 3.4.a ve c) için çizilen görünür iletkenlik haritaları birbirine çok yakın çıkmıştır. Yatay bileşen sonuçlarına bakıldığında ise sadece 4. profilde bir farklılık göze çarpmaktadır. Bunun da yanlış ölçüm alımından kaynaklanan hatalar nedeniyle olduğu düşünülmektedir (Şekil 3.4. b,d). Özellikle 5-7. doğrultulardaki m civarında toprağa serpilmiş olan gübre nedeniyle nispeten düşük iletkenlik değerleri bulunmuştur (10-25 mho-m) ve 9. doğrultulardaki yerlerde yer yer kumtaşı içeren toprak yapısının etkisi ile iletkenlik değerleri çok küçük bulunmuştur (0-10 mho-m). Ayrıca ilk 6 doğrultunun güney ucuna yakın m ler arasında nispeten yüksek iletkenlik değerleri bulunmuştur (25-50 mho-m). 19

31 y(metre) y(metre) Paralel Z bileşeni σa (mho-m) (a) Dik Z bileşeni x(metre) (c) σ a (mho-m) Paralel Hy bileşeni σa (mho-m) (b) x(metre) Dik Hx bileşeni σa (mho-m) (d) Şekil 3.4 a. Doğrultu hattına paralel düşey bileşen, b. Doğrultu hattına paralel yatay bileşen, c. Doğrultu hattına dik düşey bileşen, d. Doğrultu hattına dik yatay bileşen. Burada x (doğrult. arası mesafe- m), y (istasyonlar arası mesafe- m) YHEM verilerine uygulanan süzgeçler Elektromanyetik verilerinin değerlendirilmesinde veriye iki tür süzgeç uygulanmıştır. Bunlar, ortanca (Median) ve kayan ortalama (Moving Average) süzgeçtir. Ortanca (Median) süzgeç bir dağılımda tek başına ortaya çıkan ani değişimleri bastırmak için kullanılan sayısal bir süzgeçtir. Yani bir spektrumda çeşitli nedenlerden ötürü oluşan ani girinti ve çıkıntıları bastırır. Ortanca işlemi, matematik ve istatistikte küçükten büyüğe (veya büyükten küçüğe) sıralı bir dizinin orta değeridir. Eğer dizide eleman sayısı tekse dizi sıralandıktan sonra ortadaki değer, dizi eleman sayısı çiftse ortadaki iki değerin ortalaması ortancayı verir (Toksoy 2011). Bir dağılıma ortanca süzgecin uygulanması kayan pencere ile yapılmaktadır. Genellikle pencere genişliğinin tek sayıda olması tercih edilmektedir. N elemanı küçükten büyüğe 20

32 sıralarsak ortadaki değer ortancadır. Eleman sayısı tek olan bir pencere içindeki elemanlar sıralandıktan sonra ortadaki değer pencere ortasındaki değer ile yer değiştirilecektir. Dizinin başında ve sonunda, istisna olarak pencere eleman sayısı eksik ve çift sayı olacaktır. Bu durumda sıralama yapıldıktan sonra pencerenin, dizi elaman değerine karşılık gelen elemanı değiştirilmektedir (Toksoy 2011). Y[i]= median [X(i,j-1) X(i,j) X(i,j+1)] veya Y[i]=median [x(i,j+1) X(i,j) X(i,j-1)] ise Y[i]= X(i,j) (3.1) şeklinde tanımlayabiliriz. Bir dağılımdaki saçılmaları azaltmanın bir yolu da yuvarlatma işlemidir. Bu işlem için "kayan ortalama (moving average)" süzgeç kullanılabilir. Kayan ortalama (Moving Average) süzgeci, sıralanmış M adet verinin aritmetik ortalaması alınarak orta noktaya yazılması ve kaydırılan her bir veri penceresi noktasında işlemin tekrar edilmesi ile gerçekleştirilir. Bu işlemeler esnasında veri dizeyinin başında ve sonunda bir veri kaybı söz konusu olmaktadır. Seçilen pencerenin genişliği yuvarlatmanın derecesini belirler. Örneğin, küçük seçilen bir pencerede elde edilen sonuç ilk veriye yakınken süzgeç penceresi genişletildikçe daha fazla yuvarlatma işlemi gerçekleşir ve ilk veriden uzaklaşılır. M veri adedi olmak üzere; (3.2) HLEM verileri kullanılarak iletkenlik verilerinin tek başına değerlendirilmesi esnasında ortaya çıkan ani değişimler; ortalama süzgeç ve kayan ortalama süzgeç uygulanarak bastırılmaya çalışılmıştır. Ortanca ve kayan ortalama süzgeç verisi sonuçlarını incelediğimizde profile dik ve paralel ölçümlerde elde edilen düşey bileşen değerleri birbirine yakın çıkmıştır (Şekil 3.5 ve şekil 3.6); ayrıca yatay bileşen sonuçlarına kıyasla anomali bölgelerini daha iyi göstermiştir. 21

33 y(m etre) y(m etre) V1 med.süz.ver. σ a (mho-m) (a) x(metre) V2 med.süz.ver. σ a (mho-m) (c) H1 med.süz.ver. σ a (mho-m) (b) H2 med.süz.ver. σ a (mho-m) x(metre) (d) Şekil 3.5 a. Doğrultu hattına paralel düşey bileşene ait ortanca (median) süzgeç verisi,b.doğrultu hattına paralel yatay bileşene ait ortanca süzgeç verisi, c. Doğrultu hattına dik düşey bileşene ait ortanca süzgeç verisi, d. Doğrultu hattına dik yatay bileşene ait ortanca süzgeç verisi 22

34 y(metre) V1 kay.ort.süz.ver. σ a (mho-m) H1 kay.ort.süz.ver. σa (mho-m) (a) (b) y(metre) V2 kay.ort.süz.ver. σ a (mho-m) H2 kay.ort.süz.ver. σa (mho-m) x(metre) x(metre) 0 (c) (d) Şekil 3.6 a. Doğrultu hattına paralel düşey bileşene ait kayan ortalama (moving average) süzgeç verisi, b. Doğrultu hattına paralel yatay bileşene ait kayan ortalama süzgeç verisi, c. Doğrultu hattına dik düşey bileşene ait kayan ortalama süzgeç verisi, d. Doğrultu hattına dik yatay bileşene ait kayan ortalama süzgeç verisi Bu sonuçlara ek olarak çalışma alanının batısındaki 9. doğrultuda anomali bölgesini daha iyi gözlemlemek amacıyla profile dik ve paralel olarak elde edilen 4 bileşene ait süzgeç verisi sonuçları beraber değerlendirilerek şekil 3.7 de gösterilmiştir. Bu eğriler yardımıyla anomali bölgesi daha net anlaşılmıştır. 23

35 30 median süzgeç verisi 30 kayan ortalama süzgeç verisi görünür iletkenlik-sigma a (mho-m) görünür iletkenlik-sigma a (mho-m) İstasyonlar Ara.Mes.-x(metre) İstasyonlar Ara.Mes.-x(metre) (a) (b) Şekil 3.7 Doğrultu-9 hattına ait a. ortanca (median) ve b. kayan ortalama (moving average) süzgeç veri sonuçları Doğru Akım Özdirenç (DAÖ) ölçüleri Doğru Akım Özdirenç ölçüleri için AGI marka SuperSting R8/IP cihazı kullanılarak 10 profil hattı boyunca ölçümler alınmıştır (Şekil 3.8) Şekil 3.8 Çalışma alanındaki profil hattı doğrultuları 24

36 Doğru Akım Özdirenç verilerinin 2B ters çözümü Birbirine paralel 25m aralıklarla döşenmiş 10 doğrultu hattı boyunca 5m aralıklarla elektrotlar çakılmıştır. Doğrultu-1 in boyu 195 m, diğer doğrultuların boyu 205 m dir. Her profilde dipol-dipol dizilimi kullanarak sondaj-profil ölçümleri alınmıştır. Aradaki bazı profillerde ek olarak gradient dizilimi kullanarak da ölçümler alınmıştır. DAÖ ölçümlerinin yapılmasında 8 kanallı çok elektrodlu ölçü aleti olan SuperSting R8/IP cihazı kullanılmıştır (Şekil 3.9). Verilerin ters çözümünde AGI EarthImager2D ve 3D programları kullanılmıştır. Öncelikle her hat boyunca ölçülen sondaj-profil verilerinin 2B ters çözüm sonucu ölçülen ve kuramsal veri yapma kesitleri ve ters çözüm sonucu elde edilen özdirenç modeli şeklinde sunulmuştur. Tüm doğrultular için 2B ters çözüm sonuçları % karekök (root mean square-rms) hata arasında değişmektedir. Her bir ölçü hattı için elde edilen 2B ters çözüm sonuçlarının ayrı ayrı yorumları izleyen şekilde yapılmıştır. Şekil 3.9 Supersting R8/IP cihazı kullanılarak DAÖ verilerinin toplanması Doğrultu 1: Yüzeyde (0-10m) ve özellikle güney uca doğru giderek düşen değerlere sahip özdirençler göze çarpmıştır (15 ohm-m) (Şekil 3.10). Bu özdirençler, bölge stratigrafisinde tanımlanan killi siltli birimlere karşılık gelmektedir. Bu yapılar tuzlu 25

37 suyun tutulmasına da yardımcı olmaktadır. Derinde yüksek özdirençli kireçtaşı içeren birim uzanmaktadır. (a) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (b) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (c) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Şekil 3.10 Doğrultu -1 in a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 2: Birleştirilmiş ters çözümde ilk doğrultuya benzer durum gözlenmiştir. Ancak yüzeydeki düşük özdirençli bölgeler nispeten daha ileride gözlenmiştir (80m). Buna ek olarak 20-25m ler arasında ve 10m derinlikte çok yüksek özdirençli bir yapı 26

38 gözlenebilmiştir (315 ohm-m). Bu bölgeler killi kireçtaşı olan yerlere karşılık gelmektedir (Şekil 3.11). (a) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Derinlik (m) Görecel derinlik (m) (b) (c) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Şekil 3.11 Doğrultu -2 nin a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 3: DD ve Gradient diziliminin birleşik ters çözüm sonucunda ilk 10m ye kadar genellikle diğer iki doğrultuya benzer sonuç gözlenirken, bu profilde diğerlerinden farklı olarak yatayda 80.m ve düşeyde 250m derinlikte düşük özdirençli merceksi bir 27

39 yapı ve onun etrafında giderek artan özdirence sahip birimlerle çevrelendiği gözlenmektedir (Şekil 3.12). (a) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (b) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (c) Derinlik (m) Görecel derinlik (m) Şekil 3.12 Doğrultu -3 in a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 4: Yüzeye yakın (5m) 130m den sonra güney uca kadar uzanan nispeten düşük özdirençli tabakanın(15 ohm-m) yanı sıra yer yer düşük özdirençli gözenek 28

40 şeklindeki yapılara da rastlanmıştır (20-40 ohm-m). Doğrultu-3 teki gözenekli yapının benzerleri burada da mevcuttur (Şekil 3.13). Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Şekil 3.13 Doğrultu -4 ün Dipol-dipol (DD) dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 5: Burada, çok düşük özdirençli yapıların daha derinlere sokulum yaptığı ve yer yer merceksi yapılar şeklinde yeraltına dağıldığı gözlenmiştir (15 ohm-m). Bunlar killi ve şistli birimlere karşılık gelir. Derinlerdeki yüksek özdirençli yapılar ilk 100m ye kadar ve m ler arasında yaklaşık 25-30m derinliklerden sonra gözlenebilmiştir. Bu yapılar bölgede kireçtaşlarına karşılık gelmektedir (Şekil 3.14). 29

41 (a) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (b) (c) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Şekil 3.14 Doğrultu -5 in a. Dipol-dipol (DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 6: Güney den kuzeye uzanan düşük özdirenç tabakası 180.m den başlayıp, m arasında yüksek özdirençli bir tabakanın altına sokulum yapmıştır (15 ohm-m). Ayrıca 50.m civarında da bu düşük özdirençli yapıya rastlanmıştır. En altta kireçtaşı olan anakaya uzanmaktadır (Şekil 3.15). 30

42 Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Şekil 3.10 Doğrultu -6 nın Dipol-dipol (DD) dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 7: Diğer profillerden farklı olarak yüzeyde ilk 20 m ye kadar ve 150m de gözlenebilmişken m ler arasındaki yüksek özdirençli ve 7. Doğrultu ve sonrasındakilerde gözlenen kumtaşı içeren yapının altında güneye doğru ilerleyen ve daha derinlere doğru yayılan nispeten düşük özdirenç değerlerine rastlanmıştır (15-30 ohm-m ). Ayrıca yüksek özdirençli yapılar derinlerde 80 m den sonra ve 20m den sonra gözlenirken ilk 100m ye kadar merceksi yapılar şeklinde gözlenmiştir (Şekil 3.16). 31

43 (a) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (b) Derinlik (m) Görecel derinlik (m) (c) Derinlik (m) Görecelderinlik Şekil 3.16 Doğrultu -7 nin a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 8: İlk 10m derinliğe kadar 0-40m ve m ler arasında düşük özdirençli yapı gözlenmiştir (15 ohm-m). Bu yapının güney ucu m ler arasında yüksek özdirençli bir yapının (315 ohm-m) altına kadar uzanmıştır. Yine 5-25m derinlikler arasında ve doğrultunun 50.m sine kadar uzanan yüksek özdirençli bir yapı gözlenmiştir. Bazı killi veya şistli merceksi yapılara da rastlanmaktadır (Şekil 3.17). 32

44 Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Şekil 3.17 Doğrultu -8 in Dipol-dipol (DD) dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 9: 7. doğrultu sonucuna benzer durum gözlenmiştir. En altta ise yüksek özdirençli kireç içeren bir yapı belirlenmiştir (315 ohm-m). Killi siltli merceksi yapılar 9. doğrultuda daha fazla tanımlanabilmiştir. Ancak düşük özdirençli yapılar bu doğrultu boyunca daha düşük değerler gözlenmiştir (15 ohm-m). Yine burada da düşük ve yüksek özdirençli merceksi yapılar dağınık halde belirlenebilmiştir (Şekil 3.18). 33

45 Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Şekil 3.18 Doğrultu -9 un a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü Doğrultu 10: Doğrultu 7 de beliren yüksek özdirençli (315 ohm-m) ve düşük özdirençli (15 ohm-m) yapılar bu doğrultu sonucunda daha net gözlenmiştir. Düşük özdirençli tabaka ise 10-25m derinlikler arasında yüksek özdirençli yapının (315 ohm-m) altında uzanmıştır (Şekil 3.19). 34

46 (a) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (b) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) Derinlik (m) Görecelderinlik (m) (c) Şekil 3.19 Doğrultu -10 un a. Dipol-dipol(DD), b. Gradient ve c. DD+Gradient dizilimi verilerinin ters çözümü 35

47 DAÖ verilerinin 3B ters çözümü Paralel hatlar boyunca ölçülen sondaj-profil verileri birleştirilerek 3B ters çözümü yapılmıştır. Verilerin 3B ters çözümünde EarthImager3D programı kullanılmıştır. Bunun için ilk önce 10 doğrultu hattı boyunca elde edilen veriler birleştirilerek ters çözüm uygulanmıştır. Ters çözüm işleminin başında 4731 veri kullanılarak işleme başlanmış, ancak her aşamasında gürültülü (%27.41) veri atılarak ters çözüm sonucuna 3434 veri kullanılarak ulaşılmıştır. RMS hata oranı %7.5 olarak bulunmuştur (Şekil 3.20). (a) (b) Şekil 3.20 a. Ölçülen (measured) ve kuramsal (calc.) görünür özdirenç verilerinin loglog eksende çakışma grafiği, b. Yineleme-RMS hata grafiği Ters çözüm yöntemi olarak Yuvarlatılmış En Küçük Kareler (YEKK) yöntemi olarak bilinen OCCAM ters çözüm tekniği kullanılmıştır (Şekil 3.21). 36