Jeofizik Araştırmalarıby Emre Kıbrıs

Jeofizik Araştırmaları

Yerküre’nin çok derin yapısının araştırılmasında kullanılan jeofizik özellikler ve yöntemler insanoğlunun ulaşabileceği derinliklerde yer alan doğal kaynakların veya bazı sığ jeolojik yapıların incelenmesi amacı ile de kullanılabilir. Yer yüzeyi üzerinde veya yakınında yapılan ölçümlerden kayaçların yoğunluk, elastik dalga hızı ve elektrik özdirenci gibi birçok fiziksel özelliklerinin yanal ve düşey yönde nasıl değiştiği ve bunun nasıl bir jeolojik yapıya karşı geldiği saptanabilir. Temel Zeminin hızlı biçimde özellikle geniş alanda değerlendirmesine yönelik olarak jeofizik yöntemler kullanılmaktadır. Sondajlı araştırmalardan daha ucuz olmasına karşın sondaj çalışmaları ile ulaşılan kesinlikte veriler elde edilememektedir. Bu nedenle bu teknikler öz bilgi sağlamak ve sondajlı çalışmalara destek nitelikli ön çalışmalar olarak yorumlanmaktadır. Gravitasyon, manyetik, nükleer, sismik ve rezistivite gibi çeşitli yöntemler yaygın uygulama alanları bulmaktadır. Maden  yatakları, yeraltısuyu, jeotermal kaynaklar, jeolojik yapıların belirlenmesinde kullanılan Jeofizik Yöntemler son zamanlarda Arkeolojik araştırmalarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulanan belli başlı Jeofizik Yöntemler şunlardır;

• Sismik Kırılma Yöntemi

Sismik yöntemler, yapay olarak oluşturulan sismik (ses) dalgaları ile yer yapısını araştırmada kullanılır. Sismik yöntemlerde kaydedilen parametre, bir dalganın kaynaktan çıkıp alıcıya gelmesi için geçen zamandır. Stratigrafi, yeraltı yapısı ve özellikleri belirlenebilir. Temel zeminin sismik özelliklerinin bilinmesi sıvılaşmanın tahmin edilmesinde de önemli bir unsurdur. Bu yöntem, yapay biçimde yaratılmış titreşimin değişik tabakalrdan yansıma zamanına ölçümüne dayandırılmakta ve sismograf adı verilen cihazla ölçüm yapılamktadır.

Sismik Yöntemin Uygulama Alanları

• Temel kaya derinliğinin ve jeolojik yapıların kalınlıklarının belirlenmesi,
• Kazılabilirlik ve sökülebilirlik çalışmalarında P-dalga hızının tespitinde,
• Kaya ve zemine ait elastik parametrelerin yerinde belirlenmesi çalışmalarında,
• Yer altı zenginliklerinin aranmasında ve mühendislik çalışmalarında.

• Masw Yöntemi

Mühendislik uygulamalarında (bina, yol, baraj yapımı vs.) zemine ait elastik parametrelerin belirlenmesi, o zemin üzerine yapılacak yapıların güvenliği açısından son derece önemlidir. Zemine ait elastik parametrelerin yönelik sadece P  dalga hızının bulunması ve gelişi güzel bir Poisson oranı kullanılarak P dalga hızından S dalga hızına geçiş bazı hataları da beraberinde getirir.Zeminin dinamik özellikleri belirlenerek deprem sırasındaki davranışlarını belirlemede S dalgası hız bilgisinden yararlanılır. Bu dinamik özelliklerin belirlenmesi ile de birçok mühendislik problemin çözümüne (zemin büyütmesi, sıvılaşma, heyelan vb.) katkı sağlanmış olur. Ayrıca temel kaya derinliği ve üzerinde yer alan tabakaların kalınlıkları belirlenebilir. S dalgası hızı bilgisi ve temel kaya üzerinde bulunan tabakaların kalınlıkları biliniyor ise sismik yer tapkisi belirlenebilir.

Mühendislik çalışmalarının kent içinde ve dar alanlarda gerçekleştirilmesi gerektiğinden, hedeflenen araştırma derinliği için sismik kırılma yönteminde gerekli serim uzunluğunu elde etmek her zaman olanaklı olmamaktadır. Alüvyon kalınlığının 30 metreden daha kalın olduğu durumlarda sismik kırılma yöntemi ile sismik temelin saptanması oldukça güçleşmektedir. Bu tür sorunlarla karşılaşmamak için yerleşim alanlarında yüzey dalgasının kullanılması avantaj sağlamaktadır.Yüzey dalgası çalışmalarında periyodun bir fonksiyonu olarak grup varış zamanları, faz açısı ve genlik belirlenmeye çalışılır. Bu parametreler, kabuk-üst manto yapısının, deprem kaynak mekanizmalarının ve yerkürenin elastik özelliklerinin incelenmesinde önemli bir veri grubu oluştururlar.

• Mikrotremor Yöntemi

Mikrotremorlar; deprem ve sismik patlamalar dışındad doğal ve doğal olmayan nedenlerle oluşan, periyotları birkaç saniyeyi aşmayan, yeryüzünün tittrşim hareketleri olarak adlandırılır. Mikrotremor ölçüleri;Tek noktada,Gevşek zemin ve Kaya zeminde, Çoklu sismometreler dizilimi kullanılarak yapılabilir.

Mikrotremor yöntemi şu amaçlar için kullanılabilir:

Depreme dayanıklı bina yapımı için sismik faktörlerin saptanabilmesi

Zemin hakim periyodunun ve zemin büyütme katsayısının belirlenmesi

Rüzgar, dalga ve kültürel gürültülerin tespiti ve analizi

Bölgelerin deprem duyarlılıklarına göre sınıflandırılması

sarsıntı sırasında zemin ve yapı davranışlarının saptanması

• Manyetik Yöntem
  

Yerin manyetik alanının ve bu alandaki değişimlerin incelenmesidir. Gravite yöntemine benzemekle beraber gravite yöntemi yerkürenin sadece düşey bileşenini ölçmektedir. manyetik yöntem yerkürenin manyetik alanının çeşitli bileşenlerini ölçmektedir.Yeraltında bir cismin manyetik anomali verebilmesi için bu cismin manyetik duyarlılığının farklı olması gerekir. Bu yöntem karada, havada ve denizde uygulanabilir. Daha çok petrol aramalarında ve metalik maden yataklarının aranmasında kullanılır.Manyetik yöntemle arazide yapılan ölçümlerde aletlerin çoğu alan şiddetini veya belirli bir bileşenini ölçme amacı ile yapılmıştır.1900’lü yıllarda yapılan ilk aletler yer manyetik alanın düşey, yatay ve toplam bileşenlerini ölçmek üzere hazırlanmıştır.İlk manyetik araştırmalarda manyetik varyametreler kullanılmıştır. Bu ölçüm cihazları  2.dünya savaşı sırasında denizatlıların havadan saptanması için  geliştirilmiştir.

• Rezistivite Yöntemi
  

Elektrik rezistivite etüdü yer altı tabakalarının rezistivite (özdirenç) değerlerinin yüzeyden ölçme operasyonudur.Yerkabuğunu oluşturan litolojik formasyonların  rezistivite değerleri 10^-2  Ohm ile 10⁵  Ohm arasında değişir. Kayaçların birbirinden farklı rezistivite değerlerine sahip olması özelliğinden yararlanılarak  Jeofizik “ Rezistivite Etüdü ” genellikle bir sahadaki yapıyı ortaya çıkarmak, hidrojeolojik koşulları ve örtü kalınlığını saptamak yöresel yada bölgesel su içeren rezervuar sisteminin yerini ve boyutlarını belirlemek,  ekonomik değeri olan madenlerin yerlerini ve konumlarını belirlemek amacı ile yapılır.

Bir Kayacın Rezistivite Değeri ;

1. a) İçerdiği suyun tuzluluğuna,iletkenliğine ve sıcaklığına
2. b) Bünyesindeki İletken killi mineral miktarına
3. c) Porozite ve permeabilitesine bağlıdır.

Örneğin suyla doygun temiz bir kum tabakası aynı özellikteki suyla doygun hafif killi kum tabakasından çok daha yüksek rezistivite değeri verir.Rezistivite ölçümleriyle bu ayırım yapıldığında temiz kum tabakasının yeri belirlenir ve bu tabakadan daha fazla su alınması sağlanır.

• Kuyu Logu Ölçümleri
  

Jeofizik kuyu logları açılmış bir sondaj kuyusunda kesilen formasyonların belirli bir fiziki özelliğini kuyu derinliğinin bir fonksiyonu olarak ölçülmesi ve kayıt edilmesidir. Ölçüm yöntemi düşeydir ve aşağıdaki ölçümler yapılabilir;

-Özdirenç                               -Tabaka Hızları

-Yoğunluk                              -Termik (Isı)

-Işınım (Radyasyon)            -Doğal Potansiyel (SP)

1. Temiz su akiferleri ve kompakt (yoğun) kayaçlar diğer formasyonlara göre çok daha yüksek rezistivitelerdir.
2. Zayıf poroziteli su akiferlerine ait görünür rezistivite değerleri kompakt kayaçlarla benzer rezistivite değerlerine sahiptir.Bunlar PS logları ile ayrılabilir.
3. Farklı formasyonların kalınlıkları ve derinlikleri rezistivite loglarıyle saptanabilir.Ancak su taşıyan kırık zonları ve boyutları rezistivite loglarıyle saptanamaz.
4. Killi seviyelerin ayrılmasında gamma logları elektrik loglarına göre daha başarılıdır.
5. PS logu sondaj kuyusunda kil veya killi bir formasyonlar kesilmemişse anlamsız düzgün bir doğru şeklindedir.
6. Tuzlu su taşıyan akiferler kil’e benzer türde veya daha düşük rezistivite değeri verdikleri için rezistivite loglarıyle bu ayırım yapılabilir.
7. Log çalışmaları ile sondaj kuyusundaki suyla ilgili PH, sülfür, nitrat, bakteriler veya suyun içilebilirliği ile ilgili herhangi bir bilgi elde edilemez.
8. Kuyu log ölçümleri ile açılan bir sondaj kuyusundan çıkacak su miktarı ile ilgili hiçbir bilgi söylenemez.Loglar sondajda kesilen formasyonların gerçek derinlikleri ve kalınlıklarını verdiğinden akiferlere karşılık yerleştirilebilecek filtreli boruların planlamasının kolaylıkla yapılmasını sağlar.

• Arkeolojide Jeofizik Yöntemler