1. 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
2. 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.
3. • 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.
GİRİŞ
7. 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)
Sismik Yöntemlerin Sınıflandırması
8. 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
9. 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
10. 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.)
11. 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
12. 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)
15. 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.
23. 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.
24. 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.
•
