Tel : 0 ( 232 ) 838 19 44-0 ( 216 ) 348 68 09 GSM : 0 ( 542 ) 284 20 00 Web : www.geomakmuhendislik.com Blog : www.geomakmuhendislik.blogspaot.com E-mail : info@geomakmuhendislik.com geo-makmuh@hotmail.com
Jeotermal ve Minerali Su Aramasında Uygulanan Jeolojik ve Jeofizik YöntemlerY Yöntemler ve Uygulamaları
1. Jeolojik YöntemlerY 1.1. Jeolojik Harita 1. Jeolojik Harita Yapımı ( 1 / 25.000 veya 1 / 5.000 ölçekli ) Topografik ve jeolojik haritalara ruhsatlar işlenerek i arazi çalışmaları başlar. Haritalar, Map İnfo 11.5 programında googel earth üzerine raster dosyası olarak atılır, daha sonra MTA faylarıda googel earth pro programında üzerine atılarak arazinin ön çalışması başlar. Googel Earth Pro da 1 / 25.000 ölçekli ruhsat alanının n ve faylarında gösterildig sterildiği i 3D jeolojik harita
İnceleme alanını 1 / 25.000 ölçekli Nedcad 6.0 programında hazırlanm rlanmış ruhsat sınırlars rları işaretli jeolojik harita
İnceleme Alanının Map İnfo 11.5 de Hazırlanm rlanmış 3D Jeolojik Haritası
1.2. Topografik Harita İnceleme alanını jeoloik haritası 1 / 25.000 veya 1 / 5000 ölçekli Ned cad 6.0 programında çizilir ve ruhsatlar ile incelenecek alanlar haritada işaretlenir. i İnceleme alanını 1 / 25.000 ölçekli Nedcad 6.0 programında hazırlanm rlanmış ruhsat sınırlars rları işaretli topografik harita
2. Jeofizik YöntemlerY 2.1. Rezistivite ( DES ) YöntemiY Su ve Zemin etütlerinde Formasyonu oluşturan tabakaların dizilişi, kalınlıkları ve yanal süreksizlikleri konularında bilgi edinmek, varsa ana kayanın ve boşlukların yeri, derinlikleri ve boyutlarını ortaya koymak gerekmektedir. Ayrıca yer altı suyu seviyesinin belirlenmesi de önem taşımaktadır. Bu amaçla yapılan çalışmalardan biride rezistivite yöntemidir. Yere verilen bir akımın oluşturduğu potansiyeli ölçerek yeraltının görünür özdirenci hesaplanabilir. Yarı sonsuz homojen bir ortamda I akımının r uzaklıkta bir P noktasındaki potansiyeli ; V = ( p I ) / ( 2 p r ) Formülü ile verilir. Homojen bir ortamın özdirenci ise ; P = 2pr V / I Olacaktır. Yere verilen akım ( I ), oluşan potansiyel farkı ( Δ V ) ölçüldükten sonra uygulanan elektrot dizilimlerine ilişkin formüllerle hesaplanan r ; yer altı homojen ise gerçek, homojen değilse görünür özdirence eşit olacaktır. Elektrotlar arasındaki uzaklığı değiştirerek ölçülen çeşitli görünür özdirenç değerlerinden yatay yada az çok yatay olan yeraltı tabakalarının derinlikleri kalınlıkları ve özdirençleri belirlenir. Elektrot düzeneğini yanal yönde bir profil üzerinde kaydırarak süreksizlikler, faylar, kırıkçatlak sistemleri ve boşluklar izlenebilir. Elektrot özdirenç yöntemlerinde akımın etkin bir şekilde nüfuz edebileceği derinlik; elektrotlar arasındaki uzaklığa, yer altı cisimlerinin şekillerine, büyüklüklerine ve özdirençlerine bağlıdır. Kayaçlarda elektriğin iletimi, elektriksel yükün hareketiyle gerçekleşir.bu yük iyonlarla ve elektrotlarla taşınır ve bunların hareket yeteneği her maddede başkadır. Kayaçların çoğunda iletkenlik elektrolitiktir ve bu mineral tanelerinde değil gözeneklerde yer alır. Elektrik akımını ileten iyonlar, tuzların suda erimesi sonucunda ortaya çıkarlar. H er bir iyon ancak belli bir yük taşıyabileceğinden bir eriyikte ne kadar çok iyon varsa ve bunlar ne kadar çabuk hareket edebilirlerse daha çok elektrik yük taşımış olur. Buna göre tuzluluk bir kayacın özdirencinin belirlenmesinde önemli bir etkendir. Sıcaklığın artması suyun viskozitesini azaltır. Bu da iyonların daha hareketli olmalarını sağladığından özdirenç değerlerinde azalmaya neden olur. Özdirenç formülü ; ra = K ( Δ V / I ) ile ifade edilir ve burada K elektrot dizilimine bağlı bir katsayıdır. V A M O N B b r r ρ yeriçi
Sclumberger elektrot dizilimi Yukarıda A ve B akım elektrotlarına M ve N potansiyel eletrotlarına işaret ettiğinde geometrik faktör ( K ) K = 2p [ ( 1 / AM ) ( 1 / BM ) ( 1 / AN ) +( 1 / BN ) ] Formülüyle bulunur. Arazi çalışmalarında genellikle ; K ; metre ( m ) ΔV; milivolt ( mv ) I ; miliamper ( ma ) ra ; ohm.m birimleri cinsinden ölçülmektedir. Akım ve potansiyel elektrotlarının bir noktaya göre simetrik olması hesapları kolaylaştırır. Akım elektrotlarının birbirine yakın olması akımın fazla derinlere inmesini önler. Potansiyel elektrotlarının akım elektrotlarına yakınlığı yüzeysel cisimlerin ölçüler üzerinde etkisini arttırır. Bu çalışmada Schlumberger Elektrot dizlimi kullanılmıştır Bu dizilimde elektrotlar 0 noktasına göre simetriktir. MN aralığı AB aralığından çok küçüktür ve en çok onda biri büyüklüğünde yerleştirilmelidir. Bunun böyle seçilmesi 0 noktasında beliren alanı ölçmektir. Schlumberger elektrot dizilimi Geometrik faktör ( K ) K = p [ (a²/b ) ( b /4 ) ] veya çok yaklaşık olarak, K = p [ ( AB² - MN ² ) / 4MN] formülleriyle bulunabilir. Schlumberger elektrot dizilimi ; tabakalı ortamların düşey elektrik sondajlarıyla araştırılmasında çok uygundur. Ayrıca M ve N potansiyel elektrotları gerektikce değiştirildiğinden işçilikten tasarruf sağlar.
2 D KB GD Rezistivite Kesiti ( 2 DPMR )
Rezistivite DES degerlendirilmesi ve kesidi
2.2. Çok Elektrotlu Rezistivite ( DES 2D ) YöntemiY Çok Elektrotlu Rezistivite değerlendirilmesi ve kesiti Madlap - Resdraw
Çok Elektrotlu Rezistivite Değerleri Yazımı
2.3. İndüklem Polarizasyon ( IP ) YöntemiY Yeryüzü üzerine yerleştirilen bir elektrod tertibinin akım elektrodları bir bataryaya bağlanırsa potansiyel elektrodlarında bir voltaj oluşur. Akım elektrotlerının bağlantısı kesildiğinde voltaj birden bire düşmez, sürekli bir şekilde büyüklüğünde bir azalma görülür. Keza akım verildiğinde voltaj hemen maksimum değerine ulaşmaz, ancak sabit bir artışla birkaç saniye veya dakika sonra bu değere ulaşır. İşte bu olaya jeofizik litreatürde ( İndüklem Polarizasyon ) veya kısaca IP denir ve bundan yararlanarak yeraltının elektirik özellikleri hakkında bilgi elde edilmesine çalışılır. Yeraltısuyu Taşıyan Bir Ortamın Yeryüzünden Elde Edilen ρ a ve IP Anomalileri
DES Eğrisi IP Eğrisi Rezistivite ve IP ergilerinin birlikte değerlendirilmesi programı
2.4. Self Potansiyel ( SP ) YöntemiY Bu yöntem, yapay akımlar kullanılmadan yerin doğal potansiyelinden yararlanarak, herhangi iki nokta arasındaki gerilim farkının ölçülmesi esasına dayanmaktadır. Doğada, kaynak kullanmadan gerilim farkı oluşturacak, iklim değişimleri, topoğrafya, jeolojik koşullar ve benzeri bir çok neden vardır. Çok yağışlı veya çok kurak iklimlerde yer altı su seviyesinin değişimi, kayaçların farklı petrofiziksel özellikte bulunmaları SP değişimine neden olan başlıca faktörlerdir. Ayrıca metal su boruları, trafo merkezleri, tuzlu su dokanakları, kuyular, cüruf yığınları da küçük de olsa SP değişimlerine neden olur. İki nokta arasındaki gerilim farkının ölçülmesi amaçlandığından, ölçülerin etkilenmemesi için polarize olmayan elektrotlar kullanılır. Elektrotların yerleştirildiği ölçü noktalarına ufak çukurlar kazılarak içi su ile doldurulur ve yer ile elektrot arasındaki kontak direnci bu şekilde en aza indirilmiş olur. Mümkün olduğunca az dirençli, fazla uzun olmayan (en fazla 1000 m) kablolar kullanılır. Elektrotlar arasındaki gerilim farkını ölçmek için özel tomografi ölçüm cihazı kullanılır. SP ölçümleri, elektrotlardan bir tanesi sabit kalmak üzere diğer elektrotun ölçü noktalarında gezdirilmesi şeklinde yapılan potansiyel ölçüsü veya iki elektrot arasının sabit tutulması ve ölçü noktalarında gezdirilmesi şeklinde yapılan gradyent ölçüsü biçiminde yapılır. Potansiyel ölçümlerinde baz noktası belirti bölgesi dışında seçilmelidir. SP yöntemi, yerin doğal potansiyelinin, belirli koşullar altında, en yüksek değerini göstermesi nedeniyle fayların ve yaraltısularının aranmasında en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Ölçüm sonuçları, potansiyel kontur haritaları şeklinde sunulur. Ayrıca çalışılan alanlarda belirli doğrultularda alınan profil ölçüleri, potansiyelin uzaklıkla değişimi hakkında yararlı bilgiler verir
2.5. Time Domain Electromagnetic ( TEM ) YöntemiY Zaman Ortamı Elektromanyetik yöntem ( Time Domain Electromagnetic method ) ya da Geçici Elektromanyetik Yöntem ( Transient Electromagnetic Method TEM ) verici kontrolü ile sağlanabilen yüksek çözünürlüğü ile gerek ekonomik amaçlı doğal kaynakların aranmasında, gerekse yerkabuğunun hem derin hem de sığ kesimlerinin incelenmesinde kullanılan jeofizik yöntemidir. Uygulamadaki kullanım üstünlükleri yapı yönetim yöntem ilişkisi anlamında değişik ölçü dizgeleri istenilen sonuçlara ulaşma olasılığını artırması nedeniyle tüm dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır. TEM yöntemi, yerin iletkenlik değişimlerinin incelenmesi amacıyla yapay bir kaynaktan verilen elektrik akımının belirli bir süre kesilmesiyle oluşan indiksüyon akımlarının zamana bağlı yayınımı esasına dayalı olarak çalışır. İndiksiyon akımları sonucu oluşan elektromanyetik alanların ölçümü ve değerlendirilmesi ile ilgilenilen cevherleşme bölgelerine veya jeolojik yapılara ait bilgileri ulaşılabilir ( yeraltısuyu araştırması, jeotermal alan araştırması, jeolojik harita yapımı, kömür aramaları vb. ) TEM yöntemi yeryüzünde uygulandığı gibi aynı biçimde havada da başarılı biçimde uygulanmaktadır. Yöntemin uygulanması için amaca bağlı olarak kullanabilen farklı alıcı verici düzenekleri vardır. İki ucu topraklanmış bir elektrik kutup ya da bir halkadan ( loop ) verilen değişken ( alternatif ) akım sonucu oluşan zamana bağlı manyetik alan ortamda bir iletken olması durumunda birincil manyetik alana dik yönde uyartım ya da Eddy akımlarının akmasına neden olur. Bu akımlar sönümlenirken kendilerini yaratan alana ters yönde ikincil alana ters yönde ikincil manyetik alanları oluştururlar. Doğal olarak zamana bağlı indiksiyon akımları gibi, ikincil alanda zaman içinde sönümlenir. Sözü edilen bu sönümlenme indiksiyon akımlarının içinde oluştuğu iletken yapının öziletkenliği ( veya özdirenci ), boyutları, derinliği gibi değiştirgenlere bağlı hızlı ve yavaş olarak gelişir. Şekil de bir halka vericiden geçen değişken bir akımın oluşturacağı manyetik alan çizgileri gösterilmiştir. Dikdörtgen bir halka vericiden geçen değişken elektrik akımının oluşturduğu manyetik alan çizgileri ( yeryüzündeki alan çizgileri gösterilmiştir ). Yöntemin uygulanması aşamasında değişken akım için çeşitli kaynak türleri kullanılabilir. Kaynak seçiminde göz önüne alınması gereken noktalardan biri, verici olarak kullanılan halkada oluşturulan alan ile yer içinde oluşan ikincil alan arasında çok büyük bir genlik
farkının olmasıdır. Eğer her iki alan birlikte ölçülmek istenirse çeşitli sorunlarla karşılaşılabilir ve signal ayrımı sorun yaratabilir. Bu nedenle, vericideki akım kapatıldıktan sonra yapılan ölçümlerde, vericiden kaynaklanan birincil alanlar olmaksızın ölçüler alınması nedeniyle frekans ortamı ölçülerinden daha hızlıdır. Böylece birincil alandan dolayı oluşan sorunlardan bağımsız çalışır. Örneğin her bir frekans ayrı bir derinliğe karşılık gelir. Yeni her frekans için ayrı ölçüm yapılması gerekir. Şekil 9 da Zaman ortamında yapılan ölçümler ise belirli bir aralıktaki frekansları kapsamakta ve dolayısıyla ölçümlerin yapıldığı zaman aralığında tüm frekanslarda değişik ve istenen derinlikler göz önüne alınarak veri toplanabilmektedir. Akımın uygulanması anında ve kesildikten sonra gösterdiği değişim Uygulamalarda bilinen bir diğer gerçek ise; bir halkadan geçirilen elektrik akımı hemen en yüksek değerine ulaşmaz. Tersi bir durumda da aniden kesilmeye çalışılırsa akım değeri sıfır değerine düşmez Akım kesildikten sonra çeşitli zamanlardaki akım çizgileri ile aşağı ve yanlara doğru yayınımları ( diffusion ) ( McNeil, 1990 ) Yeryüzünde bir halkadan ( verici, transmitter ) verilen ( geçen ) akımın kesilme anını göz önüne alalım. Akımdaki bu ani ve hızlı değişim yeryüzünde bir manyetik alan yaratır. Manyetik alan çizgileri iletken ortamlardan ( metalik maden yatakları, gömülü borular, tuzlu çözeltiler ve benzeri ) geçerse, iletken içinden ikincil elektrik akımları yani Eddy akımları oluşturur. Akımın kesilme anından sonraki herhangi bir zaman içinde yer içinde oluşan uyartım akımları basit akım çizgileri ile gösterilebilir. Akım çizgileri verici halkanın şekli ile aşağı ve yanlara doğru yayınırlar Akımın yayınımı ( diffusion ) ile sigara dumanının halkaları arasında benzerlik kurulursa, meydana gelen karmaşık olay basitçe gösterilebilir.
Akımın yayınımı ( diffusion ) ile sigara dumanının halkaları arasında benzerlik kurulursa, meydana gelen karmaşık olay basitçe gösterilebilir. Uyartım akımları, içinde oluştukları ve yayındıkları ortamın fiziksel özelliklerine ( biçim, boyut, iletkenlik, vs. ) bağlı olarak zaman içinde sönümlenirler. Örnek olarak tabakalı bir ortam göz önüne alındığında, uyartım akımların yayınımı iletken tabakalar içinde daha yavaştır. Sönümlenen bu akımlarının yaratığı ikincil bir manyetik alanın etkisi uygun bir alıcı bobin veya halka ile ölçülebilir. Alıcı halkada oluşan gerilim değeri, sönümlenen akımdan dolayı oluşan ikincil manyetik alanın alıcı halka eksenine paralel bileşeninin zamana göre değişimi ile orantılıdır. Geçici alan değerleri çeşitli parametrelerde ( windows ) örneklenerek kayıt edilir. Genelde kullanılan ölçüm süresi akımın kesildiği andan sonra 0.001 ile 300 millisaniye arasında değişir TEM yöntemi kaynak sinyalleri ve alıcıda kaydedilen im ( signal ) ( Hoekstra and Blohm, 1990 )
TEM Verileri Kat Haritası
2.6. Proton Magnetic Rezonans ( PMR ) YöntemiY Proton Manyetik Rezonans yöntemi suyu direkt saplanmasını sağlayan yeni ve kesin bir yöntemdir. ( MRS ) nın klasik yöntemlerine karşın avantajı uygulanan nükleer manyetik rezonans ( NMR ) prensibinden dolayı hidrolik özellikleri ve yer altı suyu içeriğinin saptanmasındaki belirsizlikleri azaltmada seçici bir yaklaşım sağlamaktadır. Prensip olarak, 2 khz civarında spesifik frekansta puls akımı ile yere serilmiş verici halka ( loop ) tarafından oluşturulan manyetik alan ile su moleküllerinin Hidrojen protonları uyarılır. Denge durumunda, protonların titreşim dağılımı yer manyetik alanı boyunca yönlenirler. Yer manyetik alanına dik olarak uygulanan manyetik alan bileşeni proton hareketini etkiler. Uygulanan akım kesildikten sonra, aynı verici loop alıcı loop olarak kullanarak protonların meydana getirdiği manyetik alan sinyal genliği Eo genliği ve sönüm şeklideki gibi kaydedilir. Manyetik rezonans puls akımı ve sönüm sinyalinin şekli ( Bernard ve diğerleri ) Manyetik rezonans puls akım I (t) ve ölçülen manyetik alan elektrik gerilimi e(t) aşağıdaki gibi ifade edilir. I(t) = Iocos(wot), e(t) = Eoe 1/T 2 cos(wot+jo) Bu nedenle, ( MR ) metot Proton Manyetik Rezonans ( PMR ) metot ve Nükleer Manyetik Rezonans metot ( NMR ) olarakta bilinir. Söz konusu ölçüm aynı noktada onlarca kez tekrarlanır ve sinyal gürültü oranlarının ortalaması alınır ve elde edilen sinyalden derinliğin fonksiyonu olarak hidrolojik parametreler cinsinden yorumlanır. Burada ı akım şiddeti, Dt akım müddeti, Eo: sinyalin başlangıç genliği (nv) ve yer altı suyunun % içeriği ile ilgili, e(t) sinyal sönümü T * 2 : sinyalin sönüm zaman sabiti (ms) ve ortalama gözenek hacmi ile ilgili, IDt : uyarıcı plus momenti (A.ms) ve inceleme derinliği ile ilgili terimlerdir. Uygulamada loop genişliği inceleme derinliğine eşit olabilmektedir. Bahsedilen tekrarlı ölçü örneğinin ve ölçülerin nasıl değerlendirildiğini göstermektedir. Üçüncü şekilde görülen T 1 yer manyetik alanına paralel proton manyetik momentinin bileşeni ile ilgili boyuna zaman sabitidir. T 1 Tekrarlı ölçülerde sinyalin iki farklı genliğinden aşağıdaki gibi saptanabilir. *
ile ilgili boyuna zaman sabitidir. T 1 Tekrarlı ölçülerde sinyalin iki farklı genliğinden aşağıdaki gibi saptanabilir. E'o ve Eo olan T 1 in hesaplanması örneği (Bernard ve diğerleri ) Eo = Eo(1-e Dt/T 1), T 1» - Dt / log ( 1 E'o / Eo ) Bu bağıntıdaki terimlerin tanımları Hidrojeolojide ve Hidrojeofizik yöntemi Manyetik rezonansta aşağıdaki gibidir : Hidrojeolojide : Kuyu verimi ( m 3 / h ) = Faktör x transmissivity ( m 2 / s ) x kuyu hidrolik gradiyenti (m ) Transmissivity ( m 2 / s ) = Geçirgenlik (m / s ) x kalınlık ( m ) Burada kuyu hidroliği gradiyent tanımı şamatik olarak Şekilde gösterilmiştir. Bir formasyonun Transmissivity si o formasyonun hidrojeolojik potansiyiyelini ifade eder ve su taşıyan Kayacın geçirgenliği K ( m / s ) kalınlığın çarpımından elde edilen ölçüdür. Su kuyusunun spesifik kapasitesi üretimi / pompajda su seviyesi farkı olarak tanımlanır. Hidrojeofizik yöntemi Manyetik Rezonansta: Geçirimlilik = Katsayı x gözeneklilik x ( T 1 ) 2 Transmissivity = Katsayı x gözeneklilik x kalınlık x ( T 1 ) 2 ( m / s ) = Katsayı x ( eşdeğer su kalınlığı ) x ( T 1 ) 2
Yeraltısuyu alınan kuyuda hidrolik gradiyent değişimi Manyetik rezonans yönteminde ölçülen parametreler : 1- Uyarıcı akım kesildikten sonra Eo genliğinin sönüm şekli doğrudan yeraltı suyu içeriğine yani yeraltısuyu miktarına bağlıdır. 2- Alanın sönüm sabiti, T *, gözenek hacmiyle ilgili T * gözenekteki serbest su ve ıslak kil suyu arasındaki farkı belirler. 3- Uyarıcı akıma göre sönen alanın faz farkı yerin özdirencine bağlıdır. Tablo T * 2 zaman sabiti, ortama gözenek hacmi ve geçirgenlik arasındaki sayısal ilişkileri göstermektedir. T* 2 Gözenek ve Geçirgenlik Arasındaki İlişkiler (Bernard ve diğerleri ) T* 2 (ms) Zaman sabiti Ortalama Gözenek hacmi Geçirgenlik (Permeability) 1000 500 200 100 50 20 Serbest su Göl, nehir Çakıl Orta İnce Kil Kapalı su Yüksek Orta Alçak
Protonların yanıtının başlangıç genliğinin ölçümü loptan geçen akımın şiddetinin fonksiyonu olan derinlikteki formasyonun gözenekliliğini saptar. Eğer bir tabakanın kalınlığı 10 m ve %5 lik su içeriyorsa, diğer taraftan 5 m kalınlıklı tabaka % 10 luk su içeriyorsa tabaka kalınlığı ile su içeriğinin çarpımı ( 10mx5% = 5mx10% = 0.5m ) sağlanabilecek toplam su miktarı 0.5 m olarak değerlendirilir. Şekilde MR yöntemi uygulama örneği gösterilmektedir. MR yöntemi uygulama örneği (Bernard ve diğerleri ) MR yöntemiyle 100 2500 metre derinlikteki yeraltı suyu aramaları yapılmaktadır. ( MRS ) yönteminin avantajı yer altı suyundaki protonun yanıtının saptanabilmesidir. Yani sinyal yoksa yeraltı suyu yok demektir. ( MRS ) yöntemi aşağıdaki sınırlamalara sahiptir. Geniş yarıçaplı bir loop ve büyük akım miktarı gerektirdiğinden loop ağır ve topografik arızalı yerlerde serimi zor olmaktadır.
PMR Ölçümlerinden Elde Edilmiş Kat Haritası
2 D K G PMR Kesiti
2.7. Kontürol rolü Audıo Manyetotellurik( ( CSAMT ) YöntemiY CSAMT (contrlled-source audiofrequency magnetotelluric), ilk kez Goldstein ve Srangvvay (1975) tarafından manyetik alanın zayıf sinyallerini ölçme zorlukları üzerine önerilmiştir. CSAMT, MT yönteminden daha ucuz bir yöntemdir. (CSAMT) yapay audiofrequency manyetotellürik (AMT) olarak da adlandırılan yere bağlı elektrik dipol ile yapay kaynaklı veya kontrollü kaynak ile çalışan bir yöntemdir. CSAMT son yıllarda artan bir ilgi ile maden, jeotermal, hidrokarbon ve radyoaktif yataklarının aranmasında, yer altı suyu ve zemin etütlerinde kullanılan bir yöntem olmuştur. Özellikle 20-2000 metre derinlikler için iyi sonuçlar verir. Maksimum derinlik 3 km dir. CSAM T de alanların polarizasyonu verici bir antenin veya dipolün yönlendirilmesine bağlıdır ve sinyal gerilimleri, MT den farklı olarak, mevsim veya günün zamanına bağlı değildir. CSAMT sinyal kaynağı yere serili indüksiyon halkası veya yere bağlı bir veya iki dipol akım kaynağından oluşur. Yer içine gönderilen sinyal için kullanılan akım miktarı 10-160 Amper aralıklarında ve çoğu etütlerde 0.1-10000 Hz frekans aralıklarındadır. Verici (Transmeter) T x - alıcı (reciever) R x arasındaki uzaklık hedeflenen derinliğin 5 katı olması gerekir. 2-3 km lik derinlik için T x-r x arasındaki uzaklık 5-15 km uzaklıklarda olmalıdır. R x elektrot aralığı 50 metre civarındadır. Şekide çizilmiş olan özel düzen, yayılım uzunluğu boyunca elektrik alan okumalarını normalleştirmek maksadıyla bir manyetik alan okumasının kullanıldığı yön bağımsız kaba bir CSAMT etüdü içindir.. CSAMT etüdü tipik Serilimi CSAMT Yönteminde Görünür Özdirenç ve Faz Farkı CSAMT teorisinin temel prensibi de Maxwell denklemleri cinsiden açıklanabilir. Şekil 10 da görülen CSAMT düzeneği, EM derinlik sondajındaki Turam yöntemine kabaca benzetebilir. Şekilde görüldüğü gibi verici kaynak 1-2 km uzunluğundadır. Uzun bir kablo içinden doğrul m veya alçak frekanslarda alternatif akım geçmesi halinde manyetik alan aynı zamanda Amf r kanunu olarak da bilinen Bio-Savvart kanununa göre Şekildeki gibi ele alınabilir. (10-1) denklemine benzer şekilde doğru akımınkine yakın kabullerle (Enjang ve diğerleri, 2003) CSANf dipol kaynak için manyetik alanın silindirik koordinatlarda radyal bileşenindeki Bessel fonksiyonı. terimlerini ihmal ederek oluşturduğu manyetik ve elektrik alan gerilimini ve içerdiği özellikleri aşağıdaki ifadelerle vermiştir. Bio-Sawart kanunun pratikteki ifadesi olan sağ el kuralına göre başparmak yönü manyetik alan yönü H ( radyal bileşenidir. Bu manyetik gerilim yakın alan olursa alçak frekanslarda doğru akım ifadesine yaklaşım kabulü prensibinden (quasi statik alan) dolayı H r= IdlsinØ / 2 pr 2
kuralına göre başparmak yönü manyetik alan yönü H ( radyal bileşenidir. Bu manyetik gerilim yakın alan olursa alçak frekanslarda doğru akım ifadesine yaklaşım kabulü prensibinden (quasi statik alan) dolayı H r = IdlsinØ / 2 pr 2 yazılabilir. Şekil 10.6. de görüldüğü gibi, burada dl dipol uzunluğu, r kaynak-sondaj arası uzaklık, a iletkenlik, I dipol kablosundaki akım miktarıdır. Bu durumda yakın alan için Maxwell denklemlerinden elektrik gerilim E Ø = IdlsinØ / 2pr 2 elde edilir. Bu iki denklemden göri\ r ki E elektktrik alanı yakın alan bölgesinde özdirenç ile doğrudan orantılı ve frekansa bağımlı değildi n manyetiiik alanı ise özdirence ve frekansa da bağımlı değildir. Yakın alan görünür özdirenci, ρ a, T x_ R x arsınddaki r uzaklığının bir fonksiyonudur. İfadesine benzer tanımla ρ a ρ a = r E 0 / 2H r elde edilir. Bu yakın alan ölçüleri ve nüfuz derinliğinin dizilim geometrisi ile kontrol edildiğini ve frekansın kontrolünün olmadığını gösterir. Uzak alan için, yakın alanınkinden yüksek frekanslarda manyetik ve elektrik alan düzlem dalga olarak yayılacağından Maxwell denklemlerinden H r = ( IdlsinØ / p μ ωr 3 ) e -ip/4, E Ø = IdlsinØ / 2p r 3 yazılabilir. Bu iki denklemden görülür ki homojen ortamlar için E alanı uzak alan bölgesinde özdirence ile doğrudan orantılı ve frekans bağımlı değildir. Yatay H alan bileşeni özdirencin kare köküne ve frekansa bağımlıdır. Bu iki bağıntıdan uzak alan görünür özdirenci p ( birbirine dik yatay bileşen alan oranlarından aşağıdaki gibi saptanabilir. ρ a = ( 1 / μω ) E Ø / H r elde edilen son bağıntı yukarıda MT için tanımlanan Cagniard görünür özdirencinin aynısı olduğu anlaşılır. Elektrik ve manyetik alan bileşenlerinin göreceli gerilimleri verici T x ve alıcı R x arsındaki r uzaklığına, ortam özelliklerine ve frekansa bağlıdır. Ortam özellikleri ve frekans 5 nüfuz derinliğini belirler. Nüfuz derinliği kr = ( r 2 ) / δ = r / δ ifadesi ile açıklabilir. Burada kr indüksiyon sayısı olarak adlandırılır. İndüksiyon sayısın davranış karakterine göre, Şekilde görüldüğü gibi, CSAMT yönteminde yayılan EM alanın üç bölgesi bulunmaktadır. Verici dipole yakın bölge yakın alan bölgesi diye tanımlanan I kr I «1 küçük indüksiyon sayısı ile elektrik olarak karakterize edilir. Verici dipolden uzak bölge uzak alan veya düzlem dalga bölgesi diye tanımlanan I kr I»1 büyük indüksiyon sayısı ile elektrik olarak karakterize edilir. Bu iki bölge arası geçiş bölgesi olarak isimlendirilir.
1000 Ohm metrelik homojen hir yer ortamında yakın alan etkilerini gösteren CSAMT Cagniard özdirenci. MT de kaynak ölçü noktasından sonsuz uzakta ve alanın polarize olmadığı kabul edilif» CSAMT de kaynak belirli uzaklıktadır ve yön bağımlı olarak polarizedir. Bu yorumda iki önemli sonuç ortaya koymaktadır: düzlem olmayan dalga veya geometrik etkiler ve kaynak yığılma etkileri. Düzlem olmayan dalga etkileri kaynak ve sondaj noktası arasındaki r mesafesinden dolayıdır. r>46 kaynağından uzak ölçü bölgesi uzak alan bölgesi olarak bilinir. Mesafenin 0.59<r<45 olması yani yakın olması geçiş bölgesi ve kaynağa çok yakın (r<0.58) olması yakın alan bölgesi olarak adlandırılır. Nüfuz derinliğini dört katını aşan r kaynak-sondaj noktası aralığında r<0.5 de geçiş bölgesi gerçek özdirenci bozar, yakın alan bölgesi sinyal satürasyonuna sebep olur ve özel veri elde edilmesini önler. Yukarıdaki koşullar sağlandığında yakın alan etkisi 32 Hz frekansından küçük frekanslarda görünür özdirenç eğrisinin 45 derecelik açı ile yükselmesi ile şekil deki gibi görülür. Geçiş bölgesi homojen ortamlarda yumuşak bir değişim gösterirken katmanlı ortamlarda özdirenç farklılığına bağlı karmaşık değişimler gösterir. Bu bakımdan CSAMT ölçülerinde uzak alan bölgesinde düzlem dalga oluşturulmasına dikkat etmek zorunluluğu bulunmaktadır. Maksimum sinyal için T x-r x uzaklığının minimum değerlerinde CSAMT verileri yakın alan ve geçiş bölgesi değerlerini içerir. Bu kaynak etkisi sorununu gidermek için uzak alanınkine eşdeğer görünür özdirenç değeri elde etmek amacıyla CSAMT verilerine düzeltme uygulanması gerekmektedir. Yakın alan CSAMT görünür özdirenci düzeltmede düzlem dalga görünür özdirenci yüksek frekans için Cagniard denklemi ile saptanan görünür özdirenç ve alçakıfitfkans için yakın alan denklemi ile saptanan görünür özdirenç olarak kullanılır. Uzak alan bölgesinde, etki eden EM dalgası yer içine düşey olarak düzlem dalga şeklinde yayıldığı düşünülebilir. Bu durumda CSAMT, MT ye benzer ve kaynağa paralel elektrik alan ölçüleri için r>46 olduğunda hesaplanan özdirençler, Zonge ve Hughes, 1988 in belirttiı iıgibi, yer içinin gerçek özdirençlerinin %5 içindedir. Bu koşul altında ölçülen özdirençler kaymak-sondaj aralığından veya geometriden bağımsızdır. Cagniard özdirenci olarak adlandırılan uzak alan Özdirenç ρa aşağıdaki birbirine dik elektrik manyetik alan birleşenlerinin oranında ki gibi hesaplanabilir. ρ a = 0.2T ( E x / E y ) 2
E x yatay doğrultuda nv/km biriminde elektrik alan gerilimi, H yatay doğrultitya dik g:ama biriminde manyetik alan birimi ve T saniye biriminde periyottur. Faz farkı φ = φ E - φ H φ E, kaynak sinyalini referans alan elektrik alanın faz açısı, φ H benzer olarak manyetik alanın faz açısıdır. n/4 veya 785.4 mili radyanlık faz farkı homojen yer içini temsil eder, daha büyük değerler yüksekten alçak özdirenç katmanını temsil eder, daha küçük değerler alçaktan yüksek özdirenç katmanını temsil eder. Yakın alan ve uzak alan bölgeleri arasındaki geçiş bölgesinde özdirençler kısmen geometrinin fonksiyonudur ve veriler geometri ve frekans ile kontrol edilir. Geçiş bölgesi genelde hızlı azalıp değişen ( V ) şeklinde grafiği olan Cagniard özdirenç verisi olarak tanınabilir ve alçak frekanslara doğru hızlı yükselir. Bu kısım jeolojik değişimlere çok duyarlıdır. MT ve CSAMT verilerinin karşılaştırılmasını göstermektedir MT ve CSAMT verilerinin karşılaştırması Manyetotelliirik (Uzak Kaynaklı Elektromanyetik) Yöntemler Arazi etüdünün en önemli karakteristiklerinden biri araştırma derinliğidir. CSAMT için araştırma derinliği D = 356? ρ /ƒ
dir. Ayrıca düzlem dalga sinyalinin genliğinin %37 ye düştüğü derinlikte nüfuz derinliği (skin depth) aşağıdaki gibi tanımlanır. Nüfuz derinliği tanımıyla Dalga boyu, l l = 2p δ δ = 503? ρ /ƒ D = δ /? 2 ile ilgilidir. Araştırma derinliğinin kontrol faktörü sinyalin frekansı ve yerin özdirencidir. Sinyal gerilimi aralık mesafesinin küpünün tersi l/r 3 ile söner. Verici-alıcı arsındaki uzaklık hedeflenen derinliğin 5 katı olmalıdır. Örneğin tavsiye edilen, 5-15 km verici-alıcı arasındaki uzaklık için erişebilinen derinlik 2-3 km arasındadır. Yanal çözüm tipik olarak dipol uzunluğuna bağlı olan 100-200 m aralığındadır ve düşey çözüm genellikle araştırma derinliğinin %(5-20) arlığına düşmektedir. CSAMT Yöntemi uygulaması CSAMT için yerin özdirenci ve frekansın fonksiyonu olarak etkin inceleme derinliğinin grafikten saptanmasını göstermektedir. (1-8192) Hz frekans aralığında CSAMT özdirenç, empedans fazı, elektrik ve manyetik alan genlikleri çift logaritmik çizim örneği, (Zonge, 2004).
Nispeten yarı sonsuz homojen bir ortam üzerinde T x-r x aralığı 5 km civarında sondaj yapıldığında lkm derinlikteki aşağısı tanınmak istenirse ortam öz direnci 1000 Ohm metre olduğunda 100 Hz civarı frekansta sondaj ile, ortam özdirenci 100 Ohm metre olduğunda 10 Hz civarı frekansta sondaj yapılması gerektiği görülmektedir. CSAMT de yerin özdirenç ve frekansın fonksiyonu olarak etkin inceleme derinliğinin grafik değişimi. ( Zonge, 1992 ) MT ve CSAMT de en önemli yorum sorunu statik etkidir. Bu etki satha yakın elektrik olarak heterojen ortamlardaki belirli kütle yüzeyinde biriken statik yüklerden ileri gelir. Kaynağa yakın yakın alan bölgesinde yer içine nüfuz eden dalga düzlem alan gibi davranış göstermez ve görünür özdirenç Cagniard ilişkisinden çok daha karmaşıktır. Ayrıca manyetik alan frekansa ve özdirence bağımsızdır. Nüfuz derinliğinin kaynak ve ölçü noktası arasındaki geometrinin direkt fonksiyonu olduğu nüfuz derilik ilişkisine göre bu önemli bir karışıklıktır. Bundan dolayı yakın alan verileri EM sondaj etüdünden ziyade daha çok dipol-dipol İP etüdüne benzer davranış gösterir. Yakın alan bölgesinden mümkün olduğunca kaçınılır. Elde edilen veriler, diğer yöntemlerde olduğu gibi, görünür özdirenç eğrileri, yapma kesitleri ve haritalar şeklinde hazırlanarak yorumlanır. Ters (invers) yorum yapma kesitler elde edildikten sonra uygulanır. CSAMT verilerinin yorumunda MT veri-işlem teknikleri kullanılır. İki boyutlu yapma kesitlerin elde edilmesi ve çözünürlülüğü için önerilen paket programlan temin edilebilen birçok algoritma vardır. CSAMT ufak ve büyük yapıları ayırt edebilen yüksek çözünürlüklü EM sondaj yöntemidir. CSAMT sismiği yerini alamaz fakat: 1. sismik etüt için rekonnesans etüt olarak kullanılır, 2. sismik yorumun statik düzeltmesine yardımcı olur, 3. sismik verilerin elde edilemediği volkanik veya karmaşık jeolojik yapılı arazilerde yegane tekniktir.
CSAMT KB GD Kesiti ( Sencsamt Bilgisayar Programı )
CSAMT Kesitleri
2.8. Gravite Yöntemi Garvite yöntemi yer kabuğunun içinde görülen daha çok veya daha az yoğunluklu heterojenitelerinin kütle çekimi farklılık değerlerini ölçerek tesbit edilen lokal kütlelerin hacimsel şeklini, derinliğini, yoğunluğunu ve rezervini saptayan bir jeofizik yöntemdir. Gravite yöntemi, diğer yöntemlerden ucuz olması sebebiyle rekonnesans yöntem olarak petrol, jeotermal ve madaen yataklarının aranmasında fay anomalilerinin yarı değer ilişki kadiseni göre saplanmasını sağlar.