Bir deprem nasıl kaydedilir? JFM 301 SİSMOLOJİ DEPREM KAYIT ALETİ

Transkript

1 JFM 301 SİSMOLOJİ DEPREM KAYIT ALETİ Prof. Dr. Gündüz Horasan Deprem yada diğer enerji kaynaklarının ürettiği sismik dalgalar sismograf olarak adlandırılan aygıtlar tarafından kaydedilir. BİR SİSMOGRAF SİSTEMİ ÜÇ ÖĞEDEN OLUŞUR 1. Algılayıcı (Sismometre). Sinyal koşullandırma birimi (yükseltici, süzgeç) 3. Kayıtıçı birimi (kalem, teyp, bilgisayar ) 1. Algılayıcı (Sismometre) Yeryüzünde oluşan her türlü titreşimi algılayan aletlerdir. Bunlar, deprem dalgalarını algıladıkları gibi motorlu taşıt araçlarının vb. yapmış olduğu sarsıntıları da kaydederler. Bu nedenle deprem istasyonlarının yerleri seçilirken bu tür gürültü kaynaklarından uzak olmasına dikkat edilmelidir. Sismometre yerde oluşan harekete tepki gösteren bir cihazdır ve bir sismometrenin hareketi esas itibarı ile bir sarkacın hareketinin aynıdır. Bir deprem nasıl kaydedilir? Sismografın tablası yere sabitlenir. Yayın boş olan ucuna bir ağırlık asılır. Deprem olduğunda yer sallanır, sismografın tablası da sallanır, fakat ağır kütle sallanmaz. Kütlenin asılı olduğu ip yada yay hareketi emer. Sismografın sallanan kısmı ile sabit olan kısmı arasındaki fark kaydedilir. 1

2 Tabla bir deprem dalgasının geçişi ile sarsıldığı zaman kütlenin ataleti süspansiyondan yayılan kuvvete karşılık tepki gösterir, tabla ile kütle arasında rölatif bir hareket meydana gelir. Kütle ve tabla arasında meydana gelen bu rölatif hareket, Mekanik Mekanik-optik Elektromanyetik veya Elektronik yöntemlerle büyütülür ve algılanır. SİSMOMETRELERİ TİPLERİNE GÖRE ÜÇ E AYIRABİLİRİZ Mekanik Mekanik-optik Elektromanyetik veya Elektronik Mekanik ve mekanik-optik sistemlere örnek olarak; Wiechert, Mainka, Milne-Shaw, SMR-II ve WoodAnderson ı gösterebiliriz. Bunlardan WoodAnderson sismograf sistemi Richter ölçeğinin belirlenmesinde kullanılmıştır. KRDAE

3 ELEKTROMANYETİK SİSMOGRAF Düşey elektromanyetik sismograf Elektro manyetik sismograf, bir mıknatısın manyetik alanı içinde hareket eden bir sarkacın kütlesine bir bobinin ilave edilmesiyle meydana gelir. Manyetik alandaki bobinin rölatif hareketi bobinde elektrik akımı meydana getirir, bu mıknatıs ve bobinin rölatif hareketinin hızıyla orantılıdır. Bu elektrik akımı bir galvanometreye iletilir, tüm hareket grafik olarak kaydedilir. KRDAE FARKLI SİSMOMETRE TİPLERİ Sismometreler, son yıllardaki gelişmeler sonucunda çok geniş frekans aralıklarında kayıt yapılabilmektedir. 3

4 CMG-3T Geniş bant (Broadband) lı Sismometre nin Özellikleri Zayıf hareketi (weak motion) kaydeder 3 bileşenlidir. Elle taşınabilir, bağlantı girişi kolayca yapılabilir. Tepkisi: Hz dir. Uzaktan kilidi açılıp, ayar yapılabiliyor Dinamik aralık( dynamic range) 140 db den fazla Bu tip aletler çok geniş periyot aralığına sahiptir. Broadband sismometreler hem yakın hem de uzaktaki depremleri kaydedebilen yüksek dinamik aralığa sahip sayısal kayıtçıları içeren aletlerdir. Bu çeşit sismometrelerde bir geri besleme devresi vardır. Kütlenin hareketi ile üretilen akım yükseltilir ve kütleye elektromanyetik bir kuvvet uygulayan bir aygıta bağlanır. Bu kuvvet kütleyi orjinal denge pozisyonuna getirir. Bu şekilde yerin hareketini izler. Bu kuvvetin ürettiği voltaj, kütlenin hızıyla orantılıdır ve aygıtın çıkışını oluşturur. 4

5 Deniz Dibi Sismometresi-OBS YÜKSELTİCİ Sismometrenin kaydettiği sinyalin gücünü arttırarak, gözle görülebilir duruma getirebilmesini sağlayan düzeneklerdir. Yükseltici olarak, çıkışı kuvvetlendirici (amplifikatör) ya da süzgeçleyici elektronik devreler, veya galvonametreler kullanılır. Bir sismograf sistemine uygulanacak koşullandırma kullanılan kayıt sistemine göre değişir. Bir sistemin dinamik aralığı (dynamic range), kullanılabilir en büyük genlik değerin en küçük genlik değere oranının desibel olarak ifadesidir. Desibel (DB) ise şu formül ile tanımlanır; DB=0 log A max / A min Örneğin; en yüksek genlikle en düşük genlik oranı 10 ise, bu 0 db olur. 5

6 KAYITÇI Elektriksel titreşime çevrilmiş olan deprem dalgalarının gözle görülebilir hale dönüştürüldüğü kısımdır. Kayıtçıları ikiye ayırmak mümkündür; Analog kayıtçılar Sayısal kayıtçılar Sismografın yazdığı kağıda ise sismogram denir. Kayıt işleminin özelliğine göre sismogramlar; Analog veya sayısal olabilirler. Analog Sismogram Kayıt sisteminin önemli bir parçası zaman birimidir. Güvenli bir şekilde zaman birimi işaretlenmelidir. Zaman sinyali, GPS ile alınır. Deprem dalgalarının sismografa geldiği zamanı belirlemede, dolayısıyla depremin oluş zamanının hesaplanması için gereklidir. 6

7 SAYISAL KAYITÇILAR Sayısal kayıtçılarda ise veri bilgisayar ortamında kaydedilir ve görüntülenir. SAYISAL VERİ Sayısal veri, aygıttan (sensör) gelen sinyallerin belli zaman aralıklarında aldığı sayısal değerler dizisidir. Veri değişik format tiplerinde kaydedilir. Örneğin; GCF, SAC, SUDS, ASCII, SEED, Mini SEED, vb. Günümüzde analog sinyaller sayısal hale dönüştürülebilmektedir. Sinyalin sayısal hale dönüştürülmesinde sayısallaştırcı (digitizer) olarak adlandırılan özel aygıtlar kullanılılır. Sayısal sismogram Veri elektronik ortamda depolanır. Analog kayıttan çok daha fazla ayrıntıya sahiptir. Çok çabuk ulaşılabilir ve istek doğrultusunda kullanılabilir. Sayısal Deprem Sinyali (4 saatlik) (~ 110 saniye) (0 s) 7

8 Yerdeki hareketin tam olarak tanımlanabilmesi için hareketin üç yöndeki bileşenlerinin; Z : Düşey N-S : Kuzey- Güney E-W : Doğu-Batı ölçülmesi gerekir. Fethiye broadband (geniş band) istayonunda kaydedilen bir depremin üç bileşen kaydı (D-B, K-G, Z) Sismolojide genelde, Radyal Transvers ve Düşey bileşen kullanılır. Sismometre yerdeki haraket ile ilişkili olarak; Yerdeğiştirmeyi Hızı veya Yerdeğiştirme hareketinin ivmesini ölçebilir. Bu nedenle sismometrelere; Yerdeğiştirme ölçer Hız ölçer İvme ölçer adları verilir. Depreme ait yerdeğiştirme, hız ve ivme kaydı 8

9 İvme kaydı Hız kaydı Yer hareketinin ve sarkacın göreceli frekansı sismometrenin davranışını belirler 1.Yer hareketinin frekansı sismometrenin frekansından çok küçük ise kaydedilen sismogram yer hareketinin ivmesi ile orantılıdır.yer hareketinin frekansı sismometrenin frekansı ile aynı veya yaklaşık değerde ise kaydedilen iz yer hareketinin hızı ile orantılıdır. 3. Yer hareketinin frekansı sismometrenin frekansından çok büyük ise kaydedilen iz yer hareketinin yerdeğiştirmesi ile orantılıdır. Yer değiştirme kaydı Sarkacın öz frekansı Depremin ivmesi nedir? Böylece sarkacın serbest periyodunu ayarlayarak, yer hareketinin değişik özelliklerini (yerdeğistirmesini, hızını ve ivmesini) kaydederiz. Depremin ivmesi, deprem anında zeminin ne kadar miktarda ve ne hızla sarsıldığının bir ölçüsüdür. Maksimum (Pik) ivme, deprem sırasında kaydedilen en büyük ivme değeridir. 9

10 Sismometre yer hareketi ile zorlanarak sönümlü titreşimler yapan bir sarkaçtır. İvme kayıtçıları depremlerin yapılar ve toprak üzerindeki etkilerini ve deprem kaynaklarının mekanizmasını incelemede kullanılır. Hız ve yer değiştirme kayıtçıları ise depremlerin kaynak özelliklerini, yerin fiziksel ve yapısını ve sismik dalgaların yayınım karakteristiğini araştırmada kullanılır. Temsili olarak çizilen bir düşey bileşen sismometresinin sarkaçında bulunan m kütlesine etki eden kuvvetler; Yerçekimi kuvveti Sürtünme kuvveti Yay kuvveti d y m dt dy c dt ky dir. SİSMOMETRENİN SERBEST SALINIM DENKLEMİ Tüm kuvvetleri yazarsak; d y dy m c ky 1 dt dt Bu diferansiyel denkleme sismometrenin serbest salınım denklemi denir. Bu ifadeyi m ye bölersek, d y dy s s y elde edilir. dt dt k s Sismometrenin açısal frekansı, m c m s Sönüm katsayısıdır. y=e at yazarsak bu denklem kolayca çözülür. elde edilir. 3 a a 0 s s a 1, s( 1) 4 10

11 Böylece denkleminin çözümü elde edilir; s t s y Ae Be ( 1) ( 1) t Bu çözümü, sönüm katsayısının değişik durumları <1, =1, >1 değerleri için inceleyelim; 5 Burada; C A B B A 1 tan ( ) 1. <1 için 1 karmaşık olur. Çözüm, y e şeklindedir. i s( 1 ) t i s( 1 ) t s t ( Ae Be ) y Ce s t cos( 1 s ) 6 7 Bu çözüm periyodik bir hareketi gösterir. Bu fonksiyon e s t üstel fonksiyonu ile zamanla azalarak söner. Buna az sönümlü veya salınımlı sönümlü hareket denir. e s t. =1 ise kritik sönüm denir. Çözüm, s y e t ( A1 B 1t) 8 şeklindedir. Hareket zamanla hızla azalır. 3. >1 durumuna aperiyodik (periyodik olmayan) hal denir. Çözüm; st 1 st 1 st y e ( Ae Be ) 9 şeklindedir. Bu durumda hareket zamanla hızlı bir şekilde sönerek sıfıra yaklaşır. Buna aşırı sönüm denir. 11

12 YERİN YERDEĞİŞTİRMESİ, HIZI YADA İVMESİNE KARŞI SİSMOMETRENİN TEPKİ FONKSİYONLARI SİSMOMETRENİN YERDEĞİŞTİRME DUYARLILIĞI (BÜYÜTME FONKSİYONU) Yer hareketi, olsun, i yt u() t F e yada u( t) F cos y t 0 0 yt () y M ( y ) ut () ( ) 4 s y y s yazabiliriz. Hız duyarlılığı yt () M ( ) V ( y ) ut () y y. y ( s y ) 4 y s İvme Duyarlılığı y.. y ( s y ) 4 y s yt ( ) M ( ) 1 A( y ) ut () ALET TEPKİ FONKSİYONU veya BÜYÜTME FONKSİYONU Bir sismometre-galvanometre sisteminin frekans duyarlılığına sistemin büyütme özelliği veya tepki özelliği denir. Sismometre ve galvanometre için uygun frekanslar ve diğer aletsel sabitler seçilerek en uygun büyütme eğrileri elde edilir. bağıntıları ile verilir. 1

13 ÇEŞİTLİ ALETLERE AİT BÜYÜTME EĞRİLERİ Weichert (W) Galitzin (G) SP-WWSSN LP-WWSSN Lokal sismisite için kısa periyot (SP-L) Broadband (VBB) Örneğin; WWSSN in Kısa periyotlu aletinde Ts=1 s, Tg= s Uzun periyotlu aletinde Ts=15 s, Tg=100s dir. Ts: Sismometrenin periyodu Tg: Galvonametrenin periyodu Uzun periyotlu ve yüksek kazançlı sistemlerin periyot aralığı s dir. Sayısal kayıtçı sistemleri çok geniş dinamik frekans aralıklğında kayıt yapar (Ör. 100, 140 db) ISKB(Z) İstasyonuna ait Büyütme Eğrisi Genlik Tepkisi Kutup (pole) ve sıfır (zero) değerleri kullanılıyorsa sistemin transfer fonksiyonundan söz edilir. Sismografın transfer fonksiyonu; T( )= Kayıtçı çıkısı / Algılayıcıya giris (yer hareketi) T( )= O( ) / I( ) dir. Faz Tepkisi 13

14 Aynı yer hareketinin farklı aletlerdeki kaydı TÜRKİYEDEKİ DEPREM İZLEME MERKEZLERİ Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü KRDAE - BDTİM İSTASYON DAĞILIMI Bölgesel Deprem Tsunami ve Değerlendirme Merkezi (BDTİM) İçeriğe atla BDTİM 14

15 T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (AFAD)- Deprem Dairesi Başkanlığı BDTİM SAÜ JEOFİZİK MÜHENDİSLİĞİ DEPREM İZLEME VE ARAŞTIRMA MERKEZİ (DİVAM) TÜBİTAK ve Üniversiteler SAÜ-1 15

16 EMSC (European Mediterranean Seismological Centre) ULUSLARARASI SİSMOLOJİ MERKEZLERİ ISC (International Seismological Centre) NEIC (National Earthquake Information Center) earthquake.usgs.gov 16