JEOFİZİK BİTİRME PROJESİ : KUYU İÇİ SİSMİK ÇALIŞMALAR

1

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

JEOFİZİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BİTİRME ÖDEVİ

İSTANBUL, 2015

İSTANBUL KARTAL İLÇESİNDE YAPILAN KUYU

İÇİ SİSMİK ÇALIŞMALAR

Danışman

Prof. Dr. Ali Osman Öncel

MURAT BUDAK

1302080047

Danışman

2

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

JEOFİZİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

1302080047 numaralı Murat BUDAK tarafından hazırlanan ‘’İSTANBUL KARTAL

İLÇESİNDE YAPILAN KUYU İÇİ SİSMİK ÇALIŞMASI ’’ isimli bitirme projesi tarafımdan

okunmuş ve kabul edilmiştir.

Tarih:

Danışman

Prof. Dr. Ali Osman ÖNCEL

1302080047 numaralı Murat BUDAK’ın Bitirme Projesi Sınavı tarafımızdan okumuş ve

başarılı bulunmuştur.

SINAV JÜRİSİ

Ünvanı, Adı ve Soyadı

1.Prof. Dr. Ali Osman ÖNCEL

2.Doç. Dr. Ali İsmet KANLI

3.Yar. Doç. Dr. Nihan HOŞKAN

3

ÖNSÖZ

Bitirme Projesi’nin oluşmasında zamanını esirgemeyen, fikir, katkı ve

yönlendirmelerinden dolayı danışmanım sayın Prof. Dr. Ali Osman Öncel’e en

içten dileklerimi sunarım.

Kuyu içi sismik konusunda hem arazi, hem de ofis çalışmaları için yardımcı

olan, bitirme projesi için kullanılacak veriler için yardım eden mühendisler Sn.

Serdar Tank’a, Sn. Uğur Sürmeli’ye ve Sn. Levent Gençman’a en içten

dileklerimi sunarım.

Projemdeki çalışmamı sağladığı için Rumeli Zemin ve İnşaat San. Tic. Ltd.

şirketine en içten teşekkürlerimi sunarım.

Aralık, 2014 Murat BUDAK

1302080047

4

ÖZET

Bitirme-2 projesi kapsamında İstanbul ili Kartal ilçesi’nde yapılan Kuyu İçi Sismik

(Downhole) projesinde arazi çalışmasında yer aldım ve bu çalışma sürecinde açılmış üç

adet ayrı kuyuda çalışmaların yapılmasına katkı sağladım. Kuyu İçi Sismik

çalışmasında ölçülen verilerin analizi ve direk ölçümlere dayalı hesaplanan sismik hız

verilerinden (Vs, Vp) ortamın tabaka yapısını tanımlayan derinlik ve tabakalanan

malzemenin mekanik özellikleri (zemin grubu, yerel zemin sınıfı, zemin hakim titreşim

peryodu, spektrum karakter peryotları) ve elastisite sabitleri (Poisson oranı, Yoğunluk,

Kayma modülü, Elastisite modülü ve Bulk modülü) bulunmuştur.

5

İÇİNDEKİLER

1.GİRİŞ ............................................................................................................................. 6

1.1. SİSMİK DALGALAR ....................................................................................... 7

1.1.1. Cisim Dalgaları ........................................................................................... 7

1.1.2. Yüzey Dalgaları .......................................................................................... 9

2. KUYU İÇİ SİSMİK YÖNTEMLER ....................................................................... 15

2.1. KUYU ÜSTÜ YÖNTEMİ ve KUYU İÇİ YÖNTEMİ ................................. 16

2.2. KUYULAR ARASI (CROSS-HOLE) YÖNTEMİ ...................................... 21

2. İSTANBUL KARTAL İLÇESİ KUYU İÇİ SİSMİK ÇALIŞMASI ....................... 26

3. BULGULAR............................................................................................................ 30

3.1. KUYU-1 (Sk-3) ............................................................................................ 30

3.2. KUYU-2 (Sk-2) ............................................................................................ 35

3.3. KUYU-3 (Sk-1) ............................................................................................ 40

4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA ................................................................................ 49

5. KAYNAKÇA .......................................................................................................... 52

6. ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................. 54

6

1.GİRİŞ

Kuyu içi ve kuyu üstü çalışmalar ilk olarak 1960’lı yıllarda Sovyetler Birliği’nde

başlamıştır. Daha sonra Avrupa’da ve 1970’li yıllarda Amerika’da kullanılmaya

başlanmıştır. Kuyu içi ve kuyu üstü sismik çalışmalar Amerika’da kullanılmaya

başlandıktan sonra yüzey sismik çalışmaların bir sonraki adımı olarak görülmesi

sebebiyle endüstriyel ve akademik olarak talep görmüştür. Yine Amerika’da granit ve

tuz çökellerinin araştırılması sebebiyle çokça kullanılarak faydalı ve çok yönlü bir

sistem olarak günümüzde daha yaygın olarak kullanılmaktadır (Brewer, Robert J.

(2002)).

İzmir Yüksek Yapı Yönetmeliği’ne göre yapılacak yüksek katlı yapılar için kuyu içi

jeofizik deneyler şart olarak koşulmuştur (ATICI,N., BİLGE, S., 2013). Bu durumun

yakın zamanda önce İstanbul olmak üzere Türkiye’de bir standart haline gelmesi

gerekliliğini düşündüğümüzde kuyu içi sismik yöntemin önemi artmaktadır. Kuyu

sismiğindeki genel amaç zeminin olası bir depreme karşı vereceği tepkiyi ölçmektir.

Sismik kırılmada kullanılan P-dalgasına göre daha verimli sonuçlar gözlemlenmektedir.

Kuyu sismik (borehole seismic) çalışmalarının zemin araştırmaları sektöründe

yapabilen firma sayısı azdır (Tank, S., 2014, Kişisel İletişim). Yüzey sismiğine göre

daha ilgi çekici bir konu ve sektördeki uygulaması az olan bir konu olmasından dolayı

ilgimi çekmiş olup; beni bu çalışmaya katılmaya motive etmiştir.

7

1.1.SİSMİK DALGALAR

Sismik; yerkürenin katı, sıvı ve hava gibi ortamlarında herhangi bir enerji kaynağının

meydana getirdiği mekanik titreşim dalgalarının yayılma mekanizmasıdır (Ateş, A.

2002) Sismoloji; sismik dalgaların oluşumunu ve yayılma mekanizmasını inceleyen

bilim dalıdır. Sismik dalgaların gerekli araç gereçler (sismograf, jeofon, hidrofon) ile

kayıt altına alınıp incelenerek yer içi sığ ve derin odaklı denizel veya karasal jeolojik

yapısının aydınlatılmasına uygulamalı sismoloji denir (Gadallah ve Fisher, 2014).

Sismik dalga türleri iki grupta değerlendirilir; cisim dalgaları ve yüzey dalgaları. Cisim

dalgaları; P (primer) dalgası ve S (sekonder) dalga olmak üzere ikiye ayrılır. Yüzey

dalgaları Raylegih ve Love dalgalarıdır (Plummer, C. C., McGeory, D., Physical

Geology, 1993, ABD).

1.1.1. Cisim Dalgaları

Bu dalgalar yer küre içerisinde farklı hızlarda yayılan ve kayıtlarda ilk görünen

dalgalardır. (kisi.deu.edu.tr/userweb/petek.sindirgi/JMG-5.ppt) Cisim dalgaları, yerin

derinliklerinde; yüzeyine oranla daha hızlı yayılır. Yerin içinin görüntülenmesinde

temel bilgi kaynağı olarak kabul edilirler. Hızı sabit olan bir ortamda kaynak etrafında

daire oluşturacak şekilde çok yönlü yayılırlar. Ve bu dairenin yarı çapı zamanın

fonksiyonu olarak giderek büyür. Cisim dalgaları aynı materyalin katı halinde, sıfı

halindekine göre daha hızlı yayılırlar (Plummer, C. C., McGeory, D., Physical Geology,

1993, ABD).

1.1.1.1.P Dalgaları

8

Yer içerisinde en hızlı yayılan ve sismometreler tarafından ilk algılanan dalgalardır.

Birincil (primary), sıkışma veya boyuna dalga olarak da tanımlanır. Dalganın yayılma

doğrultusu üzerinde bulunan tanecikler Şekil 1’de gösterildiği üzere ileri-geri

hareketinden dolayı malzemede sıkışma ve genişlemeye maruz bırakırlar. P dalgaları,

yaptıkları bir çeşit itme-çekme hareketinden dolayı, geçtikleri bir ortamın hacimsel

değişimine neden olurlar. Ortam üzerinde herhangi bir şekil bozukluğu gözlenmez. P

dalgaları katı, sıvı ve gaz içerisinde yayılabilirler. P dalga hızı (Vp) zeminin porozitesi

azaldıkça artmaktadır çünkü katılarda sıvı ve gazlardakina göre daha hızlı yayılırlar.

Sismik ölçüm yapılan bölgelerde düşük hız zonları bulunmadığı takdirde, derinlere

inildikçe P dalga hızı da yüzeydeki Vp’ye göre artış göstermektedir (Plummer, C. C.,

McGeory, D., Physical Geology, 1993, ABD).

1.1.1.2. S Dalgaları

P dalgasından sonra istasyonlara gelen ikinci cisim dalgasıdır. Şekil 1de belirtildiği gibi,

S dalgaları yayılırken tanecikler, yayılma doğrultusuna dik, aşağı-yukarı veya sağdan-

sola doğru titreşirler. Yayılım özelliklerinden dolayı ikincil dalgalar (S dalgaları) bir

çeşit burulma hareketi yaptığından geçtikleri ortamda şekil bozukluğuna yol açarlar. S

dalgaları sadece katılar içerisinde ilerler. S dalgasının yatay ve düşey düzlemde olmak

üzere iki bileşeni vardır. Yayılma doğrultusuna dik düşey düzlemdeki bileşenine SV,

yatay düzlemdeki bileşenine ise SH denir. S dalgaları da P dalgaları gibi porozitesi

düşük zeminlerde daha hızlı yayılabilmektedirler. Anizotropik ortam araştırmalarında S

dalgası kullanılır. Bunun yanında P dalgalarneden yön olarak düşeyli ve yataylı hareket

etmesidir. Şayet, düşey ve yatay yönde malzeme aynı ise SH=SV olarak gözlenir veya

farklı ise SH=SV olarak izlenir. Enerji aramalarında amaç eşitsiz durumu veya

malzemenin yöne bağlı olarak değişmesi olarak tanımlanabilecek anizotropik ortam

araştırmasında çok etkilidir. Bunun yanında P dalgalarının aksine S dalgaları sıvılarda

9

yayılamama özelliği petrol ve doğalgaz gibi sıvı enerji kaynaklarının yerlerinin

kesinleştirilmesinde güçlü bir verisel taban sağlar. Boşluklu yapılarının içinde sıvı

bulunduran zeminlerde sıkı zeminlere göre daha yavaş yayılırlar (Plummer, C. C.,

McGeory, D., Physical Geology, 1993, ABD).

1.1.2. Yüzey Dalgaları

Yerin yüzeyi boyunca dispersiyon özellik göstererek yayılırlar. Keçeli, A. (2012)

Dispersiyon karakteri gereği genlikleri yüzey kısımda büyükten derine kısıma doğru

küçülerek gidecek şekilde olabilmektedir. Genlikleri derinlikle ters orantılıdır bu

yüzden derinlik arttıkça genlikleri küçülür. Sönümlenme hızlarına bakıldığında cisim

dalgalarına göre sönümlenmeleri daha uzun sürer. Yayınma hızlarına bakıldığında ise

cisim dalgalarından daha yavaş hareket etmektedirler. Yüzey dalgalarında dispersiyon

olayı gözlenebilmektedir. Dispersiyon olayı bu sismik dalgaların yayılma hızlarının,

dalganın frekansına bağlı olması, yani periyot arttıkça dalga hızının artması olarak

belirtilebilir (Plummer, C. C., McGeory, D., Physical Geology, 1993, ABD).

1.1.2.1.Rayleigh Dalgaları

Tanecik hareketi büyük ekseni düşey olan eliptik, retrograd (saatin ters yönünde) bir

harekettir. Yarı-sonsuz homojen bir ortamın serbest yüzeyinde veya tabakalı bir

ortamda meydana gelebilirler. Şekil 2’de görüldüğü gibi dalgaların yayılması sırasında

tanecik hareketi büyük ekseni düşey olan bir elips çizer, hareket yayılma doğrultusuna

ters yönde bir harekettir. Hareketin genliği dispersif bir davranış gösterir ve derinlik ile

üstel olarak azalır. Hareketin hem düşey hem de yayılma doğrultusunda yatay bileşeni

vardır. Dolayısıyla hem düşey hem de yatay bileşen sismograflarında kayıt edilirler

(Plummer, C. C., McGeory, D., Physical Geology, 1993, ABD).

1.1.2.2.Love Dalgaları

10

SH dalgalarının yüzey tabakası içinde yayılımı sonucu oluşur. Tanecik hareketi dalga

yayılım yönüne dik ve başka bir ifadeyle enine yatay düzlemdedir.(Şekil 2)Sadece

tabakalı ortamda oluşabilirler. Yalnızca yatay bileşen sismograflarda kaydedilebilirler.

Daima dispersiyon (sismik dalgaların yayınım hızının, dalganın frekansına bağlı olması

durumu) gösterirler , yani periyot arttıkça hız artar. Love dalgalarının hızı Rayleigh

dalgalarının hızından büyük, S dalgalarının hızından küçüktür. Sismogramlarda S

dalgalarından sonra, Rayleigh dalgalarından önce görülür (Plummer, C. C., McGeory,

D., Physical Geology, 1993, ABD).

Şekil 1. P ve S dalgaları yayınım doğrultuları (Crice, D.(2002))

11

Şekil 2. Rayleigh ve Love dalgaları yayınım doğrultuları (Crice, D.(2002))

Zemin parametreleri, sismik çalışmalar sonucu zeminin sıkılığı, deformasyona karşı

dayanıklıkları, zeminin uluslar arası standartlarda sağlam olup olmadığını bizlere

veren fiziksel ve matematiksel verilerdir. Bu veriler, gerek akademik çalışma

amaçlı, gerekse de baraj, köprü, konut vb. inşaat çalışmalarında zeminin ne tip

çalışmalara uygun olduğunu bize gösteren önemli parametrelerdir (ONCEL, Ali

Osman, 2013).

1.1.3. Sismik Hız Oranı (Vp/Vs)

Vs yer altı gözenek sıvısının doygunluğuna duyarlıdır. Vp ise yeraltının katılığına ve

sıkılığına duyarlıdır. Bu sebeple Vp/Vs oranı son yıllarda bir çok alanda kullanılan

önemli bir parametre haline gelmiştir(Deprem, zemin sıvılaşması, hidrokarbon

rezervleri vs.) (Keçeli, A. (2010)).

Vp/Vs oranı genellikle 1,5-8 arasında değerler almaktadır. Zeminin güvenilirliği ile

Vp/Vs arasındaki ilişki Tablo 1’deki gibidir.

Tablo 1: Vp/Vs ve Zemin güvenlik sayısı (Fs) arasındaki ilişki (Keçeli, A. (2010)).

Zemin Türü Vp/Vs Güvenlik Sayısı

(Fs)

Kaya Ortamlarda 1,45-2 1,5

Çok Sıkı Sert Ortamlarda 1,5-2 1,5-2

Sıkı Katı Ortamlarda 2-3 2

Orta Sıkı Bozuşmuş Ortamlarda 3-4 3

Gevşek Yumuşak Ortamlarda 4-6 3-4

Gevşek Yer Altı Suyuna Doygun 5-8 4-5

12

Bu tablodaki emniyet faktörü yapıların önemi ve zeminlerin sıkılık-gevşeklik

parametrelerine bağlı olarak 1-5 arasında değer alan bir güvenlik katsayısıdır (KEÇELİ,

A. 2010). Bu tablodaki benzerliğe bakarak FS ≈Vp/Vs denebilir. Vp/Vs oranı, poroziteli

ve yer altı suyu içeren gevşek zeminlerde artış göstermektedir. Bunun sebebi p dalgası

sıvılarda da yayılabiliyorken, S dalgasının sıvılarda yayılamaması sebebiyle yalnızca

Vp’nin etkilenmesindendir.

Bu sebeple zemin güvenliği parametresi olarak Vp/Vs oranı önemli ve kullanılması

şarttır. Zemin güvenliği (FS) değerinin standartlaştırılmasındansa her zemin için Vp/Vs

oranı kullanılması daha doğru değerler vermektedir.

Vp/Vs kullanılmasının bir faydası da Vs hızının doğruluğunun sağlaması olmasıdır.

Yalnızca Vs ölçülen bir ortamda elimizdeki Vs değerinin gerçeğe daha yakın veya daha

doğru Vs olduğunu veya Vp ile karışmış olup olmadığını anlayamayız. Bu sebeple

Vp/Vs kullanarak bunun önüne geçmiş oluruz (Keçeli, A. (2010)).

1.1.4. Poisson Oranı

Enine kırılmanın, boyuna uzamaya olan miktarıdır. Genel olarak ortalama değeri 0,25

iken aldığı değerler 0-0,5 arası değişmektedir.

0,25-0,35 orta gözenekli

0,35-0,50 gözenekli

Poission Oranı sayesinde kayaçların poroziteli olup olmadığı ve bu boşluklarda su

taşıyıp taşımadığı incelenebilir (Özçep, F. (2009)).

13

Tablo 2 Poission Oranı ve Vp/Vs arasındaki ilişki (Keçeli, A. (2010))

Poisson Oranı (σ) Vp/Vs Sıkılık

0,5 ∞ Cıvık-Sıvı

0,4-0,49 ∞-2,49 Çok Gevşek

0,3-0,39 2,49-1,87 Gevşek

0,2-0,29 1,87-1,71 Sıkı-Katı

0,1-0,19 1,71-1,5 Katı

0-0,09 1,5-1,41 Sağlam Kaya

1.1.5. Young Modülü

Jeolojik yapıların kuvvet altındaki şekil değiştirmesinin matematiksel olarak ölçümüdür.

Birim kesit alanına sahip bir maddenin (1 mm2) kendisi kadar uzaması için gerekli

kuvveti gösterir. Bu gerekli kuvvetlere göre birimleri sınıflandırırsak;

Young modülü değeri Malzeme durumu

1700 kg/cm2 Gevşek

2000-10000 kg/cm2 Orta sıkı

10000-30000 kg/cm2 Sağlam

30000 kg/cm2'den büyük Çok sağlam

1.1.6. Kayma Modülü

Zeminlerin yatay kuvvetlere karşı gösterdiği dirençtir. Kayma modülü, young

modülü’nün bulunması için gereken bir parametredir. G ile gösterilir ve yapıların

tasarımında deprem riski için önemli bir parametredir (Özçep, F. (2009)).

Kayma modülü değeri Malzeme durumu

600 kg/cm2 Gevşek

600-3000 kg/cm2 Orta sağlam

3000-10000 kg/cm2 Sağlam

10000 kg/cm2'den büyük Çok sağlam

14

1.1.7. Bulk Modülü

Bir kütleye uygulanan stress(gerilim) karşısında kitlenin gösterdiği strain(deformasyon)

miktarının ölçüsüdür. Başka bir değişle etrafı boyunca basınç altında kalan birimin

sıkışma ölçüsüdür. Bir maddenin bulk modül değeri ne kadar büyükse madde o kadar

zor sıkışıyor demektir. Basınç ve sıcaklıktaki değişim, maddenin bulk modülünde de

değişime sebep olmaktadır. Sabit değildir (Tezcan, S., DURGUNOĞLU, T., 2000).

1.1.8. Zemin Hakim Titreşim Periyotu (T0)

Zeminlerin deprem dalgalarının etkisi altındayken sarsıldıkları sırada sahip oldukları

frekansa denir. Yapılacak olan yapıların bu değere göre yapılması gerekmektedir. Aksi

takdirde yapı ve zemin arasındaki frekans farklılığı rezonansa sebep olup, yapıda

kırılmalar ve sonucunda yıkım meydana getirmektedir.

T0=(4 x h1 / Vs1) + (4 x h2 / Vs2)

Formülünden hesaplanmaktadır. Birimi saniyedir (Tezcan, S., DURGUNOĞLU, T.,

2000).

Parametre Formül

Poisson oranı Fp= ((Vp/Vs)^2-2)/(2*(Vp/Vs)^2-2)

Kayma modülü G= d*Vs^2

Young modülü E= 2G*(1+Fp)

Bulk modülü K=(1/3)*((E/(1-2*Fp))

Şekil 3. Elastik Parametrelerin formülleri

15

2. KUYU İÇİ SİSMİK YÖNTEMLER

Kentlerin jeofizik açıdan en büyük problemlerinden biri de ölçümler sırasında oluşan

gürültülerdir. Yatay yöndeki sismik açılmalar sokakların elverişsizliğinden ve

topoğrafyanın düzensizliğinden vb. bir çok sebepten dolayı büyük problem

yaratmaktadır. Bu problemleri aşmak için kullanılan yöntemlerden biri de kuyu içi

sismik yöntemlerdir.

Kuyu içi sismik yöntemler yüzey sismik yöntemlere göre daha maliyetlidir (TMMOB

Jeofizik Mühendisleri Odası’na göre 12 kanallı ve 6 m. Jeofon aralıklı bir sismik

kırılma güncel (2014) maliyeti 370 TL iken, kuyu sismiği yöntemleri 1300-1700 TL

arasında değişmektedir. Üstelik bu maliyetin üzerine sondaj kuyusunun açılma

maliyetini eklediğimizde aradaki fark artmaktadır.). Çünkü yüzey sismik ölçülerinin

yanında bir veya birden fazla sondaj kuyusu, kuyu içi sismik yöntemler için gereklidir.

Kuyu içi sismik yönteminin ilk olarak Sovyet Rusya tarafından 1960’lı yıllarda

kullanıldığı bilinmektedir. Sırasıyla önce Avrupa’da daha sonra ise Amerika’da

kullanılmaya başlanılan kuyu sismiği çalışmaları maliyetin artmasına rağmen akademik

araştırmalarda dikkat çekmiştir (Gubayatev, M. (2012), D. Woodward, C.M. Menges

(1991). Bunun sebebi yer altından elde etmek istediğimiz bilgilerin kuyu içi sismik

çalışmalarında, yüzey sismik çalışmalarına göre daha gerçeğe yakın olarak elde

edilmesidir. Yüzey sismik kırılma yönteminde inmek istenilen derinliğin yaklaşık 3 katı

kadar serim uzunluğu olması gerekmektedir. Mesela standart mühendislik hızı Vs30

değerini ölçebilmek için en az 100 metre yüzeyde jeofizik ölçü hattı uzanımı gerekir

MARTIN, A., J., DIEHL, J., G., 2004). Son zamanlarda, Vs100 değeri Amerika’da

standart mühendislik hızı olarak istenmeye başlanmış ve bu uygulamanın ülkemizde de

standart olması durumunda 300 metrelik yatay sismik ölçüm uzanımlı hatların olduğu

16

alanların bulunması gerekecektir. Bunun yanı sıra kaynağın derinlik için yeterli olması,

ve yüzeydeki gürültülerin sinyalleri bozmaması gerekmektedir. Kuyu içi sismik

çalışmalarla bu olumsuzluklar aşıldığından daha sağlıklı veriler elde edilmektedir.

Kuyu içi sismik yöntemler uygulama şekli olarak iki farklı şekilde karşımıza çıkarlar.

Bunlar;

1. Kuyu üstü (up-hole) yöntemi ve Kuyu içi yöntemi

2. Kuyular arası (cross-hole) yöntemi olarak üç şekildedir.

2.1.KUYU ÜSTÜ YÖNTEMİ ve KUYU İÇİ YÖNTEMİ

Kuyu içi ve kuyu üstü sismik çalışmalar çok yönlü, fakat yer altında yapılan bir yöntem

olması sebebiyle yüzey sismik çalışmalara göre daha maliyetli ve uğraş gerektiren

yöntemlerdir.. Yine Amerika’da granit ve tuz çökellerinin araştırılması sebebiyle çokça

kullanılarak faydalı ve çok yönlü bir sistem olarak günümüzde daha yaygın olarak

kullanılmaktadır (Brewer, Robert J. (2002)).

Kuyu üstü yönteminde jeofonlar kuyunun üzerindeki zeminde sıralanırken, kaynağımız

kuyunun içinde bulunmaktadır (Şekil 4a). Kuyu üstü ölçümlerde jeofonlar tek bir yöne

açılabildiği gibi, ölçümlerin yapılış amacı veya aranan parametrelere göre çok yönlü

açılımlar da mevcut olabilir. Burada önemli olan husus jeofonların geometrisinin

arazideki haliyle birebir şekilde dijital ortama da aktarılmasıdır. Aksi takdirde alınan

ölçümler ne kadar doğru olursa olsun verilerin işlenmesinde hatalar oluşacaktır.

Kuyu içi yönteminde ise kuyu üstü yönteminin aksine kaynak kuyunun yakınında ver

yeryüzünde bulunurken bu kez alıcı kuyunun içine yerleştirilir (şekil 4b). Bu yöntemde

imkânlar veyahut tercih sonucu olarak kuyu içine tek alıcı yerleştirilir ve istenilen

aralıklarla ölçüm yapılır. Veyahut birden fazla alıcı yine istenilen aralıklarla kuyu içine

17

yerleştirilerek tek vuruşla birden fazla ölçüm alınır. Burada kullanılan jeofon sayısı

imkânlara ve tercihe bağlıdır. Ölçüm aralıkları elde ettiğimiz verilerin ayrıntısıyla ters

orantılıdır. Yani ölçüm aralıklarını ne kadar daraltılırsa tabaka sınırları ve hızları o

kadar gerçeğe yakın değerler olarak elde edilecektir. Burada kuyu içindeki alıcılar kayıt

cihazına bağlanarak zamana bağlı ölçümler alınır (Girit, M. (2014)).

Kuyu içi sismik yönteminde genelde ölçümler kuyu ağzından kuyu girişine

olabildiğince yakın veya mümkünse tam dibinden alınır ve gittikçe daha derine inilir.

Fakat arzu edilirse kuyu dibinden başlayarak yukarıya doğru çıkılarak da ölçüler

alınabilir. Bu iki ölçüm arasında hiçbir fark bulunmamaktadır. Buradaki önemli nokta

bu ölçümleri nasıl alıyorsak, kaydettiğimiz verilerde de bunları bu şekilde kaydetmektir.

Alıcıların ve kaynağın geometrisini yorumlama kısmında arazidekiyle birebir şekilde

örtüştürmek hata payını minimuma indirecektir (Gören S. (2014)).

Şekil 4: a. Kuyu üstü yöntem dizilişi (Özdemir, A., 2007’den değiştirilerek alınmıştır)

18

Şekil 4: b. Kuyu içi yöntem dizilişi (Girit, M. (2014)).

Kuyu içi sismik yöntemde S dalgasının varış zamanını ölçmek için yapılan vuruşlarda

bir standart vardır. Bu standartta kuyunun girişine yakın yere bir kütük konur ve bu

kütüğün üstüne ağırlık (genelde kütüğün üzerine araç çıkar) yerleştirilerek iyice

sabitlenmesi sağlanır. (Şekil 5) Çukur kazıp doğu-batı ve kuzey-güney eksenlerinde

çukurun çeperlerine vurmak aynı zamanda basınçtan dolayı P dalgası da yaratmaktadır.

19

Şekil 5: S dalgası vuruş şekli ( Crice, D.(2002)’den değiştirilerek alınmıştır.).

Hem kuyu üstü hem de kuyu içi yöntemlerdeki temel amaç P ve S dalgalarının

enerjiden çıktığı andan itibaren kaynağa ne kadar zamanda ulaştığını saptamaktır. Hem

kaynağımız hem de vericimizin yerini bildiğimizden varış süresi-derinlik grafiği yani

yol zaman grafiği elde edilir. Yol-zaman grafiğinin eğimiyse bize Vp ve Vs değerlerini

verecektir. (Şekil 6)

20

Şekil 6: Örnek olarak seyahat zamanı-derinlik ve hız-derinlik eğrileri (Earth Dynamics)

(http://www.earthdyn.com/geophysical/downhole/downhole.html).

Kuyu içi yöntemi kuyu üstü yönteme göre daha yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bunun

sebebiyse kuyu içi yöntemde S dalgalarının çok daha kolay üretilebilmesidir. Yüzey

sismik kırılma yönteminde gözükmeyen saklı tabakalar yine kuyu içi sismik sayesinde

görülebilmektedir. Örneğin düşük hız zonları yüzey sismik kırılma yöntemlerinde

21

problem ve modeli abartılı yaratırken, kuyu içi sismik çalışmalarda problemsiz

belirlenerek ortaya çıkmaktadır. Bu yöntemde sinyalin kalitesi kaynağın gücüyle doğru

orantılıdır. 30 metreye kadar olan derinliklerde balyoz (5-10 kg) yeterliyken, daha derin

çalışmalarda kaynağı balyoz olarak seçmek kaliteli veri elde etmeyi zorlaştırmaktadır.

Balyozun yetersiz olduğu durumlarda gun atışı kullanılabilir (ONCEL, Ali Osman,

2011) (https://www.youtube.com/watch?v=ppMIwjwkego). Gun atışlarında hem S hem

de P dalgaları için ölçüm almak için 45 derecelik eğimle atış yapılabilir. Bu şekilde tek

atışla çoklu ölçüm alınarak aynı zamanda maliyet de azaltılmış olur.

2.2.KUYULAR ARASI (CROSS-HOLE) YÖNTEMİ

Bu yöntemin uygulanabilmesi için ölçümün yapılacağı bölgede en az iki adet olmak

üzere sondaj kuyuları açılmış olması gerekmektedir. (Girit, M. (2014)) Bu yöntemdeki

temel amaç iki veya daha fazla sondaj kuyusu kullanılarak kuyular arasındaki yatay yol

boyunca dalgaların seyahat sürelerini ölçer. Kuyular arası en basit yöntem iki kuyu

arasındaki yöntemdir. Kuyulardan birine kaynak, diğerine alıcı yerleştirilir (Şekil 7). Bu

işlemde hem alıcının hem vericinin aynı seviyede olmasına dikkat edilmelidir.

Böylelikle bu iki kuyu arasında kalan bölgeden geçen dalgaların seyahat süreleri ve

kuyular arası mesafelere bakarak dalga yayınım hızları hakkında bilgi elde edilir. Bunu

belirlenen farklı derinliklerle tekrarlayarak derinlere inildikçe yaşanan hız farkları

incelenebilmektedir. Kuyular arası yöntemde kaynak olarak genelde sonik patlama

kullanılırken, gun patlaması da kullanılabilmektedir.

Kuyular arası mesafe arttıkça sinyalin alıcıya ulaşması zorlaşacağından, sondaj

kuyularını en fazla 30 metre arayla almak gerekmektedir (Gören, S., (2014)). Ortalama

olarak kuyular arası yöntem için 20-25 metrelik kuyu arası mesafeler idealdir. İkiden

daha fazla kuyu kullanıldığında, yatay olarak daha uzun mesafeli bir alandan bilgi

22

almak mümkündür. Kuyular arası yöntemde mekanik kaynaklarla 30 ile 60 metre

derinliklerden bilgi almak mümkünken, patlayıcı (gun) kaynaklarla daha derinlerden

bilgi alabilmek mümkündür.

Şekil 7: İki kuyu arasında cross-hole (kuyular arası) yöntem ((Wayne, P.)’den

türkçeleştirerek ve değiştirilerek alınmıştır.)).

KUYU SİSMİĞİNDE KULLANILAN ALETLER

2.2.1. Sismograf

Dijital sismograflar cisim dalgaları analizleri için idealdir (Crice, D.(2002)). Tetikleme

(Triger) kablosu kullanımında, kesin zaman uyumu elde edilir. Çoklu-vuruşlar üst üste

bindirilerek, sinyal/gürültü oranı arttırılarak gerçeğe en yakın sonuç bulunur. Analog ve

dijital filtreler sayesinde, gürültüler minimuma indirgenir veya yok edilir. Dijital

23

kayıtlarda bilgisayardan, veri üzerinde inceleme yapılabilir. Yer değiştirme, hız ve ivme

ölçer olmak üzere üç farklı tip sismograf vardır.

2.2.2. Balyoz

Triger kablosu ile sismografa bağlanması dışında, standart; hırdavattan alınabilecek bir

balyozdan hiçbir farkı yoktur. (Crice, D., 2002) Farklı ağırlıkta 2 kilogramdan 9

kilograma kadar balyozlar kullanılmaktadır. Yapılan işe göre farklı ağırlıkta balyozlar

kullanılabilir, kaliteli sinyal elde edildiği takdirde balyoz ağırlığı önemli değildir.

Yaklaşık 8 kilogram ağırlığındaki balyoz ile üretilen sismik dalga, düşük frekanslı

araştırmalarda kullanılmaktadır. Daha hafif balyoz kullanımı, vuruş esnasında balyoz

hızını arttırdığı ve vuruş operatörünü daha az yorduğu için bazı kullanıcılar tarafından

tercih edilmektedir.

2.2.3. Down Hole Hammer

Şekil 8 Downhole Hammer (Madencilik Türkiye)

Kuyular arası yöntemler kuyu içi kaynağa ihtiyaç duyarlar (Şekil 8). Bu mekanizma

kuyu içine kenetlenmiş halde durur ve aşağı yukarı yönlü olarak patlama

24

gerçekleştirerek kuyu çeperine karşı kuvvet uygular. (Crice, D.(2002)) Bunun

uygulanmasında kuyunun dibine metal bir boru indirilir. Borunun içerisinde yüzeyden

gelen kuvvet etkisiyle hareket eden bir ağırlık bulunmaktadır. Bu ağırlığa bağlı bir ipin

yukarı ve aşağı çekerek metal boruya çarptırılır ve bu sayede kaynak oluşturulmaktadır.

Bu sırada hem kayıtçıya hem de metal boruya bağlı olan kablo(balyoza bağlı olan kablo

tipi) vasıtasıyla vuruş sırasında zaman senkronizasyonu sağlanmış olur.

2.2.4. Plank

Çit demirinden veya demiryolu rayından oluşmuş yeterli genişlikteki metal plakadır.

(Crice, D., 2002) İki kenarından araç yardımıyla yere bastırılarak stabil duruma getirilir

(Şekil 9). İş makinası ile kazı yapmak gerekmez, çünkü bu durum toprakta düzensizliğe

ve boşluklara sebep olacaktır. Yüzeyle aynı düzlükte ve boşluklar kalmayıncaya kadar

baskı uygulamak yeterlidir. Balyoz veya iş makinası ile üretilen yapay sismik dalganın

yer içine nüfuzunun en etkili hale gelmesinde plank ile yüzey arasındaki boşluklar önem

taşıdığı yok edilmelidir.

Şekil 9 S dalgasının daha net görülebilmesi için kuyu girişine yerleştirilmiş plank.

25

1.1.1. Jeofon

Sinyalleri yakalayacak frekansta ayarlanmış basit sismik sensörlere jeofon denir. 4,5-40

Hz arasında farklı çeşitleri bulunmaktadır(Şekil 10). Jeofon frekansı düştükçe daha

derinlerden, arttıkça daha sığ bölgelerden ayrıntılı veri elde etmek mümkündür. Fakat

yapılan bir çalışmada bütün jeofonların frekansı aynı seçilmelidir. Normal yüzey sismik

kırılma yöntemlerinde kullanılan iki farklı jeofon tipi vardır, bunlar; P ve S

jeofonlarıdır. Kuyu jeofonları yüzey sismik jeofonlarına göre farklı dizayn edilmiştir.

Kuyu içine girebilecek ve orada sabit kalmasını sağlayacak bir mekanizmaya sahiptir.

Kuzey-güney, doğu-batı, yukarı-aşağı olmak üzere üç farklı bileşeni sayesinde bütün

ölçümler (P ve S) yüzey sismiğinin aksine tek bir jeofon ile kaydedilebilir.

İçindeki piston mekanizması sayesinde, yüzeydeki cihaz ile verilen akım sonucu

jeofonun içindeki bakır tel kısalarak jeofonun dışında dış bükey oluşturur. Bu sayede

kuyu çeperine sabitlenir.

(A) (B) (C)

26

Şekil 10 Kuyu Jeofonları (Crice, D.(2002)) A, B ve C’de çalışma prensibi olarak aynı,

görünüm olarak değişik şekillerdeki (boyut ve kuyuya sabitlenme aparatı olarak)

jeofonlar gösterilmektedir.

2. İSTANBUL KARTAL İLÇESİ KUYU İÇİ SİSMİK ÇALIŞMASI

3.1. Jeolojik Yapı

Şekil 11 İstanbul Anadolu Yakası Mikrobölgeleme Raporu (www.ibb.gov.tr)

Deniz seviyesinden başlayarak Kuzeye doğru hafif bir meyille (537) metreye kadar

yükselir. Devoniyen (417-453 myö arası) Karbonifer yaşlı birimler bulunmakta olup,

27

Sultanbeyli ve Pendik formasyonu gözlemlenmektedir. İlçenin deniz kıyısı kum ve kil

ile kıyıdan itibaren kuzeye doğru silislerle kaplıdır. Yakacık bölgesinde kalker ve

kuvarsit madenleri bulunur. İlçeye bakıldığında bir takım tepe ve düzlüklerden meydana

geldiği görülür. İstanbul'un en yüksek dağı olan Yakacık Aydos Dağı Kartal ilçesi

sınırları içindedir ve yüksekliği 537m.dir. Çalışma alanının koordinatları 40.8K boylam,

29.1D enlemdedir.

Şekil 12. Kartal İlçesi belirlenen bölgenin uydu görüntüsü (Google Earth). Belirlenen

kuyular arası (1, 2 ve 3 no.’lu) 30’ar metredir.

3.2. Saha Planlaması;

Daha öncesinde işveren firma ile yapılan görüşmeler sonrasında standartlara uygun

yapılmış kuyu için 70 m derinliğe kadar ölçü alınabileceği belirlenmiştir.

3.2.1. Yöntem, kullanılan ekipman;

Ölçü alınması sırasında yukarı kuyu atış down hole yöntemi ile ölçüler alınmıştır.

28

3.2.2. Kullanılan Aletsel Donanım;

Kayıt sistemi : Seismicsource Daqlink III ( 24 kanallı mühendislik sismografı

)Jeofon : GeoStuff BHG-2 ( 3 bileşenli kuyu içi jeofonu )

Enerji Kaynağı : Balyoz ( 10 kg )

3.2.3. Arazi İş Akışı;

Ölçüm yapılacak kuyu tabanına kuyu içi kayıtçısı yerleştirilir, sonrasında kuyu başından

düşey atış yapılarak P dalga kaydı, açılan çukur çeperine atış yapılarak S dalga kaydı

yapılır. Aynı seviyeden yapılan bu atışlar sonrasında, yukarı seviyeye çekilen kuyu içi

kayıtçısı ile atışlar tekrar edilir. Bu işlem kuyu üst seviyesine kadar devam edilir.

x

h

h

V1

V2

t

S

h

t

h

R2

R1

1/ V1

1/ V2

1/ V3V3

0

Şekil 13. Arazi iş akışı (Rumeli Zemin İnş. Tic. Ltd. Şti.)

3.2.4. Veri-işlem, data değerlendirme akışı;

29

Arazide alınan ham veriler PickWin programı ile SEG-2 formatına dönüştürülür,

sonrasında 3 bileşen olarak toplanmış datalardan uygun bileşenlere (P ve S bileşenleri)

ayrılarak her derinlik için izler ayrılır ve sonrasında derinlikle ilintili olarak izler

toplanır. Elde edilen data ile ilk varış zamanları belirlenir.

S

R2

R1

1

2

3

2V1= 2000 m/s

V2= 3000 m/s

1

2

R1

3

R2

Vertical- z

t t

Şekil 13 Veri-İşlem iş akışı (Rumeli Zemin İnş. Tic. Ltd. Şti.)

Belirlenen varış zamanları ile yol-zaman eğrileri hazırlanıp her seviye için derinlik hız

değişimi tespit edilir. Bulunan kalınlık-hız bilgileri ile dinamik elastik parametreler

hesaplanır.

3.2.5. Yöntemin arazi uygulaması;

Açılan kuyularda (3 adet kuyu) 5 m aralıklı olmak üzere 14 derinlik seviyesinde ölçü

alınmıştır. Yapılan çalışmalar sonrasında, çalışma alanı içerisinde hazırlanmış kuyular

(3 adet) içerisinde yapılan sismik ölçüler değerlendirilmiş ve aşağıda tabloda verilen

sonuçlar bulunmuştur.

30

3. BULGULAR

3.1.KUYU-1 (Sk-3)

Şekil 15 P Atışı arazi verisi

Şekil 16 P atışı ayrıntılı filtre edilmiş veri

Şekil 17 P atışı ayrıntılı ilk varış zamanları işaretlenmiş veri

31

Tablo 4 P atışı derinlik – işaretlenen ilk varış zamanları

Derinlik (m) Varış zamanı (msn) Atış no

5 4,78 1

10 7,66 2

15 9,941 3

20 10,919 4

25 13,25 5

30 13,771 6

35 14,939 7

40 16,297 8

45 18,579 9

50 20,1 10

55 20,698 11

60 22,436 12

65 23,75 13

70 24,5 14

Şekil 18 S Atışı arazi verisi

32

Şekil 19 S atışı ayrıntılı filtre edilmiş veri

Şekil 20 S atışı ayrıntılı varış zamanı işlenmiş veri

Tablo 5 S atışı derinlik - varış zamanları


5 8,42 1

10 13,323 2

15 17,234 3

20 18,579 4

25 19,8 5

30 22,002 6

35 22,368 7

40 26,28 8

45 28,48 9

50 30,558 10

55 32,758 11

60 36,181 12

65 39,237 13

70 40,092 14

33

Şekil 21 SK-3 numaralı kuyu için Yol – Zaman grafikleri

Şekil 22 SK-3 numaralı kuyu için Yol-zaman / Derinlik-hız grafiği

34

Şekil 21’e bakıldığında P ve S dalgası için ayrı ayrı, derinliklere göre jeofonlara varış

zamanları kaydedilmiştir. Varış zamanı eğrileri için yukarıdaki zaman ve sol taraftaki

derinlik skalalarına bakıldığında ölçüm alınan her derinlik için varış zamanları

grafiklenmiştir. Sağ taraftaki Vs ve Vp eğrileriyse yine P ve S dalgalarının derinliğe

bağlı değişimini, bu hızlardaki değişimler de tabaka sınırlarını göstermektedir. Bu

modele bakıldığında yaklaşık olarak 5.metre civarında 1. Ve 2. Tabakanın sınırı ve bu

sınıra kadar olan Vp=1024m/sn ve Vs=555m/sn, yine yaklaşık olarak 15. Metre

civarında ise 2.ve 3.tabakaların arasındaki sınır bulunmaktadır. Bu tabakaya ait Vp hızı

1968m/sndir, Vs hızı ise 947m/sndir. 70 metreye kadar yapılan ölçümlerde başka hız

artışı tespit edilmediğinden dolayı; tabaka sınırı bulunamamıştır. Alt sınırı sonsuz

3.tabakaya ait Vp hızı 9757m/sn ve Vs hızı 2250m/sndir.

Tablo 6 Kuyu 1 (SK3) Derinlik-Vp-Vs Değerleri

Kuyu 1 (SK3) Derinlik-Vp-Vs Değerleri Derinlik (m) Vp/Vs Vp (m/sn) Tp (sn) Vs (m/sn) Ts (sn)

5 1,761506276 1046,025105 0,00478 593,824228 0,00842

10 1,738903394 1305,483029 0,00766 750,7507508 0,01332

15 1,733400402 1509,054326 0,00994 870,5745792 0,01723

20 1,702108158 1833,180568 0,01091 1077,005924 0,01857

25 1,494339623 1886,792453 0,01325 1262,626263 0,0198

30 1,597821351 2178,649237 0,01377 1363,512408 0,022002

35 1,497655727 2344,273275 0,01493 1565,29517 0,02236

40 1,613259669 2455,494168 0,01629 1522,070015 0,02628

45 1,533656435 2423,263328 0,01857 1580,05618 0,02848

50 1,519900498 2487,562189 0,0201 1636,661211 0,03055

55 1,582890285 2658,289029 0,02069 1679,389313 0,03275

60 1,613018279 2674,988854 0,02243 1658,374793 0,03618

65 1,651789474 2736,842105 0,02375 1656,895233 0,03923

70 1,636326531 2857,142857 0,0245 1746,071339 0,04009

1 numaralı kuyuda 5 metre aralıklarla 14 adet ölçüm alınmış olup; P ve S dalgası varış

zamanları, Vp ve Vs hızları, Vp/Vs değerleri Tablo 6da verilmiştir. SK3 numaralı kuyu

için oluşturulan Vp/Vs değerleri grafiği Şekil 23tedir.

35

Şekil 23 1 numaralı (SK3) kuyusu için Vp/Vs değerleri

3.2.KUYU-2 (Sk-2)



1.45

1.5

1.55

1.6

1.65

1.7

1.75

1.8

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Kuyu 1 (SK3) Derinlik-Vp/Vs Değişimi

Vp/Vs

36

Şekil 26 P atışı ayrıntılı varış zamanı işlenmiş veri

Tablo 7 P atışı derinlik - varış zamanları,


5 4,75 1

10 6,5 2

15 9,208 3

20 9,452 4

25 11,734 5

30 14,097 6

35 16,053 7

40 16,623 8

45 16,949 9

50 20,127 10

55 20,372 11

60 22,409 12

65 22,409 13

70 24,12 14


37



Tablo 7 S atışı derinlik - varış zamanları,


5 9,045 1

10 13,323 2

15 17,234 3

20 19,435 4

25 23,224 5

30 24,935 6

35 29,336 7

40 31,414 8

45 32,758 9

50 35,325 10

55 36,67 11

60 37,525 12

65 37,892 13

70 43,515 14

38

Şekil 30 SK-2 numaralı kuyu için Yol – zaman grafikleri,

Şekil 31 SK-2 numaralı kuyu için Yol-zaman / Derinlik-hız grafiği

39

Şekil 30’a bakıldığında P ve S dalgası için ayrı ayrı, derinliklere göre jeofonlara varış





modele bakıldığında yaklaşık olarak 5.metre civarında 1. Ve 2. Tabakanın sınırı, ve bu






Tablo 8 Kuyu 2 (SK2) Derinlik-Vp-Vs Değerleri

Kuyu 2 (SK2) Derinlik-Vp-Vs Değerleri Derinlik (m) Vp/Vs Vp (m/sn) Tp (sn) Vs(m/sn) Ts (sn)

5 1,904210526 1052,631579 0,00475 552,7915976 0,009045

10 2,049230769 1538,461538 0,0065 750,7507508 0,01332

15 1,871198957 1629,018245 0,009208 870,5745792 0,01723

20 2,055649598 2115,954295 0,009452 1029,336078 0,01943

25 1,979539642 2131,287298 0,01173 1076,658053 0,02322

30 1,768085106 2127,659574 0,0141 1203,369434 0,02493

35 1,82741433 2180,685358 0,01605 1193,317422 0,02933

40 1,889891697 2406,738869 0,01662 1273,479784 0,03141

45 1,932153392 2654,867257 0,01695 1374,045802 0,03275

50 1,755467197 2485,089463 0,02012 1415,628539 0,03532

55 1,800196367 2700,049092 0,02037 1499,863649 0,03667

60 1,674252566 2677,376171 0,02241 1599,147122 0,03752

65 1,690763052 2900,490852 0,02241 1715,492214 0,03789

70 1,803897181 2902,155887 0,02412 1608,825557 0,04351


zamanları, Vp ve Vs hızları, Vp/Vs değerleri Tablo 8de verilmiştir. 2 numaralı kuyu

için oluşturulan Vp/Vs değerleri grafiği Şekil 32dedir.

40

Şekil 32 Kuyu 2 (SK2) Vp/Vs Oranının Derinlikle Değişimi

3.3.KUYU-3 (Sk-1)



0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80


Vp/Vs

41

Şekil 35 P atışı ayrıntılı varış zamanı işlenmiş veri

Tablo 9 P atışı derinlik - varış zamanları


5 5,704 1

10 11,164 2

15 13,771 3

20 15,238 4

25 16,623 5

30 18,661 6

35 19,557 7

40 21,839 8

45 20,942 9

50 22,735 10

55 23,876 11

60 24,691 12

65 24,691 13

42




43

Tablo 10 S atışı derinlik - varış zamanları,


5 9,412 1

10 15,89 2

15 21,146 3

20 24,09 4

25 25,913 5

30 28,847 6

35 33,125 7

40 36,67 8

45 36,67 9

50 40,948 10

55 42,293 11

60 44,004 12

65 46,938 13

Şekil 39 SK-1 numaralı kuyu için Yol – zaman grafikleri,

44

Şekil 40 SK-1 numaralı kuyu için Derinlik- Sismik Hız grafiği

Şekil 40’a bakıldığında P ve S dalgası için ayrı ayrı, derinliklere göre jeofonlara varış





modele bakıldığında yaklaşık olarak 10.metre civarında 1. Ve 2. Tabakanın sınırı, ve bu






45

Tablo 11 Kuyu 3 (SK1) Vp/Vs Oranının Derinlikle Değişimi

Kuyu 3 (SK1) Derinlik-Vp-Vs Değerleri

Derinlik (m) Vp/Vs Vp (m/sn) Tp (sn) Vs(m/sn) Ts (sn)

5 1,65 876,577 0,005 531,236 0,009

10 1,423 896,057 0,011 629,326 0,015

15 1,535 1089,324 0,013 709,555 0,021

20 1,581 1313,197 0,015 830,564 0,024

25 1,558 1504,211 0,016 964,878 0,025

30 1,545551983 1607,717042 0,01866 1040,221914 0,02884

35 1,694117647 1790,28133 0,01955 1056,763285 0,03312

40 1,679798443 1832,340815 0,02183 1090,809926 0,03667

45 1,751193887 2148,997135 0,02094 1227,161167 0,03667

50 1,801143863 2199,736032 0,02273 1221,299463 0,04094

55 1,771679933 2304,147465 0,02387 1300,543864 0,04229

60 1,782260024 2430,133657 0,02469 1363,512408 0,044004

65 1,87644942 2598,960416 0,02501 1385,041551 0,04693


zamanları, Vp ve Vs hızları, Vp/Vs değerleri Tablo 11de verilmiştir. 3 numaralı kuyu

için oluşturulan Vp/Vs değerleri grafiği Şekil 41dedir.

Şekil 41 SK-1 Numaralı kuyu Derinlik-Vp/Vs Değişimi

0

0.5

1

1.5

2

0 10 20 30 40 50 60 70


Vp/Vs

46

KUYU-1 KUYU-2 KUYU-3

Şekil 42 1,2 ve 3 numaralı kuyular için Vp/Vs değerleri

Buradaki Vp/Vs oranları her nokta için ayrı ayrı elde edilen varış zamanı ve derinlik

parametrelerinden faydalanılaran bulunan P ve S dalgası hızlarından faydalanılmıştır.

Bu P ve S dalgalarının hızlarından faydalanılarak Şekil 42’deki grafikler elde edilmiştir.

Her nokta için ayrı ayrı varış zamanı-derinlik parametreleri kullanıldığından her

noktada elde edilen hız değerleri bir nevi ölçüm noktasının yukarısında kalan kısımların

ortalaması olarak kabul edilebilir.

Tablo 12 Vp/Vs Değerlerine göre Zemin Türleri (Keçeli, A., 2010)

Zemin Türü Vp/Vs

Kaya Ortamlarda 1,45-2

Çok Sıkı Sert Ortamlarda 1,5-2

Sıkı Katı Ortamlarda 2-3

Orta Sıkı Bozuşmuş Ortamlarda 3-4

Gevşek Yumuşak Ortamlarda 4-6

Gevşek Yer Altı Suyuna Doygun 5-8

47

Şekil 42’ye bakıldığında üç ayrı kuyu için derinliğe bağlı Vp/Vs değerlerinin grafikleri

yanyana konmuştur. Birinci kuyu Vp/Vs değerleri 1,5-1,76, ikinci kuyu Vp/Vs değerleri

1,67-2,04 ve üçüncü kuyu Vp/Vs değerleri 1,42-1,87 aralığında değişmektedir.

Buradaki değerler Tablo 12 ile karşılaştırıldığında her ölçüm kuyusu için zeminin; sıkı,

orta sağlam kaya ve sağlam kaya olduğu söylenebilmektedir. Birinci ve ikinci ölçüm

kuyularında 5.ve 15.metrelerde, üçüncü kuyuda ise 10.ve 30.metrelerde tabaka sınırları

bulunduğundan bu derinlik noktaları arasında Vp/Vs değişimi normaldir. Ortamın

litolojik yapısına bakıldığında:

Birinci sismik ortam; çakıl, kil ve az ayrışmış kaya,

İkinci sismik ortam; orta sağlam, ayrışmamış kaya,

Üçüncü sismik ortam; sağlam, çok sağlam, ayrışmamış kaya

Ortamın tabakalara göre litolojik yapıları yukarıdaki gibidir Vp/Vs hızlarına

bakıldığında da ortamın sıkı-katı ve sağlam kayalardan meydana geldiği

anlaşılmaktadır. Bu sebeple Şekil 42de görüldüğü gibi aynı ortamdaki Vp/Vs değişimi

su ile olan ilişkiden çok; homojen kabul edilen tabakaların kendi içlerindeki düzensiz

yapılardan meydana geldiği anlaşılmaktadır.

Tablo 13 Bölgenin Deprem Zararlarını Azaltma Odaklı Zemin Parametreleri

48

Tablo 14 Bölgenin Dinamik Elastisite Parametreleri

Tablo 15 2007 Deprem Yönetmeliği’ne (2007) göre zemin sınıflandırmaları

Tablo 16 Vs hızına göre Zemin Grupları

49

Arazi çalışmasından sonraki veri işlem işleyişi aşağıdaki sırayla sürdürülmektedir;

Öncelikle arazide toplanan ham veriler uygun formata (SEG-2) çevrilerek,

uygun veri işlem programında (pickwin) açılır (Şekil 15,18,24,27,33,36).

Verileri daha ayrıntılı görebilmek amacıyla zaman skalasının gerekmeyen

kısımları veriden atılır ve böylelikle eldeki ham veri daha ayrıntılı şekilde

gözlemlenir (Şekil 16,19,25,28,34,37)

Daha sonrasında dalgaların ilk varış noktalarına (dalgaların genliklerinin

başlangıç noktaları) pickwin programı vasıtasıyla noktalar konarak işaretlenir.

İşaretlenen noktalar birleştirilerek, bu noktaların eğimlerinden tabakaların hızları

bulunur.

Birleştirilen noktaların kırılma yaptığı noktalara bakarak tabaka sınırları elde

edilir.

Bu işlemler hem P hem S dalgası için ayrı ayrı fakat aynı şekilde yapılmaktadır.

Daha sonrasında elde edilen Vp ve Vs verilerinden faydalanılarak istenilen elastik

ve deprem parametreleri bulunur.

4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu tez çalışmasında, İstanbul ili Kartal ilçesinde kuyu içi sismik (down-hole)

yöntemi uygulanmıştır.

Çalışmada SK3 ve SK2 kuyuları yetmişer metre, SK1 kuyusu altmışbeş metre

olup beşer metre aralıklarla ölçüm yapılmıştır.

İnceleme alanının, yapılan çalışmalar sonucunda UBC ve EUROCODE-8

uluslararası standart zemin sınıflandırması tablosuna göre, zeminlerin girdiği

sınıflar tablo 15’de gösterilmiştir.

50

Kuyu içi sismik çalışması sonucunda üç ayrı kuyuda her biri üç ayrı tabaka

olmak üzere her tabakanın Vp Vs hızları ve elastik parametreleri Tablo 14’de

gösterilmiştir. Bunun yanı sıra deprem parametreleri ise Tablo 13’te

gösterilmiştir.

Üç ayrı kuyu içinde yapılan sismik çalışmalar sonucu tabakalanmaya

bakıldığında 1.ve 2.kuyuların tabaka sınır derinlikleri aynıyken, 3.kuyudaki

tabaka sınır derinlikleri bu iki kuyuya göre farklıdır. Birinci ve ikinci kuyudaki

ilk tabaka derinlikleri 5m, ikinci tabaka derinlikleri ise 15m bulunmuşken;

3.kuyudaki 1.tabaka sınırı 10m, 2.tabaka sınırı 30m olarak bulunmuştur.

1.kuyunun 1. 2. ve 3.tabakaları sırasıyla B (birinci tabaka), B (ikinci tabaka) ve

A (üçüncü tabaka) zemin grubuna, 2.kuyunun tabakaları sırasıyla B (birinci

tabaka), A (ikinci tabaka) ve A (üçüncü tabaka) zemin grubuna, 3.kuyunun

tabakalarının zemin sınıfları yine sırasıyla B (birinci tabaka), A (ikinci tabaka)

ve A (üçüncü tabaka) olarak belirlenmiştir (Tablo 13).

Yerel Zemin sınıflarına bakıldığında 1.kuyu tabakaları sırasıyla Z2, Z1 ve Z1,

2.kuyu tabakalarına bakıldığında yine sırasıyla Z2, Z1 ve Z1, 3.kuyuda ise

sırasıyla Z2, Z1 ve Z1 olarak bulunmuştur (Tablo 13).

Poisson oralarına göre 1.kuyunun gözenekliliği:

1.tabaka orta gözenekli

2.tabaka gözenekli

3.tabaka az gözeneklidir.


1.tabaka orta gözenekli

2.tabaka gözenekli

3.tabaka az gözeneklidir.

51


1.tabaka az gözenekli

2.tabaka gözenekli

3.tabaka orta gözeneklidir.

Yapılan kuyu içi sismik yöntemindeki işlemler uzman Jeofizik Mühendisi (Sn.

Uğur Sürmeli) tarafından titizlikle takip ve kontrol edilmiştir. Her atıştan sonra

verilerin kalitesi uzman mühendis (Sn. Uğur Sürmeli) tarafından kontrol edilmiş

olup, fazla gürültü içeren veriler silinerek tekrar atış yapılmıştır.

Kuyu içi yönteme başlamadan önce, jeofona bağlı kablo her 5 (5m) metrede bir

titizlikle işaretlendi. Derinliklerin doğru saptanmasının önemli olduğu bizzat

kendisi tarafından belirtildi.

Her atış sırasında balyozun tek ve güçlü bir atış yapmasına dikkat edildi.

Kuyu jeofonunun yan tarafında bulunan sıkıştırma aparatı her derinlikte

sabitlenip sabitlenmediği ile alakalı kontrol edildi.

Kuyu içi jeofizik yöntemi standartlarında S dalgası üretmek için tahta bir plaka

üzerine ağırlık konarak, bu plakanın yanına vurarak S dalgası yaratılmaktadır.

Kartal İlçesinde yaptığımız kuyu içi sismik yönteminde bu standarda

uyulmayarak, açılan bir çukurun çeperinde atışlar gerçekleşmiştir.

Gelecekteki amacım bu çalışmayı daha da ileriye taşıyarak, bölgedeki kuyu içi

sismik çalışmasına artı olarak yüzey sismik çalışmaları, ve bu iki ayrı yöntemin

birbiriyle karşılaştırılmasıdır. Bu şekilde kuyu içi sismik yöntemiyle yüzey

sismik kırılma yöntemi arasındaki farklar, değişimler, avantajlar ve

dezavantajlar daha net şekilde ve uygulamalı olarak görülerek bir görüş

oluşturacaktır.

52

5. KAYNAKÇA

Crice, D.(2002) Borehole Shear-Wave Survets for Engineering Site

Investigations

Girit, M. (2014) Yüzey Dalgaların Analizi ve Yorumlanması

Büyükköse, N. Sondaj Kuyularında Uygulanan Sismik Direk Dalga Yöntemleri

Keçeli, A. (2012) Uygulamalı Jeofizik, Ankara, sf 564

Atıcı, N., Bilge, S. (2013) Yüksek Yapıların; İzmir Yüksek Yapı Yönetmeliği ve

Yeni Kent Merkezi’nde Yapılacak Yüksek Binalar İçin Hazırlanan Teknik

Önermeler Açısından Değerlendirilmesi (http://www.tmmobizmir.org/wp-

content/uploads/2014/06/28.pdf)

Gadallah, Mamdouh R., Fisher, Ray L. (2004) Applied Seismology

Keçeli, A. (2010) Sismik Yöntem ile Zemin Taşıma Kapasitesi ve Oturmasının

Saptanması, Uygulamalı Yerbilimleri sf 23-41

Kıyak, A., Ergüven, H., Karavul, C. (2007) Soil Classification and Application

with Fuzzy Logic Systems

Al-Shuhail, A. Borehole Seismology

(http://faculty.kfupm.edu.sa/ES/ashuhail/Graduate/GEOP501/Ch2/Ch2-

BHS.pdf)

Ateş, A. (2002) Jeofizik Aramaya Giriş

Beyaz, T. (2004) Zemin Etkisinden Arındırılmış Deprem Kayıtlarına Göre

Türkiye için Yeni Bir Deprem Enerjisi Azalım Bağıntısının Geliştirilmesi Ankara

Üniversitesi

http://www.tmmobizmir.org/wp-content/uploads/2014/06/28.pdf

http://www.tmmobizmir.org/wp-content/uploads/2014/06/28.pdf

53

Enzep (2012) (http://www.enzep.com/pdf/sis2tab.pdf)

Madencilik Türkiye Maden Arama Çalışmalarında Ters Dolaşımlı Sondaj

Uygulamaları sf 24

Özçep, F. (2009) Zeminlerin Geoteknik ve Jeofizik Analizi (İnşaatların Tasarımı

Sürecinde), sf 609

54

6. ÖZGEÇMİŞ

Murat BUDAK

Barış Mah. Fidangör Cad. No: 28 Daire: 56

Beylikdüzü, İstanbul

05376939600

E-mail: [email protected]

KİŞİSEL BİLGİLER

Doğum Tarihi 1990

Medeni Durum bekâr

Askerlik Durumu Tamamlanmadı

İŞ TECRÜBESİ

2014 KURUM STAJI RUMELİ ZEMİN ve İNŞAAT SAN. TİC. LTD. ŞTİ.

EĞİTİM BİLGİLERİ

1996-2004 GAZİ İLKÖĞRETİM OKULU

2004-2008 ADİLE MERMERCİ ANADOLU LİSESİ

2008-2015 İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ JEOFİZİK MÜHENDİSLİĞİ

Fotoğraf

55

7. EKLER

JEOFİZİK BİTİRME PROJESİ : KUYU İÇİ SİSMİK ÇALIŞMALAR

Education

Transcript of JEOFİZİK BİTİRME PROJESİ : KUYU İÇİ SİSMİK ÇALIŞMALAR