Jeofizik incelemeler, yeraltı yapılarını ve özelliklerini araştırmak için kullanılan bir dizi tekniktir. Bu teknikler, yerin fiziksel özelliklerini uzaktan ölçmek için yer yüzüne yerleştirilen cihazları kullanır. Jeofizik incelemeler, jeoloji, arkeoloji, çevre bilimi ve mühendislik gibi çeşitli alanlarda önemli bir araçtır.
Jeofizik inceleme teknikleri çoğu durumda yer yüzüne yerleştirilen aletler kullanılarak yerin bazı fiziksel özelliklerinin uzaktan ölçülmesini içerir. Yerin özelliklerini doğru bir şekilde ölçen pasif yöntemlerde anlık anomaliler (genel patern içindeki yerel değişimler) aranır. Gravite ve manyetik araştırmaları (ve saha incelemelerine ugulanamayan radyoaktivite) bunlardandır.
İndüksiyon yöntemlerinde yere sinyal gönderilerek, yakında bulunan bir alıcıya gelen sinyaller kaydedilir. Sismik, elektrik, elektromanyetik ve radar incelemeleri bu türdendir. Jeofizik verileri yorumlamada, profillerin kalibrasyonu veya anomalilerin kontrolü için ister istemez sondajlara gerek vardır.
Yer araştırmalarında jeofizik incelemeler iki şekilde kullanılmaktadır:
- Kuyular arasının ayrıntılı şekilde doldurulması
- Sondajdan önce anomaliler için geniş alanların incelenmesi.
Çoklu sondaj kuyularına kıyasla jeofiziğin maliyeti düşüktür. Belirli bir jeofizik yöntemin uygun olduğu yerlerdeki zor zeminleri incelemede ekonomik olabilir. Tüm problemlere uygulanabilir tek bir sistem bulunmamaktadır.
Yer Radarı (GPR)
Yer Radarı (GPR), diğer adıyla Jeoradar veya Toprak Penetran Radarı, jeofizik araştırmalarda yeraltındaki yapıları ve özellikleri haritalamak için kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem, yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar göndererek ve bunların yeraltındaki nesnelerden yansımasını analiz ederek çalışır. GPR, jeoloji, arkeoloji, çevre bilimi ve mühendislik gibi çeşitli alanlarda önemli bir araçtır.
Tekerlekli bir platforma yerleştirilmiş verici ve alıcı, zemindeki kontrastlardan yansıyan mikro-dalga elektromanyetik radar sinyallerini kaydeder. Maliyeti yüksek olup, eğitimli bir operatör ile bir yardımcı gerektirir. Yerin enine kesiti bilgisayar çıktısı olarak elde edilir. Yansıma girişimi nedeniyle bazı çıktılar karmaşık olabilirse de, çoğu gerçekçi görüntüler şeklindedir.
Derinliği ve incelenen malzemeyi kuyuya göre kalibre ediniz. Başlıca kısıtlaması sınırlı nüfuz derinliğidir. Kuru kumda 10- 20 m, ıslak kilde sadece 1-3 m kadardır. Devamlı profil elde etmek için bir araba arkasında 5 km/sa hızla çekilebilir. Sığ zeminler, dolmuş obruklar ve sığ boşlukların haritalanmasında kullanılabilir.
Yer Radarı Bileşenleri
- Verici: GPR sisteminin kalbinde yer alan verici, yeraltına yüksek frekanslı (genellikle 100 MHz ila 2 GHz arası) elektromanyetik dalgalar gönderen bir cihazdır. Bu dalgalar, dar antenler veya dipol antenler aracılığıyla zemine iletilir.
- Alıcı: Alıcı, yeraltındaki nesnelerden yansıyan ve antene geri dönen elektromanyetik dalgaları toplayan bir cihazdır. Alıcıdaki antenler, yansıyan sinyallerin gücünü ve zaman gecikmesini ölçer.
- Kayıt Sistemi: Kayıt sistemi, alıcı tarafından toplanan verileri dijital formatta depolar. Bu veriler daha sonra bilgisayarda işlenerek yeraltının bir görüntüsü oluşturulur.
- Bilgisayar: Bilgisayar, kayıt sisteminden alınan verileri işleyerek yeraltının iki boyutlu veya üç boyutlu bir görüntüsünü oluşturur. Bu görüntü, jeofizik uzmanları tarafından yorumlanarak yeraltındaki yapıların ve özelliklerin konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi edinilir.
GPR Sisteminin Çalışma Adımları
- Veri Toplama: GPR sistemi, araştırma alanında sistematik bir şekilde hareket ettirilirken veriler toplanır. Bu işlem, genellikle tekerlekli bir platforma monte edilmiş bir GPR sistemi kullanılarak veya bir el arabası ile taşınabilir bir sistem kullanılarak yapılır.
- Veri İşleme: Toplanan veriler, bilgisayarda çeşitli işlemlerden geçirilerek yeraltının bir görüntüsünü oluşturur. Bu işlemler şunları içerir:
- Filtreleme: Gürültü ve istenmeyen sinyalleri veriden ayırmak için filtreleme işlemleri uygulanır.
- Zaman düzeltmesi: Sinyalin yerden gidiş dönüş süresini hesaba katmak için zaman düzeltmesi yapılır.
- Genlik düzeltmesi: Yeraltındaki farklı malzemelerin elektromanyetik dalgalara olan farklı tepkilerini hesaba katmak için genlik düzeltmesi yapılır.
- Veri Yorumlama: Jeofizik uzmanları, işlenmiş verileri yorumlayarak yeraltındaki yapıların ve özelliklerin konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi edinirler. Bu yorumlamada, jeolojik bilgiler, yeraltı su seviyesi bilgileri ve diğer veri kaynakları da dikkate alınır.
GPR Verilerinin Yorumlanması
GPR verileri, yeraltındaki yapıların ve özelliklerin bir görüntüsünü oluşturmak için bir bilgisayarda işlenir. Bu veriler, jeofizik uzmanları tarafından yorumlanır ve yeraltındaki nesnelerin konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi verir. GPR verilerinin yorumlanması karmaşık bir işlem olabilir ve jeoloji, fizik ve mühendislik gibi alanlarda bilgi sahibi olmayı gerektirir.
Elektrik Yöntemler
Elektrik yöntemler, yeraltındaki elektriksel iletkenlik dağılımını ölçerek yeraltındaki yapıları ve özellikleri haritalamak için kullanılan jeofizik yöntemlerdir. Maden aramalarında başarıyla uygulanan çok sayıda yöntem söz konusudur. Dört adet elektrotdan oluşan Wenner açılımlı rezistivite incelemeleri zemin şartlarındaki yanal ve düşey değişimleri haritalamada kullanılabilir. Yorumlanması zordur; saha icelemelerindeki kullanımı sınırlıdır.
Elektrik Yöntemlerin Çeşitleri
Bu yöntemler, yeraltındaki elektriksel iletkenlik dağılımını ölçerek bilgi edinir. Elektrik yöntemleri üç ana kategoriye ayrılır:
Direnç Yöntemi
Direnç yöntemi, yeraltındaki farklı elektriksel iletkenliğe sahip malzemelere göre değişen direnci ölçer. Bu yöntemde, yeraltına yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla elektrik akımı gönderilir ve bu akımın yol açtığı potansiyel farkı ölçülür. Ölçülen potansiyel farkı, yeraltındaki elektriksel iletkenlik dağılımı hakkında bilgi verir.
Direnç yönteminin bazı yaygın kullanılan dizilimleri şunlardır
- Wenner Dizilimi: Bu dizilimde, dört elektrot yeraltına eşit aralıklarla yerleştirilir. Akım, iki dış elektrot (A ve B) arasından verilir ve potansiyel, iki iç elektrot (M ve N) arasında ölçülür.
- Schlumberger Dizilimi: Bu dizilimde, iki akım elektrotu (A ve B) ve iki potansiyel elektrotu (M ve N) kullanılır. Akım elektrotları potansiyel elektrotlardan çok daha fazla uzaklıkta yerleştirilir.
- Dipol-Dipol Dizilimi: Bu dizilimde, iki akım dipolü (A ve B) ve iki potansiyel dipolü (M ve N) kullanılır. Her dipoldeki elektrotlar arasındaki aralık eşittir.
Elektromanyetik Yöntemler
Elektromanyetik yöntemler, yeraltına indüklenen elektromanyetik alanları ölçer. Bu yöntemlerde, bir verici yeraltına veya yeraltına yakın bir yere yerleştirilir ve bu verici tarafından üretilen elektromanyetik alan yeraltındaki elektriksel iletkenlik dağılımından etkilenir. Bu etki, bir alıcı tarafından ölçülür ve yeraltındaki elektriksel iletkenlik dağılımı hakkında bilgi verir.
Elektromanyetik yöntemlerin bazı yaygın kullanılan türleri şunlardır
- EM İndüksiyon: Bu yöntemde, bir verici tarafından üretilen değişken bir manyetik alan yeraltındaki elektriksel iletkenlerde涡流 (eddy currents) oluşturur. Bu涡流lar, bir alıcı tarafından ölçülen ikincil bir manyetik alan üretir.
- Zaman Alanı EM: Bu yöntemde, bir verici tarafından üretilen ani bir elektrik akımı yeraltındaki elektriksel iletkenlerde geçici bir elektromanyetik alan üretir. Bu alanın zamanla değişimi, bir alıcı tarafından ölçülür.
- Frekans Alanı EM: Bu yöntemde, bir verici tarafından üretilen sabit bir frekansta elektromanyetik alan yeraltına gönderilir. Bu alanın yeraltındaki elektriksel iletkenlik dağılımından nasıl etkilendiği, bir alıcı tarafından ölçülür.
Kutuplanabilirlik Yöntemi
Kutuplanabilirlik yöntemi, yeraltındaki minerallerin elektriksel polarizasyonunu ölçer. Bu yöntemde, bir elektrik akımı yeraltına gönderilir ve bu akımın kesilmesi sonrasında minerallerin gecikmeli olarak geri verdiği potansiyel farkı ölçülür. Ölçülen potansiyel farkı, yeraltındaki minerallerin türü ve miktarı hakkında bilgi verir.
Kutuplanabilirlik yönteminin bazı yaygın kullanılan türleri şunlardır
- İndüklenmiş Kutuplanabilirlik (IP): Bu yöntemde, nispeten kısa süreli bir elektrik akımı yeraltına gönderilir ve kesildikten sonra potansiyel farkı ölçülür.
- Miyazaki İndüklenmiş Kutuplanabilirlik (MIP): Bu yöntemde, IP yöntemine benzer şekilde bir elektrik akımı yeraltına gönderilir ve kesildikten sonra potansiyel farkı ölçülür. Ancak MIP yönteminde, potansiyel farkı daha uzun süre boyunca ölçülür.
Avantajları ve Dezavantajları
Elektrik Yöntemlerin Avantajları
- Yıkıcı Olmayan: Elektrik yöntemler, yeraltındaki yapılara zarar vermeden araştırma imkanı sunar.
- Geniş Alanları Kapsayabilir: Elektrik yöntemler, geniş alanları hızlı ve verimli bir şekilde tarayabilir.
- Derinlere Ulaşabilir: Elektrik yöntemler, belirli koşullarda yüzlerce metreye kadar derinliklere ulaşabilir.
- Çeşitli Malzemelerde Kullanılabilir: Elektrik yöntemler, kaya, toprak, kum, kil ve beton gibi çeşitli malzemelerde kullanılabilir.
Elektrik Yöntemlerin Dezavantajları
- Yorumlama Karmaşık Olabilir: Elektrik yöntemlerinin verileri karmaşık olabilir ve jeofizik uzmanı tarafından yorumlanması gerekir.
- Gürültüden Etkilenebilir: Elektrik yöntemleri, elektrik hatları ve diğer insan yapımı yapılardan gelen gürültüden etkilenebilir.
- Nemli Topraklarda Etkili Olmayabilir: Elektrik yöntemleri, kuru topraklarda daha etkilidir ve nemli topraklarda daha az etkili olabilir.
Maden Aramalarında Kullanımı
Elektrik yöntemler, maden aramalarında yaygın olarak kullanılan önemli bir araçtır. Bu yöntemler, cevher yataklarının konumunu ve boyutunu belirlemek, cevher türünü tanımlamak ve cevher rezervlerini tahmin etmek için kullanılabilir.
Wenner Dizilimi
Wenner dizilimi, direnç yönteminin en yaygın kullanılan dizilimlerinden biridir. Bu dizilimde, dört elektrot yeraltına eşit aralıklarla yerleştirilir. Akım, iki dış elektrot (A ve B) arasından verilir ve potansiyel, iki iç elektrot (M ve N) arasında ölçülür. Wenner dizilimi, yeraltındaki elektriksel iletkenliğin dikey değişimlerini haritalamak için kullanılır.
Yorumlama
Elektrik yöntemlerinin verileri, jeofizik uzmanı tarafından yorumlanarak yeraltındaki yapıların ve özelliklerin konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi edinilir. Bu yorumlamada, jeolojik bilgiler, yeraltı su seviyesi bilgileri ve diğer veri kaynakları da dikkate alınır.
Sismik Yöntem
Sismik yöntemler, yeraltı yapılarını ve özelliklerini haritalamak için kullanılan jeofizik yöntemlerdir. Bu yöntemler, yeraltına yapay olarak üretilen elastik dalgalar göndererek ve bu dalgaların yeraltındaki katmanlardan nasıl yansıdığını veya kırıldığını analiz ederek çalışır. Balyoz vuruşları, patlatmalar vb. yöntemlerle üretilen şok dalgaları jeolojik sınırlarda kırılır veya yansır.
Yansıma Sismik
Sismik dalgalar derin stratigrafik sınırlardan yansır. Petrol aramalarının ilk aşamasında başarıyla kullanılır. Sığ yer araştırmalarında kullanımı zor ve enderdir. Yansıma sismikte, bir kaynak (genellikle bir balyoz veya patlayıcı) tarafından üretilen elastik dalgalar yeraltına gönderilir. Bu dalgalar yeraltındaki katmanlardan yansır ve bir dizi jeofon tarafından kaydedilir.
Jeofonlardan alınan veriler, bilgisayarlar tarafından işlenerek yeraltındaki katmanların konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi veren bir görüntü oluşturulur. Yansıma sismik yönteminin bazı kullanım alanları şunlardır:
Petrol Arama
Yansıma sismik yöntemi, petrol yataklarının konumunu ve boyutunu belirlemek için en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yöntem, petrol yataklarının yeraltındaki jeolojik yapılarla olan ilişkisini anlayarak çalışır. Petrol yatakları genellikle gözenekli kumtaşı veya kireçtaşı gibi kayaçlardan oluşur ve bu kayaçlar akustik empedans açısından çevrelerindeki kayalardan farklıdır. Akustik empedans, bir malzemenin elastik dalgaları ne kadar iyi ilettiğini gösteren bir ölçüdür. Petrol yataklarının bulunduğu kayaçlar, akustik empedans açısından daha yüksektir ve bu nedenle elastik dalgaları daha iyi yansıtırlar.
Yansıma sismik araştırmalarda, bir kaynak (genellikle bir patlayıcı veya balyoz) tarafından üretilen elastik dalgalar yeraltına gönderilir. Bu dalgalar yeraltındaki katmanlardan yansır ve bir dizi jeofon tarafından kaydedilir. Jeofonlardan alınan veriler, bilgisayarlar tarafından işlenerek yeraltındaki katmanların konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi veren bir görüntü oluşturulur. Jeofizik uzmanları, bu görüntüdeki yansıma paternlerini analiz ederek petrol yataklarının konumunu ve boyutunu belirleyebilirler.
Jeolojik Haritalama
Yansıma sismik yöntemi, yeraltındaki jeolojik yapıların haritalanması için de kullanılabilir. Bu yöntem, farklı kayaç türlerinin akustik empedanslarındaki farklılıkları kullanarak yeraltındaki jeolojik katmanları ayırt edebilir. Jeofizik uzmanları, yansıma sismik verilerini yorumlayarak yeraltındaki fay hatları, kıvrımlar ve diğer jeolojik yapılar hakkında bilgi edinebilirler. Bu bilgiler, jeolojik haritalar oluşturmak ve yeraltındaki jeolojik süreçleri daha iyi anlamak için kullanılabilir.
Mühendislik Uygulamaları
Yansıma sismik yöntemi, köprüler, barajlar ve tüneller gibi mühendislik projelerinin temellerinin araştırılması için de kullanılabilir. Bu yöntem, temellerin sağlamlığını değerlendirmek ve potansiyel riskleri belirlemek için kullanılabilir. Örneğin, yansıma sismik yöntemi, temellerin altında bulunan fay hatlarını veya yeraltı sularını tespit etmek için kullanılabilir. Bu bilgiler, mühendislerin daha güvenli ve sağlam yapılar tasarlamasına yardımcı olabilir.
Arkeoloji
Yansıma sismik yöntemi, arkeolojik sit alanlarının araştırılması için de kullanılabilir. Bu yöntem, yeraltındaki gömülü kalıntıları ve yapıları tespit etmek için kullanılabilir. Örneğin, yansıma sismik yöntemi, antik kentlerin kalıntılarını, mezarları ve diğer arkeolojik eserleri bulmak için kullanılabilir. Bu bilgiler, arkeologların geçmişi daha iyi anlamalarına ve arkeolojik sit alanlarını koruma planları geliştirmelerine yardımcı olabilir.
Kırılma Sismik
Kırılma sismikte, bir kaynak tarafından üretilen elastik dalgalar yeraltına gönderilir. Bu dalgalar yeraltındaki katmanlardan kırılır ve bir dizi jeofon tarafından kaydedilir. Jeofonlardan alınan veriler, bilgisayarlar tarafından işlenerek yeraltındaki katmanların konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi veren bir görüntü oluşturulur. Kırılma sismik yönteminin bazı kullanım alanları şunlardır:
Sığ Jeolojik Araştırmalar
Kırılma sismik yöntemi, yeryüzüne yakın yeraltındaki jeolojik yapıların araştırılması için ideal bir yöntemdir. Bu yöntem, 20 metreye kadar olan derinliklerde kullanılabilir ve fay hatları, yeraltı suları ve temeller gibi sığ jeolojik özellikleri haritalamak için kullanılabilir. Kırılma sismik yöntemi, nispeten düşük maliyetli ve kolay uygulanabilir bir yöntem olması nedeniyle sığ jeolojik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yeraltı Su Kaynaklarının Araştırılması
Kırılma sismik yöntemi, yeraltı su yataklarının konumunu ve boyutunu belirlemek için de kullanılabilir. Bu yöntem, su içeren kumtaşı ve kireçtaşı gibi kayaçların akustik empedanslarındaki farklılıkları kullanarak yeraltındaki su yataklarını ayırt edebilir. Jeofizik uzmanları, kırılma sismik verilerini yorumlayarak yeraltındaki su yataklarının konumunu, derinliğini ve boyutunu belirleyebilirler. Bu bilgiler, su kaynaklarının daha iyi yönetilmesine ve yeni su kaynaklarının keşfedilmesine yardımcı olabilir.
Çevre Kirliliği Araştırması
Kırılma sismik yöntemi, yeraltındaki kirleticilerin konumunu ve kapsamını belirlemek için de kullanılabilir. Bu yöntem, petrol, kimyasallar ve atık su gibi kirleticilerin akustik empedanslarındaki farklılıkları kullanarak yeraltındaki kirlilik alanlarını ayırt edebilir. Jeofizik uzmanları, kırılma sismik verilerini yorumlayarak yeraltındaki kirlilik alanlarının konumunu, derinliğini ve boyutunu belirleyebilirler. Bu bilgiler, kirliliğin kaynağının belirlenmesine ve temizlik çalışmalarının planlanmasına yardımcı olabilir.
Kuyudan Kuyuya Sismik
Kuyudan kuyuya sismikte, elastik dalgalar bir kuyudan diğerine gönderilir. Bu dalgalar yeraltındaki katmanlardan geçer ve diğer kuyudaki jeofonlar tarafından kaydedilir. Jeofonlardan alınan veriler, bilgisayarlar tarafından işlenerek yeraltındaki katmanların konumu, boyutu ve derinliği hakkında bilgi veren bir görüntü oluşturulur. Kuyudan kuyuya sismik yönteminin bazı kullanım alanları şunlardır:
Maden Araştırması
Kuyudan kuyuya sismik yöntemi, cevher yataklarının konumunu ve boyutunu belirlemek için kullanılabilir. Bu yöntem, cevher yataklarının akustik empedanslarındaki farklılıkları kullanarak yeraltındaki cevher yataklarını ayırt edebilir. Jeofizik uzmanları, kuyudan kuyuya sismik verilerini yorumlayarak cevher yataklarının konumunu, derinliğini ve boyutunu belirleyebilirler. Bu bilgiler, maden arama faaliyetlerinin daha verimli ve ekonomik hale getirilmesine yardımcı olabilir.
Yeraltı Su Kaynaklarının Araştırılması
Kuyudan kuyuya sismik yöntemi, yeraltı su yataklarının konumunu ve boyutunu belirlemek için de kullanılabilir. Bu yöntem, su içeren kumtaşı ve kireçtaşı gibi kayaçların akustik empedanslarındaki farklılıkları kullanarak yeraltındaki su yataklarını ayırt edebilir. Jeofizik uzmanları, kuyudan kuyuya sismik verilerini yorumlayarak yeraltındaki su yataklarının konumunu, derinliğini ve boyutunu belirleyebilirler. Bu bilgiler, su kaynaklarının daha iyi yönetilmesine ve yeni su kaynaklarının keşfedilmesine yardımcı olabilir.
Jeoteknik Mühendislik
Kuyudan kuyuya sismik yöntemi, temellerin ve zeminlerin sağlamlığını değerlendirmek için de kullanılabilir. Bu yöntem, zeminlerin akustik empedanslarındaki farklılıkları kullanarak zeminlerin taşıma kapasitesini ve zayıf zemin bölgelerini belirleyebilir. Jeofizik uzmanları, kuyudan kuyuya sismik verilerini yorumlayarak temellerin güvenli bir şekilde inşa edilebileceği uygun zemin bölgelerini belirleyebilirler. Bu bilgiler, daha sağlam ve güvenli yapılar tasarlamasına yardımcı olabilir.