İng. Shallow Seismic Methods
1900’lü yılların ortalarında yerin ilk 30m’si için tanımlanan sığ sismik çalışmalar, 1 günümüzde özellikle ekipmanların gelişimi ve sığ derinliklerdeki değişimlerin tahmin edilenden daha fazla yüzeydeki prosesleri etkilemesinin anlaşılmasıyla ilk 50m’ sini kapsamaya başlamıştır. Dolayısıyla, yerin ilk 30-50m’ sini görüntülemeye ve tanımlaya çalışan sismik çalışmalar bu gruptadır.2 Bu amaçla kutup bölgelerindeki karasal alanlarda özellikle sismik kırılma ve yüzey dalgası yöntemleri kullanılırken, derin karasal ve denizel araştırmalarda ise sismik yansıma yöntemi tercih edilmektedir (Şekil 1).
Sismik kırılma yöntemi, bir kaynaktan çıkan ve yüzeydeki alıcılara doğrudan gelen ya da yer altında kritik kırılarak hareket ederek yüzeye ulaşan baş dalgaların ilk varış zamanlarını kullanır (Şekil 2a). Belirlenen ilk varış zamanları bilgisayar ortamındaki yazılımlarla değerlendirilerek (Şekil 2b); kaynakla alıcı arasındaki yer altı birimlerinin hızları, birim ara yüzeylerinin topografyası, birimlerin elastik özellikleri, yapısal farklılıkları (gözeneklilik vb.), jeolojik-litolojik sınıfları (permafrost, kum, kil, kaya vb.) hakkında kestirimler yapılır (Şekil 2c).
Yöntemde, cisim dalgaları olan sıkışma veya bilinen adıyla P dalgaları (Primer) ya da kesme veya bilinen adıyla S dalgaları (Sekonder) dalgaları kullanılabilir. P dalga hızları genellikle birimlerin ve ara yüzeylerin tanımlanmasında önemli rol oynarken, S dalga hızları bu birimlerin elastik özelliklerinin (kırık-çatlak durumu, kesme direnci vb.) tanımlanmasında kullanılır.
Yöntemin kutuplarda kullanılması 1961’ de ki uygulamalarla başlamış, 3 günümüzde ise özellikle veri değerlendirme imkânlarının gelişmesiyle yüksek çözünürlüklü tomografik çözümler sıklıkla kullanılmaktadır (Şekil 2c).4, 5, 6
Kutup ortamlarında yapılan sismik kırılma çalışmalarında, sismik hızlardaki ani yükseliş ya da düşüş, donmuş ve donmamış birimlerin ayırt edilmesini sağlar. Sismik hızlardaki bu değişimler, özellikle permafrost çalışmalarında aktif tabaka ve permafrostun buzca zengin bölgelerinin belirlenmesine imkân sağlamaktadır. Ancak, kutup bölgelerindeki sığ ana kaya ya da dağlık alanlarda sismik hızların buz ve kayaçlar için benzer değerlerde olması, sismik kırılma yönteminin tek başına kullanılmasını zorlaştırabilir.
Yüzey dalgası yöntemleri ise S dalga hızının elde edilmesinde son yirmi yılın popüler yöntemidir.7, 8 9.S dalgasının karmaşık yer altı ortamlarında çabuk soğurulması ve nemli ortamlarda hareket kabiliyetinin düşük olması nedeniyle, klasik sismik kırılma çalışmaları ile hedef yer altı problemine ait S dalga hızı dağılımı elde edilmesi zordur. Ancak, bu problem bir başka sismik yöntem olan yüzey dalgası analizleri ile başarılı şekilde aşılabilir. Yüzey dalgası yöntemleri Rayleigh ve Love yüzey dalgalarının dispersif özelliklerinden faydalanarak, yer altının S-dalga hızı dağılımı hakkında bilgi verir (Şekil 3). Rayleigh dalgasının nemli-ıslak ortamlardaki hareket kabiliyetinin daha yüksek olması nedeniyle, çoğunlukla maddenin birden fazla halini birlikte içeren kutup ortamında daha verimli olacaktır. Nitekim literatürdeki birçok farklı mühendislik probleminin çözümünde de Rayleigh dalgası tercih edilmektedir.10, 11, 12
Çok kanallı yüzey dalgası yöntemleri aktif (MASW) ve pasif (ReMi) olarak ikiye ayrılmaktadır. Aktif çalışmalarda bir kaynak kullanılır ve göreceli olarak sığ derinliklere odaklanırken (~30-50 m)13 (Şekil 3b ve 3c), pasif çalışmalarda yer içindeki ve/veya çevredeki doğal titreşimleri kullanılırlar ve daha derin yapılara odaklanır (~50-100m)14.
Çok kanallı yüzey dalgası yöntemleri ile ulaşılamayan daha derin ortamlara ait S dalga hız yapısının elde edilmesinde, örneğin batı antarktika altındaki kabuk yapısının araştırılması gibi 15, daha düşük frekanslı (uzun periyotlu veya dalga boylu) sinyallerden oluşan mikrotremorlar (titreşimcikler) kullanılabilir. Aynı anda birden fazla mikrotremor ölçüm cihazı (özel tasarlanmış sismometre) ile belirli bir dizilim içerisinde sinyal kaydedilmesine dayanan SPAC mikrotremor (SPAC-Spatial AutoCorrelation) çalışmalarıile ortama ait S-dalga hızı elde edilebilir. Sonuç olarak, hedef alanda tümleşik yaklaşımla yapılacak olan sismik kırılma, aktif-pasif çok kanallı yüzey dalgası ve dizilim mikrotremor çalışmaları ile 1B ve 2B’ lu güvenilir dalga hızı profilleri ve kesitleri elde etmek mümkün olacaktır.
Sismik yansıma yönteminin çalışma prensibi ise, bir kaynaktan çıkan sismik enerjinin yer altındaki birimlerin akustik empedans farklılıklarına göre yansıyarak yer üstündeki alıcılara ulaşması ve alıcılarda zamanın fonksiyonu olarak kaydedilmesidir.
Yöntem karada (land seismic) ve denizde (marine seismic) uygulanabilir. Kara ve deniz sismiği çalışmalarında kullanılan ekipmanlar çalışma prensipleri farklı olan ancak amaca hizmet eden cihazlardır. Sismik yansıma çalışmaları yüksek oranda yüzlerce metreleri ve kimi zaman birkaç kilometrelik yer altının görüntülenmesini amaçladığından, bu yöntemde kullanılan sismik kaynaklar, diğer sismik çalışmalarda kullanılanlardan daha güçlüdür. Ayrıca, yer altının derinliklerinden gelen bilgilerin güvenilir olarak kaydedilmesi için de birkaç yüz alıcı, uzun serimler boyunca dizilir. Dolayısıyla, sismik yansıma çalışmaları diğer sismik çalışmalara göre daha fazla iş gücü, zaman ve bütçe gerektirir. Bu nedenle, çoğunlukla enerji sektöründeki derin yer altı görüntüleme çalışmalarında tercih edilmektedir. Diğer taraftan, kutup bölgelerindeki bilimsel amaçlı yapılan çalışmaların büyük çoğunluğu kutuplar çevresindeki açık sularda gerçekleştirilen deniz sismiği çalışmalarıdır (Şekil 4 ). Sismik yansıma verilerinin dijital boyutları diğer tüm jeofizik verilerden fazladır ve bu veriler özel donanım ve yazılımlara sahip bilgisayarlarla değerlendirilmektedir.
Şekil 1. Ülkemiz bilim insanlarının Barton Yarımadası (Antarktika)’nda dınmış zemin araştırmaları kapsamında yaptığı, a. sismik kırılma ve yüzey dalgası, b. mikrotremor çalışmalarından görüntüler
Şekil 2 a. Sismik kırılma yöntemi şematik gösterimi, b 12 alıcılı bir sismik kırılma verisi ve ilk varış zamanları, c. ilk varış zamanlarının tomografik değerlendirmesinden elde edilen 2 boyutlu yer altı kesiti
Şekil 3 a. 24 kanallı çok kanallı yüzey dalgası (MASW) verisi örneği, b. bu verinin değerlendirilmesi ile elde edilen yer altı 1 boyutlu S dalga hız yapısı, c. 4 farklı veriden elde edilen 1 boyutlu S dalga hız bilgisinin birleştirilmesi ile elde edilen 2 boyutlu S dalga hız kesiti
Şekil 4. Amundasen Denizi (Batı Antarktika)’nde yapılan sismik yansıma çalışmalarından elde edilen 2 boyutlu yeraltı yansıma kesitlerinin birleştirilmesi ile elde edilen 2.5 boyutlu görüntü16
