Sismik Kırılma Tomografi (SRT)
Sismik yöntem yeraltına bir kaynaktan gönderilen akustik dalganın yeraltında bulunan jeolojik formasyonlar arasındaki arayüzlerinde oluşan yansıma ve kırılmaların yeryüzünde zamana bağlı olarak kayıt edilmesi ve böylece ortaya çıkan sismik hızlardan ortamın hız dağılımlarının belirlenmesi ya da görüntülenmesini sağlar. Herhangi bir enerji kaynağından (darbe, ağırlık düşürme, patlatma, sarsıntı-vibro gibi) oluşan akustik bir dalga yer içinde değişik fazlarda yayılır. Dalgalar başlangıçta cisim dalgaları (P ve S) olmak üzere ortamda yayılır. Bunları yüzey dalgaları (love, rayleigh, kanal gibi) izler. İlksel dalga olan P, yayınım doğrultusunda küresel olarak hareket eden ve uzak mesafelere ulaşan bir dalgadır. P dalgasını ikincil olan S dalgası izler. Hareket dalga hareketine dik doğrultudadır ve birbirine paralel olan bu dalgalar hareket yönünde polarize olmuş dalgalardır. Bu dalga sıvı ortamlarda yayılmayan bir dalga türüdür. Rayleigh dalgası elips şeklinde hareket yönünün tersinde ve hareket yönünde hareket yapabilir. Bu derinliğe bağlı bir olaydır. S dalgası ise birden fazla katmanın olduğu yeraltında yeryüzeyine paralel ve enine bir dalga hareketi uygular. Sismik bir dalganın yeraltında hareketinde akustik empedans farklarına göre kırılan ya da yansıyan dalgalar yeryüzüne geri dönerler ve jeofon olarak adlandırılan alıcılar yardımıyla bir kayıtçıda kayıt edilirler. Yöntemin esası bir kaynaktan çıkarak yeraltında hareket eden ve bir alıcıya ulaşan sinyalin kayıt edilmesi ve bu sırada yapmış olduğu geliş-gidiş süresinde (ms ya da s) ortamın hızı bulunur. Bu işlem fizikte basit olarak bilinen hız=yol/zaman yerine getirilir. Böylece sismik yöntem yardımıyla yerin yüzeyine yakın tabakadan çok derindeki jeolojik yapılara değin birçok ortamı belirleme olanağı ortaya çıkmaktadır. Yöntem sismik hızın belirlenmesini amaçladığından yanal ve düşey süreksizliklerin belirlenmesi olası olmaktadır. Tomografik olarak kullanıldığında yeraltının ayrıntılı modelini ortaya çıkarmak olası olmaktadır. Karada ve denizde kullanılabilir ve bu yönteme önemli bir avantaj sağlar. Özellikle hidrokarbon aramalardaki yararı ve yaygın kullanımı yöntemin çok hızlı gelişmesine olanak vermiştir.
Sismik çalışmalar yansıma ve kırılma biçiminde uygulama olanağı bulmaktadırlar. Özellikle yansıma sismiği petrol araştırmalarında yaygın kullanılan ve uygulaması oldukça pahallı olan bir yöntemdir. Yöntem sığ araştırmalarda da kullanılabilmektedir. Ancak pahallı olması ve jeoradar yöntemi ile benzer sonuçların elde edilmesinden dolayı çok yaygın olarak kullanılmamaktadır. Sığ araştırmalarda daha çok sismik kırılma yöntemi kullanılmaktadır. Yöntem genel anlamda bir ofset üzerine yerleştirilen bir sismik dalga kaynağından çıkan ışınların yeraltındaki tabaka sınırlarından kırılarak yeryüzüne belirli eşit aralıklarda yerleştirilen jeofonlar yoluyla bir kayıtçıdan kayıt edilmesi ve bu kayıtlardan da tabaka hızlarının belirlenmesi ilkesine dayanır. Genelde bu işlem sağlıklı olması açısından hattın başından ve sonundan yapılan atışlar ile ve bazen hattın ortasından da yapılan atışlarla iki ya da üç atış biçiminde tabaka hızlarının belirlenmesine olanak sağlar. Ancak yeraltı her zaman yatay ya da eğimli tabakalar biçiminde değildir. Özellikle yeraltının karmaşık olması nedeniyle yatay ve düşeydeki değişimlere karşı hız yapısının kurulması anlamında daha iyi bir yorumun elde edilmesi gerekmektedir. Bu yorumu elde edebilmek için Sismik Kırılma (refraction) Tomografisi (SRT) iyi bir çözümdür. Yöntem hız gradyentleri ve yanal hız değişimlerini çözmede yararlı bir yöntemdir. Böylece birçok sorun (karst, fay, zemin, sıkışma vb) bilinen kırılma yöntemleri yerine uygulanabilir.
Sismik kırılma tomografisi (SRT) jeolojik ve jeoteknik sorunların çözümünde son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlamış bir araştırma tekniğidir. Yöntem yeraltının iki boyutlu olarak sismik P dalgası hızlarına göre modellenmesini sağlayabilmektedir. Çözümün hücreler biçiminde yapılması her türlü yer altı modelinin çözümünü olanaklı duruma getirmektedir. Yöntem yüksek ayrımlı olmamakla birlikte ortamlardaki hız değişimlerine karşı duyarlıdır ve ortamda yeterli bir hız zıtlığı bulunuyorsa, çözüme ulaşmak olanaklı olacaktır. Yöntemde kullanılan jeofon aralıklarına ve enerji kaynağına bağlı olarak değişik derinliklere inmek olası olabilmektedir. Ancak sığ sorunlar genelde 100 metre içinde bir sorun olduğundan, SRT yaklaşımı ile bu derinliklerdeki jeolojik ve jeoteknik sorunlar belirlenebilmektedir. SRT araştırmaları yoluyla yeraltı boşlukları ve karstik sorunlar, yüzeyaltındaki kil depolanmalarının yerlerinin tespiti, toprak-kaya ve dolgu alanların görüntülenmesi, sığ akifer zonları, fay zonlarının saptanması, anakaya derinliğinin belirlenmesi, heyelan geometrisinin tespiti, dolgu alanların belirlenmesi, tünel incelemeleri, yüksek katlı binalar için zeminin p dalga hız modellerinin oluşturulması gibi birçok sorunun belirlenmesinde önemli bir jeofizik tanılama yöntemidir.
Yüzey Dalgasının Çok Kanallı Analizi Yöntemi (MASW)
Yüzey dalgasının çok-kanallı analizi (MASW) yöntemi, Park ve diğ. (1999) tarafından geliştirilen ve günümüzde özellikle geoteknik ve mikrobölgeleme araştırmalarında yaygın bir kullanıma sahip olan bir sismik yöntemdir. Şekil 1’de gösterildiği biçimde veri toplama prensibine sahip olan MASW yöntemiyle, araziden elde edilen veriler üzerinden dispersiyon eğrisinin belirlenmesi ve ters-çözüm tekniğiyle yeraltının kesme dalgası hız (Vs) dağılımına ulaşılması hedeflenir.
Şekil 1: Yüzey Dalgasının Çok-Kanallı Analizi (MASW) yönteminin sistematik veri toplama aşamalarını içeren gösterim (Park vd, 2007’den düzenlenmiştir).
Alanda veriler kullanılan cihazın kanal sayısına bağlı olarak 4.5 Hz’lük jeofonlar yardımıyla toplanır ve toplanan veriler zaman-uzaklık ekseninde görüntülenir. Eğer vuruşlar belirli ofsetler yardımıyla baş ve sondan yapılırsa tek boyutlu bir sonuç üretilir. Ancak tüm jeofonların arasından yapılan vuruşlarla iki boyutlu yer altı kesme dalgası modeli üretmek olanaklıdır. Elde edilen veriler ön proseslerden geçirildikten sonra, dispersiyon eğrileri elde edilir. Dispersiyon eğrilerinden yararlanılarak yapılan ters-çözüm işlemleri sonucunda yeraltının derinliğe ve tabaka sayısına bağlı olarak Vs hız değerleri saptanır. İki boyutlu veri toplamalarda ise yeraltının iki boyutlu yer altı Vs hız dağılım kesitleri elde edilir.
MASW çalışmalarıyla yüzey dalgaları kayıt edilerek yeraltında bulunan tabakaların Vs hızları ve buna bağlı olarak da jeoteknik amaçlı yeraltının dinamik ve elastik parametrelerinin (yoğunluk (r), maksimum kayma modülü (Gmax), young modülü (Ed), poisson oranı (n), bulk modülü (K), sismik hız oranı (Vp/Vs) ve Vs30 (m/s)) hesaplanması amaçlanır.
Kırılma Miktortemörü (REMI) Yöntemi
Kesme dalgası yardımıyla yeraltının jeoteknik karakterizasyonunun ortaya çıkarılmasında kullanılan önemli uygulamalardan biri de ReMi olarak adlandırılan kırılma mikrotremör’udur (Refraction Microtremor). Kırılma Mikrotremöru yöntemi, kırılma p dalgası ile aynı jeofon dizisini uygulanarak başarılır. ReMi tekniği arka plan gürültüsünü (microtremor) kaydeder. Veriler daha sonra MASW yöntemine benzer yöntemler kullanılarak analiz edilir. Yöntemin iki avantajı vardır; sismik kırılma araştırmalarıyla aynı jeofon dizisi kullanarak hat biçimli yeraltı incelemesi sağlaması ve enerji kaynağı olarak da arka plan ortam gürültüsünü kullanmasıdır. Böylece bu tür mikrotremör ölçümlerinin kullanılması, yöntemi kentsel alanlar gibi gürültülü ortamlarda oldukça kullanışlı hale getirir. Bu durum, mikrotremör ya da sismik gürültü olarak adlandırılan kaynaklardan gelen ve ortamda kırılan kesme dalgaları yardımıyla ortamın iki boyutlu analizine olanak sağlamaktadır. Hızlı ve güvenilir olmasının yanı sıra yaklaşık 100 metre derinliğe kadar da yeraltından bilgi alınması nedeniyle özellikle hat ölçümleriyle başarılan aktif sismik yöntemlerle ilişkilendirme ve ortak yorum anlamında önemli katkılar sağlar (Louie, 2001; Clement, 2019).
Nakamura (1989) tarafından ortaya konulan ve H/V oranı belirlemeye yönelik tek istasyonlu MHVSR analizlerinde ise, arka plan sismik enerji kayıtlarıyla Yatay-Dikey Spektral oran belirlenmektedir. Bu yöntem, genelde yüzeysel tortu katmanlarının bulunduğu alanlarda ana kayaya kadar olan derinliği bulmak için bölgesel mikrotremör çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yöntemde alana yerleştirilen bir üç bileşenli yer ivme ölçer yardımıyla değişik frekanslardaki kayıtların analizi ile yatay ve dikey bileşenlerin spektral oranı saptanır. Bunlar genelde 30-60 saniyelik zaman pencereleri kullanılarak belirlenir. Daha sonra oranın en büyük genlik frekans bileşeni saptanır. Böylece yer altındaki tortul tabakanın kalınlığı belirlenmeye çalışılır. Bu yöntemde ortamın kesme hızı rezonans frekansı ile katman kalınlığı arasında deneysel bir ilişki kullanılarak ampirik olarak belirlenmeye çalışılır.