Denizlerde Sismik Araştırmalar

Denizlerde Sismik Araştırmalar Ömer Alptekin Jeofizik Çalıştayı TÜBİTAK-MAM Yer ve Deniz Bilimleri Enstitüsü & Jeofizik Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi 4 Eylül 2013 Prof.Dr. Emin Demirbağ İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü

GİRİŞ Sismik Yansıma Yöntemi, yapay şekilde üretilen sismik enerjinin yer içinde sismik dalgalar şeklinde yayınması, tabaka arayüzeylerinden yansıması ve kayıt edilen yansımaların sinyal analizi tekniklerine göre işlenip yeraltını gösteren sismik kesitler haline getirilmesidir. Sismik Yansıma Yöntemi günümüzde çeşitli amaçlar için kara ve denizlerde uygulanmakla birlikte en önemli uygulama alanı petrol ve doğal gaz aramacılığıdır. Günümüzde sismik yöntemler kara ve denizde uygulanabilir. Seminerin ana konusu denizlerde uygulanan sismik yansıma yöntemidir. Kısaca deniz sismiği (marine seismic) olarak da isimlendirilen uygulama şeklinde sismik dalga üretmek için deniz içinde enerji açığa çıkarılır. Bu enerji sismik dalgalar şeklinde (uygulamada P dalgaları kullanılır) yeraltında yayınır ve tabaka arayüzeylerinde akustik empedans (akustik empedans = sismik hız x kayaç yoğunluğu) farkı nedeniyle yansımalar meydana gelir. Yansıyan sismik dalgalar yeryüzüne doğru (deniz yüzeyine) geri döner, hidrofon denilen basınca duyarlı algılayıcılar tarafından algılanırlar.

GİRİŞ Sismik dalgalar dolayısıyla hidrofonda algılanan basınç değişiklikleri elektrik sinyali şeklinde sismik kayıtçıda sayısal olarak kayıt edilirler. Sahada elde edilen bu kayıtlara ham sismik kayıtlar (raw records) denilir. Ham kayıtlar yeraltını gösterecek nitelikte olmadıklarından sinyal analizi tekniklerine göre işlenerek işlenmiş sismik veriler (processed data) diğer bir deyişle sismik kesitler (seismic sections) elde edilir. Sismik Yansıma Yöntemi iki boyutlu (two dimensional, 2D) veya üç boyutlu (three dimensional, 3D) şeklinde uygulanabilir. 2D sismik uygulamalarda sadece bir alıcı kablosu (streamer) kullanılır. Bir hat boyunca toplanan sismik verilerden, veri-işlem sonrasında yeraltını gösteren sismik kesitler elde edilir. 3D sismik uygulamalarda birden fazla alıcı kablosu ve birden fazla sismik kaynak kullanılır. Sismik veriler yeraltında bir hacim içerecek şekilde toplanır, veri-işlem sonrasında sismik küp adı verilen veri kümesi oluşturulur. Sismik küp istenilen yönde hatlar boyunca kesilerek sismik hatlar elde edileceği gibi yatay dilimler alınarak zaman dilim kesitleri (time slice sections) oluşturulabilir.

Uygulama Ölçeği

Uygulama Ölçeğine Göre Jeolojik Yapılar

Sismik Yansıma Kesiti Gökova Körfezi: Veri toplama, MTA (1996), veri-işleme: İTÜ (2000)

Sismik Yöntemlerin Sınıflandırması Kullanılan varışlara göre ve kayıt geometrisine göre başlıca yöntemler: - Sismik Yansıma Yöntemi (Seismic Reflection Method) - Sismik Kırılma Yöntemi (Seismic Refraction Method) - Düşey Sismik (Vertical Seismic Profiling) Uygulandığı ortamlar: - Kara sismik operasyonları (Land operations) - Kıyı Ötesi (deniz ve göl) operasyonları (Offshore, marine & lake, operations) Uygulama boyutları: - İki boyutlu (Two dimensional (2D), seismic sections) - Üç boyutlu (Three dimesional (3D), seismic volumetric data) - Üç boyut/üç Bileşen (There dimensional/three components (3D/3C), seismic attributes) - Dört boyutlu (Four dimensional (4D), monitoring with 3D data)

Uygulama Alanları Enerji kaynak aramaları (Energy exploration): - En başta petrol ve doğal gaz (oil and natural gas on land and offshore) - Jeotermal (geothermal) - Kömür (coal) - Gas hidratları (gas hydrates) - Kaya gazı (Shale gas) Çeşitli yeraltı kaynak aramaları (Resource prospecting): - Maden (mining) - Yeraltı suyu (groundwater) - Endüstriyel hammaddeler (industrial raw materials) Mühendislik uygulamalarında (Engineering applications) - Her türlü bayındırlık yapıları (baraj, tünel, liman, otoyol, hızlı demiryolu, metro, uçuş pisti, boru hatları, köprüler, yüksek binalar, nükleer santral v.b.) Bilimsel Araştırmalarda (Scientific research): Yerkabuğu araştırmalarında, aktif fayların haritalanmasında, Kuvaterner çalışmalarında

Temel İlkeler Fizik Akustik (sıvılarda) /elastik (katılarda) dalga yayınımı Snell yasası Fermat ilkesi Huygens ilkesi Temel İlkeler - Ölçülen Değişkenler Zaman: atış anından itibaren geçen zaman Genlik: alıcıda algılanan sismik dalgaların genlikleri Sismik iz (seismic trace): zaman ile değişen genlik izi

Temel İlkeler Kaynak Türü Sismik Yansıma Yöntemi Uygulaması için: - Sismik dalga üreten bir kaynak (airgun, vibratör vb.) - Sismik dalga algılayan bir veya çok sayıda alıcı (hidrofon veya jeofon) - Algılanan sismik sinyalleri kayıt eden bir cihaz (sayısal sismograf) Sismik yansıma yönteminde kullanılan dalga türü: - Başlıca dalga türü P-dalgaları (Primary waves) - Kara operasyonlarında, bazı çalışmalarda S-dalgaları (Secondary waves) Gürültü kaynakları (Noise): - Dalga yayınımı nedeniyle olanlar (yüzey dalgaları, tekrarlı yansımalar, deniz tabanı tekrarlı yansımaları, ghost reflections) - Ortam kaynaklı gürültüler (rüzgar, dalga, ) - Çevresel gürültüler (motorlu araçlar, sesli çalışan her türlü makina, dümen suyu vb.)

Başlıca Aşamalar Veri Toplama (Data Acquisition and Quality Control in 2D & 3D, land & marine) - Kaynak sistemleri - Alıcı sistemleri - Kayıt sistemleri - Navigasyon sistemleri Veri işleme (Data Processing) - Yüksek hızlı okuma-yazma, veri işleme, depolama kabiliyetli bilgisayarlar - Grafik arayüzü gelişmiş uygulama yazılımları. Veri Yorumlama (Data Interpretation, Qualitative & Quantitative) - Jeolojik bilgi - Grafik arayüzü gelişmiş uygulama/modelleme yazılımları

Sismik Kaynaklar Patlayıcı kaynaklar (Explosive sources): - Dinamit (land & marine) - Diğer kimyasal patlayıcılar (land) Darbeli kaynaklar (Impulsive sources): - Balyoz, Çekiç gibi (land) - Tabancalar (airgun, watergun) (marine) - Ağırlık düşürme (weight drops) (land) Kendisi titreyen kaynaklar (Vibrating sources): - Vibrators (land) - Chirps (marine)

Hava Tabancaları (Air Guns)

Sismik Alıcılar Kara operasyonlarında: - Jeofon (geophone): hız veya ivmeye duyarlı alıcılar. - Jeofon dizisi (geophone array): birden fazla jeofonun bir hat boyunca dizilerek ve birbirlerine bağlanarak oluşturulan çok elemanlı alıcı düzeneği. - Kara sismiği operasyonlarında genellikle tek (düşey) bileşenli jeofonlar kullanılır. Deniz & Göl operasyonlarında: - Hidrofon (hydrophone): basınç değişimine duyarlı alıcılar - Hidrofon dizisi (hydrophone array): birden fazla hidrofonun bir hat boyunca dizilerek ve birbirlerine bağlanarak oluşturulan çok elemanlı alıcı düzeneği.

Sismik Streamer (Hydrophones)

Tarihsel not: MTA Sismik-1

Yansıma Geometrisi

Deniz Yansıma Sismiği Atış-Alıcı Düzeni (Geometrisi)

Çok Katlamalı Kayıt Düzeni (Geometrisi)

Rezolüsyon Kavramı Düşey Rezolüsyon Düşey yönde iki arayüzeyin birbirlerinden ayrı tanımlanabilmesi bunlardan gelen sismik yansıma sinyallerinin kayıt üzerinde ayrı ayrı görülebilmesine bağlıdır. Düşey rezolüsyon iki arayüzeyin birbirlerinden ayırt edilebilmesinin ölçüsüdür. Yatay Rezolüsyon Yatay yönde iki nesnenin birbirlerinden ayrı tanımlanabilmesidir. Sismik verilerin gerek düşey gerekse yatay yönde yüksek rezolüsyona sahip olmaları istenilen bir durumdur. Ancak, yüksek frekanslı sinyal bileşenlerinin mesafe ile soğrulması nedeniyle sismik sinyalin rezolüsyonu giderek düşer. Diğer bir deyişle, derinlerden gelen sismik sinyaller, sığ kesimlerden gelen sismik sinyallerden daha düşük bir rezolüsyona sahip olurlar. Her iki halde de sismik dalga yayınım hızı ve sismik sinyalin frekans bandı genişliği rezolüsyon üzerinde önemli rol oynar. Yeraltında sismik dalga yayınım hızı kontrolumuz dışındadır. Sismik kaynağın frekans içeriği kontrol edilerek sismik verilerin rezolüsyonu yüksek tutulmaya çalışılır.

Düşey Rezolüsyon Düşey rezolüsyon sismik dalga boyuna bağlı olarak tanımlanır. İki arayüzeyin birbirlerinden ayırt edilebilmesi için bunların düşey yönde sismik dalga boyunun en az ¼ kadar birbirlerinden ayrı olmalıdırlar. Sismik dalga boyu aşağıdaki denklemle ifade edilir: Sismik dalga boyu = ortamda sismik dalga yayınım hızı / sismik dalganın frekansı Örneğin deniz sismiğinde deniz tabanında düşey rezolüsyonu hesaplamak istersek: suda sismik dalga hızı=1500 m/s, kullanılan sismik kaynak dolayısıyla elde edilen kayıtta belirlenen baskın sismik frekans=30 Hz kabuk edelim; bu durumda Sismik dalga boyu = 1500 / 30 = 50 metredir. Dalga boyunun ¼ kadarı rezolüsyon sınırını tanımladığından: 50 / 4 = 12.5 metre. Buna göre deniz tabanında iki arayüzeyin birbirlerinden ayırt edilebilmesi için aralarında en az 12.5 metre derinlik farkı olmalıdır. Diğer bir deyişle en az 12.5 metre kalınlığında bir tabakanın alt ve üst arayüzeyleri belirlenebilir. Eğer tabaka kalınlığı bu değerden daha küçük olursa tabakanın alt ve üst arayüzeylerini birbirlerinden ayırt etmek mümkün olmayacaktır.

Yatay Rezolüsyon

Sismik İzin Konvolüsyonel Modeli

Denizde Sismik Veri Toplama: Pratik Bilgiler, Düşey Kesit

Denizde Sismik Veri Toplama: Pratik Bilgiler, Yatay Kesit

Olağan dışı bir sistem: Pasisar

Marmara Denizi Örnekleri

İlginiz için teşekkür ederim.