senior project in Istanbul University SurfaceWaveTomography

1. İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
JEOFİZİK MÜHENDİSLİĞİ
BİTİRME ÖDEVİ
SİSMİK YÜZEY DALGARININ TOMOGRAFİSİ İLE
YÜZEYE YAKIN YAPILARIN İNCELENMESİ
Hazırlayan
Mustafa BİRDAL
1302080013
Danışman
Prof. Dr. Ali Osman ÖNCEL
Haziran, 2012
İSTANBUL

2. i
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
JEOFİZİK MÜHENDİSLİĞİ
1302080013 numaralı Mustafa BİRDAL tarafından hazırlanan “Sismik Yüzey
Dalgalarının Tomografisi İle Yüzeye Yakın Yapıların İncelenmesi” isimli bitirme
ödevi tarafımdan okunmuş ve kabul edilmiştir.
28 / 06 / 2012
Danışman
Prof. Dr. Ali Osman ÖNCEL
1302080013 numaralı Mustafa BİRDAL’ın Bitirme Ödevi Sınavı tarafımızdan yapılmış
ve başarılı bulunmuştur.
SINAV JÜRİSİ
Ünvanı, Adı ve Soyadı İmza
1. ………………………….. ………………………..
2. ………………………….. ………………………..
3. ………………………….. ………………………..

3. ii
ÖNSÖZ
Bu projenin hazırlanmasında sağlamış olduğu katkı ve yönlendirmelerden dolayı
danışmanım Sayın Prof. Dr. Ali Osman ÖNCEL’e, saha çalışmalarında yardımcı olan
Geosis Yerbilimleri ve Danışmanlık Ltd. Şirketine, ofis çalışmalarında yardımlarını
esirgemeyen Sayın Jeofizik Mühendisi Serhan GÖREN’e, değerli önerileri için Sayın
Ar. Gör. Seda ALP’e, çalışma arkadaşım Sayın Mehmet Safa ARSLAN’a ve her
zaman beni destekleyen sevgili aileme teşekkürlerimi sunarım.

4. iii
İÇİNDEKİLER
Özet….…………………………………………………………………….……….1
1. Giriş……………………………………………………………………..….….2
2. Genel Kısımlar………………………………………………………………3
2.1 Genel Tanımlamalar…….……...……………………………………….……3
2.1.1. Sismik Dalgalar …………………………..………………………….…….3
2.1.1.1. Cisim Dalgaları…………………………………………………….….....3
2.1.1.2. Yüzey Dalgaları…………………………………………..………….…..4
2.1.2. Rayleigh ve S Dalgası Hızları Arasındaki İlişki………………………...6
2.1.3. Faz Hızı ve Grup Hızı……………………………………………………..7
2.1.4. Dispersiyon………….………………………………………………….…..8
2.2. Yüzey Dalgası Yöntemleri……………………………………………….…10
2.2.1. Yüzey Dalgalarının Çok Kanallı Analizi Yöntemi (MASW)……….….10
2.2.2. CMPCC Toplam Yöntemi (Common Mid-point Cross Corelation)…...12
3. Malzeme ve Yöntem………………………………………………….....…13
4.Bulgular…………………………………………………………………......…18
5. Tartışma ve Sonuç…………………………………………………....…….29
6.Kaynaklar……………………………………………………………………..33

5. 1
ÖZET
Sismik Yüzey Dalgalarının Tomografisi İle Yüzeye Yakın Yapıların İncelenmesi
Bu tezin amacı, saha çalışmalarıyla sismik verilerin toplanması ve bu verilere Yüzey
Dalgalarının Çok Kanallı Analizi Yönteminin (MASW) uygulanmasıdır. Böylece
çalışma alanına ait 2-boyutlu tomografi modelinin elde edilmesi istenmiştir. Arazide
toplanan sismik verileri, MASW yöntemi için geliştirilen “Surface Wave Analysis
Wizard” ve “WaveEq” isimli yazılımlar vasıtasıyla çözümlenmiştir. Bütün bu verilerin
çözümlenmesi sonucunda elde edilen sonuçlar açıklanmıştır. Elde edilen sonuçlar
Jeofizik Mühendisi Serhan GÖREN tarafından oluşturulan sismik yansıma kesitleriyle
karşılaştırılarak çalışmaların doğruluğu irdelenmiştir.

6. 2
1. GİRİŞ
Bilindiği gibi mühendislik jeofiziği yeraltında bulunan jeolojik yapıları belirlemeyi ve
yeraltında ki farklı özelliklere sahip yapıların geometrik, elastik ve benzeri
parametrelerinin hesaplanmasını amaçlamaktadır. Sismik yöntemler mühendislik
jeofiziğinin amaçları doğrultusunda yaygın olarak kullanılan en etkili yöntemlerden
birisidir (Çaylak ve Sarı, 2008).
Yerin (zeminin), deprem gibi bir dinamik yük altındaki davranışı belirlemek için elastik
parametrelerin vermiş olduğu bilgilerden yararlanılmaktadır. Zeminlere ait elastik
parametrelerin belirlenmesi S dalgası hızı ile doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, S dalga
hızının derinlikle değişiminin incelenmesi mühendislik jeofiziği açısından çok
önemlidir (Dikmen vd., 2009).
Arazi çalışmalarıyla S dalga hızının belirlenmesinde sismik kırılma yöntemi, sismik
yansıma yöntemi ve kuyuda sismik hız ölçümü tekniklerinden (down-hole, up-hole,
cross-hole) yararlanılmaktadır. Bu yöntemler, kent içinde ve dar alanlarda
gerçekleştirilen çalışmalarda sinyal/gürültü oranının düşük olmasından dolayı S
dalgasının kayıt edilmesi oldukça zordu. Ayrıca sismik kırılma yöntemi, yüksek hız
değerine sahip bir katmanın altında bulunan düşük hızlı katmanların parametrelerini
çözümleyememektedir ve kalın alüvyon çökellerinin bulunduğu ortamlarda sismik
temelin saptanmasında güçlükler ortaya çıkmaktadır (Bozdağ, 2002; Dikmen vd., 2009).
Bahsedilen tüm bu sorunlarla karşılaşmamak için sismik yüzey dalgası yöntemlerinin
kullanılması avantaj sağlamaktadır. Sismik yüzey dalgası yöntemlerinde, yüzey
dalgalarının frekansa bağlı özelliklerinden yararlanarak yüzeye yakın yapıların elastik
özelliklerin belirlenebilir. Yüzey dalgalarının dispersif özelliklerinden yola çıkılarak S
dalgası hızı profilleri elde edilmektedir (Park vd., 1998; Xia vd., 2000).
Bu tez kapsamında sismik yüzey dalgası yöntemlerinden, “Yüzey Dalgalarının Çok
Kanallı Analizi (MASW)” yöntemi ile Kahramanmaraş ilinin Elbistan ilçesindeki bir
bölge için yapılan çalışmalar anlatılmıştır. Bu yöntemle yüzey dalgalarının analizinden

7. 3
yararlanılarak yer altına ait S dalgası hızının tomografik modelinin nasıl oluşturulduğu
ayrıntılı bir şekilde açıklanmıştır.
2. GENEL KISIMLAR
2.1. Genel Tanımlamalar
2.1.1. Sismik Dalgalar
Sismik dalgalar elastik deformasyon enerjisinin kümeleridir. Örneğin deprem gibi bir
olay sonucu ortaya çıkan enerji, depremin merkezinden (kaynak noktasından)
uzaklaşarak yer içerisinde bulunduğu ortamın özelliklerine bağlı olarak tüm yönlere
doğru elastik bir dalga şeklinde yayılacaktır. Sismik dalgalar cisim dalgaları ve yüzey
dalgaları olarak iki gruba ayrılmaktadır. Cisim dalgaları, yer içerisinde yayılan
dalgalardır. Yüzey dalgaları ise, hemen hemen yeryüzüne paralel bir şekilde yüzey
sınırında yayılan sismik dalgalardır (Kearey vd., 2002).
2.1.1.1. Cisim Dalgaları
Cisim dalgaları boyuna dalgalar (P dalgası) ve enine dalgalar (S dalgası) ikiye
ayrılmaktadır. P dalgaları yayıldığı doğrultuda sıkışma ve genişleme yaparak yayılırlar.
P dalgasının geçişi esnasında yer içerisindeki partiküller dalganın yayılım doğrultusu
üzerinde ileri-geri titreşimler yapmaktadırlar ve geçtikleri ortamlarda hacimsel değişime
neden olurlar. P dalgaları katı, sıvı ve gaz ortamlarında yayılım gösterebilirler ve yer
içerisinde en hızlı yayılan dalgalardır. S dalgaları, dalganın yayılım doğrultusuna dik
olarak enine deformasyonlar yaparak yayılmaktadırlar. S dalgalarının geçişi sırasında
yer içindeki partiküllerde şekil değişimine neden olmaktadırlar. S dalgasının yatay
(SH) ve düşey (SV) düzlem olmak üzere iki bileşeni bulunmaktadır. S dalgaları sıvı ve
gaz ortamlarda yayılmazlar. Çünkü sıvı ve gaz ortamlarda sıkışmazlık modülü sıfırdır
(2.1). S dalgaları sismik kayıtlarda, P dalgalarından sonra gelen en hızlı sismik
dalgalardır. Ayrıca cisim dalgaları dispersif olmayan sismik dalga türleridir (Kurtuluş,
2002).

8. 4
S dalga hızı;
VS = (μ / ρ)1/2 = (E / 2 * ρ * (1+ σ))1/2 (2.1)
Formülü ile hesaplanmaktadır.
E = Young modülü
μ = Sıkışmazlık modülü
ρ = Yoğunluk
σ = Poisson oranı
Şekil 2.1: P ve S dalgalarının yayılımı (Stein ve Wysession, 2003).
Mühendislik jeofiziğinde, P ve S dalgalarının hız değerlerinin ölçülmesi yerin jeoteknik
özelliklerinin belirlenmesine oldukça önemlidir. Özellikle S dalgası hızı değeri,
zeminlerin elastik parametrelerin belirlenmesinde daha fazla ve önemli bilgiler
vermektedir (Kearey vd., 2002).
2.1.1.2. Yüzey Dalgaları
Homojen, izotrop ve sonsuz ortamlarda yalnızca cisim dalgaları oluşmaktadır ancak;
ortam sonsuza gitmezse ve sınırlı kalırsa, sınırları oluşturan serbest yüzeylerde yüzey

9. 5
dalgaları adı verilen sismik dalgalar oluşur. Rayleigh ve Love adı verilen iki tür yüzey
dalgası vardır. Rayleigh dalgaları, yarı sonsuz ortamlarda yayılmaktadırlar. Bir
ortamdan geçtikleri zaman, o ortamın partikülleri retrograd adı verilen eliptik bir
hareket yapmaktadır. Retrograd hareket P dalgası ile S dalgasının düşey doğrultudaki
hareketinin bir kombinasyonu olarak düşünülebilir. Rayleigh dalgalarının hız değeri ile
aynı ortamda yayınan S dalgası hızının değeri arasında bir yaklaşım bulunmaktadır
(2.2). Ayrıca Rayleigh dalgaları dispersiyon göstermektedirler (Novotny, 1999).
VR = 0.92 * Va (2.2)
VR = Rayleigh dalgası hızı
VS = S dalgası hızı
Şekil 2.2: Rayleigh dalgasının yayılımı ( Fowler, 2005)
Diğer bir yüzey dalgası türü olan Love dalgaları, S dalgasının yatay bileşeninden
oluşmaktadır. Love dalgaları, daima dispersiyon gösterme özelliğine sahiptir (Kurtuluş,
2002).

10. 6
Şekil 2.3: Love dalgasının yayılımı (Fowler, 2005).
2.1.2. Rayleigh ve S Dalgası Hızları Arasındaki İlişki
Elastik yarı sonsuz bir ortamda Rayleigh dalgası ve S dalgası hızları arasındaki ilişki
aşağıdaki bağıntıda verilmiştir (Richart, 1970).
(VR/VS)6–8*( VR/VS)4+[24-16*(1-2σ) / (2-2σ)]*( VR/VS)2 + 16*{[(1-2σ) / (2-2σ)]-1}= 0
(2.3)
Poisson oranı bağıntısı da aşağıdaki gibi verilmiştir (Grand ve West, 1965).
σ = (VP2- 2*VS2) / [2* (VP2-VS2)] (2.4)
VR = Rayleigh dalgası hızı
VS = S dalgası hızı
VP = P daşgası hızı
σ = Poisson oranı
Poisson parametresine bağlı olarak Rayleigh ve S dalgası hızı arasındaki oran Şekil
2.4’ te görülmektedir. Poisson oranının 0-0.5 aralığında olması durumunda Rayleigh

11. 7
dalgası ve S dalgası hızları arasındaki oran 0.87-0.96 aralığında değişmektedir (Sheriff,
1991)
Şekil 2.4: Poisson oranına bağlı olarak Rayleigh dalgasının S dalgasına oranı (Al
Dulaijan, 2008).
2.1.3. Faz Hızı ve Grup Hızı
Dispersiyon gösteren yüzey dalgalarında iki ayrı hız kavramı söz konusudur. Farklı
frekanstaki yüzey dalgaları birbiri üzerine binerek bir dalga grubu oluşturmaktadırlar.
Bu dalga grubundaki herhangi bir noktanın ilerleme hızına faz hızı denilmektedir. Dalga
grubunun tamamının ilerleme hızına da grup hızı denilmektedir (Şekil 2.5) (Lay ve
Williams 1995).
Şekil 2.5: Faz hızı ve grup hızının gösterimi (Osmanşahin, 1989).

12. 8
2.1.4. Dispersiyon
Yüzey dalgaları, yayılımları sırasında düşey heterojen ortamlarda dispersiyon
göstermektedir. Dispersiyon, yüzey dalgalarının farklı frekanslarda farklı faz hızlarına
sahip olması anlamına gelmektedir. Homojen bir ortamda dalgalar farklı dalga boyunda
ve farklı derinliklerde olsa bile aynı malzeme içerisinde yayıldıkları için hızları aynı
olacaktır. Düşey olarak homojen olmayan bir ortamda ise farklı malzemeler içerisinde
yayılan dalgalar, yayıldıkları ortamlarının özelliklerine bağlı olarak farklı faz hızlarıya
yayılım gösterirler (Şekil 2.6). Yüzey dalgaları tek bir hız değerine sahip değildir, fakat
faz hızı frekansın fonksiyonudur ve frekans ile faz hızı arasındaki ilişki “dispersiyon
eğrisi” olarak tanımlanır (Şekil 2.7). Yüksek frekans değerlerinde ki faz hızları yüzeye
yakın tabakaların Rayleigh dalgası hızını temsil eder, düşük frekanstaki faz hızları da
daha deri tabakaların Rayleigh dalgası hızını temsil etmektedir (Strobbia, 2005).
Şekil 2.6: Homojen ortamda faz hızı (solda), düşey olarak homojen olmayan ortamda
faz hızını dalga boyuna bağlı değişimi (sağda) (Strobbia, 2005).

13. 9
Şekil 2.7: Faz hızının frekansın bir fonksiyonu olması sonucu oluşan dispersiyon eğrisi
(Strobbia, 2005).
Dispersiyon eğrisi deneysel olarak ölçülebilir ve dispersiyon eğrisinin yorumlanması ile
yeraltının özellikleri belirlenebilir. Rayleigh dalgasının yer yayılımı çok modlu (kip) bir
olgudur. Herhangi bir frekans değeri için, Rayleigh dalgasının en düşük faz hızındaki
yayılımı temel mod olarak adlandırılmaktadır. Temel moddan daha büyük hız değerine
sahip olan modlar yüksek mod olarak adlandırılır (Şekil 2.8) (Strobbia, 2005).
Şekil 2.8: Yüzey dalgalarının dispersiyon eğrilerindeki temel mod ve yüksek modların
görünümü (Dikmen vd., 2009).
Yüzey dalgası yöntemlerinde analiz için temel mod kullanılmaktadır. Diğer yüksek
modların kullanımı yeraltı hız dağılımının hatalı bulunmasına neden olmaktadır. Temel
mod yerine yüksek modun kullanılması gerçek hız değerinden daha yüksek bir hızın
elde edilmesine neden olmaktadır (Dikmen vd., 2009).

14. 10
2.2. Yüzey Dalgası Yöntemleri
İlk olarak, sismologlar yerkabuğu ve üst manto araştırmaları için yüzey dalgalarını
kullanmışlardır (Ewing vd.,1957; Dorman vd., 1960; Knopoff, 1972; Kovach, 1978)
Yüzey dalgası yöntemleri genel olarak yüzey dalgalarının geometrik dispersiyon
analizine dayanmaktadır. Arazide ölçülen sismik kayıtlardan elde edilen dispersiyon
eğrilerine ters çözüm yapılarak S dalgasının derinliğe bağlı 1 boyutlu profilleri
belirlenmektedir. Yüzey dalgası yöntemlerinde genel olarak Rayleigh dalgası
incelenmektedir.
Yüzey dalgası yöntemleri aktif kaynaklı ve pasif kaynaklı olmak üzere iki kategoriye
ayrılmaktadır. Yüzey Dalgalarının Spektral Analizi (SASW) (Nazarian ve Stokoe, 1984;
Gucunski ve Woods, 1991; Tokimatsu, 1992) ve Yüzey Dalgalarının Çok Kanallı
Analizi (MASW) (McMehan ve Yedlin, 1981; Park vd., 1999a) aktif kaynaklı yüzey
dalgası yöntemlerindendir. Pasif kaynaklı yüzey dalgası yöntemleri ise Kırılma-
Mikrotremör Yöntemi (ReMi) (Louie, 2001), Frekans- Dalga Sayısı Yöntemi (f-k) (
Capon, 1969) ve Uzaysal Özilişki Yöntemidir (SPAC) (Aki, 1957).
2.2.1. Yüzey Dalgalarının Çok Kanallı Analizi Yöntemi (MASW)
SASW yönteminde yüzey dalgalarını kaydetmek amacıyla bir alıcı çifti kullanılır
(Dobrin ve Savit, 1988). Sismik kaynak olarak genellikle balyoz kullanılır. Bu nedenle
daha derin araştırma derinliğine ulaşabilmek için alıcı-kaynak aralığının arttırılması
gerekmektedir. Bu nedenle iş gücü ve zaman bakımından dezavantaj sağlamaktadır.
Ayrıca cisim dalgalarının ve yüzey dalgalarının yüksek modlarının varlığından dolayı,
kaydedilen verinin olası kirlenmesi fark edilemez ve uygun şekilde kullanılamaz (Bath,
1973). MASW yöntemi, SASW yönteminde gürültü nedeniyle yaşanan eksikliklerin
giderilmesi amacıyla geliştirilmiştir (Park vd., 1999a).
SASW yöntemi genel olarak yüzey dalgalarının yüksek modlarına karşı duyarlı değildir.
MASW ile yüksek modların belirlenmesi mümkündür (Park vd., 1998a,b). MASW
yöntemi çalışmaları veri toplama, dispersiyon eğrisinin elde edilmesi ve ters çözüm

15. 11
işlemiyle S dalgası hızının derinliğe bağlı dağılımını bulma aşamalarıyla yapılmaktadır.
Veri toplama aşamasında kullanılan düzenekler sismik kırılma yöntemi ile benzerlik
göstermektedir. Kullanılan serimin uzunluğu ve jeofonların arasındaki mesafe,
araştırma derinliğini ve çözünürlüğünü belirleyen önemli parametredir. Bunlara bağlı
olarak arazi çalışmalarında amaca uygun serim uzunluğu ve jeofon aralığı belirlenir.
Veri toplama aşamasında kayıt uzunluğunu 1 saniye süresince almak S dalgasının hız
değişiminin belirlenmesi için yeterlidir (Dikmen vd., 2009).
Şekil 2.9: MASW yöntemi veri toplama düzeneği (Park vd., 1998).
Arazideki veri toplama aşamasından sonra sismik kayıtlardan frekansa bağlı olarak
“ground roll” dalgasının faz hızları hesaplanır. Hesaplamalar sonucu frekansa bağlı faz
hızı eğrileri (dispersiyon eğrileri) elde edilir (Park vd., 1999a). S dalgası profilini
ortaya çıkartmak için elde edilen eğrilerin her birine ters çözüm işlemi uygulanmalıdır
(Xia vd., 1999). Ters çözüm sonucu bulunan S dalgası hızı profili, jeofon diziliminin
ortasını temsil etmektedir (Miller vd.,1999). MASW yöntemi, tek boyutlu S dalgası hızı
profilleri elde edilebildiği gibi, birçok atışın birleştirilmesi ile iki boyutlu S dalgası hızı
profillerinin de elde edilmesine olanak sağlar. İki boyutlu S dalgası hızı kesitleri ile
yeraltındaki boşluklar, çatlaklı bölgeler, ana kaya yüzeyi ve düşük hız zonları gibi
yapılar tespit edilebilir (Çaylak ve Sarı, 2008).

16. 12
2.2.2. CMPCC Toplam Yöntemi (Common Mid-point Cross Corelation)
Derin litolojilerin doğru hız yapılarını belirleyebilmek için alıcı diziliminin boyunun
arttırılması gerekmektedir. Bu durum beraberine yanal çözünürlüğün azalması gibi bir
sorunu getirmektedir. Alıcıların arasındaki mesafenin az olması çözünürlüğün yüksek
olmasını sağlamaktadır. Bu durumun getirdiği karmaşıklığı ortadan kaldırmak için
CMPCC toplamı adı verilen bir yöntem kullanılmaktadır (Hayashi ve Suzuki, 2004).
CMPCC toplamı yöntemi ile geniş açılımlı alıcı dizilimlerinde ortaya çıkan düşük yanal
çözünürlük problemi ortadan kalkmaktadır. Yüzey dalgası yöntemlerinde CMPCC
toplam yöntemi uygulanırken alıcı dizilimi içerisindeki alıcılar arasındaki orta noktalar
eşleştirilir ve genişçe dağıtılır. CMPCC toplam yönteminde, aynı ortak noktada
toplanan sinyaller üst üste bineceğinden analizlerde çözünürlüğün artmasını
sağlamaktadırlar. Bu bakımdan sismik yansıma yöntemindeki tekniklerle benzerlik
göstermektedir (Tsuji vd., 2012).
Şekil 2.10: Alıcı çiftlerinin ortak noktaları (a), aynı CMPCC bölgeleri için
kroskorelasyon işlemi (b), tek bir atış için CMPCC toplamı gösterimi (c), birden fazla
atış içi CMPCC toplamı gösterimi (d) (Tsuji vd., 2012).

17. 13
CMPCC yönteminde veri toplama aşaması sismik yansıma yöntemiyle benzerlik
göstermektedir. Analizlerde öncelikle, her bir atışa ait alıcı dizilimindeki alıcı çiftlerine
kroskorelasyon işlemi uygulanır ve bunlar daha sonra CMPCC toplamlar halinde
sıralandırılır. Her bir CMPCC noktasında, eşit aralıklı kroskorelasyona uğramış alıcılar
zaman ortamında yığılır. Sonuç olarak CMPCC toplamları, her bir CMPCC bölgesinin
karakteristik faz farkını içermektedir (Hayashi ve Suzuki, 2004).
3. Malzeme ve Yöntem
Saha çalışmaları Kahramanmaraş ili Elbistan ilçesinde bulunan Afşin-Elbistan Kömür
işletmelerine ait Kışlaköy Açık Ocak sahasında yapılmıştır. Bu çalışmada ekipman
olarak 2 adet Seistronix firmasının RAS-24 model 24 kanallı sismik kayıt cihazı, 2 adet
akü, dizüstü bilgisayar, 48 adet 28Hz’lik jeofon, 1 adet trigger jeofonu, 120 metrelik 4
adet jeofon kablosu, trigger kablosu, sismik kayıt cihazlarına ait ara bağlantı kabloları,
sismik kaynak olarak “Gun” adı verilen 18 fişek kapasitesine sahip patlayıcı ekipman ve
çok sayıda patlayıcı fişek kullanılmıştır.
Arazi çalışmalarında üç farklı bölgede sismik ölçümler yapılmıştır. Çalışmalara
başlamadan önce ölçümlerin yapılacağı hatlar belirlenmiştir. Ölçümlerin yapılacağı
hatlara “sr1”, “sr2”, “sr3” isimleri verilmiştir. Bu hatlar üzerinde patlatmaları
yapabilmek amacıyla iş makinaları yardımıyla yeterli derinlikte çukurlar kazdırılmıştır.
Bu aşamada 300 adet çukur 5’er metrelik aralıklarla kazdırılmıştır. Bu patlatma
çukurlarının 59 tanesi “sr1” isimli hatta, 121 tanesi “sr2” isimli hatta ve 120 tanesi “sr3”
isimli hatta aittir. Bu işlemlerden sonra sismik ölçümlerin yapılması amacıyla serimler
düzenlenmeye başlanmıştır. Arazi çalışmalarına ilk olarak “sr1” hattından başlanmıştır
ve daha sonra sırasıyla “sr2” ve “sr3” hatlarıyla devam edilmiştir.

18. 14
Şekil 3.1: Arazi çalışmalarının yapıldığı lokasyonun uydu görüntüsü. (Sr1 başlanıç-
son: 38°20'9.87"K, 37° 4'43.58"E- 38°20'30.40"K, 37° 4'16.87"E. Sr2 başlangıç-son:
38°20'18.96"K, 37° 5'44.73"E- 38°20'12.07"K, 37° 6'12.92"E. Sr3 başlangıç-son:
38°20'4.63"K, 37° 5'19.47"E- 38°19'52.77"K, 37° 5'44.80"E.)
Şekil 3.2: Arazide kullanılan ekipmanlar.

19. 15
Şekil 3.3: 28 Hz’lik jeofonlar (solda) ve trigger kablosu (sağda).
Şekil 3.4: 18 fişek kapasiteli patlayıcı sismik kaynak “Gun”.

20. 16
İlk çalışmaların yapıldığı “sr1” hattında düzenlenen dizilimlerde 48 adet kullanılmıştır.
Jeofonların arasındaki mesafe 5 metre olacak şekilde düzenlenmiştir. Bu hattaki sismik
ölçümlerde 2 adet sismik kayıtçı cihazı kullanılmıştır. Sismik kayıtçılarla jeofonlar
kablolar aracılığıyla bağlanmıştır. Aynı şekilde sismik kayıt cihazları da ara bağlantı
kablolarıyla birbirlerine bağlanmıştır. Bu hatta kullanılan kaynak/alıcı dizilim sistemine
göre, sismik kaynağın alıcı diziliminin tam ortasında olması planlanmıştır. Bu düzene
göre sismik ölçümler yapılmaya başlanmıştır. Her patlatmadan (atış) sonra alıcı dizilimi
ve kaynak 5 metre kaydırılarak diğer patlatmalarda yapılmıştır. Bu hatta yapılan
çalışmalarda toplam 59 adet patlatma yapılmış olup, en ilk jeofonun yerleştirildiği
noktayla en son jeofonun yerleştirildiği nokta arasında 525 metre mesafe
bulunmaktadır. Bu hatta sismik ölçümler tamamlandıktan sonra diğer ölçümleri
yapmak üzere “sr2” hattına geçilmiştir.
Şekil 3.5: “sr1” hattından bir görünüm.

21. 17
Şekil 3.6: “sr1” hattındaki kaynak/alıcı dizilim sistemi.
Sismik ölçümlerin yapıldığı diğer hatlarda aynı alıcı dizilimi kullanılmış olup, 24 adet
jeofon kullanılmıştır ve jeofon aralığı ilk hatta olduğu gibi 5 metre olarak alıcı dizilimi
düzenlenmiştir. Bu hatta tek bir sismik kayıt cihazı kullanılmıştır. Sismik kaynakla
yapılacak patlatmalar ilk hatta ki gibi alıcı diziliminin ortasında değil, dizilimin
başından yapılmıştır. Sismik kaynak alıcı diziliminin 2.5 metre gerisinden patlatılarak
ölçümler yapılmıştır. Her bir patlatmadan sonra kaynak ve alıcı dizilimi 5 metre
kaydırılarak patlatmalara devam edilmiştir ve sismik kayıtlar elde edilmiştir. Sr2
hattında 121 adet patlatma yapılmış olup, en ilk yerleştirilen jeofon ile son yerleştirilen
jeofon arasındaki mesafe 715 metre olmuştur. Sr3 hattında da 120 adet patlatma
yapılmış olup, en ilk yerleştirilen jeofon ile son yerleştirilen jeofon arasındaki mesafe
710 metre olmuştur. Arazide yapılan tüm sismik ölçümler 1 saniyelik kayıtlardır ve 0.5
milisaniye örnekleme aralığıyla kaydedilmişlerdir.
Şekil 3.7: “sr2” ve “sr3” hattındaki kaynak/alıcı dizilim sistemi.

22. 18
Şekil 3.8: “sr3” hattından bir görünüm.
4.Bulgular
Arazi çalışmalarında elde edilen sismik verilere “Çok Kanallı Yüzey Dalgası Analizi
Yöntemi (MASW)” uygulanmıştır. Analizlerin sonucunda elde edilen derinliğe bağlı S
dalgası hızı modelleri birleştirilerek çalışma alanlarına ait tomografi modelleri
oluşturulmuştur. Analiz çalışmalarında, Seisimager şirketine ait “Surface Wave
Analysis Wizard” ve “WaveEq” isimli yazılımları kullanılmıştır. Ayrıca tomogrofik
model oluşturma amaçlı olarak yine aynı şirkete ait “GeoPlot” adlı yazılım
kullanılmıştır.
Öncelikle sismik kayıtların, Surface Wave Analysis Wizard programında dijital olarak
görüntülenmesi ve ölçümlere ait geometrik parametrelerin yine aynı yazılım vasıtasıyla
sisteme girilmesi amaçlanmıştır. Kayıt geometrisi parametreleri, ilk jeofon başlangıç
noktasında (0. Metre) olacak şekilde girilmiştir. Patlatmanın yapıldığı nokta “sr1”
hattında jeofon diziliminin tam orta noktası olarak, “sr2” ve “sr3” hatlarında jeofon
diziliminin 2.5 metre gerisinde olacak şekilde girilmiştir. Bununla birlikte jeofonlar
arası mesafe 5 metre olacak şekilde programda düzenlenmiştir (Şekil 4.2 ve Şekil 4.3).

23. 19
Şekil 4.1: Yukarıdan aşağıya doğru sırasıyla “s1”, ”s2”, ”s3” hatlarından elde edilen
örnek sismik veriler.

24. 20
Şekil 4.2: “sr1” için Geometri parametrelerinin düzenlenmesi.
Şekil 4.3: ”sr2” ve “sr3” için geometri parametrelerinin düzenlenmesi.

25. 21
Şekil 4.4: “s1” hattı için kaynak-alıcı dizilimi geometrisinin görünümü. Mavi renkli
noktalar sismik kaynağı, sarı renkli noktalar alıcıları temsil etmektedir.
Şekil 4.5: “sr2” ve”sr3” hattı için kaynak- alıcı dizilimi geometrisinin görünümü. Mavi
renkli noktalar sismik kaynağı, sarı renkli noktalar alıcıları temsil etmektedir.
Geometri parametrelerinin düzenlenmesinden sonra CMPCC toplam tekniği verilere
uygulanır. Belirli bir mesafe aralığı seçilerek, sismik veriler gruplar halinde birleştirilir.
Bu şekilde kayıtlardaki sinyaller güçlendirilmiş olur ve çözünürlük artmış olur. Bu
çalışma kapsamında ilk jeofondan son jeofona kadar olan mesafede tüm veriler 10’ar
metrelik gruplar halinde birleştirilmiştir (Şekil 4.6).

26. 22
Şekil 4.6: “sr2” hattında CMPCC toplama için grup dosyası durumuna getirilen
verilerin 10’ar metrelik kısımlar halinde birleştirilmesi.
10’ar metrelik kısımlar halinde birleştirilen tüm sismik kayıtların, faz hızı-frekans
dönüşümleri yapılmıştır . Faz hızı-frekans dönüşümlerinden yararlanılarak dispersiyon
eğrileri çizdirilmiştir. Faz hızı-frekans dönüşümlerinde mavi renkli kısımlar
dispersiyon gösteren değerleri temsil etmektedir. Bununla birlikte kırmızı renkteki
kısımlar dispersiyonun görülmediği değerleri temsil etmektedir. Çizdirilen bu
dispersiyon eğrileri “WaveEq” yazılımı yardımıyla düzenlenmiştir. Dispersiyon eğrileri
bu programla görüntülenmiştir ve eğrilerdeki sinyal-gürültü oranının düşük olduğu
kısımlar atılarak ters çözüm işlemine güçlü sinyallerin girmesi sağlanmıştır.
Şekil 4.7: Örnek olarak “sr1” hattı 40. metre için faz hızı- frekans dönüşümü.

27. 23
Şekil 4.8: Örnek olarak “sr2” hattı 40. metre için faz hızı- frekans dönüşümü.
Şekil 4.9: Örnek olarak “sr3” hattı 40. metre için faz hızı- frekans dönüşümü.

28. 24
Şekil 4.10: “sr1” hattı için seçilen dispersiyon eğrilerinin “WaveEq” yazılımında
görüntülenmesi ve sinyal-gürültü oranlarının görünümü.
Şekil 4.11: “sr2” hattı için seçilen dispersiyon eğrilerinin “WaveEq” yazılımında
görüntülenmesi ve sinyal-gürültü oranlarının görünümü.

29. 25
Şekil 4.12: “sr3” hattı için seçilen dispersiyon eğrilerinin “WaveEq” yazılımında
görüntülenmesi ve sinyal-gürültü oranlarının görünümü.
Aynı program kullanılarak verilere ters çözüm işlemi uygulanmıştır. Bu işlemle,
çalışma alanına ait yeraltındaki S dalgası hızının derinliğe bağlı dağılımı
hesaplanacaktır ve buna bağlı bir yeraltı modeli oluşturulacaktır. Ters çözüm yapılırken
öncelikle bir model belirlemek gerekmektedir. Bu çalışmada, “sr1” hattında derinliği
80 metre olan 20 tabakalı bir model seçilmiştir, diğer iki hat içinde derinliği 40 metre
olan 15 tabaklı modeller seçilmiştir ve bu modele ait bir eğri oluşturulmuştur. Model
parametrelerinin bu şekilde seçilmesinin nedeni ölçümlerde kullanılan alıcı diziliminin
uzunluğundan kaynaklanmaktadır. Alıcı diziliminin yaklaşık 3’te 1’i kadar bir
derinliğin seçilmesi ters çözüm işleminin doğruluğu açısından yeterlidir. Bu aşamadan
sonra verilere iterasyon işlemi uygulanarak ters çözüm işlemi tamamlanmıştır.
İterasyon, seçilen modelin parametreleriyle oluşturulan eğrinin gerçek arazi verilerinden
oluşmuş dispersiyon eğrisine yaklaştırılması işlemidir. Kullanılan yazılım, ters çözüm
işlemini en küçük kareler yöntemi ile yapmaktadır. Yapılan her iterasyon işlemi
sonucu model eğrisi ile gerçek eğri arasındaki farkın hata oranını sayısal bir değer
olarak verilmektedir. Bu hata oranının değerinin %10 un altında olması yapılan
yaklaşımın yeterli derecede doğru olduğunu göstermektedir. Her bir hat için 5 defa
iterasyon işlemi yapılmıştır. Bu işlemler sonucunda ters çözüm işlemi tamamlanmıştır
ve hat üzerindeki her 10 metrelik aralık için S dalgası hızına bağlı modeller elde

30. 26
edilmiştir. Bu elde edilen modeller kullanılarak “GeoPlot” programı ile çalışma alanına
ait yeraltının S dalga hızına bağlı 2 boyutlu tomografi modeli elde edilmiştir.
Şekil 4.13: Ters çözümde model parametreleri seçimi.
Şekil 4.14: İterasyon işleminin uygulanması.
Şekil 4.15: “sr2” hattında yapılan ters çözüm işlemiyle 100. metre için elde edilen
model eğrisi.

31. 27
Şekil 4.16: “sr2” hattı için yapılan ters çözüm işlemleriyle hattın 100. metresi için elde
edilen tek boyutlu S dalgası hızı modeli.
Şekil 4.17: “sr1” hattı için yapılan ters çözüm işlemi sonucu elde edilen tüm S dalgası
hızlarının görünümü.

32. 28
Şekil 4.18: “sr2” hattı için yapılan ters çözüm işlemi sonucu elde edilen tüm S dalgası
hızlarının görünümü.
Şekil 4.19: “sr3” hattı için yapılan ters çözüm işlemi sonucu elde edilen tüm S dalgası
hızlarının görünümü.

33. 29
5. Tartışma ve Sonuç
Kahramanmaraş ili Elbistan ilçesinde yapılmış olan bu çalışmada, arazi çalışmalarıyla
sismik veriler toplanmıştır ve sismik veriler ofis çalışmalarıyla analiz edilmiştir.
Rayleigh dalgasının dispersiyon gösterebilme özelliğinden yararlanılmıştır ve
analizlerde CMP toplam tekniğinden de yararlanılarak her bir atış için kayıt edilen
sinyaller birleştirilmiştir. Böylece yeraltının karakteristik S dalgası hızı dağılımı
tomografik olarak modellenmiştir. Analizler sonucunda 3 adet S dalgası hızına bağlı
tomografi modeli elde edilmiştir. Bu tomografi modelleri Jeofizik Mühendisi Serhan
GÖREN tarafından çıkartılan sismik yansıma kesitleriyle karşılaştırılmıştır ve
sonuçların doğruluğu irdelenmiştir.
Analizlerde “sr1” hattı için ters çözümde yapılan iterasyon işlemi sonucunda, model
eğrisi yaklaşık %9.1’lik bir hata oranıyla arazi eğrisine yaklaştırılmıştır. Yüzeyden 2
metre derinlikte, 5-6 metre kalınlığında bir düşük hız zonu olduğu tespit edilmiştir. Bu
zonda S dalgası hızı değerleri 150-250 m/sn arasındadır. “sr2” hattı için yapılan
analizlerde iterasyon işlemi sonucu model eğrisi arazi eğrisine yaklaşık %9.9 oranında
bir yaklaşım sağlamıştır. Yüzeyden 3 metre derinlikte, kalınlığı 5-15 metre aralığında
değişen bir düşük hız zonuna rastlanmıştır. “sr2” hattında bulunan bu düşük hız
zonunda S dalgası hızı değerleri 250-350 m/sn aralığında değişmektedir. “sr3” hattında
yapılan iterasyon işlemi sonucunda model eğrisi arazi eğrisine yaklaşık olarak %9.6
oranında bir yaklaşım sağlamıştır. “sr3” hattına ait yüzey dalgası analizi tomografi
modelinde yüzeyden 6-7 metre derinlikte, kalınlığı yaklaşık 5 metre olan bir düşük hız
zonu belirlenmiştir. Bu düşük hız zonunda S dalgası hızı değerleri 260-300 m/sn
aralığındadır. Yansıma kesitleri ve yüzey dalgası analizleri ile oluşturulan tomografi
modellerinde yeraltında bulunan tabaka sınırları ve kalınlıkları yaklaşık olarak uyum
göstermektedir.

34. 30
Şekil 5.1: MASW analizi sonucu elde edilen “sr1” hattının yeraltının 2 boyutlu
tomografi modeli.
Şekil 5.2: “sr1” hattına ait yansıma kesiti.
Şekil 5.3: “sr1” hattı için yansıma kesiti ile tomografi modelinin birlikte gösterimi.

35. 31
Şekil 5.4: MASW analizi sonucu elde edilen “sr2” hattının yeraltının 2 boyutlu
tomografi modeli.
Şekil 5.5: “sr2” hattına ait yansıma kesiti.
Şekil 5.6: “sr2” hattı için yansıma kesiti ile tomografi modelinin birlikte gösterimi.

36. 32
Şekil 5.7: MASW analizi sonucu elde edilen “sr3” hattının yeraltının 2 boyutlu
tomografi modeli.
Şekil 5.8: “sr3” hattına ait yansıma kesiti.
Şekil 5.9: “sr3” hattı için yansıma kesiti ile tomografi modelinin birlikte gösterimi.

37. 33
6. Kaynaklar
Aki K., 1957, Space and Time Spectra of Stationary Stochastic Waves with Special
Reference to Microtremors, Bull. Earthquake Res. Inst. Tokyo Univ., 35,
415-457.
Boireo, D., 2009, Surface Wave Analysis for Building Shear Wave Velocity Models,
Doktora Tezi, Politecnico di Torino.
Bozdağ, E., 2002, Yeşilyurt ve Avcılar’da Deprem Yer Tepkisinin Çok Kanallı
Mikrotremor Kayıtlarının Analizi ile Belirlenmesi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri
Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, 100s.
Capon, J., 1969, High Resolution Frequency-Wavenumber Spectrum Analysis, Proc.
IEEE, 57, 1408-1418.
Çaylak, Ç. ve Sarı, C., 2008, Çok-kanallı yüzey dalgası analizi kullanılarak yüzeye
yakın yapıların araştırılması, Yerbilimleri, 29(2), 65-75.
Dikmen, Ü., Başokur, A.T., Akkaya, İ. ,Arısoy, M.Ö., 2009. Yüzey dalgalarının çok-
kanallı analizi yönteminde uygun atış mesafesinin seçimi, Yerbilimleri, 31(1), 23-32.
Dobrin, M.B., and Savit, C.H., 1988. Introduction to Geophysical Prospecting,
McGraw- Hill Book Co., New York, ISBN: 978-0070171961.
Dorman, J., Ewing, M., 1962, Numerical Inversion of Seismic Surface Waves
Dispersion Data and Crust-Mantle Structure in the Newyork-Pennsylvania
Area, J Geopysical Research, 67, 5227-5241.
Dulaijan, K., 2008, Near-surface Characterization Using Seismic Refraction and
Surface-wave Methods, Yüksek lisans, University of Calgary.

38. 34
Ewing, W.M., Jardetzky, W.S., Press, F., 1957, Elastic Waves in Layered Media,
McGraw Hill Book Co Inc., Newyork, ISBN: 978-0070198609.
Fowler, C. M. R., 2005, The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics,
Cambridge University Press, Cambridge, ISBN: 9780521893077.
Gucunski, N., and Wood, R.D., 1991, Instrumentation for SASW testing, Recent
advances in instrumentation, data acquisition and testing in soil dynamics, S. K. Bhatia
and G. W. Blaney (eds.), American Society of Civil Engineers, Geotechnical Special
Publication. No. 29, pp. 1–16.
Hayashi, K. ve Suzuki, H., 2004, CMP cross-correlation analysis of multi-channel
surface-wave data, Exploration Geophysics, 35, 7–13.
Kearey, P., Brooks, M., Hill, I., 2002, An Introduction to Geophysical Exploration,
Blackwell Publishing, New Jersey, ISBN: 978-0632049295.
Knopoff, L., 1972, Observation and Inversion of Surface Wave Problems, Bulletin of
the Seismological Society of America, 54, 431-438.
Kovach, R.L., 1978, Seismic Surface Waves and Crustal and Upper Mantle
Structure, Rev. Geophysics., 16, 1-14.
Kurtuluş, C., 2002. Sismik Arama Teori ve Uygulama, Kocaeli Üniversitesi Yayınları,
Kocaeli, Yayın No:55.
Lay, T., and Terry C., Wallace, Modern Global Seismology, Academic Press, San
Diego, ISBN 978-0127328706.
Louie, J. N., 2001, Faster, Better: Shear-Wave Velocity to 100 Meters Depth from
Refraction Microtremor arrays, Bull. Seism. Soc. Am., 91, No:2.
McMechan, G.A., ve Yeldin, M.J., 1981, Analysis of Dispersive Waves by

39. 35
Wavefield, Bull. Seism. Soc. Am., 70, 775-789.
Miller, R.D., Xia, J., and Park, C.B., 1999. Using MASW to map bedrock in Olathe,
Kansas, Open-file Report-Kansas Survey, 99-9.
Nazarian, S., Stokoe, K.H., and Hudson, W.R., 1983. Use of spevtral analysis of surface
waves method for determination of moduli and thicknesses of pavement systems.
Transportation Research Record, 930, 38-45.
Novotny, O., 1999, Seismic Surface Waves, Universidade Federal da Bahia.
Osmanşahin, İ., 1989, Yüzey Dalgası Ortam Tepki Fonksiyonlarından Yararlanarak
Anadolu ve Civarında Kabuk ve Üst Manto Yapsının Belirlenmesi, Doktora Tezi, İ.U.
Fen Bilimleri Enstitüsü.
Park, C.B., Miller, R.D., and Xia, J., 1999a. Multi-channel analysis of surface waves
(MASW), Geophysics, 64, 800-808.
Park, C.B., Miller, R.D., and Xia, J., 1998. Imaging dispersion curves of surface waves
on multi-channel record, The Society of Exploration Geophysicists, Expanded Abstracts
, pp. 1377-1380.
Richart, F.E., Hall, J.R., Woods, R.D., 1970, Vibrations of Soils and Foundations,
Prentice Hall, New Jersey, ISBN 978-0139417160.
Sheriff, R. E., 1991, Encyclopedic dictionary of exploration geophysics: Society of
Exploration Geophysicists, Third edition, Society of Exploration Geophysicists.
Stein, S., Wysession, M. E., 2003, An introduction to seismology, earthquakes, and
earth structure, Wiley-Blackwell, New Jersey, ISBN 0-86542-078-5.
Strobbia, C., 2005, Surface Wave Methods Acqusition Processing and İnversion, Phd
Thesis, Politecnico Di Torino.

40. 36
Tokimatsu , K., Tamura, S., Kojima, H., 1992. Effects of Multiple Mode on Rayleigh
Wave Disperison Characteristics . Journal of Geotechnical Engineering, American
Society of Civil Engineering, 118, 1529-1543.
Tsuji, T., Johansen, T. A., Ruud, B. O., İkeda, T., Matsuoka, T., 2012, Surface-wave
analysis for identifying unfrozen zones in subglacial sediments, Geophysics, 77(3),
EN17-EN27.
Xia, J., Miller, R.D., and Park, C.B., 2000, Advantages of calculating shear-wave
velocity from surface waves with higher modes, The Society of Exploration
Geophysicists, Expanded Abstracts, pp. 1295–1298.
Xia, J., Miller, R.D., Park, C.B., Hunter, J.A., and Harris, J. B., 1999. Evaluation of the
MASW technique in unconsolidated sediments, Proceedings of the 69th Annual
International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, pp. 437–440.
Yanık, K., 2006, Yüzey Dalgası Dispersiyon Verilerinden Sönümlü En Küçük Kareler
Ters-Çözüm Yöntemi İle S-Dalgası Hızlarının Hesaplanması, Yüksek lisans, Ankara
Üniversitesi.
Yiğiter, N., 2008, Isparta Çünür Bölgesi’nde Yüzey Dalgası Yöntemi İle Zemin
Özelliklerinin Araştırılması, Yüksek lisans, Süleyman Demirel Üniversitesi.