SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-4 DOÇ.DR. HÜSEYİN TUR
SİSMİK YÖNTEMLER Sismik yöntemler yer altındaki jeolojik tabakaların durumlarını saptamada elastik dalgaların, arz içerisinde yayılması ile ilgili fizik prensiplerine dayanır. Uygulamalı sismikte, dalgaları üreten bir enerji kaynağı, yeryüzüne bir düzen içinde yerleştirilmiş bir seri alıcıya ve bu alıcılara gelen dalgaları kaydeden ölçüm aletine gerek vardır. Bu düzen içinde temel prensip, enerji kaynağından yayılan ve alıcılara gelen dalgaların zamana karşın amplitüdlerinin kaydedilmesidir. Sismik yöntemler, kaynaktan yayılan sismik dalgaların takip ettiği ışın yollarına göre Sismik Yansıma (Reflection), Sismik Kırılma (Refraction) olmak üzere iki genel bölüme ayrılır. Bunlardan Sismik Yansıma Yöntemi yeraltının iki veya üç boyutlu, ayrıntılı yapısal ve stratigrafik kesitinin elde edilmesinde kullanılır.
Sismik Yansıma Yöntemi, ekonomik olarak petrol ve doğal gaz araştırmalarında, kömür yatağı araştırmalarında, mühendislik amaçlı olarak kıyı tesislerinin denizaltı zemin ve çökel istif şartlarının belirlenmesinde, liman, karayolu, baraj ve büyük yapıların inşası ile ilgili temel kaya problemlerinin çözümünde, kültürel olarak arkeojeolojik çalışmalarda bilimsel amaçlı olarak kara ve denizde yerkabuğu araştırmalarında kullanılmaktadır. Sismik Kırılma Yöntemi, veri toplama ve değerlendirme açısından oldukça pratik, hızlı ve ekonomik bir yöntemdir. Diğer önemli bir özelliği ise dalga yayınım hızının derinlikle arttığı tabakalı ortamlarda, tabakaların hızlarının ve derinliklerinin yeterli bir doğrulukla bulunmasını sağlar. Sismik Kırılma Yöntemi, yeraltı suyu araştırmalarında, mühendislik amaçlı zemin etütlerinde, özellikle deprem tehlikesinin beklendiği yörede sismik tehlike araştırmalarında yatay ve düşey yönde herbir katman için sismik hızların belirlenmesi ve gerçek tabaka kalınlıkları ve bunların dinamik özelliklerinin elde edilmesinde kullanılmaktadır.
Sismik Yansıma Yöntemi çalışmalarını üç aşamada toplamak mümkündür. 1-Arazide sismik verilerin toplanması, bu verilerin arazide kalite kontrol işlemine tabi tutulması, düşük (sinyal / gürültü) oranı olan sahalarda S/G oranını artırıcı parametre tayini ve modelleme çalışmalarının yapılması 2-Verilerin ofiste bilgisayar ortamında veri toplama amacına uygun olarak 2B/3B kara/deniz işleme tabi tutulması (Sinyal / Gürültü oranı düşük sahalarda veri kalitesini arttırıcı proses, yüksek ayrımlı sismik veri prosesi, kömür aramacılığına yönelik özel veri işlem vs) 3-Verilerin yorumlanması ( Kömür amaçlı sismik verilerin yorumlanması, yeraltı, kömür Yayılımının 3 Boyutlu görüntülenmesi, Jeotermal sahalarda fay geometrisi ve temel kayanın tespiti, kuyu bilgilerinin sismik veri ile birleştirilmesi vs.)
SİSMİĞİN TEMEL YÖNTEMLERİNİN KIYASLANMASI SİSMİK KIRILMA SİSMİK YANSIMA - Hız kontrastı( farklılaşması) esastır. - Hız ve yoğunluk kontrastı esastır - Kabuk araştırmaları ve mühendislik - - Petrol, doğal gaz ve jeotermal jeofiziğinde kullanılır (tabaka kalınlıkları ve P ve S dalga hızları ve bunlardan elastik parametrelerin hesabı) aramalarında ve görüntülenmesinde kullanılır (genel olarak). Bunun dışında mühendislik uygulamalarında, stratigrafik incelemede ve iklim değişimlerinin araştırılmasında kullanılmaktadır. - Alçak frekanslı kaynak gerektirir (Düşük - Yüksek frekanslı kaynak gerektirir frekans bandı).daha az sayıda alıcı (kanal) kullanılır ( 10 Hz). ( 0-10.000 Hz; hatta sığ çalışmalarda 40.000 Hz). Daha çok sayıda alıcı kullanılır. - Veri işlem adımları azdır yada hiç yoktur. - Çok sayıda veri işlem adımı gerektirir.
DOĞRUSAL SİSTEMLER Herhangi bir sistem aşağıdaki koşulları sağlıyorsa bu sisteme doğrusal sistem denir. 1) Toplama özelliği : Eğer söz konusu sistem x1(t) giriģ verisiyle y1(t) çıkışını ve x2(t) giriş verisiyle de y2(t) çıkışını veriyorsa aynı sistemin x1(t) + x2(t) giriş verisi için y1 (t) + y2 (t) çıkışını vermelidir. Bu koşula göre, doğrusal düzeneklerde giriģ verilerini toplayarak, sisteme giriģ olarak verildiğinde elde edilen çıkış, giriş verileri ayrı ayrı verildiğinde elde edilen çıkışların toplamına eşdeğerdir.
2) Çarpım özelliği : Bir doğrusal sistemin giriş verisi herhangi bir katsayıyla çarpıldığında çıkış verisi de aynı katsayı ile çarpılmış olur. Yani,
3. Sistemin girişindeki gecikme aynen çıkış verisinde de gözlenir.
Buna göre, doğrusal sistemlerde sistemin karakteristiği ve özellikleri zamanla değişmez. Doğrusal sistemler zamandan bağımsızdır. Doğrusal sistemlerde sisteme giren ve çıkan olaylar arasında doğrusal bir ilişki vardır. giriş ve çıkış arasında bu ilişki konvolüsyon (evrişim) ilişkisidir. Yerküremiz bir takım olaylara karşı bir doğrusal sistem gibi davranmaktadır. Yerkürenin diğer bir özelliği de zaman-bağımsız (timeinvariant) olmasıdır. Buna göre bir uyarı ne zaman yapılırsa yapılsın aynı cevap alınacaktır (Örneğin koşullar değişmediği sürece aynı noktada değişik zamanlarda yapılacak ölçümlerde elde edilecek sonuç hep aynıdır). Zaman-bağımsız ve doğrusal sistemler süperpozisyon ilkelerine uyarlar(süperpozisyon; bir sitemde iki farklı olay birbirini etkilemiyor ve ayrı ayrı ele alınarak incelenebiliyor ise bu iki olayın üst üste bindirilmesidir; örneğin sismik dalgaların farklı sinüzoidlerin toplamından oluştuğu düşünüldüğünde iki veya daha fazla dalganın uzayda bir yerde üst üste gelmesi olayı süperpozedir). Sismik iz doğrusal bir sistem çıkışı olarak düşünülebilir.
Yer, sismik enerjinin yayılımında bir filtre gibi davranır G(t) * F(t) = H(t) Kaynak * Yer = Sismogram Dalgacığı Yansıma Katsayıları
Tek bir sismik iz SİSMİK İZ
Sismik iz analog veya sayısal olabilir.
SİSMOGRAM Çok sayıda (yüzelerce hatta binlerce) sismik izin birleşimi Sismik izlerin bütünü Yansıtıcı yüzey(reflektör) çift seyahat zamanına sahiptir. Yansıtıcı yüzey bir dalgacık gibidir.
HIZ VE YOĞUNLUKLARI FARKLI İKİ ORTAMIN SINIRINA GELEN P DALGASI ENERJİSİNİN BÖLÜNMESİ P dalgasının enerjisi geliş açısının artmasıyla aşağı yukarı sabit kalır, fakat kritik açıya varıldığı zaman hız da sıfıra düşer. Kritik açıya yaklaşıldığında yansıyan ve kırılan S dalga enerjisine dönüşüm hızlanır. Kritik açının dışında bir Yerde maksimum S genliği gözlenir.
Geliş açısının dik olması halinde olur. Bu durumda P den SV ye veya SV den P ye bir değişim olmaz. Fakat geliş açısı arttığı zaman bir tipten diğerine dönüşüm önem kazanır. Düşey geliş için genel olarak yansıma katsayıları kullanılır. Aşağıdaki şekilde bir sınıra normal olarak gelen bir dalganın yansıması ve ikinci ortama geçmesi şematik olarak gösterilmektedir.
Burada sınır şartları: 1. Sınırda yer değiştirme sürekli olmalıdır. (alttaki ve üstteki ortam aynı miktarda hareket etmelidir.) 2. Sınırın kütlesi olmadığından sınırdaki net gerilme sıfır olmalıdır. Aksi halde herhangi bir gerilme sıfır ivmeye neden olacaktır. Pozitif z yönünde hareket eden bir düzlem dalga : Eğer sabit frekanslı bir dalga seçilirse: Burada Z1ve Z2 iki sınırın akustik empedansını belirtir
Sismik kesitin içinde barındırdıkları
SİSMİK DALGANIN GENLİĞİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
KÜRESEL SAPMA (DİVERJANS) Sabit hızla yayıldığı varsayılan bir sismik dalganın enerji yoğunluğu yer altına doğru Yayılırken azalır. Enerji yoğunluğunun azalması dalganın aldığı yolun karesiyle ters orantılıdır. Hız Derinlikle arttığından ışın yolunun eğriliği enerji Yoğunluğunun çok daha çabuk azalmasına neden olabilir. Bir harmonik dalganın enerji yoğunluğu E bağıntısı ile verilebilir. Enerji yoğunluğu: Bir nokta etrafında birim hacimdeki enerji Enerji şiddeti (I) : Birim zamanda birim yüzeyden geçen enerji miktarı
Bir O merkezinden çıkıp uzaklaşan küresel dalga yüzeylerini ele alırsak r1 ve r2 iki küresel yüzeyin yarı çapları A1 ve A2 bu yüzeyler üzerindeki alanlar Birim zamanda A1 alanından geçen enerji daha sonra yine birim zamanda A2 alanından geçecektir. A1 yüzeyinden birim zamanda geçen enerji akışı I1A1 ve A2 yüzeyinden geçen enerji akışı I2A2 ise I1A1= I2A2 olur. Burada; Geometrik dağılma (küresel diverjans) küresel dalgaların şiddet ve enerji yoğunluklarının kaynağı olan uzaklıkların karesi ile ters orantılı olarak azalmasına neden olur. Bu küresel sapma
EMİLME (ABSORPTION, YUTULMA, SÖNÜMLENME) Bir kaynaktan çıkan sismik dalga elastik bir ortam içinde yayılırken enerjisi ortam tarafından dereceli olarak azaltılıp (sürtünmeden dolayı), ısı enerjisine dönüşür. Bu işlem emilme (soğrulma)(yutulma) olarak bilinir. e -αr emilme 1/r küresel sapma Burada emilme katsayısı α basit olarak dalga boyu başına 0.25
Soğurulma katsayısı (α), logaritmik azalma (δ) ile ilişkilidir. Logaritmik azalma (δ) : sönümlü bir dalga treninde birbirini izleyen iki devirin genlikleri oranının doğal logaritmasıdır. Sönümlü dalga treni
SAÇINMA (DIFRACTION) Sismik dalgalar,eğrilikte ani bir değişmenin olduğu örneğin bir nokta veya köşe gibi, bir yüzey boyunca bir düzensizliğe çarptığında düzensiz yapı, Huygens Prensibi ne uygun olarak bütün doğrultularda dalga yayılımı için bir nokta kaynak gibi hareket eder. Böyle bir yayılım difraksiyon olarak isimlendirilir. Bu durum bir dalga her ne zaman dalga boyu kadar veya daha küçük eğrilik yarıçaplı bir yüzey ile karşılaştığında meydana gelir. a) Bir gömülü köşeden difraksiyon b) Difraksiyon oluşturmuş dalgaların gösterimi
Kırılma katsayısının genliği yansıma katsayısı negatif olduğu zaman 1 değerinden 1-R kadar büyük olur. Bu enerjinin korunumu prensibini ihlal etmez. Bir sınırdan dalganın aşağı ve yukarı geçmesi durumunda (1-R)*(1+R)= 1-R 2 olur. Bu da genliğin daima azaldığını göstermektedir. (uzaklığın karesiyle ters orantılıdır). Düşük hız tabakası ile altındaki tabaka arasında yüksek hız kontrastı çok kuvvetli yansıma katsayılarına neden olur. Dolayısıyla genliği büyütür. Yansıtıcı yüzeyin şekli enerji yoğunluğunu büyük ölçüde etkiler. İç bükey yansıtıcı en enerjiyi toplayarak genliğin artmasına neden olur. Dış bükey yansıtıcı enerjiyi dağıttığından genliğin azalmasına neden olur.
Sismik dalgalar bir jeolojik katmanın ara kesitine dik olarak geldiği zaman dalgaların bir kısmı kendi üzerinde yansır. Diğer kısmı ise aşağıdaki ortama geçer. Enerjinin korunumu kanununa göre yansıyan ve kırılan enerjinin toplamı ara kesite gelen enerjiye eşit olur.