MADEN TETKİK VE ARAMA GENEL MÜDÜRLÜĞÜ MTA DOĞAL KAYNAKLAR VE EKONOMİ BÜLTENİ YIL : 2012 SAYI : 14

Transkript

1 MADEN TETKİK VE ARAMA GENEL MÜDÜRLÜĞÜ MTA DOĞAL KAYNAKLAR VE EKONOMİ BÜLTENİ YIL : 2012 SAYI : 14

2 YER RADARI (GPR) JEOFİZİK YÖNTEMİ VE KULLANILDIĞI ALANLAR Büşra Bihter DEMİRCİ* Bu makale ile yer radarı yöntemi anlatılıp kurumumuzdaki uygulama alanları ve elde edilen sonuçlar gösterilecektir. Bunun için öncelikle yer radarı yöntemi hakkında öz bilgi vermek çok faydalı olacaktır. Yöntemin tanımı ve çalışma prensibi Yer radarı yöntemi, yakın yüzey sığ araştırmalar için kullanılan yüksek frekanslı elektromanyetik (EM) jeofizik yöntemdir. Yöntemin kullanımının kolay olması ve çok hızlı veri toplanabilmesi, veri toplama sırasında çalışma alanında herhangi bir tahribat oluşturmaması, santimetre düzeyinde yüksek çözünürlüklü iki boyutlu (2B) ve üç boyutlu (3B) yer altı görüntülemenin yapılabilmesi bu yöntemin, en önemli avantajlarıdır. Bu yöntemle, yapıların konum ve derinliklerinin çok daha net belirlenebilmesi, özellikle 3B görüntüleme ile karmaşık yapı bölgelerinde aranan özel yapının kararlaştırılması ve oldukça etkin görüntü ile sunulabilmesi özellikleri nedeniyle tüm sığ araştırmalarda, son yıllarda en çok kullanılan jeofizik yöntem olmuştur (Annan, 2000). Verici anten, (transmitter) yatay doğrultuda elektrik alan vektörüne sahiptir ve birkaç nanosaniyeli bir elektromanyetik sinyal üretir. Yer içinde ilerleyen dalgalar herhangi bir boru, duvar, kırık, boşluk, tabaka sınırı vb. yapılar ile karşılaştıklarında yansıma veya saçılmaya uğrayarak tekrar yukarı çıkarlar ve yüzeydeki alıcı anten, kontrol ünitesi ve kayıtçı yardımı ile zamanın bir fonksiyonu olarak kayıt edilirler (Şekil 1). Şekil 1- Yer radarı yönteminin çalışma prensibi. * Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Jeofizik Etütleri Dairesi, Ankara. 56

3 Kayıt edilen izlere radar izi veya EM dalga alanı adı verilir. Radar izleri üzerindeki genlikler, yorumu kolaylaştırmak amacıyla büyüklüklerine göre renklendirilirler. Bir profil boyunca tüm ölçüm noktalarındaki radar izleri, profil üzerindeki konumları ile sıralandıklarında yatay ekseni (x doğrultusu) profil başlangıç noktasına göre uzaklık (profil boyu), düşey ekseni nanosaniye (ns) mertebesinden kayıt zamanı (gidiş-geliş) olan 2B radar kesitini oluştururlar. Bu kesit radargram adı ile tanımlanır (Şekil 2). Şekil 2-2B yer radarı kesiti (radargram). Yorumcu isterse 2B radar kesitleri arka arkaya sıralanarak 3B blok görüntüleri elde edilebilir (Şekil 3). Şekil 3- Paralel toplanan 2B yer radarı verilerinin 3B görüntülenmesi. 57

4 Yöntemin kullanım alanları Yapısal araştırmalarda toprak stratigrafisinin ortaya çıkarılmasında (Davis ve Annan 1989), Yüzeye yakın jeolojik birimlerin tespitinde (Koralay ve diğerleri, 2007), Fay, kırık ve çatlakların haritalanmasında (Grandjean ve Gaury 1999, Green ve diğerleri, 2003, Kadıoğlu, 2008), Yer altı karstik boşluklarının aranmasında (Kadıoğlu ve diğerleri, 2006), Yer altı su seviyesinin tespitinde (Harrari 1996, Dannowski ve Yaramancı 1999, Aspiron ve Aigner, 1999), Son yıllarda çok yaygın olarak arkeolojik çalışmalarda; tapınak, mezar, duvar, temel ve benzeri tarihi kalıntıların bulunmasında (Sambuelli ve diğerleri, 1999, Kadıoğlu ve diğerleri, 2008), Metalik cisim arama çalışmalarında; yer altında gömülü boru, boru hattı, su veya akaryakıt tankı ve eski endüstriyel atık alanlarının tespitlerinde (Kadıoğlu ve Daniels, 2008, Kurt ve diğerleri, 2009), Zemin araştırmalarında, tünel araştırmalarında kara yolu, demir yolu, su tünelleri, tüp geçitler, maden galerileri içinde duvar cephelerinin sağlamlık tespitinde, galeri içinde bozunmuş zon ve cevher aramada, galeri ilerleme yönü tespitlerinde (Cardelli ve diğerleri, 2003), Yer altındaki insan kalıntılarını aramada (Hammon III ve diğerleri, 2000) kullanılmaktadır. Arazi çalışması; ön hazırlık ve veri toplama Araştırılan probleme yönelik ön hazırlık yapılması gereklidir. Ön hazırlık, veri toplama aşamasında önemli bir basamaktır. Ön hazırlık aşamasında, araştırıcının aşağıdaki soruları cevaplaması gerekir; Eğer bir nesne aranılıyorsa, aranılan nesnenin şekli hakkında bir bilgi var mıdır? Çalışılan alan yöntem için uygun mudur? (Yüzeysel gürültüler var mıdır? Engebeli bir arazi midir?) Aranılan nesne ile ana birim arasında yeterli açıdan fark var mıdır? İnilmesi gereken derinlik ne kadardır? Görüntülenmesi istenilen derinlik belirlendikten sonra, o derinliğe göre uygun anten frekansı belirlenmelidir. Çevredeki etkileri göz önünde bulundurarak açık ya da kapalı anten kullanılabilinir. Hedef nesnenin durumuna göre de profil yönü ve aralıklarının belirlenmesi gerekir. Ayrıca zaman örnekleme aralığı, ölçüm aralığı, kayıt zamanı ve anten aralığının belirlenmesi gereklidir. Bütün gerekli parametreler belirlendikten sonra çalışma alanı veri toplamaya hazır hale getirilir. Yöntemde öncelikle çalışma alanında ön hazırlıklar yapılır. Çalışma alanının dört köşesi işaretlenir, bir ip yardımıyla önceden belirlenmiş profil aralıkları dikkate alınarak paralel doğrultular oluşturulur. Bu hazırlıklar bittikten sonra belirlenmiş ölçüm aralıkları ile yer radarı verisi toplanır (Şekil 4). 58

5 Yöntemin araştırma derinliği, çalışma amacına uygun seçilen farklı frekanslı antenlere göre değişmektedir. Antenin merkez frekansı arttıkça araştırma derinliği azalır, buna karşılık derinlikteki değişimi belirlemedeki düşey ayrımlılık santimetre (cm) hassasiyetine yükselir. Anten frekansı azaldıkça araştırma derinliği artar, buna karşılık duyarlılık azalır. Aşağıdaki denklemde belirtildiği üzere derinlik, kullanılan anten frekansı ve ortamın iletkenlik değerine göre farklılık gösterir (Davis ve Annan 1989). Kurumumuzda, yer radarı sistemi olarak ramac/mala markalı 250 MHz kapalı sistem, 25 MHz RTA açık anten ve 100 MHz RTA açık anten ve bunlara uyumlu kontrol ünitesi bulunmaktadır. Kurumumuzdaki her üç anten içinde anten aralığı sabit olup frekansına göre araştırma derinliği uygun ideal koşullar için çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1- Anten frekansına göre araştırma derinliği ve anten aralığı (Davis ve Annan 1989). Anten Merkez Frekansı (MHz) Araştırma Derinliği (m) Anten Aralığı (m) Veri işleme Kurumumuzda toplanan verilerin işlenmesinde Reflex-Win V.3.5 yazılımı kullanılmaktadır (Sandmeier, 2004). Çalışma bölgesinde toplanan yer radarı verileri görüntülenmeden önce 2B profil verilerinin konumlarına göre sıralanması gerekmektedir. Daha sonra veriye uygulanan veri-işlem aşamaları sırasıyla; Sıfır zamanının düzenlenmesi, Çok alçak frekansları gidermek amacıyla dewow adı verilen süzgeçleme, Veriye uygun band aralığı seçilerek Butterworth band geçişli süzgeçleme (veya yüksek geçişli/ alçak geçişli süzgeçleme), Doğrusal genlik kazanç işlemi ve hız analizidir. EM dalga hızı radargramlar üzerindeki gerçek bir hiperbol anomalisi ile matematiksel olarak hız belirli bir hiperbolle çakıştırılarak elde edilir. Radargramlara ait hız ve zaman bilgisi kullanılarak, basit derinlik=hız X zaman/2 yaklaşımı ile belirlenen derinlik ile zaman kesitlerinde derinlik kesitlerine dönüşüm yapılır. Çalışma bölgesinde alansal çalışma yapılmış ise işlenen 2B radargramlar konumlarına göre sıralanarak 3B ortama aktarılırlar. 3B veri hacmi ile derinlik/zaman düzlemleri iz düzlemleri ve profil düzlemleri olarak veya birden fazla düzlemlerin bir araya geldiği dilimler şeklinde görüntülenebilir. Kesitler yorum yapılabilir hale getirilerek çalışma sonuçlandırılır. Kurumumuzda yapılan çalışmalar Konya Büyükşehir Belediyesi Yer Radarı (GPR) Etüdü Raporu (2009), Çevre Ve Orman Bakanlığı, Doğa Koruma ve Milli Parklar Genel Müdürlüğü GeliboluYarımadası Tarihi Milli Parkı Anzak KoyuYer Radarı (GPR) Etüdü Raporu (2009), Türkiye Jeoloji Araştırmaları/Diri Fay ve Paleosismoloji Araştırması Projesi Kapsamında Uygulanan Yer Radarı Etüdü (2010), 60

6 (a) (b) (c) Şekil 10- Konya Havzası nda yapılan çalışma ve örnek radargram. DEĞİNİLEN BELGELER Annan, A.P., Ground penetrating radar workshop notes. Sensors and Software Inc., Canada. Aspiron, U. ve Aigner, T., Towards realistic aquifer models: Three dimensional georadar surveys of Quaternary gravel deltas (Singen Basin, SW Germany). Sedimantery Geology, 129, Cardelli, E., Marrone, C. ve Orlando, L., Evaluation of tunnel stability using integrated geophysical methods. Journal of Applied Geophysics, 52, Dannowski, G. ve Yaramancı, U., Estimation of water content and porosity using combined radar and geoelectric measurements. European Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 4, Davis, J.L. ve Annan, A.P., Groundpenetrating radar for high resolution mapping of soil and rock stratigraphy. Geophysical Prospecting, 37, Grandjean, G. ve Gourry, J.C., GPR data processing for 3D fracturemapping in a marble quarry (Thassos, Greece). Journal of Applied Geophysics, 36, Harrari, Z., Ground penetrating radar (GPR) for imaging stratigrafic features and groundwater in sand dunes. Journal of Applied Geophysics, 36,

7 Hammon III, W. S., McMechan, G. A. ve Zeng, X., Forensic GPR: finite-difference simulations of responses from buried human remains. Journal of Applied Geophysics, 45, Kadıoğlu, S., Photographing layer thicknesses and discontinuities in a marble quarry with 3D GPR visualization. Journal of Applied Geophysics, 64(3), Kadıoğlu, S., and Daniels, J. J, D visualization of integrated ground penetrating radar data and EM-61 data to determine buried objects and their characteristics. Journal of Geophysics and Engineering, 5, Kadıoğlu, S., Ulugergerli, E.U. ve Daniels, J.J., D visualization to map cavities by GPR method: Dalaman Akkopru dam reservoir area, Muğla, Southwest Turkey. Proceedings of the 11 th. Kadıoğlu, S., Kadıoğlu, Y.K. ve Akyol, A.A., 2008 Geoarcheological research of the mid-age Ilyasbey Complex buildings with ground penetrating radar in Miletus, Aydın, Western Anotolia, Turkey. Donald Harrington Symposium on the Geology of the Aegean, April 2008, University of Texas at Austin, Jackson School of Geosciences, USA, B C Burchfiel 2008 IOP Conference Series : Earth and Environmental Geology, 52(7), Koralay, T., Kadıoğlu, S. ve Kadıoğlu, Y.K., A New Approximation in determination of zonation boundaries of ignimbrite by ground penetrating Radar: Kayseri, Central Anotalia, Turkey. Environmental Geology, 52(7), Kurt, B.B., Kadıoğlu, S. ve Ekincioğlu, E.E., Yer Radarı Yöntemi ile Gömülü Boruların Konum, Büyüklük ve Fiziksel Özellikleri ile Belirlenmesi, Hacettepe Üniversitesi Yer bilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Dergisi, 30, s. 1. Sambuelli, L., Socco, L.V. ve Brecciaroli, L.,1999. Acquisition and processing of electric, magnetic and GPR data on a Roman site (Victimulae, Salussola, Biella). Journal Applied Geophysics, 41, Sandmeier, K.J., Scientific Software, REFLEXW ver.3.5. program for processing and interpretation of reflection and transmission data. 64