Jeofizik yöntemler jeotermal sistemlerin fiziksel parametrelerinin yüzeyden yapılan ölçümlerle bulunmasına yöneliktirler.

Transkript

1

2 Jeofizik yöntemler jeotermal sistemlerin fiziksel parametrelerinin yüzeyden yapılan ölçümlerle bulunmasına yöneliktirler.

3 Gravite Yer altı yapılarının yer çekimi özelliğini

4 Manyetik Yer altı yapılarının manyetik özelliklerini

5 Sismoloji Depremlerin özelliklerini ve yerin derinliklerini Sismik Yer altı yapılarının sismik hız değişimlerini

6 Elektrik Yer altı yapılarının elektrik iletkenlik özelliklerini

7 Elektromanyetik Yeraltı yapılarının elektrik iletkenlik ve elektromanyetik özelliklerini

8 Radyometrik ve Jeotermik Yeraltının radyoaktif ve sıcaklık özelliklerini

9 Kuyu Logları Sondaj kuyularında yapılan yer çekimi, manyetik, radyometri, elektrik vb. jeofizik ölçümler

10 - ısı kaynağı, - rezervuar, - ısıyı derinden yüzeye taşıyan jeotermal akışkan - beslenme alanı.

11 Bir üretim kuyusunun yeterince akışkan üretebilmesi için geçirimli bir zona ulaşması gereklidir -genelde çatlaklı ya da fay tarafından -etkilenmiş bir zon olmalıdır.

12 rezervuarların litolojileri çok farklı kireçtaşı, şeyl, volkanik kayaçlar ve granit vb. FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ DE FARKLI

13 Volkanik bir arazide ise bir jeotermal sistemin en önemli elementi sistemin ısı kaynağı pluton yada karmaşık bir dayk

14 Jeofizik araştırma yöntemlerinin hedefi jeotermal sistemi oluşturan tüm elemanların ortaya konulmasıdır.

15 Isı akısı haritaları ile yüksek sıcaklık anomalileri Sıcaklık dağılımı haritaları saha boyutları, Elektrik ve elektromanyetik yöntemler jeotermal akışkan varlığı Rezistivite yöntemi porozite ve doygunluk

16 Konduktif bir kayacın derinliği termal uyarılma sonucu Manyetotellürik yöntemler ile belirlenebilir. Curie noktası yöntemi kabukta sıcak kaya kütlesinin varlığını belirlemek için potansiyel bir göstergedir. Kayalar 500 o C üzerine kadar ısınırsa ferromagnetizimlerini yitirirler. Olumlu koşullar altında bu demagnetizasyon seviyesinin derinliği yeterli duyarlılıkta belirlenebilir.

17 P dalgalarının gecikmeleri ve s dalgalarının izlenmeleri önemli bilgiler verir, Volkanik kayaçlarda silika miktarının artışı p dalgalarının yayılma hızlarının düşmesine neden olur, Sismik hızlar porozite ve doygunluktan oldukça etkilenir,

18 Sahanın kendine özgü karakteristikleri önemli sığ konveksiyon sistemlerinin sınırlarını belirlemek için en uygun yöntem elektrik yöntemleri Ancak geniş kil/killi masiflerin bulunduğu bölgelerde bu yöntem aldatıcı olacaktır.

19 SP ölçümleri yeraltısuyu hareketlerinin anlaşılmasında, Gravite havza derinliği ve dolgu malzeme kalınlığının belirlenmesinde, Manyetik ölçümler sahada akımların sınırlarının belirlenmesinde

20 1.Gravite ölçümleri Gravite yöntemini temeli Newton Kuramlarıdır; 1. Cisimler birbirlerini kütleleri ile doğru, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olarak çekerler, 2. Çekme kuvveti, kütle ile yerçekimi ivmesinin çarpımına eşittir. Yerçekiminden ileri gelen yer ivmesinin düşey bileşeni ölçülür ve farklı özgül ağırlıklı kayaçlar nedeniyle ortaya çıkan yerin gravite alanındaki değişimler belirlenir.

21 Isı kaynağı olan derinlerdeki magmatik kütlelerle ilişkili olarak yanal yoğunluk değişimlerinin belirlenmesi, Yer altı su seviyelerinin değişimlerinin belirlenmesi (su çekilmesi, boşluk basıncının dolayısıyla yoğunluğun artmasına neden olacaktır)

22 1.Manyetilk Ölçümler Magnetit en çok bulunan ferromagnetit mineral Manyetik iletkenlik kayaçlarda magnetitin bulunuşuyla kontrol edilir Yöntemin hedefi magmatik kayaçların, magnetit konsantrasyonlarına bağlı olarak lokalize edilmesi.. Bazalt-Gabro kuvvetli magnetit kayaçlar Granit, granodiyorit ve riyolit orta düzeyde manyetik süssebiliteye sahip

23 Yüzeye yakın volkanik kayaçların haritalanmasında.. Currie sıcaklığına ulaşılan derinliğin bulunmasını sağlar, Ferromagnetik materyeller kritik Currie sıcaklığında tüm manyetik hassasiyetlerini kaybederler, Değişik ferromanyetik minerallerin farklı Currie sıcaklıkları vardır, Magmatik kayaçlarda en yaygın olarak bulunan titanomagnetitin Curie sıcaklığı 570 o C civarındadır.

24 Sismik bir enerji kaynağının yerkürede oluşturduğu mekanik titreşim dalgalarının yayılma mekanizmasıdır. Sismik dalga mekanik titreşim dalgası.. Sismik yöntem sismik dalgaların çeşitli araçlarla kaydedilerek yerin derinliklerinin araştırılmasıdır. Sismik dalgalar yerkürede ilerlerken yer değişikliği ve küçük te olsa bir hacım değişikliğine neden olurlar

25 Sismik Dalgalar ileri-geri hareketle yayılan Cisim Dalgaları p dalgaları, yayılma doğrultusuna paralel s dalgaları, yayılma doğrultusu boyunca yayılma doğrultusuna dik yayılan Yüzey Dalgaları

26 Enerji Kaynağı; Kuyularda dinamit patlatma Vibratör (1-5 arası her biri 15t ağırlıkta) Bir sıra jeofon vibratörden belli bir mesafede yerleştirilirler, Vibratör jeofonlardan dereceli olarak uzaklaşır, böylece akustik dalgaların yeraltında yansıdıkları nokta da uzaklaşmaktadır.

27 Sismik dalgalar yer altı katmanlarından kırılıp veya yansıyıncaya kadar yer içinde yayılırlar. Kırılan ve yansıyan dalgalar arzu edilen derinliğe bağlı olarak 1-10 m veya daha fazla aralıkla yerleştirilen 12, 24 veya 48 adet kananlı jeofon dizilimi ile kaydedilirler

28 Sismik kırılma yönteminde değerlendirmede * her bir jeofonda enerjinin ilk varışı için sismik kaynaktan gelinceye kadar geçen zaman belirlenir.. Farklı iki katmanın yatay olmaları durumunda sismik dalga aşağıdaki gibi yayılarak jeofonlara ulaşır. Zaman uzaklık grafiklerinden katman hızlarının ve derinliklerinin elde edilmesi işlevine düz (forward) veya direk çözüm denir.

29 Money eğimli katmanların çözümü için karşı atışlı bir yöntem önermiştir Reverse (karşılıklı atış) çözümü Eğimli tabaka durumu

30 Jeofizik kuyu logları ve kuyu yöntemleri kuyularda birçok fiziksel özellik ve su içeriği ölçülür, Çoğu kez karotlu sondaj yerine geçebilir..

31 Jeofizik kuyu logu ölçümleri için ölçü aleti düzenli bir hız ile kuyu içine indirilir veya kuyu tabanından itibaren yukarı doğru çekilir, bu esnada ölçülen değerler otomatik olarak diyagram şeklinde ve sayısal olarak kaydedilir. Kuyu logları olasınca kesintisiz olarak alınırlar. Genelde casing yapılmamış kuyularda alınırlar.

32 Jeofizik kuyu logları öncelikle sondajların korelasyonunda ve stratigrafik istifin sağlıklı olarak belirlenebilmesi için uygulanır

33 SPESİFİK ELEKTRİK DİRENCİNİN ÖLÇÜLMESİ (RES; REZİSTİVİTE LOGU) Tüm kuyu logları yöntemleri içinde en kullanışlı ve hidrojeolojijeotermal araştırmaları için yararlı olanı elektrik logudur. Deneyimler kayaçların öz dirençlerinin onları en iyi karakterize eden özelliklerden biri olduğunu göstermiştir.

34 değişik kayaçların gerçek özdirençleri

35 Rezistivite ölçümleri sadece techiz edilmemiş kuyularda uygulanabilir. Ölçü prensibi E1 ve E2 elektrotlarından kuyuya, dolayısıyla araziye elektrik uygulanır oluşan potansiyel S1 ve S2 sondalarında ölçülür. Hesaplanan rezistivite değeri ölçü aletinin kuyu içindeki düzenli hareketi esnasında otomatik olarak kaydedilir. Log da kaydedilen Görünür Özdirenç; Kesilen kayacın litolojisine, Formasyonun su içeriğine, Kuyu çapına, Ölçü kablosunun direncine, Sirkülasyon sıvısının cinsine, Ölçü düzenine

36 Rezistivite Logu * tabaka sınırlarının belirlenmesi * aynı litolojide su içeren kısmın (rezervuarın) ayırtlanmasına Tuzlu su içeren kumtaşının rezistivitesi < tatlı su içeren kumtaşı

37 Genelde kullanılan ölçü uzunlukları; L=0.81 (orta-normal) ve L=1.63 (büyük normal) dir. Ölçü uzunluğu ne denli küçük olursa çözülebilirlik o denli büyük olur, yani hassasiyet artar. Ancak küçük ölçü düzeninde elektriğin nufus etme yeteneği de azalır ve dolayısıyla kuyu duvarında sondaj esnasında oluşan kek in bozucu etkisi de artar. Hidrojeoloji araştırmalarında aynı kuyuda genelde hem orta-normal, hem de büyük normal ölçümler alınır.

38 Kantitatif değerlendirmeler için ARCHIE kayaç özdirenci, porozite ve boşluk içeriği arasındaki ilişkiyi gösteren şu eşitliği önermiştir; ρ = ρ w / Φ m * (s w2 ) F = 1/Φ m Porozite heaplanabilir.. F - formasyon faktörü; genellikle gözeneklilik ve çimentolanma derecesine bağlıdır. ρ - kayacın özdirenci ρw - boşluk içeriğinin özdirenci Φ - porozite sw - doygunluk derecesi m - çimentolanma faktörü (1.3 ve 2.6 arası)

39 SELF POTANSİYEL (DOĞAL POTANSİYEL, SPONTANEOUS POTANSİYEL) Doğal potansiyel dışarıdan elektrik akımı verilmeksizin tabaka sınırlarında ve tabakasirkülasyon sıvısı arasında oluşan elektriksel gerilim... Ölçüm basit olarak, bir tane yüzeyde, bir tane de kuyu içinde hareketli iki elektrot arasındaki potansiyel farkının kaydedilmesi şeklindedir

40 SP eğrileri, RES eğrileri ve Gamma- Ray eğrileri ile birlikte değerlendirilerek tabaka sınırları net bir şekilde ayırtlanır. Çok anlamlı SP eğrileri, sondaj sirkülasyon sıvısı ile yeraltı suyu arasında yeterince elektriksel iletkenlik farklılığı mevcut olduğunda elde edilebilir.

41 GAMMA RAY ÖLÇÜMLERİ (GRL- GAMMA-RAY LOG) Gamma ışınları radyoaktif element ve izotopların parçalanmaları ile oluşur. Örneğin uranyum ve toryumun stabil olmayan parçalanma ürünleri ve 40 atom ağırlıklı K izotopu Bu tür maddeler kil de bulunurlar ve bu nedenle bu tür kayaçlar oldukça yüksek gamma ışınları yayma özelliğine sahiptirler (kil, kil taşı, marn, killi-silt vs). Bu kayaçların dışında mika içeren kumtaşlarında da yüksek değerler elde edilebilir. Gamma-Ray ölçümleri için kuyu içi sintilometreleri kullanılır. Bu aletlerin yüksek sayma kapasitesine sahip olmaları gerekir.

42 TEMPERATÜR LOGLARI (T- Log) Kuyu içi sıcaklık ölçümleri *kuyuya su giriş noktaları, *düzeyleri (rezervuar seviyeler) belirlenebilir. Temperatür logları techizsiz kuyulara jeotermal gradyanın belirlenmesi için uygulanırlar.

43 Jeotermal araştırmalarında DENSITY-Log (yoğunluk ölçümü), CALIPER-Log (kuyu çapının ölçülmesi) ve SONIC-Log sıkça uygulanan loglardır. BELİRLENECEK ÖZELLİK PEKİŞMİŞ techizsiz KAYAÇLARDA techizli PEKİŞMEMİŞ techizsiz KAYAÇLARDA techizli KUYUDA Tabaka SP, RES,GRL GRL SP, RES, GRL GRL sınırları Arazi SONIC, CAL geçirimliliği Kuyuya su T, CAL T girişi Suyun SP, RES SP, RES tuzluluğu Kuyu çapı CAL CAL

44 Sıcaklık kayacın elektriksel özelliklerini etkiler Su içeriğinin veya çözülmüş katı madde miktarının artması iletkenliği arttırmaktadır. Her iki fenomen de jeotermal aktivite ile ilgili Bu nedenle normal sıcaklıktaki bir rezervuarı sıcak su içerdiğinde daha iletken olarak görürüz.

45 Yeryüzünde normal sıcaklıklarda silikat mineralleri çok düşük iletkenliğe sahiptir < 10-6 Ω -1 m -1 Temperatür arttıkça konduktivitede artıyor, yüksek konduktiviteler jeotermal araştırmalarda hedef oluşturur, ancak bu tür anomaliler çok büyük derinliklerde oluşacaktır. Tipik jeotermal sistemlerde rezervuarda sıcak jeotermal akışkan içeriğiyle ilişkili olarak elektriksel iletkenlik anomalilerinin bulunması hedeflenir.

46 Yerküresinin doğal elektromanyetik alanı, manyetotellürik (MT) alan olarak adlandırılır. MT alanın incelenmesi ile yeraltı özdirenç dağılımı elde edilebilir. Araştırma derinliği, kullanılan frekans aralığına bağlı olduğundan inceleme amaçlarına göre denetlenebilir. * Duyulabilir manyetotellürik (audio-magnetotellurics, AMT), * manyetotellurik (MT) ve * jeomanyetik derinliksondajı (geomagnetic depth sounding, GDS) adları ile sınıflandırılan yöntemlerin temel ilkeleri aynı olup, kullanılan frekans aralıkları farklıdır (Başokur, 2008).

47 Jeotermal araştırmalarda derinlik başlıca hedef olduğundan; * doğal-kaynak ve kontrollü-kaynak yöntemleri * Schlumberger ölçme yöntemi * dipol-dipol dizilimi ve * bidipol-dipol haritalama yöntemi kullanılır. Bu yöntemlerin her birinin jeotermal aramalarda jeoelektrik yapının ortaya konulmasında kendine özgü bir hedefi vardır.

48 Yerin doğal elektromagnetik alanı yeri araştırmak için enerji kaynağı olarak kullanılır. Doğal elektromagnetik alan frekansların çok geniş bir spektrumunu kapsar, bunların içinde çok düşük frekanstaki olanlar onlarca kilometre derinliğin araştırılması için elverişlidirler. Yöntem jeotermal araştırmalarda öncelikle kullanılır çünkü termal uyarılma nedeniyle kayacın konduktif olduğu derinliği bulmak için elverişlidir. Bu derinlik normal ısı akısı olan sahalarda km arasında iken termal alanlarda 10km den az olabilmektedir.

49 Profil (Şaphane, Üçbaş, Ilıcasu, Gediz kaplıcaları üzerinde Körkuyu) km lik profil üzerinde 14 nokta (Çirkin, 2007). yüzeyden 1000 m derinliğe kadar Miyosen-Pliyosen yaşlı kiltaşı, kumtaşı, silttaşı, tüf (örtü kayac) düşük rezistiviteli yüksek rezistiviteli, Paleozoyik Mesozoyik kireçtaşı, mermer Fay ve Gediz Kaplıcası

50

51

52

53

54 Self potansiyelde yer kabuğunda sadece doğal olarak var olan gerilim gradyanı ölçülür doğal gerilimin nedenleri, değişik minerallerin yer altı suyu ile reaksiyonlarıyla oksidasyon ya da redüksiyonu, değişik kayaç birimlerinde içerilen farklı konsantrasyonlardaki suların ürettiği Nernst gerilimi, boşluklardaki taze suyun ince boşluk yapısında hareketlenmeye zorlanması sırasında boşluk duvarlarından iyonların ayrılmasıyla oluşan streaming (akış) potansiyelinden kaynaklanır. Yöntem maden aramalarında kuyu loglarında da tuzlu boşluk suyunun belirlenmesinde kullanılmaktadır.

55 Jeotermal sahalarda çok geniş self-potansiyel anomalileri gözlenmiştir, bu anomaliler muhtemelen termoelektrik etki ile streaming potansiyel (yeraltı suyu hareketi sonucunda oluşan) kombinasyonundan kaynaklanmıştır. Tüm doğal kaynaklı yöntemlerde polarize olmayan elektrotlar kullanılmaktadır. Jeotermal ile ilişkili olarak kuvvetli selfpotansiyel anomalilerine bir örnek Hawaii termal alanında yapılan ölçüm verilebilir

56 Elektromagnetik (EM) alan oluşturmak için suni kaynak kullanılır. Bazı EM ölçümleri daha iyi çözümler sağlar, ancak lateral yayılımda daha az kolay dağılım gösterir. Bunun yanı sıra derin araştırmalarda kontrollü kaynaklı EM ölçümleri daha pahallıdır.

57 Elektrik yöntemlerde yeryüzünde toprağa çakılan iki paslanmaz metal-çelik elektrot aracılığı ile yericine elektrik akımı gönderilir. Yeryüzündeki diğer iki noktada yerleştirilen iki elektrot yardımı ile de yericinde oluşan gerilim farkı ölçülür. Şekil de akım elektrotlarından uygulanan akım çizgileri dağılımı ve bunun sonucu oluşan elektriksel gerilim (elektriksel potansiyel) çizgilerinin dağılımı görülmektedir.

58 Genel bir elektrot diziliminde yer alan 4-elektrot (A ile B akım ve M ile N ise gerilim elektrotları)

59 Jeolojik malzeme Elektrik özdirenç -m Islak aşırı killi toprak 1-10 Islak aşırı siltli toprak ve siltli kil < 10 Islak siltli ve kumlu toprak Silt ardalanmalı kum ve çakıl <1000 Kaba kuru kum ve çakıl depozitleri >1000 Çatlakları ıslak toprakla dolmuş çok kırıklı kayaç 100 Çatlakları kuru kumla dolmuş az çatlaklı kayaç <1000 Masif ve sağlam olarak oluşmuş kayaç >1000 Sular Elektrik özdirenç ( -m) Yüzey suları (mağmatik) 0.1-3x10 3 Meteorik yüzey suyu Yüzey suları (çökellerde) Toprak suları 100 Doğal sular (mağmatik kayaçlarda) 9 Doğal sular (çökellerde) 3 Tuzlu sular %3 0.15

60 DES ölçü tekniğinin amacı yeraltı yatay tabakalaşmanın ortaya konulmasıdır. Bu tekniğin uygulanması ile yeraltı jeolojik katmanların elektrik özdirenç değerleri ve kalınlıkları elde edilir, Bu ölçü tekniğinin uygulanışında arazide bir simetrik elektrod dizilimi (Wenner veya Schlumberger) kullanılır, Bu dizilimin merkezi O noktasıdır. Ölçülen görünür özdirenç değerleri bu noktanın altına atanırlar. DES tekniğinde bu merkez noktada yayılı bulunan elektrot dizilimindeki akım ve gerilim elektroları arası belli bir sistematik içerisinde daha geniş açılarak ölçüler alınır. Wenner

61 Schlumberger elektrot dizilimi Alınan ölçüler elektrot aralığının (AB/2) fonksiyonudur. Akım elektrotları (A ve B) aralığının arttırılması yerin daha derin kesimlerine elektrik akımının gönderilmesini sağlar. Böylelikle yapılan ölçümler yerin daha derin kesimlerine ait görünür özdirenç bilgilerini ortaya koyar. Elektrot aralığı arttırıldığında yüksek akım yoğunluğu gerekir.

62 İki tabakalı bir yer modelinde (tek bir arasınır) yani üst tabakanın elektrik özdirenci alttaki tabakanınkinden ya yüksek veya düşük değerde bulunması koşulunda artan elektrot aralığına karşın yeraltı akım akış şekli farklı gerçekleşir). Eğer alttaki katman dirençli ise elektrik akımı, artan elektrot genişliğine (artan AB/2) bu iki katman sınırına doğru dikleşerek yericinde akar. Karşıt olarak, eğer alttaki katman üstteki katmana göre daha iletken ise bu kez yine artan AB/2 için elektrik akımı her iki tabaka sınırına paralel görünüme yakın olarak akar.

63 Akım ve gerilim elektrod çiftleri birbirlerinden ayrı olarak arazide yerleştirilir. Her iki çiftin aralarında n çarpanı (n=1, 2, 3 gibi tamsayı) kadar (n x elektrot aralığı) bir uzaklık vardır. Bu dizilim türü daha çok yapay polarizayon (IP) uygulamalarında tercih edilir. n-aralıklamasına bağlı olarak yapılan çizim tekniği ile elde edilen IP andıran kesitleri maden jeofiziğinde başarılı bir uygulamadır.

64 Nokta Değerlendirme: parçalı eğri çakıştırma ile değerlendirme DES arazi verisi çift logaritmik eksen takımında gösterilir. Yatay eksen elektrot aralığı, düşey eksen ise a (ohm-m) birimindedir. Bir DES arazi eğrisi bir takım taslak kuramsal eğri grupları ile planlı şekilde çakıştırılarak bu DES arazi veri setinin analizi yapılmış olur. DES noktası altındaki yatay elektrik tabakalaşma modelini açıklayan ve her tabakaya ait olan özdirençleri ile kalınlıkları elde edilir. Elde edilen bu parametreler, özdirenç sayısal süzgeç kavramı kullanılarak hazırlanmış bilgisayar yazılımlarına giriş verisi olarak girilerek benzer analizler yapılır.

65 çok sayıdaki DES noktalarında ölçülmüş olan özdirenç eğrilerine ait veriler kullanılarak tüm sahayı elektrik olarak karekterize eden haritalar geliştirilir. Herbir noktaya atanan görünür özdirenç değerleri gözönüne alınarak hazırlanan haritalar elektrik harita olarak adlandırılır. Bu işlem amaçlanan AB/2 derinlikleri için gerçekleştirilir Bu haritalar AB/2 nin artan değerleri için yerin daha derin kesimlerini karekterize eder. Bu arazi örneğinde sahada yaklaşık 250 DES noktası vardır.

66