FETHİE BURDUR FA KUŞAĞININ VLF GÖRÜNTÜLERİ VE AKIM TOPLANMASI OLGUSUNUN VLF CEVABININ OLUŞUMUNA KATKISI VLF IMAGES OF FEHIE BURDUR FAULT ZONE AND CONTRIBUTION OF CURRENT GATHERING PHENOMENON TO FORMATION VLF RESPONSE Aysan GÜRER 1, Murat BARAK 1, Ö.Feyzi GÜRER Posta Adresi: 1 İ.Ü. Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Müh. Böl, Avcılar erleşkesi İstanbul KOÜ Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Müh. Böl., Umuttepe erleşkesi E-Posta: agurer@istanbul.edu.tr ÖZ Fethiye Burdur Fay Kuşağının (FBFK), EM yöntemlerle sığ ve derin görüntüleri elde edilmesi amacıyla bölgede MT ve VLF yöntemleri uygulanmıştır. FBFK, Güney Batı Anadolu da yer alan normal bileşene sahip sol yönlü doğrultu atımlı fayların aralı aşmalı olarak oluşturdukları bir fay kuşağıdır. Bu kuşaktaki faylar, bölgede tepeleri oluşturan kayaçlar üzerinde oluşturdukları fay aynaları ile izlenebilmekte, ancak üzerinde tarım yapılan geniş alüvyon havzalar, bu kayalık tepeleri aniden keserek fayların devamlılıklarını, bağlantılarını gözlenemez hale getirmektedir. Bu yazıda, havza tortulları altında aniden kaybolan fayların izlenmesinde VLF yönteminin kullanılması ve verdiği sonuçlar konu edilmektedir. Bu çalışmada bölgede istediğimiz araştırma derinliğini sağlayan ve kararlı sinyal yayan İngiltere deki GBZ (19.6 khz) istasyonunun verisi kullanılmıştır. Bölgedeki faylar; birbirine paralel, aralı aşmalı çizgisel süreksizlikler oluşturduklarından, VLF sinyallerine seri bağlanmış iletkenler gibi tepki göstererek, doğrusal akımların (galvanik akımlar) VLF tepkisinin oluşumuna beklenenden güçlü bir katkıda bulunmasına neden olmuşlardır. ük yoğunluğunun her bir fayın yüzeyinde birikerek derişmesi, elektrik alanda da ardışık değişmelere neden olmaktadır. Bu durum, seçilen verici VLF anteni konumuna göre arazide ölçme doğrultusuna bağlı olan, H- uçlaşması durumunda, hem beklendiği gibi VLF-R, hem de beklenenin dışında VLF-EM cevabının, güçlü olabilmesine neden olmuştur. Arazideki fayların bu özel yapısal durumu, hem VLF-EM (tipper, manyetik alan sapması) hem de VLF-R (özdirenç ve faz) belirtilerin her ikisinin de H ve E uçlaşması durumları için değişimini detaylı olarak gözden geçirmemize tartışabilmemize yardımcı olmuştur. Bilimsel yazında iki boyutlu bir tek iletken yapının (fay, dayk v.b.) yer aldığı arazi çalışmaları ya da bu türden yapılar üzerindeki model çalışmaları, VLF-R cevabının H-uçlaşması durumunda, VLF-EM cevabının ise E-uçlaşması durumunda yüksek genlikli belirtiler verdiğini göstermektedir. Ardışık iletkenlerin olduğu FBFK bölgesi için, H-uçlaşması durumunda güçlü olan VLF-R cevabı daha da güçlenirken, VLF-EM belirtilerinin de güçlenebileceği gözlenmiştir. Bu yazıda bunun nedenleri tartışılmış ve akım toplanması etkisinin VLF cevabının oluşumundaki rolü incelenmiştir. Ayrıca, VLF yöntemi ile FBFK da, havza içlerinde yitmiş olan fayların devamlılığı ve konumları oldukça başarılı bir biçimde görüntülenebilmiştir. ABSTRACT In this study, very low frequency electromagnetic (VLF) survey was carried out across (FBFZ) to locate subsurface faults covered by basin fills. VLF parameters such as the apparent resistivity, phase, real and imaginary parts of tipper were obtained using GBZ, a well known radio station in England at Oxford, which give a strong signal in our survey area with a suitable frequency (19.6 khz) for our purposes. In this study, the direction of horizontal electric field is perpendicular to fault strike describing the H-polarization mode. Although this mode produces strong VLF-R (resistivity) response, we also obtained quite clear and characteristic VLF-EM anomalies along some of the survey profiles. The formation of VLF-R and VLF-EM responses with the contribution - 1 -
of the vortex and gathered (direct) currents, in E and H-polarization modes, is reviewed and VLF anomalies observed in FBFZ are discussed from this point of view. In FBFZ, current gathering anomalies become stronger in the presence of high conductivity contrast and in the presence of parallel fault branches separating the medium into parallel resistors. In these conditions, changing electrical charge at the contacts of faults cause successive variations in E-field. As a result VLF-R response is strengthened and also secondary magnetic field which causes VLF-EM anomalies may be enhanced, in H-polarization mode. Interpretation of resistivity, phase and tipper data with current density pseudosections, over our survey lines, showed the location of buried faults of FBFZ beneath the sedimentary covers of the basins. Anahtar Kelimeler: doğrusal akımlar, girdap akımları, VLF-EM ve VLF-R cevapları, E-uçlaşması Ve H-uçlaşması Key Words: Galvanic currents, eddy (vortex) currents, VLF-EM and VLF-R responses, E- polarization an d H-polarization GİRİŞ Jeofizikte, deniz altı haberleşmeciliğinde kullanılan ve 15-30 khz arasında elektromanyetik sinyaller yayan, VLF radyo vericileri kanyak olarak kullanılarak, elektromanyetik alan yöneyinin yatayla yaptığı eğim açısı ölçülür. VLF alıcıları ya yalnızca elektromanyetik alanın manyetik alanın düşey ve yatay bileşenlerini ölçen düzenekler olarak tasarlanır (bu durumda yöntem VLF-EM adını alır), ya da manyetik alan bileşenleri yanında elektrik alanın yatay bileşenini de ölçecek iki elektrik ucu da içeren düzenekler olarak üretilebilirler. Bu durumda elde edilen ölçmelerden yer özdirenci hesaplanabilir ve yöntem özdirenç (rezistivite) sözcüğünün ilk harfi ile anılarak VLF-R olarak anılır. Bütün diğer elektrik ve elektromanyetik yöntemler gibi VLF yöntemi de yeraltındaki yapıların elektriksel iletkenliğine hassastır. Fay kuşakları kestikleri kayaçlar civarında ufalanmış kırıklı çatlaklı bir bölge yaratırlar. Bu kuşağın içine dolan sular, fay civarında iletkenliğin artmasına neden olduğundan faylar, ve kırık sitemleri civarında VLF yönteminin başarılı sonuçlar verdiği bilinmektedir (amaguchi v.d., 001 Jeng v.d., 004, Sharma ve Baranwal, 005, Gürer v.d., 008). Günümüzde, iki boyutlu yapıların görüntülenmesinde, vericiden yayınan elektromanyetik alanının elektrik (E) alan bileşeninin jeolojik yapının ana eksenine paralel olduğu (E-uçlaşması) ve dik olduğu (H-uçlaşması) durumları için hem manyetik alan, hem de elektrik alan ölçmeleri yapmak mümkündür (Şekil 1a ve 1b). VLF yönteminin başlangıç yıllarında, yöntem VLF-EM olarak başlamış (yalnızca manyetik alan bileşenlerini ölçmeye dayalı), bu ölçmelere iyi cevap veren E- uçlaşması durumu ölçme doğrultusu olarak seçilmiştir. Bu durum için modellemeleri de kolaylaştırmak amacıyla VLF cevabının yalnızca Şekil 1b de verilen girdap (eddy, vortex ) akımları tarafından oluşturulduğu kabulü yapılmıştır. Klasik yazındaki bu kabule dayalı gösterimler günümüzde de, VLF yöntemini anlatan bütün kaynaklarda aktarım yoluyla yer bulmuştur. Dolayısıyla VLF-EM için E-uçlaşmasında ölçü ve belirti durumu genel bir durum algısının oluşmasına neden olmuştur. Oysa, VLF belirtileri H-uçlaşması durumu için tamamen galvanik akımlarla, E-uçlaşması durumu içinde çok önemli ölçüde galvanik akımlarla ve daha az bir ölçüde de girdap akımları ile yaratılmaktadır (Mc Neil ve Labson 1991). VLF yazınında var olan bu bilgi, yukarıdaki nedenle gölgede kalmıştır. Aslında, iki boyutlu (-B) iletken yapılar için en güçlü özdirenç ve faz cevabı (VLF-R için) H-uçlaşması durumunda elde edilirken, hem VLF-EM hem de VLF-R ile elde edilebilen manyetik alan sapması (tipper/eğim açısı ve eliptiklik) parametresi, E- uçlaşması durumu için güçlüdür. Klasik VLF yazınında eğim açısı ve eliptiklik olarak bilinen ve burada alan sapması olarak anacağımız VLF-EM cevabı tipper, yalnızca düşey bileşende oluşan ikincil manyetik alanın (Hz S ), toplam manyetik alanın yatay (Hy) bileşenine oranı olarak tanımlanır ki bu toplam alan içinde birincil alan ikincil alana baskındır. Dolayısıyla zaman zaman, VLF yazınında, yatay manyetik alan, birincil alanı ifade eden (P) harfiyle işaretlenerek Hy P olarak verilir. VLF yazınında çoğu durumda da Schilingram v.b. yöntemlerindeki açıklık kullanılmaz ve çoğu kez - -
ikincil ve birincil alan belirtilmeden, yalnızca yatay ve düşey alanlardan söz edilir. Biz burada, VLF için bir iletken civarında yatay manyetik alanın birincil alan baskın toplam alan bileşenini ifade ettiğini göstermek, yatay bileşeni Hy PT olarak adlandıracağız ve manyetik alan sapması olarak adlanan Hz S /Hy PT fonksiyonunun, VLF cevabını (hem VLF-EM hem de VLF-R için) oluşturduğunu ifade edeceğiz. VLF-R yöntemi için ise ek olarak özdirenç ve faz cevapları, VLF cevabı olarak elde edilmektedir. FBFK Fethiye den Burdur a kadar kesiksiz devam etmeyen, havzalar altında yiten aralı aşmalı ve oblik faylardan oluşur. Bu fay kuşağının derin ve sığ elektromanyetik görüntüleri manyetotelürik ve VLF yöntemleri ile elde edilmiştir (Gürer v.d., 004a; b ve Gürer v.d., 009). Bu yazının ana konusu Gürer v.d. (009) tarafından belirlenen VLF bulgularını tartışmaktır. FBFK nın sığ yapısının araştırılması amacıyla Oxford da yer alan ve 19.6 khz frekansında yayın yapan GBR anteni seçilmiştir. Bu antenin yaydığı EM alanın dalga cepheleri FBFK na paraleldir, yani E alanın yayınım yönü fay kuşağına diktir, dolayısıyla ölçüler H-uçlaşması durumunda yapılmıştır. H- uçlaşması durumunda manyetik alan değişimlerinin yarattığı elektromanyetik irkilmenin ihmal edilebilir düzeyde olması beklendiği için, H-uçlaşması durumunda VLF-R belirtileri güçlü olacağı halde, zayıf VLF-EM belirtilerinin oluşacağı düşünülür. Ancak, FBFK üzerinde yapılan çalışmalarda kimi koşulları gösteren alanlarda H-uçlaşması için de önemli VLF-EM belirtileri gözlemiş bulunuyoruz. Bu çalışmada havzaları örten tarım toprağı altında kalan fay kollarının yerlerini saptadık ve bunların hangi koşullar altında H-uçlaşması durumunda hem VLF-R hem de VLF-EM için güçlü cevaplar üretebileceğini tartıştık. ÖNTEM üksek frekansta (15-30 khz) yayın yapan çok güçlü askeri radyo vericilerinin sinyalleri deniz altına nüfuz edebildiğinden, askeri amaçlarla deniz altı haberleşmeleri için işletilmektedir. Bu sinyaller amaca uygun alıcılar üretilerek yer altı yapılarının saptanması ve görüntülenmesi için jeofizikçiler tarafından da kullanılır. VLF vericisi güçlü sinyaller yayan düşey bir antenden oluşur (Şekil 1a,b) ve EM dalga cepheleri buradan küresel olarak yayınarak binlerce km öteye ulaşırlar. Jeofizikte VLF ölçmeleri vericiden çok uzakta yapıldığından bu küresel dalga, gözlem aralığında düzlem dalga olarak algılanır. Dolayısıyla VLF yönteminde de nüfuz derinliği tüm uzak alan yöntemlerinde olduğu gibi alıcı verici aralamasından bağımsız olan nüfuz derinliği bağıntısıyla denetlenir. VLF için geliştirilen bütün cihazlar manyetik alanın yatay Hx ve/veya Hy, ve düşey Hz bileşenlerini ölçebilirler. Buna ek olarak bazı VLF cihazları elektrik alanın genlikle bir bileşenini (Ex veya Ey) ölçerler (bazı çok modern cihazlar ile iki yönde de E alan ölçülebilmektedir). Bu ölçmelerden manyetik alan sapması, özdirenç ve faz gibi değerlendirme ve yorumlamada daha kullanışlı parametreler hesaplanır. Bazı üretici firmaların VLF cihazları elektrik ve manyetik alan ölçmeleri ile birlikte (ya da sadece) ölçmelerden türetilen bu parametreleri sunar. erin VLF belirtisi oluşturması başlıca iki olguya dayanır. Bunlardan ilki, manyetik alanın yer iletkeni içinde serbest elektron ve iyonları irkilterek girdap akımları oluşturması, ikincisi de bazı durumlarda yatay elektrik alanın güçlenmesinden kaynaklı ohmik akımların iletkenler civarında toplanması sürecinin yarattığı manyetik alanlardır. Bu iki durum Şekil 1 de tanımlanmaktadır. Elektromanyetik dalgalar, alan yöneyleri yayınım yönlerine dik bir düzlemde, genellikle elips alanı süpürerek, dönerge hareketi ile yayınırlar. Alan yöneyinin ucunun dönerge hareketi yaparken süpürdüğü elipse uçlaşma elipsi denir. Ortamın iletkenliğine göre eliptikliği ve yayınım yönü üzerindeki iletkenin konumuna göre de uzun ekseninin doğrultusu değişir. Elektromanyetik dalganın manyetik alan bileşeni yöneyinin doğrultusunun değişimine manyetik alan sapması denir. Uçlaşma elipsinin uzun ekseninin yatayla yaptığı açı da eğim açısı olarak adlandırılır. Aşağıda görülebileceği gibi, alan sapması ve eğim açısı aynı olgunun farklı ifadeleridir. Manyetik alan sapması (tipper), düşey ve yatay manyetik alan bileşenleri (H Z, H X and H ) arasında aşağıdaki doğrusal bir ilişki tanımlar. H = T H + T H (1) Z X X - 3 -
Pek çok ticari VLF cihazı yatay manyetik alanı yalnızca bir yönde ölçmektedir. Bu durumda manyetik alan sapması (T) sayıl (skaler) olarak hesaplanır ve aşağıdaki bağıntıyla verilir. T = sca H H S Z PT () Burada Hz tamamen ikincil manyetik alandan kaynaklanmakta iken Hy birincil ve ikincil alanların yatay bileşenlerinin toplamından oluşur (Pedersen 00). Ancak ikincil alanın göreceli olarak küçük olması nedeniyle toplam alan üzerinde birincil alan katkısı çok daha büyüktür. er altında bir iletkenin olması halinde, serbest elektronların irkilmesi ile akan akımlar tarafından yaratılan ikincil alan birincil alanın üstüne bir faz açısıyla eklenir ve toplam VLF alanı eliptik uçlaşma gösterir. Uçlaşma elipsinin uzun ekseninin yatayla yaptığı açı eğim açısı α ve uçlaşma elipsinin kısa ekseninin uzun eksenine yüzde oranı eliptiklik olarak adlanır ve aşağıdaki gibi hesaplanır (Smith and Ward, 1974), S PT ( H / H ) cos Δφ ( ) Z S PT 1 H / H Z 1 1 α = ± tan (3) ve S PT H H sin Δφ Z ε = x100 ( yüzde) (4) H 1 ve faz farkı Δφ = φ Z S - φ PT Burada H 1 = H Z S e iδφ sinα + H PT cosα, φ Z S ve φ PT sırasıyla H Z S ve H PT nin fazlarıdır. İkincil manyetik alanın bileşenleri birincil alandan daha küçük olduğundan gerçel (H Zr S ) ve sanal (H Zi S ) cevapları eğim açısı (α) ve eliptiklikle (ε) ilişkilendirilebilir (Paterson and Ronka, 1971). ve Re (H Z S / H PT )=tan α x100 (yüzde) (5) Qu(H Z S / H PT )=ε x100 (yüzde) (6) Gerçel ve sanal bileşenler toplam VLF verici birincil alanının yüzdesi olarak ifade edilir. Bir meyil açısı yöntemi olarak VLF yönteminde uygulama; Birincil EM alan ve yeraltının tepkisi olarak oluşan ikincil EM alanın toplamının (toplam alanın) süpürdüğü uçlaşma elipsinin yatayla yaptığı açıyı ölçmektir. VLF yönteminde en az bir yönde ölçülen yatay manyetik alana (ya da alanlardan birine) dik olmak üzere bir elektrik alan da ölçülürse, birbirine dik yöndeki elektrik ve manyetik alanlar yardımıyla görünür özdirenç ρ a ve yatay elektrik ve manyetik alanlar arasındaki faz açısı φ frekansın bir işlevi olarak aşağıdaki gibi tanımlanabilir. - 4 -
1 E X ρ a = (ohm m) Cagniard (1953) (7) ωμ 0 H ve Im( E / ) = tan 1 X H φ (derece), (8) Re( E X / H ) burada ω açısal frekans ve μ 0 serbest havanın manyetik geçirgenliğidir. Akım oğunluğu VLF meyil açısı verisi genelde nitel olarak yorumlanır. Meyil açısının pozitiften negatife geçtiği dönüm noktasının kütlenin yerini belirttiği yorumu yapılır. Veri sunumu grafik olarak yapıldığında belirgin olan bu sıfır dönüm noktası, sunum harita olarak yapıldığında çoğu kez belirgin olarak izlenememektedir. Bu sorunun çözümünde süzgeçleme yöntemi kullanılır. Aslında VLF de kullanılan süzgeçler eğim açısı verisini 90 0 kaydıracak biçimde düzenlenmiştir. ani o dönüm noktaları 90 0 lik eğim açısına dönüşür ve en büyük tepe noktaları oluşur. Bu amaçla VLF verisine uygulanan süzgeçlerden en yaygın kullanılanlarından biri Karous ve Hjelt (1983) tarafından önerilen aşağıdaki doğrusal süzgeçtir. = 0.10 H 3 0.059 H + 0.56 H 1 0.56 H1 + 0.059 H 0. H 3 (9) F0 10 Karous Hjelt (1983) yöntemi kullanılarak yeraltında -B akım dağılımından kaynaklanan manyetik alanları tanımlamak da mümkün olur. Bu durumda VLF verileri akım yoğunluğu cinsinden derinlik kesiti olarak görüntülenebilir. Karous Hjelt (1983) yöntemi ile akım yoğunluğu hesabı için Biot- Savart kanunundan yola çıkılır. Bu araştırmacılar yer altı akım dağılımı için integral denklemini çözmek amacıyla doğrusal süzgeç kuramını kullanırlar. er altı akım dağılımının, akım yoğunluğunun değiştiği ince yatay levhalar içinde oluştuğunu varsayarak, ölçme istasyonlarının aralığına eşit derinliklerde bu dağılımı hesaplarlar. Akım yoğunluğunun yeraltındaki dağılımı yukarıda verilen altı noktalı filtre kullanılarak aşağıdaki gibi hesaplanır. Δz I π a ( Δx / ) = 0.10H-3-0.059H - + 0.561H -1-0.561H1 + 0.059H - 0.10H3 (10) Burada Δz akım levhasının kalınlığı, Δx veri noktaları arası uzaklık ve aynı zamanda akım levhasının H değerleri normalleştirilmiş düşey manyetik alandır. Farklı kalınlıktaki (yüzeyden itibaren farklı derinlikteki) akım yoğunluğu dağılımları VLF ölçme hattı boyunca hesaplanarak, veri bir kesit olarak sunulabilir. VLF Akım toplanması Akım, iletkenliği farklı olan iki bölgeden birini terk edip diğerine girerken (örneğin düşey sınırları olan fay v.b iki bölge) akım yoğunluğu çizgilerinin, bir yoğunluktan diğerine doğru yeniden düzenlenmesi olayına akım toplanması denir (Jones, 1983). H-uçlaşması durumu için, birincil alanın dalga cephelerine paralel ve alanın ışınsal yayınım doğrultusuna dik olan iletkenlerin VLF-R cevabı, akım toplanması olayı tarafından oluşturulur. Ohm kanuna göre ışınsal alanlar, iletken ortamlarda kuvvetlenen ancak başka her yerde zayıf olan ışınsal galvanik (doğrusal) akımlar üretir. - 5 -
H-uçlaşması durumunda, ardışık dizilmiş iletkenlerin VLF-R cevabı galvanik akımları güçlendiren seri bağlanmış dirençler gibi davranır. Bu durumda, yayınan dalganın I sabit şiddetine sahip bir kaynak gibi davrandığı düşünülürse, değişken dirençler gibi davranan yerdeki kayıplar IR gerilim azalması ile tanımlanabilir. Mademki R direnci küçük de olsa, büyük de olsa I akımının genliği üzerinde etkisi yoktur, o halde gerilimin genliği (yani bu yüzey yükleri) E y alanı, farklı özdirence sahip bölgelerde, yerel güç akışını dengeleyebilmek için kendini yeniden ayarlar (McNeill ve Labson, 1991). Şekil 1a da görüldüğü gibi, bir EM dalga yer yüzeyinde yayınırken, toplam elektik alanın E y bileşeninin genliği dirençli bölgelerde artar, iletken bölgelerde azalır. Buna bağlı olarak akım yoğunluğu alan çizgilerinin yeniden düzenlenmesi, iki bölgeyi ayıran düşey süreksizliklerin yüzeyinde yük birikmesine neden olur. Bu yüzey yükleri yer değiştirme alanının normal bileşeninde bir saçılma oluşturur ve komşu bölgelerdeki elektrostatik alanlarla ilişkilidir (iletkenlikleri σ 1, σ, σ 3 olan, 1.,., ve 3. bölgeler). Böylece y doğrultusunda uygulanan bir E 0 elektrik alanı, sırasıyla σ 1, σ bölgelerindeki, E 1y tarafından azaltılır ve E y tarafından artırılır (Price 1973, Jones 1983). İki bölge arasında değişen karşıt yönlü elektrostatik alan ikincil elektromanyetik alanları oluşturur. Derinliği sonlu, düşey iletken bir dayk için akım toplanması etkisi, E-uçlaşmasına eşdeğer bir yapay kaynak durumu için akım kanallanması sayısı adı ile Edwards ve Nabighian (1981) tarafından verilmiştir. Jones (1983) bu yararlı kavramı uygulamalı EM kuramına alarak uzak alan kaynaklı yöntemler için uyarlamıştır. Belli bir frekansta irkilim etkin alanı, çevre kayaç içindeki nüfuz derinliği (δ h ) ile ilişkilidir. -B bir daykın akım toplanma sayısı aşağıdaki gibi verilmektedir. α wh σ =. (11) δ h σ 1 Burada daykın iletkenliği σ, genişliği w, kalınlığı h, çevre kayacın iletkenliği σ l olarak verilmektedir. Bu bağıntı, çevresindeki w genişliğine sahip ufalanma ve ezilme alanı ile iki boyutlu bir iletken yapı oluşturan fay kuşakları için akım toplanması etkisinin doğasını anlamakta da kullanılabilir. Görüldüğü gibi, iki boyutlu iletken yapı ve çevre kayaç arasındaki iletkenlik karşıtlığı, akım toplanması etkisini arttırmaktadır. Akım toplanması olgusunun doğurduğu doğrusal (ohmik, galvanik) akımlar ile girdap akımlarının, farklı uçlaşma konumları için, VLF tepkilerinin oluşumundaki katkısı farklıdır. VLF-EM uygulamalarının ilk yıllarında kolaylık olması için hedef iletkenin boşlukta durduğu ve tekdüze yatay bir manyetik alana maruz kaldığı kabul edilirdi. Bu durumda girdap akımları VLF-EM belirtilerinin ana kaynağı olarak ele alınır ve cevabın yalnızca irkilim sayısı ile denetlendiği kabulü yapılırdı (Mc Neil ve Labson 1991). Bununla beraber yer sınırlı iletkenlik değerine sahip olduğundan, birincil ışınsal elektrik alanın da küçük bir bileşeni oluşur. İyi iletken kütle sonlu iletkenlik değerine sahip bir ortam tarafından çevreleniyorsa, eddy (girdap) akımları VLF cevabının oluşmasında aslında küçük bir role sahiptir (Mc Neil ve Labson 1991). Bu durumda, birincil elektrik alan yarı sonsuz ortam içinde akım akışı oluşmasına neden olur. Bu akımlar iletken hedef kütle civarında toplanırlar. Toplanarak iletken kütle içersiden, kütle boyunca akan doğrusal (galvanik) akımların ve kütle içersinde kapalı yollar çizerek akan girdap akımlarının cevabı, ikincil manyetik alanda önemli farklara neden olur (Şekil 1b). Ana kayanın çok dirençli olması hali dışında, girdap akımlarının akışı ihmal edilebilir. Bu durumda E-uçlaşması hali için ölçülen VLF cevabının (ikincil manyetik alanın) tamamı galvanik (doğrusal) akım bileşeninden kaynaklanır. E-uçlaşması durumunda manyetik alan değişimleri VLF-EM cevabını oluşturur. H- uçlaşması durumunda ise elektrik alan değişimleri VLF-R belirtilerini oluşturur. Düşey bir iletken dayk civarındaki manyetik alan değişimleri ve elektrik alan değişimlerinin ana sebebi akım toplanması mekanizmasıdır. Fisher v.d. (1983) tarafından yapılan bir model çalışması, iletken bir daykın üzerinde görünür özdirenç değerinin, E-uçlaşması durumu için H-uçlaşması durumu için elde edilenden daha büyük olduğunu göstermiştir. Tam tersine E-uçlaşması için fazın daha düşük olduğu gözlenir. H-uçlaşması durumunda daykın tam üstündeki özdirenç düşüşü çok daha belirgin ve büyük genliklidir (Şekil ). Dolayısıyla, VLF-R cevabında kuvvetli özdirenç belirtilerinin H- uçlaşması durumunda oluşması beklenir. - 6 -
TARTIŞMA Veriler Scinrex EDA-OMNI cihazı ile İngiltere deki GBZ (19.6 khz) istasyonu sinyali kullanılarak toplanmıştır. Bu istasyonun sinyali ölçme bölgemiz için oldukça güçlü ve kararlıydı. FBFK nın ana ekseni bu istasyon (bundan yayınan E alan) ile farklı ölçme hatları ile K55 0 D ve K95 0 D arasında olmak üzere açılar yapacak biçimde ölçmeler alınmıştır. VLF kuramı ve model çalışmaları hem VLF-EM (Hz S /Hy PT ) ya da eğim açısı ve eliptikliğin sanal ve gerçel bileşeni) hem de VLF-R (özdirenç ve faz) parametrelerinin tamamının E-uçlaşma ölçmeleri ile elde edilebileceğini göstermiştir (Mc Neil ve Labson, 1991, Fisher v.d.). Düşey bir dokanak üzerindeki manyetik alan değişimleri H-uçlaşması durumunda ihmal edilebilir düzeydedir. Bu nedenle iletkeni saptamak için sadece yatay elektrik alan değişimlerinden ve bununla ilişkili olan VLF-R parametrelerinden yararlanmak mümkündür (Mc Neil ve Labson, 1991). Ölçmeleri hem E hem de H uçlaşmaları durumlarında yapmak tabii ki yararlıdır. Ancak, akademik nitelikli bazı cihaz denemeleri hariç, piyasada güncel olarak kullanılan VLF cihazları tek yönde E alan ölçmek üzere tasarlanmıştır. Bu da her iki yönde birden ölçü yapmayı pratik olmaktan çıkarır. Günümüzde VLF ölçmelerinin çok büyük bir bölümü E-uçlaşması durumunda yapılmaktadır. Bizim çalışma alanımızda ise, amacımıza uygun frekans ve kararlılıkta yayın yapan vericiler araştırdığımız yapının doğrultusuna göre H-uçlaşması durumunda yayın yapmaktaydılar. Bu çalışmada, seçtiğimiz istasyon GBR ile fay kuşağımız arasında, farklı araştırma alanlarımızdaki farklı hatlar için 55-95 derece arasında bir açı bulunmaktadır. Bu durumda, ölçmelerimiz H- uçlaşması durumunda yapılmıştır ve buna rağmen bazı koşullar sağlandığında, beklenmedik biçimde bu uçlaşma için kuvvetli VLF-EM cevabı ve belirtileri gözlenmiştir. Bu cevap, H-uçlaşması için zaten kuvvetli olması beklenen VLF-R belirtileriyle de uyumluydu. Arazide ölçülen farklı hatlar için elde edilen sonuçların büyük bir bölümü (Gürer v.d., 009) sınıflanarak yayınlanmıştır. Biz burada bazı hatlar boyunca H- uçlaşması için hem VLF-R (özdirenç ve faz) hem de VLF-EM (% Hz S /Hy PT ) nin gerçel ve sanal bileşenleri) tepkilerinin uyumlu bir biçimde birlikte oluştuğunu, bazı hatlar için ise beklendiği gibi yanlıca VLF-R belirtilerinin elde edilebildiğini söyleyerek her iki durum için birer örnek sunacağız ve bu durumun nedenini tartışacağız. Beklenmedik biçimde, H-uçlaşmasında da kuvvetli VLF-EM cevabı veren ilk grup verinin toplandığı alanların ortak yapısal özelliği fayın ölçme hattı boyunca birden fazla kola ayrılmasıdır. Ortak elektriksel özelliği ise, fay çevresindeki ezilme alanının iletkenliği ile fayın kestiği birimlerin iletkenliğinin önemli bir farka sahip olması, bir başka deyişle yüksek iletkenlik karşıtlığına sahip olmasıdır. FBFK civarında yaptığımız ölçmeler için fayın paralel kollar halinde belirdiği ve çevreleyen ortamla en yüksek iletkenlik karşıtlığı oluşturduğu assıgüme civarındaki SG hattında ölçülen VLF verilerini ilk gruba örnek olarak sunacağız. İkinci grup ise fayın tek kol halinde bulunduğu ve çevresiyle görece olarak düşük iletkenlik karşıtlığı gösterdiği ve/veya fayın çevresindeki iletkenliği çok yükseltmediği orta derecede iletken kuşak oluşturduğu alanlarda alınan ölçmelerdir. Bu ölçmelere Malkayası civarındaki MK hattı boyunca alınan VLF ölçmeleri örnek verilebilir. Verici anten konumu ve fay doğrultusu arasındaki açı, SG için 95 0 MLK için 55 0 derecedir. SG hattı Bu hat boyunca FBFK nın yüzey jeolojisinde gözlenen iki kolu havzanın içinde assıgüme civarında kaybolmaktadır (Şekil 3a). VLF ölçme hattı 80 m uzunluğunda ve faya dik konumdadır. Ölçümler, fay doğrultusu ile vericiden yayınan elektrik alanın ilerleme yolu arasında 95 0 bir açı olduğundan ölçme H-uçlaşması durumunda yapılmaktadır. VLF verileri 10 m aralıklarla ve elektrik alan ölçmeleri içinde 10m dipol boyu kullanılarak yapılmıştır. Ölçme hattının 140. metresinde VLF- R tepkisi özdirençte aniden 30 ohm m den 3 ohm m ye düşmüştür ve aynı noktada fazda ani artış gözlenmiştir(şekil 3b,c). Bu, H-uçlaşması durumu için tanımlayıcı bir VLF-R fay belirtisidir. Bu durumda fay ve çevresi arasındaki iletkenlik karşıtlığı, görece olarak yüksektir ve σ /σ 1 =10 birimdir. VLF-EM verisi de, aynı noktada tipik bir fay cevabı oluşturmaktadır ve veri 140. m de artı değerlerden eksi değerlere geçecek biçimde bir sıfır dönüm noktası oluşturmaktadır (Şekil 3d). Aynı şekilde, manyetik alan sapmasından elde edilen akım yoğunluğu kesiti de, fayın yerini belirgin bir sınırla göstermektedir (Şekil 3e). Bilindiği gibi VLF eğim açısı ve eliptiklik (manyetik alan - 7 -
sapması) belirtileri E-uçlaşması için düşey iletkenlerin tam üstünde bu tipik sıfır dönüm noktası oluşturur. Ancak manyetik alan sapması belirtisi kuramsal olarak, ölçmelerimizin yapıldığı H- uçlaşması durumunda beklenmemektedir. Bu arazi cevapları, akım toplanması etkisinin H- uçlaşması durumunda, beklenen VLF-R (özdirenç, faz) cevapları ile birlikte beklenenden güçlü VLF-EM (alan sapması) cevabı da üretmektedir. Bu hat boyunca görece yüksek iletkenlik karşıtlığı (σ /σ 1 ), akım toplanma sayısının (11 bağıntısı) iletkenlik karşıtlığı arttıkça artacağı bilgisiyle değerlendirilmelidir. Akım toplanma etkisini arttıran, sınırlardaki elektrik yük birikimindeki değişim, elektrik alanı değiştirirken manyetik alanı da değiştirmektedir. Bu değişim de muhtemelen beklenmedik şekilde VLF-EM alanının güçlü olmasına neden olmalıdır. MK hattı Malkayasında yüzey jeolojisinde izlenen tek parçalık fay kolu (Şekil 4a) komşu Neojen havzanın içine girerek kaybolmaktadır. MK hattı 90 m uzunluğunda ve faya dik konumdadır (Şekil 4a). Ölçümler, fay doğrultusu ile vericiden yayınan elektrik alanın ilerleme yolu arasında 55 0 bir açı olduğundan ölçme ağırlıklı olarak H-uçlaşması durumunda yapılmaktadır. VLF verileri 10 m aralıklarla ve elektrik alan ölçmeleri içinde 10m dipol boyu kullanılarak yapılmıştır. Ölçme hattının 55. metresinde VLF-R tepkisi özdirençte aniden düşme ve faz tepkisinde de aniden artma ile tipik bir VLF-R, H-uçlaşması belirtisi elde edilmiştir (Şekil 4b,c). Malkayası civarında çevre kayaç gibi fay kuşağında da özdirenç nispeten yüksektir (100-500 ohm.m). Bu durumda fay ve çevresi arasındaki iletkenlik karşıtlığı da görece olarak SG hattındakinden düşüktür ve σ /σ 1 =5 birimdir. MK hattının 140. metresi civarında VLF-EM belirtisinin sanal bileşeni bir sıfır dönüm noktası oluşturur (Şekil 4d).Hattın 140. metresi civarında akım yoğunluğu kesiti de VLF-EM belirtisine dayalı olarak hesaplandığı için bir değişim oluşturmaktadır (Şekil 4e). Bu hat boyunca beklendiği gibi belirgin bir özdirenç faz belirtisi 55.m de oluştuğu için fayın bu bölgeden geçtiği söylenebilir. Bu hatta elde edilen diğer zayıf VLF-EM tepkileri ve sıfır dönüm noktaları bu hat boyunca fay doğrultusu ile VLF elektrik alan yayınım doğrultusu arasındaki açının tam bir H-uçlaşması durumundan yaklaşık 30 0 sapma göstermesinden kaynaklanıyor olabilir. Gözlenen zayıf VLF-EM cevapları, sinyalin, H- uçlaşmasından bir ölçüde sapması ve E-uçlaşması durumunda bir bileşene sahip olmasına bağlanabilir. Zaten bu hatta SG hattındaki gibi, fayın yeri, çok net ve birbirine uyumlu VLF-EM ve VLF-R cevaplarının her ikisiyle birden de işaretlenmemiştir. Bu daha öncede belirtildiği gibi H- uçlaşması için beklenen durumdur. Bu alanda fayın tek kol olması, iletkenlik karşıtlığının, düşük olması, fay kuşağının kendisinin de çok iletken bir bölge oluşturmayıp, orta iletkenlikte olması, akım toplanma etkisinin zayıf olmasına neden olmuştur. SONUÇLAR Bu çalışmada FBFK üzerinde çeşitli ölçme hatlarında, fayın havzalar altındaki devamlılığını görüntülemek amacıyla H-uçlaşması durumunda VLF ölçmeleri alınmıştır. Bazı hatlar boyunca, H- uçlaşması durumundaki ölçmelerimiz için hem beklendiği gibi kuvvetli VLF-R hem de beklenmedik biçimde oldukça güçlü VLF-EM belirtileri elde edilmiştir. Bu durum akım toplanması etkisinin devreye girerek VLF-EM cevabının oluşumuna katkıda bulunduğunu düşündürmüş ve galvanik akımların ve girdap akımlarının VLF belirtilerinin (her iki uçlaşma durumunda da) oluşumuna katkısı yazı içinde incelenmiş ve tartışılmıştır. H-uçlaşması durumundaki beklenmedik VLF-EM cevaplarının oluşum koşulları incelendiğinde iki durum izlenmiştir. Bunlar; 1) paralel olarak konumlanmış birden fazla fay kolunun varlığı, ) fayların bazı alanlarda çok iletken olması ve daha da önemlisi çevre kayaçla büyükçe bir iletkenlik karşıtlığı oluşturmasıdır. Bağıntı (11) iletkenlik karşıtlığının artmasının, akım toplanma etkisini artıracağını zaten kuramsal olarak göstermektedir. Bu durum, çevresi ile yüksek özdirenç karşıtlığı gösteren fayların seri bağlanmış iletkenler gibi davranarak akım toplanması etkisini arttırması ile açıklanabilir. Böylece, ardışık fay yüzeylerinde zamanla yük birikmesi süreci gerçekleşir ve bu da elektrik alanda değişimlere neden olur, dolayısıyla değişken elektrik alan değişken bir manyetik alanı da yaratarak önemli bir manyetik alan sapması (VLF-EM) belirtisi elde etmemize neden olabilir. Bu çalışma ayrıca havza tortuları altında yiten fayların konumlarının VLF yöntemi ile izlenebileceğini göstermektedir. - 8 -
TEŞEKKÜR Bu yazıya konu olan ölçme ve değerlendirmeler, TÜBİTAK 10054 ve İstanbul Üniversitesi Araştırma Fonu 1781/11001, BEKADEP-159/50599 numaralı proje destekleri ile gerçekleşmiştir. Jeolojik gözlemlerde katkısı için Dr. Muzaffer Özburan a ve ölçmelere desteği için Mert Özkan a teşekkür ederiz. KANAKLAR Cagniard, L., 1953, Basic theory of the magneto-telluric method of geophysical prospecting: Geophysics, 18, 605-635. Edwards, R. N. ve Nabighian, M. N., 1981. Extensions of the Magnetometric Resistivity (MMR), Method: Geophysics 46, 459460. Fischer, G., Le Quang, B.V., Müller, I., 1983. VLF ground surveys, a powerful tool for the study of shallow two-dimensional structures: Geophysical Prospecting, 31, 977-991. Gürer, A., Bayrak, M. ve Gürer, Ö.F., 009, A VLF survey using current gathering phenomena for tracing buried faults of Fethiye Burdur Fault Zone, Turkey: Journal of Applied Geophysics, 68, 437-447 Gürer, A. Bayrak, M., Gürer, Ö.F. ve ılmaz Şahin, S. 008, Delineation of weathering in Çatalca granite quarry with Very Low Frequency (VLF) electromagnetic method:.pure and Applied Geophysics, 165, 49-443 Gürer, A., Bayrak, M., ve Gürer, Ö.F., 004a. Magnetotelluric images of the crust and mantle in the southwestern Taurides, Turkey: Tectonophysics, 391, 109-10. Gürer A., Bayrak M., Gürer Ö.F., İlkışık O.M, 004b. The deep resistivity structure of southwestern Turkey: Tectonic implications: International Geology Review, 7,655-670 Jeng,., Lin, M.J., ve Chen, C.S., 004. A very low frequency-electro-magnetic study of the geoenviron-mental hazardous areas in Taiwan: Environmental Geology, 46, 784-795. Jones, A. G.,1983. The Problem of Current Channeling: A Critical Review: Geophysical Surveys 6, 079-1 Karous, M., ve Hjelt, S. E., 1983. Linear filtering of VLF dip angle measurements: Geophysical Prospecting, 31, 78-794. McNeill, J. D., ve Labson, V. F., 1991. Geological mapping using VLF radio fields (Ed. Nabighian, M.N.): Electromagnetic Methods in Applied Geophysics, V, Application, Part B, 51-640. SEG, Tulsa. Paterson, N. R. ve Ronka, V., 1971. Five years of surveying with very low frequency electromagnetic method: Geoexploration, 9, 7-6. Pedersen, L.B., 00. Measurements with the VLF instrument: Technical Short Note, Department of Earth Sciences, Uppsala University Price, A. T., 1973. 'The Theory of Geomagnetic Induction: Phys. Earth Planet. Inter. 7, 7-33. Sharma, S.P., ve Baranwal, V.C., 005. Delineation of groundwater-bearing fracture zones in a hard rock area integrating very low frequency electromagnetic and resistivity data: Journal of Applied Geophysics, 57, 155-166. Smith, B.D., ve Ward, S.H., 1974. On the computation of polarization ellipse parameters: Geophysics, 39, 867-869. - 9 -
amaguchi, S., Murakami, T., ve Inokuchi, H, 001. Resistivity mapping using the VLF-MT method around surface fault ruptures of the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake, Japan: The Island Arc, 10, 96-305. - 10 -
H x E z E y E z y x yapı doğrultusu y y H x E y E z H x E y Akım akışı sayfanın dışına doğrudur (a) Akım akışı sayfanın içine doğrudur E z H y E x ayınım doğrultusu (b) VLF Alanı Dalga cepheleri eddy (girdap) akımları İletken Galvanik (doğrusal akımlar) Şekil 1 a) H-uçlaşması durumu, VLF anten konumu E alanın ışınsal yayınım yönü jeolojik yapının uzanımına diktir. Bu durum irkilme cevabının en küçük olduğu ve akım toplanma etkisinin, doğrusal akımın, en büyük olduğu durumdur (Price 1973, McNeil ve Labson 1991den uyarlama ile). b) E- uçlaşması durumu VLF anteni ve elektrik alan yayınım doğrultusu jeolojik yapının uzun ekseni ile aynı doğrultudadır. Bu durum irkilme cevabının daha büyük olduğu ve akımın doğrusal akış deseninde VLF cevabına katıldığı bir durumdur (Gürer v.d., 009). - 11 -
Şekil: Dirençli bir çevre kayaç içinde iletken -B bir daykın, E ve H uçlaşması durumları için faz ve özdirenç tepkisi, artı işaretli eğri E-uçlaşmasını, yıldız işaretli eğri H-uçlaşmasını temsil etmektedir (Fisher v.d., 1983). - 1 -
AÇIKLAMA Kuvaterner alüvyon Ölçek 0 Km Pliyo-Kuvaterner konglomera Traverten GBZ 19.6 khz Pliyosen konglomera, kumtaşı Kretase melanj (a) + - assıgüme X X- VLF hattı (b) App.Res.(ohm m) 1000 100 10 (c) (d) Phase (deg.) 1 180 165 150 135 10 105 90 75 60 45 30 15 % 45 30 15 0 real imaginary (e) Depth (m) -15-30 % 0 0 40 60 80 100 10 140 160 180 00 0 40 60 80 D i s t a n c e (m) -10 % -0-30 -40 real Şekil 3. a) SG hattının jeolojik harita üzerine şematik yerleşimi, b)gözlenen VLF-R görünür özdirenç c)faz değerleri d) İrkilen ikincil düşey manyetik alanın birincil toplam manyetik alanın yüzdesi cinsinden (manyetik alan sapması % H z S /H y PT ) gerçel ve sanal bileşenleri e) Gerçel bileşenden elde edilen akım yoğunluğu kesiti. En üsteki daire içindeki artı işareti alan sapmasının sıfır dönüm noktasını işaret etmektedir (Gürer v.d., 009). VE :1 % 50 40 30 0 10 0-10 -0-30 -40-50 -60-13 -
GBZ 19.6 khz X + - Mal kayası AÇIKLAMALAR Kuvaterner alüvyon Kuvaterner alüviyal fan Oligosen çakıltaşı, kumtaşı Kretase ofiyolit Ardıçlı Ölçek 0 Km BURDUR GÖLÜ Triyas kireçtaşı X- VLF hatt ı 1000 (b) App.Res.(ohm m) 100 10 60 (c) Phase (deg.) 45 30 15 15 0 (d) (e) % Depth (m) -15-30 -45 real imaginary -60 0 0 40 60 80 100 10 140 160 180 00 0 40 60 80 300 D i s t a n c e (m) % -10 9 8 7 6-0 5 real VE :1 4 3-30 1 0-40 -1 Şekil 4: a) MK hattının jeolojik harita üzerinde şematik yerleşimi, (b),(c),(d), (e) açıklamakları Şekil 3 de verildiği gibidir (Gürer v.d., 009). - 14 -