5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI

GENİŞLETİLMİŞ BİLDİRİ ÖZLERİ KİTABI

http://www.istanbul.edu.tr/eng/jfm/yerelektrik2014/

5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne GENİŞLETİLMİŞ BİLDİRİ ÖZLERİ KİTABINDA YER ALAN ÖZLERDE, BASIM HATASI DIŞINDA KALAN YANLIŞLIKLARDAN YAZARLARI SORUMLUDUR.

5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne ÖN SÖZ

İlki 2006 yılında Boğaziçi Üniversitesi (İznik) ve daha sonra diğerleri İstanbul Teknik Üniversitesi (İstanbul), Ankara Üniversitesi (Ilgaz) ve 9 Eylül Üniversitesi (Çeşme) tarafından düzenlenen YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYLARININ 5.’si 26-28 Mayıs 2014 tarihlerinde İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü tarafından İ.Ü. Prof. Dr. Nazım TERZİOĞLU, ENEZ Kültür ve Eğitim Tesislerinde düzenlenmiştir.

Akademisyenler ile Kamu - Özel Kurum ve Kuruluşlarda, Elektrik ve Elektromanyetik konularında çalışan Jeofizik Mühendislerinin bir araya gelerek oluşturdukları Yer Elektrik Grubu (YEG)’nun böyle bir çalıştay düzenleme geleneğini başlatmaları ve bunu sürdürmeleri jeofizik mesleği adına sevindirici bir olaydır. Bu çalıştayların araştırmacıları, uygulamacıları ve öğrencileri bir araya toplamak, bilimsel bir ortamda bilgi ve deneyim paylaşımında bulunmak ve meslektaşlar arasında dostluk ortamı oluşturmak açısından son derece faydalı olduğu düşüncesindeyim.

5. Yer Elektrik Çalıştayı’nın düzenlemesinde; Düzenleme Kurulu’nda, Yerel Düzenleme Kurulu’nda ve Bilimsel Kurul’da adları geçen tüm meslektaşlarıma, ENEZ Kültür ve Eğitim Tesislerini çalıştaya tahsis eden İ.Ü. Rektörlüğüne, çalıştaya ana sponsor olan TÜBİTAK-BİDEB’e, diğer sponsorlar TMMOB Jeofizik Mühendisleri Odası’na, SENTEZ Yer ve Yapı Mühendisliği Ticaret Limited Şirketi’ne ve ANADOLU YERBİLİMLERİ’ne teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca çalıştayın aksamadan yapılabilmesi için özveri ile çalışan ENEZ Kültür ve Eğitim Tesisleri Yöneticisi ve çalışanlarına teşekkür ederim.

Çalıştayın tüm katılımcılar için verimli ve güzel geçmesini diler, saygılarımı sunarım.

Düzenleme Kurulu Adına

Prof. Dr. Niyazi BAYDEMİR

i DÜZENLEME KURULU

BAŞOKUR, Ahmet Tuğrul (Prof.Dr., A.Ü.) BAYDEMİR, Niyazi (Prof.Dr., İ.Ü.) CANDANSAYAR, Mehmet Emin (Doç.Dr., A.Ü.) ÇAĞLAR, İlyas (Prof.Dr., İ.T.Ü.) GÜRER, Aysan (Prof.Dr., İ.Ü.) PEKŞEN, Ertan (Yard.Doç.Dr., K.Ü.) TANK Sabri Bülent (Doç.Dr., B.Ü., K.R.D.A.E.) TUNÇER, Mustafa Kemal (Prof.Dr., İ.Ü.)

YEREL DÜZENLEME KURULU

BAYDEMİR, Niyazi (Prof.Dr., İ.Ü.) B.TEKKELİ, Anisya (Araş.Gör.Dr., İ.Ü.) GÜRER, Aysan (Prof.Dr., İ.Ü.) KARCIOĞLU, Gökhan (Araş.Gör., İ.Ü.) KAYA, Nurcan (Mühendis, İ.Ü.) ÖZÇEP, Ferhat (Doç.Dr., İ.Ü.) TUNÇER, Mustafa Kemal (Prof.Dr., İ.Ü.)

ii 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne BİLİMSEL KURUL

BALKAYA, Çağlayan (Dr., S.D.Ü.) BAŞOKUR, Ahmet Tuğrul (Prof.Dr., A.Ü.) CANDANSAYAR, M. Emin (Doç.Dr., A.Ü.) ÇAĞLAR, İlyas (Prof.Dr.,İ.T.Ü.) ERCAN, Ahmet (Prof.Dr., Yeraltı Aramacılık) GÖKTÜRKLER, Gökhan (Doç.Dr., D.E.Ü.) GÜRER, Aysan (Prof.Dr., İ.Ü.) İLKIŞIK, O. Metin (Prof.Dr., Anadolu Yerbilimleri) KADIOĞLU, Selma (Doç.Dr., A.Ü.) KAYA, Cemal (Dr., Kayen Enerji) ÖZÜRLAN AĞAÇGÖZGÜ, Gülçin (Prof.Dr., İ.T.Ü.) PEKŞEN, Ertan (Yard.Doç.Dr., K.Ü.) TANK, Sabri Bülent (Doç.Dr., B.Ü., K.R.D.A.E.) TEZKAN, Bülent (Prof.Dr., University of Cologne) ULUGERGERLİ, Emin U. (Dr., PRSB-PETRONAS)

iii 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne DESTEKLEYENLER

Düzenleme kurulu, 5. Yer Elektrik Çalıştayı’nı destekleyen tüm kurum ve kuruluşlara teşekkür eder.

T.C. İstanbul Üniversitesi Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) T.M.M.O.B. Jeofizik Mühendisleri Odası Sentez Yer ve Yapı Mühendisliği Limited Şirketi Anadolu Yerbilimleri

iv 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İÇİNDEKİLER

26/05/2014 Pazartesi

On the Very Low Frequency (VLF) measurements using an unmanned aerial system (UAS) (Bülent TEZKAN, R.ERÖSS, J.B. STOLL, R.BERGERS)…...……………………………………1

Kavramsal Model Seçimi ve Yorumlamaya Etkileri (Ahmet Tuğrul BAŞOKUR, İrfan AKCA)………………………………………….…….………....4

Marmara Denizi altındaki Tektonik Yapıların ve Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun Üç-Boyutlu Manyetotellürik Yöntemle İncelenmesi (Tülay KAYA,Yasuo OGAWA, S. Bülent TANK, Takafumi KASAYA,M. Kemal TUNÇER, Naoto OSHIMAN, Yoshimori HONKURA, Masaki MATSUSHIMA, Weerachai SIRIPUNVARAPORN)…………………………………………………………….…………….....8

Üç-Boyutlu Manyetotellürik Verinin İki-Boyutlu İncelenmesi: Akım Kanallanması Örneği (Özlem CENGIZ, S.Bülent TANK, Berk YAKAR)………………………………….…………....12

İki Boyutlu ve Üç Boyutlu MT Modelleme ve Diğer Jeofizik Yöntem Sonuçları Kullanılarak Kavramsal Jeotermal Modelin Oluşturulması (Cemal KAYA, Emre DEĞİRMENCİ, Gözde BAYRAM, Erdem ACAR)………………..……...14

Kuzey Anadolu Fayı’ nın Orta Kısmının 2 ve 3B’ lu Özdirenç Yapısının Manyetotelürik Yöntem ile Araştırılması (Özlem CENGIZ, S.Bülent TANK, Berk YAKAR)……………………………………………….19

Isparta Büklümü Tektonik Yapısı’non Manyetotellürik Yöntem ile Araştırılması (Ümit AVŞAR, İlyas ÇAĞLAR, S. Bülent TANK, Tülay KAYA, Gökhan KARCIOĞLU, Turgay İŞSEVEN )…………………………………………………………………………………………23

Düzensiz Ağ Kullanarak Manyetotellürik ve Radyomanyetotellürik Verilerin İki Boyutlu Ters Çözümü (Özcan ÖZYILDIRIM, M. Emin CANDANSAYAR, Bülent TEZKAN, Julian ADRIAN)………32

Paralel Hatlarda Toplanmış Doğru Akım Özdirenç Verilerinin 3B Ters Çözüm Algoritması ile Yeniden Değerlendirilmesi (N. Yıldırım GÜNDOĞDU, M.Emin CANDANSAYAR)……………………...…………………37

Jeoelektrik Verilerinde Global Optimizasyon Uygulamaları (Lemi BİLGİLİ, Gökhan GÖKTÜRKLER)……………………………………………………..…41

v 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Uygulamalı Jeofizik İçin Bir Genel Maksat Bilgisayar Programı (Uğur KAYNAK, Hande BORA, A.Sinan GÜRSOY, Fazlı A. ZENGIN)………………………..45

Bozuşmuş Kumtaşı Kolonunda Yer Radarı Çalışması (İsmail KAPLANVURAL,Ercan ERKUL, Dennis WILKER, Tina WUNDERLICH, Ertan PEKŞEN )…………………………………………………….…….……………………….51

GPR Yöntemi ile Tarihsel Yapıların Temel Altyapısının ve Duraylılık Problemlerinin Görüntülenmesi (Selma KADIOĞLU)………………………………………………………………………………55

Frekans Adımlı Yer Radarı (SFGPR) Verilerinin Görüntü İşleme Teknikleriyle İyileştirilmesi (Ebru EFEOĞLU, Mustafa TEKBAŞ, Bahattin TÜRETKEN)……………………………………59

2023 Vizyonu'nda Jeotermal Enerji Çalışmaları'nda Elektromanyetik Yöntemlerin Katkıları (Orkun TEKE)……………………………………………………………………………………...64

Terkos Gölü Havzası Yer İletkenlik Yapısının Elektrik ve Elektromanyetik Yöntemlerle Araştırılması (Ayça Sultan ARDALI, Aysan GÜRER, Bülent TEZKAN)………………………………...…….69

Düşey Elektrik Sondaj Verilerinin Yanal Kısıtlı Ters Çözümü, Kütahya-Hisarcık Jeotermal Alanı Uygulaması (Serkan ÜNER, Gülçin ÖZÜRLAN AĞAÇGÖZGÜ)………………………………………….….73

vi 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne 27/05/2014 Salı

2D Cole Cole Inversion of Time Domain Induced Polarization Data: Model Studies and Field Measurements (Bülent TEZKAN, H. GROSSBACH)……………………………………………………………..78

Yön Bağımlı Ortamlarda 1-B Düşey Elektrik Sondaj (DES) Verilerinin Yorumlanması (Türker YAS,Ertan PEKŞEN)……………………………………………………………………...82

Yön Bağımlı Ortamlarda 2 Boyutlu Doğru Akım Özdirenç Yöntemi (Ertan PEKŞEN, Türker YAS)……………………………………………………………………..86

Çanakkale Kenti Kıyı Akiferine Deniz Suyu Girişiminin Düşey Elektrik Sondaj Verilerinin İki Boyutlu Ters Çözümüyle Belirlenmesi (M. Ali KAYA, Çağlayan BALKAYA, Gülçin ÖZÜRLAN AĞAÇGÖZGÜ)……………………90

Kombine Kuyu Logları ile Trona Cevherleşme Zonlarının Görüntülenmesi (İlyas ÇAĞLAR, Güray ÇAKMAKÇI)…………………………………………………………….94

Çayırhan Juliopolis ve Çağa Roma Hamamı Kazı Alanlarında Arkeo-Jeofizik İncelemeler (O.Metin İLKIŞIK, Salih ÖZER, Mustafa METİN, Okan CİNEMRE, Umut ALAGÖZ, Enver SAĞIR)…………………………………………………………………………………………...... 99

İnşaat Zemininin ve Temel Alt Yapısının Yer Radarı Yöntemi ile Denetlenmesi: Pursaklar, Ankara'da Bir Uygulama (Selma KADIOĞLU, Tuba ÇINAR, Yusuf Kağan KADIOĞLU, Kıymet DENİZ)……………...104

Karşılıklı Kuyu Yer Radarı Verilerinin Birinci ve İkinci Dereceden Tikhonov Düzgünleyici Kullanarak Tomografik Ters Çözümü (Çağlayan BALKAYA, Gökhan GÖKTÜRKLER)………………………………………………108

Arkeolojik Alanlarda Elde Edilen Yer Radarı Verilerinin 3 Boyutlu Yorumu: Türkiye’den Örnekler (Melda KÜÇÜKDEMİRCİ, Niyazi BAYDEMİR, Elif ÖZER, Neşe ATİK, Asnu BİLBAN YALÇIN)………………………………………………………………………………………….112

vii 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne 28/05/2014 Çarşamba

Kuyu-Kuyu Özdirenç Verilerinin İki Boyutlu Birleşik Ters Çözümü İçin Yeni Bir Algoritma (Cem DEMİREL, M.Emin CANDANSAYAR)………………………………………………….116

Sismoloji ve Manyetotellürik Verilerin Birleşik Ters Çözümü İçin Yeni Bir Algoritma (İsmail DEMİRCİ, Ünal DİKMEN, M. Emin CANDANSAYAR)……………………………....121

Doğru Akım Özdirenç, Radyo Manyetotellürik ve Sismik Kırılma Verilerinin 2B Birleşik Ters Çözümü (M. Emin CANDANSAYAR, İsmail DEMİRCİ, Antonis VAFIDIS, Pantelis SOUPIOS)……...126

Nükleer Manyetik Rezonans ve Düşey Elektrik Sondajı Verilerinden Birleşik Parametre Kestirimi (İrfan AKÇA, Thomas GÜNTHER, Mike Müller-PETKE, Ahmet T. BAŞOKUR, Uğur YARAMANCI)…………………………………………………………………………………...131

Orta anadolu fay zonunun rezistivite yapısının iki ve üç boyutlu manyetotelürik ters çözüm sonuçlarının yorumlanması (Berk Yakar, Bülent Tank, Özlem Cengiz)……………………………………………………….136

Yer Radarı (GPR, Ground Penetrating Radar) Yöntemi ile İlgili Örnek Çalışma: Kocaeli, İzmit Perşembe Pazarı (Fırat YİĞİT, Serkan ÖZÇELİK, Metin AŞÇI, Yakup DEMİR )………………………………...139

İletken Alt Kabuk Derinliği ve Isı Akısı İlişkisinden Tektonik Çıkarımlar (Aysan GÜRER, Nurdan SAYIN)………………………………………………………………...140

viii 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne B. Tezkan, R. Eröss, J.B. Stoll, R. Bergers

S1 On the Very Low Frequency (VLF) Measurements Using an Unmanned Aerial System (UAS)

1 1 2 1 B. Tezkan , R. Eröss , J.B. Stoll , R. Bergers

Posta Adresi: 1 Institute of Geophysics and Meteorology, University of Cologne, Germany 2 Mobile Geophysical Technologies, Celle, Germany E-Posta: [email protected]

ABSTRACT

We performed very low frequency measurements by employing an unmanned aerial system as an innovative geophysical measuring platform. An appropriate suspension system had to be developed to carry out VLF measurements using the super high frequency coil triple (SHFT) sensor from Metronix and the ADU-07 logger. The survey was realized on a test site in Neuchatel/Switzerland on several profiles crossing a buried pipeline and a power cable. The locations of the buried anomalies were successfully detected by the UAS-VLF data and compared with conventional ground VLF measurements. Finally, the UAS-VLF data were interpreted by 2D conductivity models.

Keywords: Very Low frequency, Unmanned Aerial System, 2D conductivity model

Introduction

An unmanned aircraft system (UAS) represents a cost effective and more environmentally responsible approach to a geophysical survey. Recent advantages in technology made it possible to use it for geophysical measurements (Tezkan et. al. 2011, Eröss et. al. 2013) UAS consits of the aircraft which is essentially a robot helicopter and a ground control system. Geophysical exploration that employs UAS is much faster than ground or vehicle based geophysical surveys. UAS is able to operate at extremely low altidues above ground and, therefore, the resolution of the UAS-geophysical data is much better than the resolution of data data acquired by conventional aerogeophysical systems. This study shows the first UAS-VLF survey across a powerline and a pipeline in Neuchatel/Switzerland.

UAS-VLF field survey

The survey area is located near Neuchatel/Switzerland. First of all, we have carried out conventional VLF and radiomagnetotelluric measurements on profiles crossing a burried power cable and a pipeline. Afterwards, the UAS-VLF survey was carried out on the same profiles to compare the ground and UAS measurements. We have used the Aeroscout B1-100 as UAS and the VLF sensor (SHFT) and the logger (ADU 07) from Metronix. Fig. 1 shows the UAS-VLF system during the survey in Neuchatel.

The time series of the 3 component magnetometers were analyzed by a scalar and a bivariate approach in order to derive the transfer functions (A and B, tipper) between horizontal and vertical components of the magnetic field. The tipper was then rotated to enable a 2D interpretation of the data.

1 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne B. Tezkan, R. Eröss, J.B. Stoll, R. Bergers

Fig. 2 shows as an example the transfer function A and B on a profile. The buried pipeline and current cable could be clearly detected. The conventional VLF data (Fig. 3) on the same profile confirmed the results of the UAS-VLF data.,

Conclusions

A UAS-VLF survey was realized for the first time. This test survey sucessfully demonstrated the feasibilty of high resolution UAS-VLF measurements at low altidues. The buried anomalies were detected. A 2D conductivity model could also be derived to explain the UAS-VLF data.

References

. Eröss, R. Stoll, J.B., Bergers, R., Tezkan, B. 2013. Three component VLF using an unmanned aerial system as sensor platform, First Break, 31, 33-40 Tezkan, B., Stoll, J.B., Bergers, R., Grossbach, H. 2011. Unmanned aircraft system provesitself as a geophysical measuring platform for aeromagnetic surveys, First Break, 29,103-105

Figure 1: UAS-VLF-System. The rebuilt logger and sensor are suspended below the helicopter as a compromise between low noise and flight stability.

2 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne B. Tezkan, R. Eröss, J.B. Stoll, R. Bergers

Figure 2: UAS-VLF transfer functions

Figure 3: VLF transfer functions

3 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.T. Başokur, İ. Akca

S2 KAVRAMSAL MODEL SEÇİMİ VE YORUMLAMAYA ETKİLERİ

CONCEPTUAL MODEL SELECTION AND ITS EFFECT ON THE INTERPRETATION

Ahmet Tuğrul Başokur1, İrfan Akca1

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Ankara. E-Posta: [email protected]

ÖZ Jeofizik modeller yeraltında belirli bir fiziksel özelliğin değişimini betimlerler ve birçok birimin bir araya getirilmesi ile oluşturulurlar. Her birim geometrik şekli ve deneyin doğası ile ilişkili fiziksel özellikleri ile tanımlanır. Modeli tanımlayan bütün nicelikler, ‘model parametresi’ olarak adlandırılır. Seçilen modelin türü jeolojik koşullarla ve/veya aramanın amaçları ile uyumlu olmalıdır. Bu sunumda hücre, poligon, yapı-tabanlı ve nesne-tabanlı modeller tanıtılacaktır. Geleneksel ters- çözüm algoritmaları model yanıtının, model parametrelerine göre türevleri üzerine temellendirilmiştir. Bu yöntemlerde, ölçülen ve kuramsal arasındaki veri farkları, ön kestirim ile gerçek parametre arasındaki farklara dönüştürülmeye çalışılır. Ancak, bu ters-çözüm yöntemleri tüm modeller için uygun değildir. Tümel yöntemlerde, rastgele veya kullanılan algoritmanın doğasına uygun olarak türetilen modeller, çakışmazlık kullanılarak doğrulanır. Örneğin, genetik algoritmalar biyoloji kuralları ile çalışır. Bu tür algoritmaların çok sayıda ve parametreleri birbirinden farklı modelleri üretme ve test etme üstünlüğü bulunmaktadır. Bu nedenle, algoritma çıktıları ön- kestirimin niteliğine bağımlı olmayacaktır.

ABSTRACT

A geophysical model reflects the distribution of a certain physical property in the subsurface. It is constructed by a combination of several units. Each unit is defined by its geometrical shape and individual physical property related with the nature of the experiment. All quantities that describe a certain model are named as ‘model parameters’. The selected model must be consistent with the geological situation and/or survey targets. This presentation describes some models such as a cell model, polygon model, structure-based model and the object-based model. The conventional inversion methods are based on the derivative of the model response with respect to model parameters. In these methods, the data differences between the measured and theoretical data sets are tried to convert the true and initial guess parameter differences. However, such inversion methods are unsuitable for all types of models. In the global methods, generally, the misfit function is used only to verify the randomly generated models or using some rules related with the nature of the algorithm. For example, the genetic algorithm works with biological rules. Such algorithms have an advantage of working in wide parameter search space, and they can generate and verify a huge number of distinct and complicated models. Then, the outcome will not be dependent on the quality of an initial guess.

Anahtar Kelimeler: Hedef Yönelimli ters-çözüm, Yapı-tabanlı modelleme, Nesne-tabanlı modelleme, Genetik algoritma. Key Words: Target-oriented inversion, Structure-based modeling, Object-based modeling, Genetic algorithm.

4 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.T. Başokur, İ. Akca

GİRİŞ

Elektrik ve elektromanyetik yöntemlerin amacı ölçülen görünür özdirenç değerlerini kullanarak, yer altındaki özdirenç dağılımının hesaplamaktır. Başka deyişle, ölçülen görünür özdirenç yapma- kesitinin, gerçek özdirenç kesitine dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu işlem belirli kavramsal modeller kullanılarak, dolaylı bir şekilde yapılır. Dönüştürme işleminin temel ilkesi, ölçülen veriye belirli ölçütler çerçevesinde çakışan kuramsal veri üreten modelin aranmasıdır. Günümüzde genellikle iki-boyutlu (2B) modeller kullanmaktadır. Bu model, özdirençlerin ölçü hattı doğrultusunda ve düşey yönde değiştiği, ancak kesit düzlemine dik yönde değişmediği varsayımı ile elde edilir. Yeraltının parametreleştirilmesinde farklı özdirençli ve farklı boyutlu dikdörtgen prizmalar kullanılır. Her bir prizmayı (kesit düzleminde hücre) tanımlamak için gereken geometrik ve fiziksel nicelikler parametre olarak adlandırılır. ‘Geometrik parametreler’ prizmaların boyutları, ‘fiziksel parametreler’ ise prizmaların özdirençleridir. Bu model “hücre model” olarak adlandırılmaktadır. Geometrik parametreler, ters-çözüm işleminden önce model hesaplama ağı ile ilişkilendirilir ve sabit olarak kalırlar. Çözülmesi gereken fiziksel parametreler, her bir hücrenin özdirencidir. Modelin belirli bir durumuna karşılık gelen kuramsal verinin, ölçülen veri ile karşılaştırılması ya da başka deyişle çakışmazlık değerinin en-küçüklenmesi ilkesine dayanan bu dolaylı yöntem, ters-çözüm veya evirtim olarak adlandırılır. Ancak, hücre model kullanılarak yapılan ters-çözüm işleminde, jeolojik katmanların ara yüzeylerinin belirlenmesi veya arkeolojik hedeflerin boyutlarının hesaplanması gibi sorunlar çözülemez. Bu çalışmada, hücre model dışında kalan ve inceleme amacı ile uyumlu kavramsal modeller kullanan iki-boyutlu yöntemler tanıtılacaktır. TERS-ÇÖZÜM VE KAVRAMSAL MODEL

Jeofizikte ters-çözüm işlemi geleneksel olarak türev tabanlı algoritmalar ile gerçekleştirilmektedir. Bu algoritmalar, ölçülen veriye çakışan kuramsal bir veri kümesi arama üzerine biçimlenir. İşlem yorumcu tarafından sağlanan ön-kestirim modeline karşılık gelen kuramsal verinin, ölçülen veri ile karşılaştırılması ile başlar. Yineleme işlemin son adımında elde edilen modelin yeraltını temsil ettiği düşünülür. Ters-çözüm işleminde hesaplanan parametreler, bir kavramsal modele ait olmalıdır. Kavramsal model ise çalışılan bölgenin jeolojisi, kullanılan jeofizik teknikler gibi etmenlere bağlıdır. Şekil 1’de bir düşey elektrik sondajı (DES) verisi görüntülenmiştir. DES görünür özdirenç verisi, hem yatay tekdüze katmanlardan oluşan bir-boyutlu model ile hem de düşey fay modeli gibi iki farklı kavramsal model kullanılarak yorumlanabilir. Doğru sonuç ise yeraltının gerçek durumu ile kavramsal modelin uyuştuğu durumlarda elde edilebilir.

Şekil 1 Schlumberger dizilimi düşey elektrik sondajı verisi. A ile gösterilen bir-boyutlu model kullanılarak, iki katmanlı yapı modeli elde edilebilir. Veri, B harfi ile gösterilen bir fay modeli ρρ= ( 21/ 1000 ) için faydan 26 metre uzaklıkta ve faya paralel elektrot açılımı için hesaplanan kuramsal görünür özdirenç değerleridir (Queralt vd., 1991).

5 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.T. Başokur, İ. Akca

HEDEF YÖNELİMLİ MODELLEME

Jeolojik birimlerin sınırlarının yorumcu tarafından görsel yol ile belirlenmesi gibi hücre modelin oluşturduğu bazı zorlukların aşılması için farklı kavramsal modeller ile ters-çözüm yapılabilir. Şekil 2’de olası bazı iki-boyutlu kavramsal modeller görüntülenmiştir. Şekilde görüntülenen kavramsal modeller içerisinden, jeofizik incelemenin amacına uygun olanının kullanımı ile yer altı daha iyi betimlenebilir. Hücre modelden farklı kavramsal model kullanımı, “hedef yönelimli modelleme” olarak adlandırılacaktır. Ancak, hedef yönelimli modellemede, parametrelerin hesabı için geleneksel türev-tabanlı ters-çözüm yöntemlerinin kullanımı uygulamada zorluklara yol açar ve ön- kestirim modeline bağımlı olmayan ve kısmi türev hesabı gerektirmeyen tümel (global) arama yöntemlerinin kullanımı daha elverişlidir. Geleneksel türev-tabanlı yöntemler ile tümel arama yöntemleri arasında parametre hesabında farklı stratejiler uygulanır. Türev-tabanlı algoritmalarda, parametreler veriden çözülmeye çalışılır. Tümel yöntemlerde ise istatiksel veya biyolojik kurallar kullanılarak yaratılan modellerin ürettiği kuramsal verinin, ölçülen veriyi gerçekleyip, gerçeklemediğini denetlenir.

Şekil 2 (a) Hücre model (özdirenç değerleri çözülür), (b) poligon model (özdirençler ve düğüm noktalarının koordinatları çözülür, Li vd., 2010), (c) yapı-tabanlı model (özdirençler ve arayüzeyler çözülür, Akca ve Başokur, 2010), (d) nesne-tabanlı model (özdirençler, hedef kütlenin yeri ve büyüklüğü çözülür, Başokur ve Akca 2011).

6 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.T. Başokur, İ. Akca

Yapı-Tabanlı Modelleme

Tortul kayaçlar genellikle katmanlı olarak bulunurlar. Bu tür ortamlarda katmanlar yatay veya yataya yakın ise düşey elektrik sondajı (DES) yöntemi uygulanarak, bir-boyutlu kavramsal model ile katmanların özdirenç ve kalınlıkları hesaplanabilir. Katmanlar kıvrımlı ise hem 1B yorum hem de 2B hücre model, katmanların geometrik biçimlerini betimleyen modeller üretemez (Akca ve Başokur,

2010). Şekil 2c’de, yapı-tabanlı modelin parametreleştirilmesi gösterilmiştir. x12 , x ,...,x m yanal yönde denetim noktalarının koordinatları (şekilde gösterilmemiştir, bu değerler sabit alınabilir),

t12 , t 22 ,...,t km m numaralı denetim noktasında, bu noktalarda k numaralı arayüzeye ait kalınlık değerleridir. ρρ12, ,..., ρ n ise n adet katmanın özdirenç değerleridir. Her bir parametre için arama aralıkların saptanmasından sonra, genetik algoritma birbirinden oldukça farklı modeller yaratarak, birbirinden oldukça farklı çok sayıda modeli test edebilir.

Nesne -tabanlı Modelleme

Arkeolojik amaçlı incelemelerde veya tünel, yer altı boruları gibi insan yapımı geometrik şekilli cisimlerin aranmasında komşu hücrelerin özdirençlerinden keskin farklılık gösteren kesit bölümleri ‘belirti’ olarak yorumlanır. Bu belirtiden anılan hedeflerin yeri, derinliği ve boyutu gibi bilgiler elde edilmeye çalışılır. Bu amaçla, hücre özdirençleri arasındaki geçişlerin ‘keskin’ (sharp) olmasını sağlayan türev-tabanlı 2B ters-çözüm yöntemleri kullanılır. Bir nesne, yeri, derinliği, eni, boyu ve özdirenci ile betimlenebilir ve model içerisine birden fazla cisim yerleştirilebilir (Şekil 2d). ‘Nesne- tabanlı model’ olarak adlandırılan bu tür bir modelin parametreleri genetik algoritma kullanılarak çözülebilir (Başokur ve Akca, 2010). SONUÇLAR

İki-boyutlu özdirenç tomografisinde kullanılmakta olan geleneksel hücre model kullanan türev- tabanlı ters-çözüm yöntemleri, jeofizik incelemenin amaçları ile tamamen örtüşen modeller üretmeyebilir. Burada, yapı- ve nesne-tabanlı olmak üzere iki kavramsal modelin uygulaması ile ilgili örnekler verilmiştir. Gereksinimlere bağlı olarak, daha farklı kavramsal modellerin üretilmesi de olanaklıdır. Ancak, özellikle arayüzeylerin veya sınırların belirlenmesine dönük çalışmalarda genetik algoritma gibi tümel arama yöntemlerinin kullanımı bir gereklilik olarak ortaya çıkmaktadır. Tümel yöntemlerde arama aralıklarının saptanması için geleneksel ters-çözüm yöntemlerinin birinci adım olarak kullanımı oldukça yarar sağlar. Bu açıdan önerilen yöntemler geleneksel yöntemlerin bir seçeneği değil, özel hedefler için bir tamamlayıcısıdır ve ‘hedef-yönelimli’ algoritmalar olarak adlandırılmıştır. Ancak, hedef yönelimli modellemede, seçilen kavramsal model ile gerçek durum arasında uyum var ise hücre modele kıyasla daha doğru, eğer uyum yok ise daha kötü sonuçların elde edileceği akılda tutulmalıdır.

KAYNAKLAR Akca, İ. and Başokur, A. T., 2010, Extraction of structure-based geoelectric models by hybrid genetic algorithms: Geophysics, 75, F15-F22.

Başokur, A. T. and Akca, İ., 2011. Object-based model verification by a genetic algorithm approach: application to archaeological targets: Journal of Applied Geophysics, 74, 167-174.

Li, M., Abubakar, A., Habashy, T. M., Zhang, Y., 2010. Inversion of controlled-source electromagnetic data using a model-based approach: Geophysical Prospecting 58, 455–467.

Queralt, P., Pous, J. and Marcuello, A., 1991, 2-D resistivity modeling: An approach to arrays parallel to the strike direction: Geophysics, 56, 941-950.

7 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Kaya, Y. Ogawa, S. B. Tank, T. Kasaya, M. K. Tunçer, N. Oshiman, Y. Honkura, M. Matsushima, W. Siripunvaraporn

S3 Marmara Denizi altındaki Tektonik Yapıların ve Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun Üç-Boyutlu Manyetotellürik Yöntemle İncelenmesi

Investigation of the North Anatolian Fault Zone and tectonic structures beneath the Marmara Sea by 3D magnetotelluric method

Tülay KAYA1,2, Yasuo OGAWA2, S. Bülent TANK3, Takafumi KASAYA5, M. Kemal Tunçer4, Naoto OSHIMAN6, Yoshimori HONKURA2, Masaki MATSUSHIMA1, Weerachai Siripunvaraporn7.

Posta Adresi: 1 Department of Earth and Planetary Sciences, Tokyo Institute of Technology, Tokyo 152-8551, Japan. 2 Volcanic Fluid Research Center, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 152-8551, Japan 3 Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Arastirma Enstitüsü, Manyetik Bölümü, İstanbul-Türkiye. 4 İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İstanbul-Türkiye. 5 IFREE, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Yokosuka, 237-0061, Japan 6 Kyoto University, Disaster Prevention Research Institute, Kyoto-Japan. 7Department of Physics, Mahidol University, 10400, Thailand E-Posta: [email protected]

ÖZ Türkiye’nin kuzeybatısında yer alan Marmara Denizi Türkiye’nin en kalabalık şehri ve gerek kültürel gerekse ticari anlamda Türkiye’nin merkezi olan İstanbul’un komşusudur. Marmara Denizi’nde geçmişte gerçekleşen büyük depremler (M>7) İstanbul’da binlerce insanın ölümüne ve büyük tahribata neden olmuştur. Marmara Denizi’nde gelecekte gerçekleşecek depremlerin etkileri hakkında bilgi edinebilmek için, Marmara Denizi’nin tektonik yapısının ve Kuzey Anadolu Fayı’nın Marmara Denizi içindeki uzanımının iyi anlaşılması gerekir. Bu nedenle manyetotellürik (MT) yönteminin yüksek derinlik çözünürlüğünden yararlanarak Marmara Denizi altındaki elektriksel özdirenç yapısını çözmek ve bunun tektonik yapı ile olan ilişkisini açığa çıkarmak amacıyla Marmara Denizi içinde ve çevresinde manyetotellürik veri topladık. Bu verinin üç-boyutlu analizi ile Marmara Denizi altındaki elektriksel özdirenç değişimini ortaya çıkardık. Bu çalışma ile elde ettiğimiz elektriksel özdirenç haritalarını Marmara Denizi’nde yapılan diğer bilimsel çalışmaların sonuçları ile karşılaştırarak Marmara Denizi’nin tektonik yapısını ve Kuzey Anadolu Fayı’nın Marmara Denizi içindeki devamlılığını yorumladık. Bu çalışmanın sonuçları depremsellik açısından büyük önem taşıyan Marmara Denizi altındaki iletken ve yalıtkan yapıların konumlarını ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler: Manyetotellürik, Marmara Denizi, 3B Modelleme, Kuzey Anadolu Fayı

ABSTRACT The Marmara Sea is neighbor of İstanbul that is the most populated city and center of Turkey in both cultural and commercial senses. The big earthquakes (M>7) occurred in the Marmara Sea in past caused death of thousands of people and massive devastation in İstanbul. In order to get information about the effects of earthquakes, which will occur in the Marmara Sea in feature,

8 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Kaya, Y. Ogawa, S. B. Tank, T. Kasaya, M. K. Tunçer, N. Oshiman, Y. Honkura, M. Matsushima, W. Siripunvaraporn tectonic structures of the Marmara Sea and continuation of the North Anatolian Fault in the Marmara Sea must be well understood. For this reason, by benefiting from the high depth resolution of the Magnetotelluric method, we collected magnetotelluric data in and around the Marmara Sea with the aim of finding out electrical resistivity variation beneath the Marmara Sea and revealing its relation with tectonic structures. We revealed the electrical resistivity variation beneath the Marmara Sea by three-dimensional analysis of this data set. We interpreted tectonic structures of the Marmara Sea and continuation of the North Anatolian Fault by comparing the electrical resistivity maps we obtained in this study with the results of other studies performed in the Marmara Sea. The results of this study exhibit location of the conductive and resistive anomalies beneath the Marmara Sea those are significant in terms of seismicity.

Keywords: Magnetotelluric, Marmara Sea, 3D Modelling, North Anatolian Fault.

GİRİŞ

Levha hareketleri sonucunda Türkiye’de oluşan iki önemli fay sisteminden biri Kuzey Anadolu Fayı’dır. Türkiye’nin kuzeyinde Karadeniz’e paralel uzanan Kuzey Anadolu Fayı (KAF) üzerindeki tarihi depremler incelendiğinde, büyüklüğü 7’nin üzerinde olan depremlerin zaman içinde batıya ilerlediği görülmüştür. 1999 İzmit depremi ile bu göç Marmara Denizi’nin hemen doğusuna kadar ilerlemiştir. KAF üzerindeki bir sonraki yıkıcı depremin Marmara Denizi içinde gerçekleşmesinin büyük bir ihtimal teşkil etmesi, Marmara Denizi içinde yapılan bilimsel araştırmaların artmasını gerekli kılmıştır. Tarihi depremler incelendiğinde Marmara Denizi içinde 1766’dan beri kırılmamış bir fay kolunun varlığına ve sismik bir boşluğa (Bohnhoff vd 2013) işaret edilmektedir. Marmara Denizi içindeki depremlerin sığ ve küçük olması nedeniyle şimdiye kadar yapılan tomografi çalışmaları kabuk-manto arasındaki yapıyı ortaya çıkarmakta yetersiz kalmıştır. KAF’nın Marmara Denizi altındaki uzanımı ise hala tartışılmaktadır (Le Pichon vd 2001; Armijo vd 2002; Becel vd 2009).

Depremsellik bakımından aktif olan bölgelerde depremsellik ve sıvı muhteviyatı arasında bir ilişki olduğu daha önceki elektromanyetik ve sismik çalışmalarda ortaya konmuştur (Hickman vd 1995; Zhao vd 1996; Unsworth vd 1999, Ogawa vd 2001; Wannamaker vd 2002). Bu çalışmada, Marmara Denizinin tektonik yapısını ve Kuzey Anadolu Fayının Marmara Denizi içindeki uzanımını ortaya çıkarabilmek amacı ile manyetotellurik yöntem kullanılmıştır.

YÖNTEM

Manyetotellürik yöntem doğal kaynaklı bir elektromanyetik yöntemdir (Tikhonov, 1950; Cagniard, 1953; Vozoff, 1972; Haak ve Hutton, 1986). Yer altındaki sığ ve derin yapıların elektrik özdirenç değişimlerini iyi derecede ortaya koyması nedeni ile bir çok jeofizik çalışmasında etkin bir araç olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada Marmara Denizi içinde 14 istasyonda JAMSTEC (Kasaya ve Goto, 2009) tarafından geliştirilen deniz tabanı manyetotellürik aletleri ile elektrik ve manyetik alanlar kaydedilmiştir. Chave vd.’nin kodu (1987) kullanılarak zaman ortamındaki veri frekans ortamına çevrilmiş, elektrik ve manyetik alanların frekansa bağımlı ilişkileri kullanılarak görünür özdirenç ve faz değerleri elde edilmiştir. Marmara Denizi çevresinde 9 istasyonda geniş-bant manyetotellürik verisi Phoenix aletleri ile kaydedilmiştir. Marmara Denizi içindeki ve çevresindeki veri birlikte Siripunvaraporn ve Egbert’in (2009) üç-boyutlu (3B) ters çözüm kodu kullanılarak analiz edilmiş ve elektrik özdirenç dağılımı elde edilmiştir.

9 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Kaya, Y. Ogawa, S. B. Tank, T. Kasaya, M. K. Tunçer, N. Oshiman, Y. Honkura, M. Matsushima, W. Siripunvaraporn

SONUÇLAR

3B yer elektrik modeli sonuçları Marmara Denizi’nin doğusunda büyük bir iletken kütlenin varlığına işaret etmektedir. Bu iletken kütle Orta Basen’in güneyinde de görülmektedir. Kuzey ve güneyinde yalıtkan kütlelerle sarılı olan bu iletken daha önce KAF boyunca karada (Tank vd 2003-2005, Kaya vd 2009) ve Marmara Denizinin doğusunda (Kaya vd 2013) yapılan MT çalışmalarında da görülmüş olup KAF yapısının Marmara Denizi’ne kadar korunduğunu göstermektedir. Marmara Denizi’nde yer alan iletken-yalıtkan sınırlarının KAF’nın Marmara Denizi içindeki kollarını yansıttığı düşünülmektedir. KAF üzerindeki büyük depremlerin (1999 İzmit ve Düzce depremleri) genel olarak yalıtkan kesime yakın kısımlarda meydan gelmiş olması Marmara Denizi içindeki yalıtkan anomalilerin önemine işaret etmektedir.

BİLGİLENDİRME

Bu çalışma Geological Society of America dergisine kayıt edilmiş olup şuan kontrol aşamasındadır.

KAYNAKLAR

Armijo, R., Meyer, B., Navarro, S., and King, G., 2002, Slip partitioning in the Sea of Marmara pull- apart: a clue to propagation processes of the North Anatolian Fault: Terra Nova, v.14, p. 80–86. Becel, A., Laigle, M., de Voogd, B., Hirn, A., Taymaz, T., Galve, A., Shimamura, H., Murai, Y., Lepine, J.C., Sapin, M., and Özalaybey, S., 2009, Moho, crustal architecture and deep deformation under the North Marmara Trough, from the SEISMARMARA Leg 1 offshore- onshore reflection-refraction survey: Tectonophysics, v. 467, p. 1–21. Bohnhoff, M., Bulut, F., Dresen, G., Malin, P.E., Aktar, M., and Eken T., 2013, An earthquake gap south of Istanbul: Nature Communications, doi:10.1038/ncomms2999. Cagniard, L. 1953. “Basic theory of the magnetotelluric method of geophysical prospecting”, Geophysics, 18, 605-635. Chave, A.D., Thomson D.J. and Ander M.E., 1987. On the robust estimation of power spectra, and transfer functions, J. Geophys. Res., 92, B1, 633–648. Haak, V. ve Hutton V.R.S. 1986. “Electrical resistivity in continental lower crust”, The nature of the Lower Continental Crust, 24, 35-49. Hickman, S., Sibson, R., Bruhn, R. 1995. “Introduction to special section: mechanical involvement of fluids in faulting”, Journal of Geophysical Research, 100, 12831–12840. Kasaya, T., and Goto, T., 2009, A small ocean bottom electromagnetometer and ocean bottom electrometer system with an arm-folding mechanism (Technical Report): Exploration Geophysics, v. 40, p. 41–48. Kaya, T., Tank, S.B., Tunçer, M.K., Rokityansky, I.I., Tolak, E., and Savchenko, T., 2009. Asperity along the North Anatolian Fault imaged by magnetotellurics at Düzce, Turkey: Earth, Planets and Space, v. 61, p. 871–884. Kaya, T., Kasaya, T., Tank, S.B., Ogawa, Y., Tunçer, M.K., Oshiman, N., Honkura, Y., and Matsushima, M., 2013, Electrical characterization of the North Anatolian Fault Zone underneath the Marmara Sea, Turkey by ocean bottom magnetotellurics: Geophysical Journal International, v. 193, p. 664–677. Le Pichon, X., Şengör, A.M.C., Demirbağ, E., Rangin, C., İmren, C., Armijo, R., Görür, N., Çağatay, N., Mercier de Lepinay, B., Meyer, B., Saatcilar, R., and Tok, B., 2001, The active Main Marmara Fault: Earth and Planetary Science Letters, v. 192, p. 543–560.

10 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Kaya, Y. Ogawa, S. B. Tank, T. Kasaya, M. K. Tunçer, N. Oshiman, Y. Honkura, M. Matsushima, W. Siripunvaraporn

Ogawa, Y., Mishina, M., Goto, T., Satoh, H., Oshiman, N., Kasaya, T., Takahashi, Y., Nishit, T., Sakanaka, S., Uyeshima, M., Takahashi, Y., Honkura, Y., and Matsuhima, M., 2001, Magnetotelluric imaging of fluids in intraplate earthquake zones, NE Japan back arc: Geophysical Research Letters, v. 8, p. 3741–3744. Siripunvaraporn, W., and Egbert, G., 2009, WSINV3DMT: Vertical magnetic field transfer function inversion and parallel implementation: Physics of the Earth and Planetary Interiors, v. 173, p. 317–329. Tank, S.B., Honkura, Y., Ogawa, Y., Oshiman, N., Tunçer, M.K., Matsushima, M., Çelik, C., Tolak, E., Işıkara, A.M. 2003. “Resistivity structure in the western part of the fault rapture zone associated with the 1999 İzmit earthquake and its seismogenic implication”, Earth Planets and Space, 55, 437–442. Tank, S.B., Y. Honkura, Y. Ogawa, M. Matsushima, N. Oshiman, M.K. Tunçer, C. Çelik, E. Tolak, and A.M. Işıkara. 2005. “Magnetotelluric imaging of the fault rupture area of the 1999 İzmit (Turkey) earthquake”, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 150, 213–225. Tikhonov, A. N. 1950. “On determining electrical characteristics of the deep layers of the Earth’s crust”, Doklady, 73, 281-285. Unsworth, M.J., Egbert, G.D., Booker, J.R. 1999. “High resolution electromagnetic imaging of the San Andreas fault in central California”, Journal of Geophysical Research, 104, 1131– 1150. Vozoff, K. 1972. “The magnetotelluric method in the expolaration of sedimentery basins”, Geophysics, 37, 1, 98-141. Wannamaker, P.E. ve Doerner, W. M. 2002. “Crustal structure of the Ruby Mountains and southern Carlin Trend region, Nevada, from magnetotelluric data”, Ore Geology Reviews, 425. Zhao, D., Kanamori, H., ve Negishi, H. 1996. “Tomography of the source area of the 1995 Kobe earthquake: evidence for fluids at the hypocenter?”, Science 274, 1891–1894.

11 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Cengiz, S.B. Tank, B. Yakar

S4 3B’LU MANYETOTELÜRİK VERİNİN 2B’LU İNCELENEMESİ: AKIM KANALLANMASI ÖRNEĞİ 2D INTERPRETATION OF 3D MAGNETOTELLURIC DATA: AN EXAMPLE OF CURRENT CHANNELING

Özlem Cengiz1, S. Bülent Tank1, Berk Yakar1

Posta Adresi: 1Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Jeofizik Anabilim Dalı, İstanbul. E-Posta: [email protected]

ÖZ

Üç boyutlu (3B) bir yapının oluşturacağı sentetik tepkilerin incelenmesi, 3B manyetotelürik (MT) verinin iki-boyutlu (2B) yorumunun avantajları ve sınırlılığı hakkında bilgi verir. Bu çalışmada, tıpkı Boğaziçi gibi iki kıta (Avrupa ve Asya) ve iki deniz (Marmara ve Karadeniz) tarafından sınırlandırılmış ince bir boğaz modeli3B model olarak kabul edilmiştir. 2B modeller, farklı boy-en oranlarıyla sentetik olarak oluşturulmuş 3B verilerden elde edilmiştir. Bu çalışmadaki temel amaç, kanallanmış akımlardan etkilenen 3B veri setlerini, 2B’ lu olarak(elektriksel olarak polarize olmuş (TE) ve manyetik olarak polarize olmuş (TM) biçim verileri kullanılarak)daha doğru bir biçimde yorumlamaktır.

ABSTRACT

Two-dimensional (2D) interpretation of three-dimensional (3D) magnetotelluric (MT) data by examining synthetic responses of a 3D structure gives rise to highlight the advantages and the limitations of 2D interpretation. In this study, we consider thecase of a thin strait connecting two seas between two continents like Bosphorus with two continents, European and Asian, and two seas, Marmara and Black Seas.2D models are constructed by inversion of synthetic 3D data set with different aspect ratios. The aspect ratios are controlled by width and length of the strait. The main interest in this study is to more correctly interpret 3D data set in 2D dimensions, namely transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) modes, due to channeled currents.

Anahtar Kelimeler:Manyetotelurik, Özdirenç,Current channeling. Key Words: Magnetotelluric, Electrical resistivity, Akım kanallanması.

12 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Cengiz, S.B. Tank, B. Yakar

GİRİŞ

Akım kanallanması (current channeling) durumu homojen olmayan ortamlarda sıkça karşılaşılan bir durumdur. Yer altının homojen olması durumunda akım çizgileri bir birilerine paralel akarken, yer altında iletken bir kütlenin olması halinde bu akım çizgileri iletken kütlenin içinde toplanacaktır. Bu durum akım kanallanması olarak bilinir (Jones, 1983). Bu çalışmada akım kanallanmasının 3B sentetik veri üzerindeki etkisi 2 kıta ve 2 deniz tarafından sınırlandırılmış Boğaziçi modeli dikkate alınarak, TE ve TM biçim verileri üzerinden incelenmiştir.

YÖNTEM

Bu çalışmada 3B manyetotelürik düz çözüm yapılarak sentetik veri üretilmiştir. Düz çözüm için Mackie ve diğ. (1993)tarafından,Maxwell denklemlerinin integral halleri dikkate alınarak geliştirilmiş sonlu farklar temelli algoritma kullanılmıştır. 3B denklem sistemini çözmek için, bir tabaka için tüm yatay elektrik alan bileşenleri ve aynı tabakaya ait yatay manyetik alan bileşenlerini içeren empedans tensörü kullanılmıştır. Bunun için yeraltı modeli diktörtgen bloklara ayrılmıştır ve manyetik alan bileşenlerinin ortalamaları blok kenarları boyunca hesaplanırken, elektrik alan bileşenleri blok yüzeylerinin normallerinden hesaplanmıştır. Dikdörtgen bir bloğun bir yüzeyi icin manyetik ve elektrik alan bileşenleri aşağıdaki gibidir.

[ ( , + 1, ) ( , , )] ( , , + 1) ( , , ) = ( , , ) 2

� 𝐻𝐻𝑧𝑧 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 − 𝐻𝐻𝑧𝑧 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 − �𝐻𝐻𝑦𝑦 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 − 𝐻𝐻𝑦𝑦 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 �𝐿𝐿� 𝐽𝐽𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 𝐿𝐿

[ ( , , ) ( , 1, )] ( , , ) ( , , 1) = ( , , ) 2

� 𝐸𝐸𝑧𝑧 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 − 𝐸𝐸𝑧𝑧 𝑖𝑖 𝑗𝑗 − 𝑘𝑘 − �𝐸𝐸𝑦𝑦 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 − 𝐸𝐸𝑦𝑦 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 − �𝐿𝐿� 𝑖𝑖𝑖𝑖 〈µ𝑥𝑥𝑥𝑥 〉𝐻𝐻𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑘𝑘 𝐿𝐿

Burada E elektrik alan, H manyetik alan bileşenleri, J akım yoğunluğu, L dikdörtgen bloğun kenar uzunluğu, µ ise manyetik geçirgenliktir (Mackie ve diğ., 1993).

SONUÇLAR

3B düz çözüm sonucu üretilen ve akım kanallanmasına maruz kalan 3B verinin, 2B ters çözümü akım kanallanmasına TE biçim verirsinin TM biçim verisinden daha duyarlı olduğunu göstermiştir. Diğer bir deyişle akım kanallanmasının var olduğu durumlarda TM biçim verisinin kullanılması TE biçim verisinden daha doğru sonuçlar verecektir.

KAYNAKLAR

Mackie, R.L., Madden, T.R., Wannamaker, P.E., 1993, Three-dimensional magnetotelluric inversion using difference equations-Theory and comparisons to integral equation solutions, Geophysics, 58:215-226.

Jones, A.G., 1983The problem of current channeling: A Critical Review,Geophysical Surveys, Geophysical surveys, 6:079-122.

13 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Kaya, E. Değirmenci, G. Bayram, E. Acar

S5 İKİ BOYUTLU VE ÜÇ BOYUTLU MT MODELLEME VE DİĞER JEOFİZİK YÖNTEM SONUÇLARI KULLANILARAK KAVRAMSAL JEOTERMAL MODELİN OLUŞTURULMASI MAKING GEOTHERMAL CONCEPTUAL MODEL BY USING TWO AND THREE DIMENSIONAL MT MODELING OTHER GEOPHYSICAL METHODS RESULTS

Cemal Kaya1, Emre Değirmenci1, Gözde Bayram1 ,Erdem Acar1

Posta Adresi: 1 Kayen Enerji Koza Sokak No:37/6 GOP Çankaya- Ankara E-Posta: [email protected]

ÖZ Manyetotellürik yöntem verilerinin değerlendirilmesinde çoğunlukla iki boyutlu ve üç boyutlu modelleme ve ters çözüm teknikleri kullanılır. Bilindiği gibi doğa, yeriçi üç boyutludur ve özdirenç özellikleri tüm yönlerde (x, y ve z) değişmektedir. Buna rağmen teknolojik yetersizlikler ve yazılım sorunları nedeniyle, MT verileri 2 boyutlu modelleme teknikleri ile değerlendirilmek zorunda kalınabilir. İki boyutlu modelleme sırasında düşey ve yatay yönlerden birinde özdirenç değişim olduğu düşünülürken, diğer yatay bileşen boyunca özdirencin değişmediği kabul edilir. Ayrıca EM dalganın iki boyutlu ortamda çözümü elektrik alanın iletkenlik boyunca ölçüldüğü TE ve manyetik alanın iletkenlik boyunca uzandığı TM modlarında yapılabilmektedir.

Yukarıda sayılan iki sorun iki boyutlu modellemenin sorunlarını oluşturmaktadır. 2D değerlendirme sırasında yeriçinin 2 boyutlu modeli bulunurken bazı durumlarda gerçek modele yakın sonuçlar elde edilebilirken bazı durumlarda ise gerçek modelden uzak modeller elde edilebilir.

2boyutlu ters çözümden önce hangi verinin 2-boyutlu ters çözüme uygun olduğunu anlamak için birçok analiz yapılır. TE ve TM modlarının seçiminde uygulanan birçok yöntem ve yöntemlerin uygulanmasını sağlayan yazılımlar vardır. Bunlar, skew analizi yapanlar(Swift 1967; Vozoff 1972, Bahr 1991), strike ve tensor decomposition analazi yapanlar(Groom and Bailey 1989, Chave and Smith 1994, McNeice and Jones 2001, Özyıldırm ve Kaya 2010), döndürme değişimleri (rotational invariant) analizi (Weaver et al. 2000; Marti et al. 2009), phase tensorü (Caldwell et al. 2004) ve Mohr daireleri (Lilley and Weaver 2010) analizleridir.

2-boyutlu ters çözümü kullanmak yerine, 3-boyutlu ters çözüm yöntemleri ile çözümlenebilir. Son yıllarda 3-boyutlu değerlendirme işleminde kullanılan yazılımlar, bilgisayar teknolojisinde de olan gelişmelerin etkisiyle sıkça kullanılmaktadır. 3-B modelleme ve ters çözüm konusunda birçok yayın olmasına rağmen, yaygın olarak kullanılanlar Mackie ve Madden 1993, Siripunvaraporn ve Egbert 2009, Farquharson ve Oldenburg 1996 ve Egbert ve Kelbert 2010 tarafından geliştirilen yöntemlerdir.

Bu çalışmada Mackie ve Madden 1993, Egbert, Kelbert ve Meqbel 2010 tarafından geliştirilen kodlar kullanılarak 185 istasyonda ölçülmüş MT verileri kullanılarak 3-B’lu modelleme ve ters çözüm çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen 3-B modelleme sonuçları ve diğer yardımcı bilgilerde kullanılarak jeotermal oluşumu ve çalışmasını açıklayan kavram model oluşturulmuştur.

14 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Kaya, E. Değirmenci, G. Bayram, E. Acar

ABSTRACT

Two dimensional (2D) and three dimensional (3D) inverse modeling techniques are mostly used in interpretation of magnetotelluric data. As it is known, the earth is represented by three dimensions (x-y-z) in the space and the physical property varies all three directions. However, due to some problems and technical difficulties regarding software and hardware, MT data had to be evaluated by 2D modeling techniques for a long time. In 2D modeling, parameter of impedance is assumed to vary in two directions, usually depth and the direction parallel to survey line and the structures extend either side of survey line without any change. The solution of EM wave in 2D medium are performed by using TE (transverse electric) and TM (transverse magnetic) modes. Before inversion, the angle of geoelectrical strike should be estimated and measured response should be rotated in the estimated strike direction to obtain TE and TM response for inversion.

Determination of angle of rotation which directly affects success of the inversion is the biggest problem encountered in MT data evaluation. While the results are obtained close to the actual geological model by selecting the appropriate angle, the otherwise, some numerical models can be obtained as the result far from the truth.

Before the 2D inverse routine, in order to understand which data has high degree of consistency with the 2D inverse solution, many analyses are done. There are many methods used for selection TE and TM modes and softwares the methods have been adapted in. These analysis methods are; skew analysis (Swift 1967; Vozoff 1972, Bahr 1991), strike and tensor decomposition (Groom and Bailey 1989, Chave and Smith 1994, McNeice and Jones 2001, Özyıldırm and Kaya 2010), rotational invariant analysis Weaver et al. 2000; Marti et al. 2009), phase tensor analysis (Caldwell et al. 2004) and Mohr circles (Lilley and Weaver 2010).

By using 3D inversion method, more realistic numerical models represent actual geology can be obtained rather than 2D inversion methods. In recent years, due to developments in computer technology, some software codes have been used in 3D evaluation process of MT data. Most commonly used of them are, Mackie and Madden 1993, Siripunvaraporn and Egbert 2009, Farquharson and Craven 2008, Egbert and Kelbert 2010.

In this study, 3D modeling and inversion studies were carried out using MT data were measured on 185 stations and software code developed by Egbert and Kelbert 2012.

Anahtar Kelimeler: Jeotermal, Manyetotellürik Yöntem, Modelleme, Ters çözüm, Kavramsalmodel Key Words: Geothermal, Magnetotelluric Method, Modeling, Inversion and Conceptual model.

GİRİŞ

Dünyada ve Türkiye’de son 25–30 yıldır MT ölçüleri ve değerlendirilmesi genellikle bir doğrultu boyunca uzanan profiler üzerinde veya birbirine paralel profiler üzerinde yapılmaktadır. MT yöntemi, ülkemizde önceleri yerkabuğu özellikleri ve tektonik araştırmalar için kullanılırken (Gürer 1996; Bayrak et al., 2000; Çağlar, 2001;Tank et al., 2003; Tank et al., 2005;Kaya and Kılıç, 2005; Ulugergerli et al., 2007; Yılmaz ve Özel, 2008;, Kaya, 2010; Başokur ve Kaya, 2010)., son yıllarda özellikle jeotermal alan araştırmalarında sıkça kullanılmaktadır (Burçak ve diğ. 2005; Kaya ve Başokur 2007,Kaya ve Basokur 2010, Kılıç ve Kaya 2010, vd.).

İki boyutlu modelleme sırasında düşey ve yatay yönlerden birinde özdirenç değişim olduğu düşünülürken, diğer yatay bileşen boyunca özdirencin değişmediği kabul edilir. Ayrıca EM dalganın iki boyutlu ortamda çözümü elektrik alanın iletkenlik boyunca ölçüldüğü TE ve manyetik alanın iletkenlik boyunca uzandığı TM modlarında yapılabilmektedir.

15 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Kaya, E. Değirmenci, G. Bayram, E. Acar

Yukarıda sayılan iki sorun iki boyutlu modellemenin sorunlarını oluşturmaktadır. 2D değerlendirme sırasında yeriçinin 2 boyutlu modeli bulunurken bazı durumlarda gerçek modele yakın sonuçlar elde edilebilirken bazı durumlarda ise gerçek modelden uzak modeller elde edilebilir. 2boyutlu ters çözümden önce hangi verinin 2-boyutlu ters çözüme uygun olduğunu anlamak için birçok analiz yapılır. TE ve TM modlarının seçiminde uygulanan birçok yöntem ve yöntemlerin uygulanmasını sağlayan yazılımlar vardır. Bunlar, skew analizi yapanlar(Swift 1967; Vozoff 1972, Bahr 1991), strike ve tensor decomposition analazi yapanlar(Groom and Bailey 1989, Chave and Smith 1994, McNeice and Jones 2001, Özyıldırm ve Kaya 2010), döndürme değişimleri (rotational invariant) analizi (Weaver et al. 2000; Marti et al. 2009), faz tensorü (Caldwell et al. 2004) ve Mohr daireleri (Lilley and Weaver 2010) analizleridir.

Birçok üç boyutlu(3D) Manyetotellürik (MT) ters çözüm algoritmaları son birkaç yıl içinde geliştirilmiştir (Mackie ve Madden 1993, Newman ve Alumbaugh 2000; Sasaki 2001; Siripunvaraporn ve diğ 2004, 2005a;. Sasaki ve Meju 2006, Gribenko ve Jdanov: 2007 Mackie ve Watt: 2007 Han ve ark 2008;. Lin ve ark 2008, 2009,. Farquharson ve Oldenberg 1996; Avdeev ve Avdeeva 2009; Siripunvaraporn ve Sarakorn 2011).

3-D algoritmalarının geliştirilmesinde sürüşün önemli faktörleri; iki boyutlu (2-B) çözüm sonuçlarının yorumlanmasındaki belirsizlikler ve MT veri toplama sayısında artış, 3-boyutlu değerlendirme işlemleri kullanılan yazılımların ve bilgisayar teknolojisinde de olan gelişmeleri bulunmaktadır. Bu nedenle birçok araştırmada 2-boyutlu ters çözümü kullanmak yerine, 3-boyutlu ters çözüm yöntemleri ile çözümlenmektedir. 3-B modelleme ve ters çözüm konusunda birçok yayın ve araştırma olmasına rağmen, yaygın olarak kullanılanlar Mackie ve Madden 1993, Siripunvaraporn ve Egbert 2009, Farquharson ve Craven 2008 ve Egbert ve Kelbert 2012 tarafından geliştirilen yazılımlar ve yöntemlerdir.

MODELLEME VE KAVRAMSAL MODEL

Bu çalışmada, jeotermal oluşumu ve çalışmasını açıklayan kavram model oluşturmak amacıyla batı Anadolu’da bir jeotermal alanda 185 noktada ölçülen MT verileri kullanılarak 2-B’lu ve 3-B modelleme ve ters çözüm çalışmaları yapılmıştır. 3-D modelleme çalışmalarında Mackie ve Madden 1993; Egbert, Kelbert ve Meqbel 2010 tarafından geliştirilen iki ayrı algoritma kullanılmıştır. kodlar kullanılarak 185 istasyonda ölçülmüş MT verileri kullanılarak 3-B’lu modelleme ve ters çözüm çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen 3-B modelleme sonuçları ve diğer yardımcı bilgilerde kullanılarak jeotermal oluşumu ve çalışmasını açıklayan kavram model oluşturulmuştur.

Kavramsal model; ısıtıcı, hazne ve örtü kayacın yeri konumu ve derinliği gibi jeotermal sistemi oluşturan bileşenleri bir şekil üzerinde anlatır. Bunun yanında sistemi besleyen soğuk su kaynaklarını ve bu suların yer içinde ısınarak dolaşımını açıklar. Bu amaçla kavramsal model en basit haliyle aşağıdaki soruları cevaplayacak biçimde tasarlanmalıdır;

1. Sistem nereden beslenmektedir, 2. Yeryüzünden sisteme giren sular hangi derinliklerde, hangi tür kayaçlar tarafından ısıtılmaktadır? 3. Isınan akışkanın hazne kaya içindeki dolaşımı nasıldır? Akışkan hazne kaya içinde hapsolmakta mı? Yoksa bir kırık çatlak aracılığıyla yüzeye çıkabilmek temidir? 4. Akışkanın kendisini ve sıcaklığını hazne kayaç içinde koruyacak örtü kayaç var mıdır? 5. Jeotermal sahalarda bu enerjinin oluşması için üç ana unsur gerekmektedir. Bunlar; ısı kaynağı (derinde soğumasını tamamlamamış bir magma veya yeryüzüne doğru ısı iletimini kolaylaştıran yüzeye yaklaşmış bir intrüzif kütle), hazne kayaç (geçirimli veya bir faylanma ile paralanmış bir kayaç) ve örtü kayaçtır (geçirimsiz bir kayaç).

16 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Kaya, E. Değirmenci, G. Bayram, E. Acar

SONUÇLAR

MT yöntemi, rezervuarın ısı ve akışkan kaybını koruyan bir şapka görevi yapan düşük özdirençli ve düşük permeabiliteli simektitleşmiş kil killerin konumlarını bulmak için çok etkili bir yöntemdir.

MT çalışmaları sonucunda, uygun 2D modellemeleri ve ters çözüm işlemleri veya 3B modelleme ve ters çözüm çalışmaları ile yukarıda sorulan sorulara yeterli ve açıklayıcı cevaplar bulmak mümkündür. Doğaldır ki, kavramsal modelin oluşturulmasında çalışma alanında diğer jeofizik yöntemlerle yapılan çalışmalar ve başka disiplinler tarafından uygulanan yöntemleri de kullanmak modelin açıklayıcılığını artırmaktadır.

KAYNAKLAR Burçak, M., Kaya, C., Kılıç, A. R. ve Akdoğan, N., 2005, Exploration of the Heat Source and Geothermal Possibilities of the Aksaray Region, Central Anatolia, Turkey, Proceedings World Geothermal Congress 2005 Antalya, Turkey, April. Bahr K (1991) Geological noise in Magnetotelluric data: a classification of distortion types. Phys Earth PlanInt 66:24–38 Caldwell TG, Bibby H, Brown C (2004) The magnetotelluric phase tensor. Geophys J Int 158. Chave AD, Smith JT (1994) On electric and magnetic galvanic distortion tensor decompositions. J GeophysRes 99:4669–4682 Egbert G., Kelbert A. (2012) Computational recipes for electromagnetic inverse problems. Geophysical Journal International, 189,1, 251-267 Farquharson CG, Oldenburg DW (1996) Approximate sensitivities for the electromagnetic inverse problem.Geophy J Int 126:235–252 Groom RW, Bailey R (1989) Decomposition of Magnetotelluric impedance tensors in the presence of localthree-dimensional galvanic distortion. J Geophys Res 94:1913–1925 Groom, G.W., Bailey, R.C. 1989, Decomposition of magnetotelluric impedance tensors in presence of local three-dimensional galvanic distortion, J. Geophys. Res.4, 1913-1925. Kaya, C., 2002, Frekans düzgünlenmiş empedans fonksiyonu ile manyetotellürik verilerde statik-kayma düzeltmesi, doktora tezi. Ankara Üni. Fen Bilimleri Enst. Ankara. Kaya, C. ve Başokur, A. T., 2007, Aliağa Jeotermal Sahasının Manyetotellürik Yöntemle Araştırılması, TMMOB Jeotermal Kongresi, Kasım 2007, Ankara. Kaya, C. and Basokur, A.T. , 2010, Magnetotelluric Experiments in the Aliaga Geothermal Field, Western Turkey. World Geothermal Congress, April 25–30, 2010 Bali. Kaya C.,2010.Deep crustal structure of northwestern part of Turkey. Tectonophysics 489, 227-239. Kelbert A, Egbert GD, Schultz A (2008) Non-linear conjugate gradient inversion for global EM induction:resolution studies. Geophys J Int 173:365–381 Kılıç,A.R., Kaya C., 2010. Simav Jeotermal Sahasının Manyetotellürik Yöntemle Araştırılması. 3. Yer Elektrik Çalıştayı Ankara Üniversitesi Ilgaz ÖRSEM Tesisleri, Kastamonu, 24-26 Mayıs 2010 Lilley FEM, Weaver JT (2010) Phases greater than 90° in MT data: analysis using dimensionality tools. JAppl Geophys 70:9–16 Mackie RL, Madden TR (1993) Three-dimensional magnetotelluric inversion using conjugate gradients.Geophys J Int 115:215–229

17 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Kaya, E. Değirmenci, G. Bayram, E. Acar

Marti A, Queralt P, Ledo J (2009) WALDIM: A code for the dimensionality analysis of Magnetotelluric data using the rotational invariants of the Magnetotelluric tensor. Comput Geosci 35:2295–2303 McNeice, G.W., Jones, A.G. 2001. Multisite, multifrequency tensor decomposition of Magnetotelluric data. Geophysics, 66, 158-173. Özyıldırm Ö. and Kaya C. 2010. Frequency-Normalized Impedance Tensor Decomposition of Magnetotelluric Data. 20th EM Induction Workshop: Giza, Egypt, 18–24 September, 2010 Rodi, W. and Mackie, R.L., 2001, Nonlinear Conjugate Gradients Algorithm For 2-D Magnetotelluric Inversion, Geophysics 66, 174-187. Newman GA, Alumbaugh DL (2000) Three-dimensional magnetotelluric inversion using non-linear conjugate gradients. Geophys J Int 140:410–424 Rung-Arunwan T, Siripunvaraporn W (2010) An efficient modified hierarchical domain decomposition for two-dimensional Magnetotelluric forward modeling. Geophys J Int 183:634–644 Sasaki Y (2001) Full 3D inversion of electromagnetic data on PC. J Appl Geophys 46:45–54 Siripunvaraporn W, Egbert G (2000) An effcient data-subspace inversion method for 2D Magnetotelluric data. Geophysics 65(3):791–803 Siripunvaraporn W, Egbert G (2007) Data space conjugate gradient inversion for 2-D Magnetotelluric data.Geophys J Int 170:986–994

18 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Cengiz, S.B. Tank, B. Yakar

S6 KUZEY ANADOLU FAYI’ NIN ORTA KISMININ 2 VE 3B’ LU ÖZDİRENÇ YAPISININ MANYETOTELÜRİK YÖNTEM İLE ARAŞTIRILMASI 2D AND 3D RESISTIVITY STRUCTURE ALONG THE NORTH ANATOLIAN FAULT ZONE IN NORTHERN-CENTRAL ANATOLIA REVEALED BY MAGNETOTELLURICS

ÖzlemCengiz1, S. Bülent Tank1, Berk Yakar1

Posta Adresi: 1Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Jeofizik Anabilim Dalı, İstanbul. E-Posta: [email protected]

ÖZ

Bu çalışma, 1600 km uzunluğunda Kuzeyde Anadolu plağını sınırlayan transform bir fay olan Kuzey Anadolu Fay’nın (KAF) orta kısmında yapılmıştır. Fay zonu boyunca çok sayıda çalışma yapılmasına rağmen, fay zonunun orta kısımında elektriksel özdirenç yapısı neredeyse bilinmemektedir. Bu nedenle, NAF’ın orta kısmını kesen 28istasyonda toplanangeniş bant manyetotelurik veri (320-0.0005 Hz frekans aralığında) kullanılarak bölgenin elektriksel özdirenç yapısı ortaya çıkarılmıştır. Toplanan veri, empedans tensörünün ters çözümü ile iki-boyutlu (2B) ve üç-boyutlu (3B) olarak modellenmiştir. 2B ve 3B yer elektrik modeller birbiriyle uyumludur.Bu çalışmada,KAF’ın orta kesiminin elektriksel özdirenç yapısı, bölgenin sismotektoniği ile ilişkilendirilmiştir. 2B ve 3B modeller, Tosya baseni ile ilişkilendirilen ve Kuzey Anadolu Fayı (KAF) tarafından kuzeyden sınırlandırılan, 2-3 km derinliğe sahip düşük iletkenlik zonuna (~10 Ωm) işaret etmektedir. Bu zon KAF’ın kuzeyindeki, derine uzanan düşük iletken zon ile sismojenik derinliklerde bağlantılıdır. KAF’ın kuzeyi 4 km ninaltında daha yüksek özdirence (>1000 Ωm) sahiptir. Bu özdirenç farklılığı İstanbul zonundan Sakarya zonuna geçişten kaynaklanmaktadır ve bu geçiş KAF ile sınırlandırılmıştır.

ABSTRACT

This study concentrates on northern-central Anatolia and North Anatolia Fault (NAF), which is a 1600 km long continental transform fault forming the northern margin of Anatolian plate.Despite numerous studies along this fault zone, the electrical resistivity structure of the fault zone in northern-central Anatolia remains relatively unknown.For this reason, the highest quality wide-band magnetotelluric (MT) data (in the frequency range 320-0.0005 Hz) at 28 stations across NAFin northern-central Anatolia have been used to image the crustal electrical resistivity structure of the region.Two (2D) and three-dimensional (3D) modeling of data were constructed using inverse modeling of the impedance tensor data. Both 2D and 3D geoelectric models show good consistency. Some significant points that we addressed in this study arethe electrical resistivity structure and its relationship between seismotectonics of the northern-central Anatolia. The combination of 2D and 3D models points out that the low resistivity fault zone (~10 Ωm),associated Tosya basin, extending to a depth of 2-3 km isbounded on the north side by North Anatolian Fault(NAF) trace. This zone at seismogenic depthsis connected to the extended zone of low

19

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Cengiz, S.B. Tank, B. Yakar resistivity to the north of NAF. At depth below 4km, the south of NAF is more resistive (>1000 Ωm). Thiscontrast of the resistivitybounded by NAF is the result of the transition of different zones, İstanbul and Sakarya Zones.

Anahtar Kelimeler:Manyetotelurik, Elektriksel Özdirenç, Kuzey Anadolu Fayı. Key Words: Magnetotellurics, Electrical resistivity,North Anatolian Fault.

GİRİŞ

Aktif tektonik rejime sahip bölgelerde tektonik süreçler,akışkanlar içeren düşük iletkenliğe sahip zayıf zonlar tarafından kontrol edilmektedir (Zhao ve diğ. 1996, 2012). Bu yüzden bu tip bölgelerde elektriksel özellikler,akışkanların varlığına duyarlı olan ve diğer elektromanyetik (EM) yöntemlere kıyasla daha derin yapı hakkında bilgi veren manyetotelürik yöntem ile araştırılmaktadır (Unsworth ve diğ., 1999, 2004; Wannamaker ve diğ., 2002; Bedrosian ve diğ., 2002; Unsworth and Bedrosian, 2004; Goto ve diğ., 2005; Tank ve diğ., 2005; Becken ve diğ., 2008; Tank 2012). Bu çalışmada, sismik açıdan aktif olan KAF’ nın orta kısmı olarak adlandıracağımız Çankırı’ nın doğusu ile Çorum’ un batısında kalan ve Tosya havzasını kesen bölgede sistemli bir şekilde MT ölçüler alınarak bölgenin genel elektriksel özdirenç yapısı 2B ve 3B olarak ortaya çıkarılmış, bu özdirenç yapısının sıvılarla olan ilişkisi ortaya koyulmuş vebölgenin sismotektoniği ile ilişkilendirilmiştir.

MANYETOTELÜRİK YÖNTEM

Geniş-bant manyetotellürik (MT)yöntemEM yöntemler arasında sıkça kullanılan doğal kaynaklı bir tekniktir. Bu teknikte atmosferin iyonlarca zengin olduğu bilinen yaklaşık 150-200 km yükseklikte bulunan iyonosfer tabakasının bir elektromanyetik dalga kaynağı olarak davrandığı ve yeryüzeyine doğru düzlem dalgaları yaydığı kabul edilir. Yeryüzüne ulaşan bu dalgalar, kabuk ve daha derindeki yeryuvarı tabakaları tarafından ortamın iletkenliğine bağlı olarak soğrulurlar. Yer altında çevresine göre daha iletken olan bölgeler birincil olarak adlandırılan iyonosfer kaynaklı bu dalgaları kullanarak, Faraday ve Amper yasalarına uygun şekilde ikincil elektromanyetik alanın oluşmasına sebep olurlar. MT yöntemde, yeryüzündeki bir gözlemci iyonosfer kaynaklı birincil ve yerkabuğunda bulunan iletken kütle kaynaklı ikincil elektromanyetik dalgaları kaydederek yerin elektriksel özellikleri hakkında yorum yapabilmektedir.Bu çalışmada MT verinin 2B ve 3B ters çözümü ile çalışma alanının yer elektrik özellikleri ortaya koyulmaya çalışılmıştır. 2B ters çözüm Ogawa ve Uchida’ nın (1996) geliştirdiğisonlu elamanlar temelli ters çözüm yazılımı ile yapılırken, 3B ters çözüm ise Siripunvaraporn’un (2005) geliştirdiği sonlu farklar temelli program ile yapılmıştır. 2B ve 3B modellerin birbirlerinden bağımsız olarak geliştirilmesi ve yorumlanması, bölgenin yer-elektrik özelliklerinin belirlenmesi açısından oldukça önemlidir.

Ogawa ve Uchida’ nın (1996) geliştirdiği 2B ters çözüm yazılımı, model regularizasyonunu ABIC (Akaika’ s Bayesian Information Criterion) metodu ile sağlar (Uchida 1993). Bu yazılım ile uygun modeller, aşağıdaki ifadenin en küçüklenmesiyle elde edilir.

= ( ) 2 + 2 + 2 burada U veri çakışmasından𝑈𝑈 kaynakla‖𝑊𝑊𝑊𝑊nan hata −𝑊𝑊𝑊𝑊 𝑚𝑚 ‖ (misfit),𝛼𝛼 ‖𝐶𝐶 W𝐶𝐶 ‖ağırlık𝛽𝛽 𝐺𝐺 matrisi, d gözlemlenmiş veri, mmodel parametreleri, F(m) geçerli model parametreleri için sentetik veri, C katılık dizeyi, α yumuşaklık parametresi, β ise statik kayma parametresidir (Ogawa ve Uchida 1996).

Siripunvaraporn’un (2005) geliştirdiği 3B ters çözüm yazılımı ise Occam yaklaşımını kullanır ve aşağıdaki ifadenin en küçüklenmesiyle uygun modeller elde edilir.

1 1 1 2 ( , ) = ( 0) ( 0) + {( [ ]) ( [ ]) } 𝑇𝑇 − − 𝑇𝑇 − ∗ 𝑈𝑈 𝑚𝑚 𝜆𝜆 𝑚𝑚 −𝑚𝑚 𝐶𝐶𝑚𝑚 𝑚𝑚 −𝑚𝑚 𝜆𝜆 𝑑𝑑 − 𝐹𝐹 𝑚𝑚 𝐶𝐶𝑑𝑑 𝑑𝑑 − 𝐹𝐹 𝑚𝑚 − 𝑋𝑋 20

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Cengiz, S.B. Tank, B. Yakar

Buradam0 başlangıç modeli, m özdirenç modeli, Cm model kovaryans matrisi, d gözlemlenmiş veri, * -1 F(m) geçerli model parametreleri için sentetik veri, Cd data kovaryans matrisi, X hata düzeyi ve λ Lagranj çarpanıdır (Siripunvaraporn ve diğ., 2005).

SONUÇLAR

KAFZ’ nun orta kısmı olarak adlandıracağımız aktif Tosya havzasını kesen bölgede MT ölçüler alınarak bölgenin elektriksel özdirenç yapısı 2B ve 3B olarak ortaya çıkarılmış.Elde edilen sonuçlar bölge jeolojisi ve tektoniği ile uyumludur (Şengör ve diğ., 2005). KAF’ tarafından sınırlandırılan yüzeye yakın ileten zon Tosya havzası ile ilişkilendirilmiştir ve bu zon derindeki iletken zon ile bağlantılıdır. Bu bağlantı sismojenik derinliklerde adeta bir kanal görevi görmektedir. KAF’ nın kuzeyi derinde daha iletken yapıya işaret ederken, güneyde iletken zonlara rastlanmaktadır. Bu özdirenç farklılığı İstanbul zonundan Sakarya zonuna geçişten kaynaklanmaktadır ve bu geçiş KAF ile sınırlandırılmıştır.

KAYNAKLAR

Becken, M., Ritter, O., Park, S., Bedrosian, P., Weckmann, U., and Weber, M., 2008, A deep crustal fluid channel into the San Andreas Fault system near Parkfield, California, Geophys. J. Int., 173:718- 732.

Bedrosian, P., Unsworth, M., Egbert, G., 2002, Magnetotelluric imaging of the creeping segment of the San Andreas Fault near Hollister, Geophys. Res. Lett., 29:1029-2001.

Goto, T. N., Wada, Y., Oshiman, N., & Sumitomo, N., 2005, Resistivity structure of a seismic gap along the Atotsugawa Fault, Japan, Phys. Earth and Planet. Inter., 148:55-72.

Ogawa, Y., and T. Uchida, 1996, A Two-Dimensional Magnetotelluric Inversion Assuming Gaussian Static Shift, Geophys. J. Int., Vol. 126, pp. 69-76.

Siripunvaraporn, S, Egbert, G., Lenbury, Y., Uyeshima, M., 2005, Three-dimensional magnetotelluric inversion: data-space method, Physics of the Planetary Interiors, 3-14.

Şengör, C., Tüysüz, O., İmren, C., Sakınç, M., Eyidoğan, H., Görür, N., Le Pichon, X., Rangin, C., 2005, The North Anatolian Fault: A New Look, 33:37-112.

Tank, S. B., 2005, Honkura, Y., Ogawa, Y., Matsushima, M., Oshiman, N., Tunçer, M. K., Çelik, C., Tolak, E., and Işıkara, A. M., Magnetotelluric imaging of the fault rapture area of the 1999 İzmit (Turkey) earthquake, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 150:213-225.

Tank, S. B., 2012, Fault zone conductors in northwest Turkey inferred from audio frequency magnetotellurics, Earth Planets Space, 64:729-742.

Uchida T, 1993, Smooth 2-D inversion of magnetotelluric data based on statistical criterion ABIC: J. Geomag. Geoelectr., 45, 841-858.

Unsworth, M., Egbert G., Booker J., 1999, High resolution electromagnetic imaging of the San Andreas fault in Central California, 104:1131-1150.

Unsworth, M., and Bedrosian P. A., On the geoelectric structure of major strike-slip faults and shear zones, Earth Planets Space, 56:1177-1184, 2004.

21

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Cengiz, S.B. Tank, B. Yakar

Wannamaker, P. E., Jiracek, G. R., Stodt, J. A., 2002, Caldwell, T. G., Gonzalez, V. M., McKnight, J. D., and Porter, A. D., Fluid generation and pathways beneath an active compressional orogen, the New Zealand Southern Alps, inferred from magnetotelluric data, 107, ETG-6/1-21. Zhao, D., Kanamori, H. and Negishi, H., 1996, Tomography of the source area of the 1995 Kobe earthquake: evidence for fluids at the hypocenter?, Science, 274:1891–1894.

Zhao, G., Unsworth, M. J., Zhan, Y., Wang, L., Chen X., Jones, A. G., Tang, J., Xiao, Q., Wang, J., Cai, J., Li, T., Wang, Y., Zhang, J., 2012, Crustal structure and rheology of the Longmenshan and Wenchuan Mw 7.9 earthquake epicentral area from magnetotelluric data, Geology, 40:1139-1142.

22

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

S7 ISPARTA BÜKLÜMÜ TEKTONİK YAPISININ MANYETOTELLÜRİK YÖNTEM İLE ARAŞTIRILMASI THE IMAGING OF THE TECTONIC STRUCTURE OF THE ISPARTA ANGLE BY MAGNETOTELLURIC METHOD

Ümit Avşar1, İlyas Çağlar2, S.Bülent Tank3, Tülay Kaya4, Gökhan Karcıoğlu5 ve Turgay İşseven2

Posta Adresi: 1 Güneşli Mah. T.H.Y Sit. A-13 D-16, İstanbul. 2 İ.T.Ü Jeofizik Mühendisliği Bölümü,34469, Maslak,İstanbul. 3 Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İstanbul. 4 Başıbüyük Yolu Cd. Seyhan Sk. No:7 D:11 Ataşehir, İstanbul. 5 İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İstanbul.

E-Posta: [email protected]

ÖZ Isparta Büklümü batı Anadolu’da Fethiye Burdur Fay Zonu (FBFZ) ve Akşehir Fay Zonları (AFZ) ile sınırlı ters üçgen şeklinde bir yapıdadır. Büklüm, güney Ege ve Kıbrıs dalma-batma zonları’nın aralarında levha yırtılması ve bununla ilişkili astenosfer yükseliminin oluştuğu kabul edilen, genişleyen batı Anadolu ile yükselen ve G-GB yönünde ilerleyen orta Anadolu arasında yer alan, günümüzde tüm bu sistemlerin etkisi altında gelişen tektonizmaya sahip olan bir bölgedir. Manyetotellürik yöntem yeraltı iletkenlik değişimlerine oldukça duyarlıdır ve bölgenin tektonik yapısının ortaya çıkarılmasında sıkça kullanılır. Bu amaçla Isparta Büklümü’nde toplam 47 istasyonda ikisi FBFZ ikisi de AFZ kesen 4 doğrultuda manyetotellürik ölçümler alınmış, iki boyutlu algoritma kullanılarak bölgenin yerelektrik yapısı ortaya çıkarılmıştır. Söz konusu kesitlerde en önemli yapı bölgenin G-GD kesiminde kısmi ergime ile ilişkilendirebileceğimiz 1-10 Ωm özdirence sahip alt kabuk iletkenidir. FBFZ’nun KB kesiminde üst kabuk seviyelerinde, fay zonlarında yüzeye daha yakın olan ve kırık sistemlerindeki sıvı varlığı ile açıklanabilecek iletken bir bölge bulunmaktadır. FBFZ güneyde iletken bir bölge olarak tespit edilirken kuzeyde tespit edilememiştir. Yani fayın geçirgenlik özelliği ve sıvı içeriği fay boyunca değişmektedir. Bölgenin doğu kesiminde alt kabuk iletkeni (30-100 Ωm) varlığını sürdürmektedir. AFZ iletken bir zon olarak görüntülenmektedir ve bu zon faylarla ilişkili sıvılarla veya ters faylanma sonucu altta kalan sedimanter birimlerle ilişkilendirilebilir. Bölgenin temelini oluşturan jeolojik birimler 500-1000 Ωm özdirencine sahip yapılar olarak görüntülenmiştir. Sonuç olarak, bölgenin batısında üst kabuk seviyelerde iletken bir zonun bulunması, buna karşın FBFZ doğusunda yer almaması, FBFZ’nun en azından depremsel olarak akif ve ince batı Anadolu kabuğu ile kalın ve sakin Isparta Büklümü kabuğu arasında bir sınır olduğu sonucunu doğurur.

Anahtar Kelimeler: Isparta Büklümü, 2B MT ters çözüm,Fethiye-Burdur fay zonu

ABSTRACT Isparta Angle is a reverse triangle shaped region bordered by Akşehir Fault Zone (AFZ) and Fethiye Burdur Fault Zone (FBFZ) in east and west respectively. The region is located in the southwestern Anatolia where a tearing and a rising of asthenosphere occurring between Helen and Cyprus arcs. It is an obstacle to rising and S-SW moving central Anatolia plate as well as a

23 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven transition zone between expanding west Anatolia and central Anatolia. Magnetotelluric method is sensitive to the resistivity variations beneath the Earth and used frequently to reveal the tectonic structures of the region. In this respect, 47 magnetotelluric data were acquired along 4 profiles two of which cross the FBFZ and the rest cross the AFZ and geo-electric structure of the region was revealed by 2D algorithm. The most important structure in cross-sections is a lower crustal conductor (1-10 Ωm), which is located S-SW of the Isparta Angle and could be related to partial melting. There is a shallow conductor zone, which becomes shallower in fault regions in upper crust toward the northwestern FBFZ and could be an indication of fluids in fracture zones. While FBFZ is imaged as a conductive zone in south, it could not be detected in north. This maybe due to the differences in permeability of fluid content of the fault. A lower crustal conductor (30-100 Ωm) is imaged in the east with less conductivity than in the west. AFZ is imaged as a conductive zone, which could be related to fluids in faults or the underlying sedimentary layers due to the reverse faulting. The basement geological units are imaged as 500-1000 Ωm resistive zones in all profiles. Consequently, the fact that a conductive zone was imaged at upper crustal level in the west of the FBFZ but not in the east could be an indication of that the FBFZ could be a border between rising and moving central Anatolia’s thick crust and expanding west Anatolia’s thin crust.

Key Words:Isparta Angle, 2D MT inversion, Fethiye-Burdur fault zone

GİRİŞ

Türkiye`de Neotektonik dönem güneyde aktif güney Ege-Kıbrıs dalma-batma kuşakları, doğuda Avrasya-Arap kıta-kıta çarpışması ve tüm bu tektonizma ile ilişkili oluşan Anadolu`nun batıya kaçışı ve bunu sınırlayan Kuzey Anadolu (KAF) ve Doğu Anadolu Fay (DAF) sistemleri ile tanımlanır. Isparta Büklümü (Koçyiğit, 1981) doğuda kıta-kıta çarpışması ile sonlanan dalma-batma’nın daha önceki aşaması olan güney Ege-Kıbrıs dalma-batma kuşaklarının önülke alanlarında gözlemlenen yay ardı genişleme tektonizması ortak etki alanı içinde yer alan bir bölgedir (Şekil-1). Bölge aynı zamanda Anadolu levhası içinde farklı tektonizma özelliklerine sahip batı Anadolu genişleme bölgesi ile orta Anadolu arasında bir geçiş zonudur (Şengör ve diğ. 1985). Buna ek olarak tektonik modellerde Kıbrıs ve güney Ege yayları arasındaki hız farkından oluşan levha yırtılması (tearing) veya ayrılması (detachmet), ve bununla ilişkili olarak oluşan astenosfer yükseliminin Isparta Büklümü altında meydana geldiği öngörülmektedir (Wortel ve Spakman,2000; Çoban ve Flower, 2006; Elitok ve diğ., 2010). Son yıllarda bölgede yapılan çalışmalarda bölge altında astenosfer yükselimi ile ilişkilendirilebilecek bir düşük hız zonu (DHZ) varlığı tespit edilmiştir (Saunders ve diğ., 1998; Gök ve diğ.,2003; Al-Lazki ve diğ., 2004; Erduran, 2009; Biryol ve diğ., 2011; Salün ve diğ., 2012). Bölge için yapılan Isı akısı ve Curie derinliği (CSD) çalışmalarına göre bölgede üst kabuk kalınlığı 9-11 km arasındadır (Dolmaz ve diğ., 2005). Son olarak Isparta Büklümü`nde yapılan MT çalışmasında, sınırı 10-25 km arasında değişen bir iletken alt kabuk varlığı tespit edilmiştir (Gürer ve diğ., 2004a ve 2004b; Gürer ve Bayrak, 2007). Sonuç olarak, jeofizik verilerde bir astenosfer yükselimi olduğunu destekler yöndeyken söz konusu yükselime neden olan yapı sınırları ve dağılımı üzerinde tartışmalar halen sürmektedir. Örneğin bazı çalışmalara göre Isparta Büklümünü batıdan sınırlayan Fethiye Burdur Fay Zonu (FBFZ) ve doğudan sınırlayan Akşehir Fay Zonu (AFZ) dalma-batma veya yırtılma zonunun sınırlarıdır (Eyidoğan ve Barka, 1997). Manyetotellürik (MT) yöntem yerin elektriksel iletkenlik (elektriksel direnç) özelliklerini doğal elektromanyetik alanları kullanarak inceleyen ve bu yolla da yer içinin yapısını ortaya koyan bir yöntemdir. MT yöntemde kullanılan doğal elektromanyetik alanların frekans aralığı çok geniş bir bandı (10-4-104) kapsar ve geniş bir frekans aralığına sahip kaynak kullanması sayesinde yer içinin elektriksel özellikleri bir kaç metreden, yüzlerce kilometreye kadar elde edilebilir.

24 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

Şekil 1. Türkiye ve çevresinin neotektonik yapısı, FBFZ: Fethiye-Burdur fay zonu, AFZ: Akşehir fay zonu, ÖDZ: Ölü deniz fay zonu, IB: Isparta Büklümü, Kırmızı oklar GPS hızlarını göstermektedir (McClusky ve diğ., 2000).Fay bilgileri ten Veen ve diğ. (2009) ve Zitter ve diğ. (2003).

Kayaçların elektriksel özellikleri çok küçük bir etki ile oluşan değişimleri bile yansıttığından, yer altının özelliklerinin tespiti açısından kayaçların elektriksel yapısının belirlenmesi önemlidir. Bu bağlamda, MT yöntem yer kabuğunda mineralli gazlı akışkan (aqueous) sıvılar, metalik madenler, grafit ve kısmi ergime gibi nedenlerle oluşabilecek olan iletkenlik artımının tespitinde çok güçlü bir yöntem olarak göze çarpar. Günümüzde aktif tektonik bölgelerde derin ve sığ iletken yapıların görüntülenmesinde MT yöntem oldukça etkin olarak kullanılmaktadır (Bedrosian, 2007; Unsworth, 2010). Isparta Büklümünde bir astenosfer yükselimi ve bununla ilişkili bir sıvı ve sıcaklık artışı söz konusu ise manyetotellürik verilerde iletkenlik artımına neden olacak olan bu etmenlerin yeri ve durumlarını kolaylıkla ortaya koyacaktır. JEOLOJİ VE TEKTONİK

Isparta Büklümü’nün batı sınırını temsil eden Fethiye-Burdur fay zonu KD-GB uzanımlı bir birine paralel ve yarı paralel faylardan oluşan 3-10 km genişlikli 300 km uzunluklu bir fay zonudur (Yağmurlu ve Şentürk, 2005). Fayın kinematiği üzerine halen tartışmalar devam etmesine karşın genel görüş sol-oblik atım bileşenine sahip normal faylardan oluştuğu yönündedir (Taymaz ve Price, 1992; Koçyiğit ve Özacar, 2003). Büklümün doğu sınırı ise doğrultu-atım normal fay yapısında olan Akşehir fay zonu (AFZ) (Koçyiğit, 1984) tarafından temsil edilir. Fay zonu sultandağı metamorfikleri ve Akşehir havzası arsında 2-7 km genişlikte ve 200 km uzunlukta basamaklı ve ‘S’ şeklinde bir yapısı vardır. Bundan dolayı fayın doğrultusu batıda 285°, ortada 320° ve doğuda ise 270° olarak tespit edilmiştir (Koçyiğit ve Deveci 2007) (Şekil-2).

25 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

Şekil 2. Isparta Büklümü tektonik yapı haritasıve manyetotellürik ölçü noktaları (Ters üçgenler)

Söz konusu sınır fayları dışında FBFZ’nun Burdur parçasına paralel uzanan K50°D uzanımlı Acı Göl ve Baklan listrik normal fayları (Price ve Scott, 1994) ile IB’nün yaklaşık orta kesimlerinde Anamas-Akseki ve Bey dağları karbonat platformları arasında uzanan 50 km genişlikli ve 150 km uzunluklu Aksu bindirmesi de önemli fay zonlarındandır. Son olarak Miyosen Aksu havzası ve Anamas-Akseki platformu arasında K-G 90 km uzanan bir normal fay olan Kırkkavak fayı da bölge için önemli bir fay zonudur (Akay ve Uysal, 1988) (Şekil-2).

Şekil 3. Isparta Büklümü ve çevresi genel jeolojik yapısı, Hinsbergen ve diğ., (2010) ve Turhan (2002)’ den değiştirilerek.

Bölgenin temel jeolojisi metamorfik olmayan Gondwana`yı temsil eden Bey dağları ve Anamas- Akseki karbonat platformu gibi otokton birimler (Poisson ve diğ. 2003) ile bunların üzerine tektonik geçmiş boyunca çeşitli zamanlarda yerleşen ve ofiyolitler ile ultramafik birimler içeren Likya, Beyşehir-Hoyran-Hadim(BHH) ve Antalya napları gibi allokton birimlerden oluşmaktadır (Collins ve Robertson, 1998) (Şekil-3). Tüm bu temel yapıların üzeri ise Oligosen ve Neojen havza gelişimleri ile ilişkili birimler ile örtülüdür (Şekil-3)(ten Veen ve diğ., 2004; Koçyiğit ve Deveci, 2007).

26 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

VERİ TOPLAMA VE ANALİZİ Isparta Büklümü’nde derin elektrik modeli elde etmek için FBFZ ve AFZ’nu kesen iki doğrultu boyunca toplam 47 istasyonda manyetotellürik ölçümler alınmıştır (Şekil-2). Daha sonra tüm istasyonlara ait zaman serilerinden modellemede kullanılacak olan özdirenç ve faz eğrileri 0.001- 2000 sn aralığında elde edilmiştir. Ancak ISP-D2 istasyonu verisi 1sn sonrası çok gürültülü olduğundan değerlendirmeye katılmamıştır. Manyetotellürikte toplanan verinin boyutluluk analizi oldukça önemlidir çünkü verinin boyutluluğuna göre empedans tensörü yapısı değişmektedir. Tensörden elde edilecek çıkarımlar tamamıyla tensör elemanlarıyla ilişkili olduğundan yorumlamalarda hatalar oluşmasına neden olacaktır. Isparta Büklümü MT verilerinin Mc Neice ve Jones (2001) boyutluluk analizlerine göre bölge tüm profillerde 2B ve 2B’a yakın (Quasi-2D) özellikler göstermektedir. Empedansa çoğunlukla iki boyutluluk hakim ise 2B modellemeler yapılabilir (Ledo, 2005).

Analizlere göre batıda ISP-B1 profili için K50°D yönelimi yer elektrik doğrultusu olarak elde edilirken ISP-B2 profili için yer elektrik doğrultusu K20°-30°D arasında bir değer elde edilmiştir. Benzer şekilde doğu profillerinde de yapılan analizler sonucu ISP-D1 için K15°-20°D ve ISP-D2 için K60°D yönelimleri yer elektrik doğrultusu olarak tespit edilmiştir (Şekil-4). Tensör ayrıştırması yer elektrik yapısı hakkında örneğin bölgesel elektrik yapı 2B dur şeklinde bazı kabuller yapılmasını gerektirmektedir (Bibby ve diğ., 2005). Buna karşın Caldwell ve diğ. (2004) yüzeye yakın kütlelerin ve bölgesel iletkenlik yapısının 3B olması durumunda dahi gözlemsel (bozulmuş) empedanstan direk olarak bozulmamış kısmın elde edilmesine yönelik bir yöntem ortaya koymuştur. Bu yöntem galvanik bozulmalardan etkilenmeyen empedans tensörünün faz bilgisini içeren faz tensörünü kullanır. Simetrik olmayan faz tensörü grafik olarak bir elips ile temsil edilebilir. Söz konusu elipsin seçilen koordinat sistemi ile olan açısı ‘α’ ile tanımlanırken tensörün çarpıklık açısı ‘β’ ile tanımlanır. İki boyutlu durumda ise β=0 olurken ‘α’ yer elektrik doğrultusuna dik veya paraleldir. 3B durumda ise β sıfırdan farklı olurken indüklenmiş elektrik akımları elipsin ana ekseni yönünde akacaktır (α-β).

Şekil 4. Isparta Büklümü için yer elektrik doğrultusu analizleri. İndüksiyon vektörleri gül diyagramlarında siyah yapraklar gerçel, beyaz yapraklar sanal bileşeni göstermektedir

27 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

Isparta Büklümü verilerine her profil için faz tensörü elde edilmiş ve (α-β) yönelimleri hesaplanarak yer elektrik yönelimi kestirilmeye çalışılmıştır. Buna göre; elde edilen yer elektrik doğrultuları sırasıyla ISP-B1 için K45°D, ISP-B2 için K30°D, ISP-D1 için K15°D ve ISP-D2 için K30°D olarak bulunmuştur (Şekil-4). Görüldüğü gibi bu değerler önceki yöntemler ile bulunan değerler ile uyumludur. Ancak şu ana kadar uygulanan analizlerin tümü 90° lik bir ikilem içermektedir. Yani elde edilen yer elektrik doğrultusunun 90° karşıtları da yer elektrik doğrultusu olabilir. Bu ikilem jeolojik bilgi veya düşey manyetik alan verileri kullanılarak giderilebilir. Sonuç olarak kısaca özetlersek yer elektrik doğrultusu ISP-B1 için K45-50°D bulunmuştur bu değer FBFZ’nu verev kesen bu profil için fayın yönelimi ile örtüştüğünden uyumludur. ISP-B2 profili içinde yer elektrik yönelimi K20°D şeklinde alınabilir. Benzer şekilde ISP-D1 profili için elde edilen yer elektrik yönelimi K15°-20°D veya G75°-70°B dır. AFZ’nun bu bölgede 270° doğrultuya sahip olduğundan G70°B yer elektrik doğrultusu olarak alınabilir. Son olarak ISP-D2 profiline bakarsak yer elektrik doğrultuları K30°-60°D şeklinde değişmektedir. Bu bölgede AFZ doğrultusu 320° olduğundan bu profil için G20°B yönelimi yer elektrik doğrultusu olarak alınmıştır.

ISPARTA MT VERILERININ 2B TERS ÇÖZÜMÜ VE YORUMLAMA Ters çözümde Rodi ve Mackie’nin (2001) geliştirdiği doğrusal olmayan eşlenik gradyan (NLCG) ters çözüm algoritması kullanılmıştır. Tüm profiler için başlangıç modeli 100 Ωm özdirence sahip yarı sonsuz ortam olarak seçildi. Statik kayma etkisi program tarafından bir model parametresi olarak kabul edilmekte ve çözülmektedir. Sonuç modeline ulaşmak için TE,TM,TETM, TETMHz modlarında ters çözümler uygulanmış ve sonuç modelleri olarak TETMHz modelleri her profil için seçilmiştir. Elde edilen modellerin RMS değerleri sırasıyla ISP-B1 için 1.96, ISP-D1 için 2.3, ISP-B2 için 3.15 ve ISP-D2 için 2.41 dir. ISP-B1 doğrultusunda göze çarpan en önemli yapı doğrultusunun GD kesiminde altkabuk seviyelerinde (15-30 km) başlayan ve KB batıya gidildikçe sığlaşan iletkenliği 1-10 Ωm arasında değişen zondur (C1) (Şekil-5). Bu iletken zon bölge altında meydana geldiği ön görülen kısmi ergime ve astenosfer yükselimi ile ilşkilendirilebilir. C1 iletken zonu profilin KB kesimlerinde sığlaşmaktadır. Bu bölgelerde iletkenliğin nedeni kısmi ergime tarafından beslenen akışkan sıvılar olabilir. Buna ek olarak bölgede bulunan Acıgöl Baklan ve Çivril faylarının bu iletken zon ile ilişkili olduğu görülmektedir. ISP-B1 bölgedeki en önemli fay zonu FBFZ’ nu verev olarak kesmektedir. Ancak fay zonu bölgesinde yüksek iletkenlikie ilişkili yapılar tespit edilememiştir. Profilin GD kesiminde 0-10 km arasında yer alan ve özdirenci 100-1000 Ωm (R1) arasında değişen yüksek özdirençli yapı bu bölgenin temelini oluşturan Beydağları Karbonat Platformu ile ilişkili olabilir. R1’in kalınlığı KB’ya gittikçe azalmaktadır. Bu yüksek özdirençli katmanın üzerinde sığ kesimlerde yer alan düşük özdirençli birimler bu bölgelerde yer alan genç sedimanter havzalarla (H1 ve H22) ilişkili olabilir.

Şekil 5 ISP-B1 doğrultusuna ait 2-B manyetotellürik ters çözüm sonucu. FBFZ: Fethiye Burdur Fay Zonu,H22:Acıpayam havzası, H1:Burdur havzası. Mavi çizgi CSD’lerini göstermektedir (Dolmaz ve diğ.,2005).

28 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

ISP-D1 profili bu bölgede alınan ilk MT ölçüm profili özelliğini taşımaktadır ve bölgenin önemli fay zonlarından olan AFZ’nu verev olarak kesmektedir (Şekil-6). Bu profilde batı profillerinden farklı olarak özdirenci profilin GB bölgesinde 30 Ωm ve KD (AFZ kesimi hariç) yönünde giderek artan ve 100 Ωm olan bir altkabuk iletken zonu (C2) tespit edilmiştir. Bu veriler ışığında bu bölgedeki altkabuk iletkeni nedeni akışkan sıvılar gösterilebilir. Bu sıvılar bölgenin batısına göre daha derin kesimlerde yer alan kısmi ergime bölgeleri ile ilişkili olabilirler. AFZ iletkenlik nedeni fay içinde bulunan sıvılar olabilir. Ancak, bilindiği gibi Akşehir Fay Zonu 2-7 km genişlikli basamaklı bir yapı gösterir ve 200 km uzunluğa sahiptir (Yağmurlu ve Şentürk, 2005; Koçyiğit, 2000; Koçyiğit ve Özacar, 2003). İletken bölge incelendiğinde bu zonun Sultandağı metamorfiklerini iki uçtan sınırlayan fay yapılarının altına denk geldiği gözlenmektedir. Önceleri ters fay olarak, gümümüzde de normal fay karakterine sahip AFZ altındaki iletken bölge, ters faylanma etkisiyle altblokta yeralan sedimanter birimler ile ilişkili olabilir. Benzer sonuçlar Himalayalarda yapılan MT çalışmalarda da göze çarpmaktadır (Unsworth, 2010).

Bölgedeki diğer önemli bir fay ise 90 km uzunluklu K-G uzanımlı bir fay olan Kırkkavak fayıdır. Elektrik kesitte bu yapı iki yüksek yalıtkan zon arasında, iletken bir zon olarak göze çarpmaktadır. Ancak MT istasyon örneklemesi iyi olmadığından bu anomaliye şüpheyle yaklaşılınabilinir. Benzer şekilde Aksu Bindirmeside aynı nedenlerden dolayı iyi resmedilememiştir. Son iletken zon olarak profilin en KD ucunda C4 ile isimlendirilen bölge görülmektedir. Erken-Geç Miyosen yaşlı gölsel-nehirsel çökeller ve bunun üzerinde de Plio-Kuvaterner yaşlı deforme olmamış göl ve nehir çökellerinden (Koçyiğit ve Özacar, 2003) oluşan sedimanter Akşehir-Afyon havzası ile ilişkilendirilebilir. ISP-D1 profiline dikkat edilir ise üstkabuk GB’dan KD’ya kalınlaşmaktadır. Kırkkavak fayı solunda 15 km derinliğindeki yalıtkan (R1) (1000 Ωm) kesim bu bölgede yer alan temel birim olan Beyşehir-Hoyran-Hadim napları ile ilişkilidir.

Şekil 6 ISP-D1 doğrultusuna ait 2-B manyetotellürik ters çözüm sonucu. AFZ: Akşehir Fay Zonu,H3:Akşehir Afyon havzası, Mavi çizgi CSD’lerini göstermektedir (Dolmaz ve diğ.,2005). AFZ bölgesinde yer alan düşük iletkenlikli (1000 Ωm) iki ayrı zon (R3) 20 km derinlere kadar uzanmaktadır. Bu yalıtkan zonlar Sultandağı bölgesini oluşturan Jura dönemi metamorfikleri ile açıklanabilir. ISP-B2 profili diğer profiller ile aynı şekilde iletken bir altkabuk (C6 30 Ωm) yapısını işaret etmektedir. Bu iletken zon B2-7 istasyonu civarında sığlaşmaktadır bu iletkenlik zonu akışkan sıvılar ile açıklanabilir (Şekil-7). Yüksek özdirençli R4 ve R5 yapıları ise bölgenin temelini oluşturan metamorfik yapılarla ilgili olabilir. ISP-D2 profili veri kalitesi kötü olduğundan dolayı 1sn öncesi veriler modellemeye katılmıştır. Genel olarak modelleme sonucu iyi olmamakla beraber, AFZ iletken bir yapı ile göze çarpmaktadır (Şekil 8).

29 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

Şekil 7 ISP-B2 doğrultusuna ait 2-B manyetotellürik ters çözüm sonucu. FBZ: Fethiye-Burdur Fay Zonu, Mavi çizgi CSD’leri göstermektedir (Dolmaz ve diğ.,2005).

Şekil 8 ISP-D2 doğrultusuna ait 2-B manyetotellürik ters çözüm sonucu. AFZ: Akşehir Fay Zonu, Mavi çizgi CSD’leri göstermektedir (Dolmaz ve diğ.,2005).

KAYNAKLAR Akay, E., Uysal, Ş. (1988). Post-Eocene Tectonics of the central Taurus Mountains. Mineral Res. Expl. Bull., 108, 23-34. Al-Lazki, A.I., Sandvol, E., Seber, D., Barazangi, M., Türkelli, N., Mohammad, R. (2004). Pn tomographic imagigng of mantle lid velocity and anisotropy at the junction of Arabia-Eurasia and Africa plates. Geophysical Journal International, 158, 1024-1040. Bahr, K. (1988). Interpretation of the magnetotelluric impedance tensor: regional induction and local telluric distortion. J. Geophys., 62, 119-127. Berdichevsky, M.N., Dimitriev, V.I., Pozdnjakova, E.E. (1998). On two dimensional interpretation of magnetotelluric soundings. Geophys. J. Int., 133, 585–606. Bibby, H.M., T.G. Caldwell, C. Brown (2005). Determinable and non-determinable parameters of galvanic distortion in magnetotellurics. Geophys. J. Int., 163, 915-930. Biryol, C.B., Susan L.B., Zandt, G., Özacar, A.A. (2011). Segmented African lithosphere beneath the Anatolian region inferred from teleseismic P-wave tomography. Geophys. J. Int.,184, 1037–1057. Caldwell, T.G., H.M. Bibby, C. Brown (2004). The magnetotelluric phase tensor. Geophys. J. Int., 158, 457-469. Collins, A.S., Robertson, A.H.F. (1998). Processes of Late Cretaceous to Late Miocene episodic thrust-sheet translation in the Lycian Taurides, SW Turkey. Journal of the Geological Society, London, 155, 759-772. Çoban, H. Martin, F.J. Flower, 2006. Late Pliocene lamproites from Bucak, Isparta (southwestern Turkey): Implications for mantle ‘wedge’ evolution during Africa-Anatolian plate, Convergence. Journal of Asian Earth Sciences, 29, 160– 176. Dolmaz, M.N., Hisarli, Z.M., Ustaömer, T., Orbay, N. (2005). Curie Point Depths Based on Spectrum Analysis of Aeromagnetic Data, West Anatolian Extensional Province, Turkey. Pure appl. geophys., 162, 571–590 doi: 10.1007/s00024-004-2622-2. Glover, C., Robertson, A.H.F. (1998). Role of regional extension and uplift in the Plio-Pleistocene evolution of the Aksu Basin, SW Turkey. Journal of the Geological Society, London, 155, 365–387. Groom, R.W., R.C. Bailey (1989). Decomposition of magnetotelluric impetance tensors in the presence of local three- dimensional galvanic distortion. Journal of Geophysical Research, 94, 1913-1925. Elitok, Ö., Özgür, N., Drüppel, K., Dilek, Y., Platevoet, B., Guillou, H., Poisson, A., Scaillet, S., Satır, M., Siebel, W., Bardintzeff, J-M., Deniel, C., Yılmaz, K. (2010). Origin and geodynamic evolution of late Cenozoic potassium-rich volcanism in the Isparta area, southwestern Turkey. International Geology Review, 52, 454–504. Erduran, M. (2009). Teleseismic inversion of crustal S-wave velocities beneath the Isparta Station. Journal of Geodynamics, 47, 225–236.

30 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ü. Avşar, İ. Çağlar, S.B. Tank, T. Kaya, G. Karcıoğlu, T. İşseven

Eyidoğan, H., Barka, A. (1997). Dinar depremi tekrarlar mı? İTÜ, Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği bolümü seminerleri, Ayazaga, Istanbul. Gök, R., Pasyanos, M.E., Zor, E., (2003) Lithospheric structure of the continent—continent collision zone: eastern Turkey. Geophsical Journal International, 169(3), 1079-1088. Gürer, A., Bayrak, M., Gürer, Ö.F., Ilkişik, O.M. (2004a). Magnetotelluric images of the crust and mantle in the southwestern Taurides, Turkey. Tectonophysics, 391, 109– 120. Gürer, A., Bayrak, M., Gürer, Ö.F., Ilkişik, O.M. (2004b). The deep Resistivity Structure of Southwestern Turkey: tectonic Implications. International Geology Review, 46, 655-670. Gürer, A., Bayrak, M. (2007). Relation between electrical resistivity and earthquake generation in the crust of West Anatolia, Turkey. Tectonophysics, 445, 49–65. Hansen, P.C. (1992). Analysis of discrete ill-posed problems by means of the L-curve. Society for Industrial and Applied Mathematics, 34, 561-580. Hinsbergen van, D.J.J., V., Dekkers, M.J., Koç, A. (2009). Testing Miocene Remagnetiza-tion of Bey Dağları: Timing and Amount of Neogene Rotations in SW Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences,19,123–156. Koçyiğit, A. (1981). İsparta büklümünde(Batı Toroslar) Toros Karbonat Platformunun evrimi. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni C., 24, 15-23. Koçyiğit, A. (1984). Güneybatı Türkiye ve Yakın dolayında levha içi yeni tektonik gelişi. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 2, 1 -16. Koçyiğit, A., Özacar, A.A. (2003). Extensional Neotectonic Regime through the NE Edge of the Outer Isparta Angle, SW Turkey: New Field and Seismic Data. Turkish Journal of Earth Sciences, 12, 67-90. Koçyiğit, A., Deveci, Ş. (2007). A N–S-trending Active Extensional Structure, the Şuhut (Afyon) Graben: Commencement Age of the Extensional Neotectonic Period in the Isparta Angle, SW Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 16, 391–416. Ledo, J. (2005). 2-D versus 3-D magnetotelluric data interpretation. Surveys in Geophysics, 26, 671-806. McClusky, S., Balassanian, S., Barka, A., Demir, C., Georgiev, I., Hamburg, M., Hurst, K., Kahle, H., Kastens, K., Kekelidze, G., King, R., Kotzev, V., Lenk, O., Mahmoud, S., Mishin, A., Nadariya, M., Ouzounis, A., Paradissis, D., Peter, Y., Prilepin, M., Reilinger, R., Sanli, I., Seeger, H., Tealab, A., Toksöz, M.N., Veis, G. (2000). Globle positioning system constraints on plate kinematics and dynamics in the eastern Mediterranean and Caucasus. Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 105, 5695-5719. Poisson, A., Yağmurlu, F., Bozcu, M., Şentürk, M. (2003). New insights on the tectonic setting and evolution around the apex of the Isparta Angle. Geol. J., 38, 257-282. Price, S.P., Scott, B. (1994). Fault-block rotations at the edge of a zone continental extension, SW Turkey. J. Struct. Geol., 16, 381-392. Rodi, W., R.L. Mackie (2001). Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D Magnetotelluric inversion. Geophysics, 66, 174-187. Salaün, G., Pedersen, H. A., Paul, A., Farra, V., Karabulut, H., Hatzfeld D., Costas, P., Childs, D., Catherine, P., and SIMBAAD Team. (2012). High-resolution surface wave tomography beneath the Aegean-Anatolia region: constraints on upper-mantle structure. Geophysical Journal International, 190(1), pages 406–420. Saunders, P., Priestly, K., Taymaz, T. (1998). Variations in the crustal structure beneath western Turkey. Geophys.J.Int., 134, 373-389. Şengör, A.M.C., Görür, N., Şaroğlu, F. (1985). Strike-Slip Faulting and related basin formation in zones of tectonic escape: Turkey as a case study. The Society of Economic Paleontologist and mineralogist, 227-262. Taymaz, T., S. Price (1992). The 1971 May 12 Burdur earthquake sequence, SW Turkey: a synthesis of seismological and geological observations. Geophys. J. Int., 108, 589-603. Tikhonov, A.N., V.Y. Arsenin (1977). Solutions of Ill-Posed Problems. V.H. Winston and Sons, Washington, D.C.. ten Veen , J.H. (2004). Extension of Hellenic forearc shear zones in SW Turkey: the Pliocene–Quaternary deformation of the Eşen Çay Basin. Journal of Geodynamics, 37, 181–204. ten Veen, J.H., S.J. Boulton, M.C. Alçiçek (2009). From palaeotectonics to neotectonics in the Neotethys realm: The importance of kinematic decoupling and inherited structural grain in SW Anatolia (Turkey). Tectonophysics, 473, 261–281. Turhan, N (2002); MTA Genel Müdürlüğü 1/500.000 jeoloji haritaları. Unsworth, M.J. (2010). Magnetotelluric studies of active continent-continent collisions. Surv. Geophys., 31, 137-161. Wannamaker, P.E., Booker, J.R., Jones, A.G., Chave, A.D., Filloux, J.H., Waff, H.S., Law, L.K. (1989). Resistivity cross section through the Juan de Fuca subduction system and its tectonic implications. J. Geophys. Res.,94, 14127– 14144. Wortel, M.J.R., W. Spakman (2000). Subduction and Slab Detachment in the Mediterranean-Carpathian Region. Science, 290, 1910-1917 doi: 10.1126/science.290.5498.1910. Yağmurlu, F., Şentürk, M. (2005). Güneybatı Anadolu’nun Güncel Tektonik Yapısı[Recent tectonic structures of SW Anatolia]. Türkiye Kuvaterner Sempozyumu, İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2-5 Haziran Zitter, T.A.C., J.M. Woodside, J. Mascle (2003). The Anaximander Mountains: a clue to the tectonics of southwest Anatolia. Geol. J., 38, 375–394.

31 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Özyıldırım, M.E. Candansayar, B. Tezkan, J. Adrian

S8 DÜZENSİZ AĞ KULLANARAK MANYETOTELLÜRİK VE RADYOMANYETOTELLÜRİK VERİLERİNİN İKİ BOYUTLU TERS ÇÖZÜMÜ

TWO DIMENSIONAL INVERSION OF MAGNETOTELLURIC AND RADIOMAGNETOTELLURIC DATA BY USING UNSTRUCTURED MESH

Özcan ÖZYILDIRIM1, M.Emin CANDANSAYAR1, Bülent TEZKAN2 , Julian ADRIAN2

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Jeofizik Modelleme Grubu, 06100, Tandoğan 2 University of Cologne, Institute of Geophysics and Meteorology, Germany E-posta: [email protected]

ÖZ Manyetotellürik/Radyomanyetotellürik yöntemde sonlu elamlar yöntemi ile düzensiz ağ kullanarak iki-boyutlu modelleme yapan yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Modelleme algoritması, geliştirilen düzgünleştiricili ters çözüm algoritmasında kullanılmıştır. Düzenli ağa göre, düzensiz ağ kullanarak yüzey topoğrafyasının gerçeğe yakın ve modelin daha az eleman kullanarak temsil edilmesi sağlanmıştır. Algoritma FORTRAN90 programlama dilinde geliştirilmiştir. Doğrusal denklemin çözümünde sıkıştırılmış dizey matris aritmetiği kullanılmıştır. Modelleme algoritması analitik çözümü bilinen modellerde denenmiş ve daha önceki modelleme algoritmaları ile karşılaştırılmıştır. Kısmi türevler dizeyi, karşıtlık ilkesine göre hesaplanmıştır. Ters çözümde Yuvarlatılmış Sönümlü En Küçük Kareler (YSEKK) yöntemi kullanılmıştır. Geliştirilen algoritmalar yapay veriler kullanılarak test edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Sonlu Elemanlar, Düzensiz Ağ, Modelleme, Ters Çözüm.

ABSTRACT A new two-dimensional modeling algorithm for Magnetotelluric/Radiomagnetotelluric method is developed using unstructured mesh with finite element method. Modeling algorithm is used in developed inversion algorithm. The models can be represented by less number of element and surface topography of the model can be designed more realistic with unstructured mesh than structured mesh. The 2D modeling algorithm is developed by using FORTRON90 programming languages. Sparse matrix arithmetic is used to solve linear equation. The developed algorithm result is compare with analytical solutions and previously developed modeling algorithms. Jacobean matrix is calculated according to reciprocity. Smoothness Constrained Least Squares method is used in inversion. The developed algorithm is tested by using synthetic data.

Keywords: Finite Element, Unstructured Mesh, Modeling, Inversion.

32 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Özyıldırım, M.E. Candansayar, B. Tezkan, J. Adrian

GİRİŞ Radyomanyetotellürik (RMT) yöntem, dünya genelinde ticari çalışmalarda henüz kullanılmayan, halen akademisyenler tarafından geliştirilen yeni bir Jeofizik Yöntemdir. RMT yöntemi konusunda sadece Almanya' daki Köln Üniversitesi ve isveç' deki Uppsala Üniversitesinin çalışmaları bulunmaktadır. RMT yöntemi sığ araştırmalarda birçok mühendislik probleminin çözümünde kullanılmaktadır (Turberg vd, 1996; Newman vd. 2003; Candansayar ve Tezkan, 2006; Candansayar ve Tezkan 2008).

RMT yönteminde modelleme yapmak için MT yöntemi gibi Helmholtz denklemlerinin çözülmesi gereklidir. İki yöntem arasındaki tek fark, kullanılan frekans aralıklarıdır. Dolayısıyla, RMT yönteminde de düzlem dalga kabulü yapılmakta ve MT yönteminde kullanılan Helmholtz denklemleri çözülmektedir. Rijo (1977), Helmholtz denkleminin SE yöntemi ile çözen bir algoritma geliştirmiştir. Wannamaker vd. (1987), farklı yüzey topoğrafyalı modellerin MT tepkilerini incelemiştir. Key and Weiss (2006), Franke vd. (2007) yapısal olmayan (unstructured, delaunay) üçgen elemanlar kullanarak topoğrafya etkisini MT düz çözümüne eklemişlerdir.

MT/RMT yöntemlerinde genellikle düzgünleştiricili ters çözüm yöntemleri kullanılmaktadır (Rodi ve Mackie, 2001, Candansayar, 2002, Demirci, 2009). Kısmi türevler dizeyinin hesaplanması, ters çözümde en fazla zaman alan kısımdır. Bunun için bazı araştırmacılar kısmi türevler dizeyinin kolay hesabı üzerine çalışmalar yapmışlardır. De Lugao vd. (1996), kısmi türevler dizeyi hesabında karşıtlık ilkesini kullanmıştır.

İzleyen kısımlarda öncelikle MT/RMT yönteminde düzensiz ağ kullanarak yapılan 2-B modelleme algoritması incelenmiştir. Daha sonra kullanılan ters çözüm algoritması ve kısmi türevler dizeyinin hesabı anlatılmaktadır. Algoritmada düzgünleştiricili ters çözüm yöntemlerinden biri olan Yuvarlatılmış Sönümlü En Küçük Kareler (YSEKK) yöntemi kullanılmıştır.

RADYOMANYETOTELLÜRİK/MANYETOTELLÜRİK YÖNTEMDE MODELLEME

Radyomanyetotellürik yöntemde düz çözüm yapılabilmesi için Helmholtz denklemlerinin varsayılan eleman için çözümü gerekmektedir. Algoritmada düzensiz üçgen elemanlar kullanıldığından dolayı üçgen elaman için Helmholtz denklemlerinin çözümü sunulmaktadır. Helmholtz denklemlerinin sonlu elamanlar çözümü TM ve TE modu için sırası ile aşağıdaki gibi bulunur (Rijo 1987).

22 bi++ c i bb i j cc i j bb ik + cc ik 211 −∆1 22 iwµ e (3) bbji+ cc ji b j + c j bb jk ++ cc jk 121 fn= S e 4σ∆ 12  ++22 +  bbki cc ki bb k j cc k j b k c k 112

22 bi++ c i bb i j cc i j bb ik + cc ik 211 −∆1 22 σ e (4) bbji+ cc ji b j + c j bb jk ++ cc jk 121 fn=Se 4iwµ∆ 12  ++22 +  bbki cc ki bb k j cc k j b k c k 112

Denklemlerde a,b,c üçgen elemanın köşe koordinatları ile ilgili katsayıları, i, j ve k indisleri üçgen e köşelerini, ∆ ise üçgen elemanın alanını ifade etmektedir. fn , TE modu için elektrik alan vektörünü (Ey), TM modu için ise manyetik alan vektörünü (Hy) ifade eder. Se , kaynak vektörüdür.

Bu çalışmada yer altının düzensiz üçgen gridlerden oluştuğu varsayılmıştır. Bunun için yer altı sonlu sayıda üçgen elamanlara bölünmüştür. Uygulamada bu amaçla en fazla ilgi gören yöntem

33 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Özyıldırım, M.E. Candansayar, B. Tezkan, J. Adrian

“Delaunay üçgenleme” işlemidir. Bunun için ‘Triangle’ isimli program (Schewchuk 1996) kullanılmıştır.

MT/RMT yönteminde genel dizey denkleminin çözümünde kullanılan katsayı dizeyi(A), simetrik, sparse matris kullanımına uygun ve karmaşık sayılardan oluşmaktadır. Genel dizey denklemi çözümü için bu özelliklere sahip olan PARDISO (Parallel Sparse Direct and Multi-Recursive Iterative Linear Solver) (Schenk ve Gärtner, 2006) çözücüsünün kullanılmasına karar verilmiştir. PARDISO yazılımı ile simetrik, simetrik olmayan reel ve karmaşık sayılardan oluşan denklem sistemleri çözülmektedir. Dizeyler CSR(Compresed Sparse Row) formatında saklanır. Böylece sıfırdan farklı olan değerler ve bu değerlerin satır ve sütun numaraları saklanarak işlemler yapılır. CSR format, Rose vd. (1972) tarafından önerilmiş ve büyük sıkıştırılmış dizeylerin (sparse matrix) saklanmasında kullanılan oldukça yaygın bir yöntemdir.

MT/RMT düz çözüm kodunun kullanılabilirliği analitik çözüm ve 2-B modelleme programları ile karşılaştırılarak test edilmiştir. Geliştirilen programın doğruluğunu test etmek amacıyla Weaver vd.(1985,1986) ‘da geliştirilen analitik çözüm kullanılmıştır. Geliştirilen program, bir atık alanı modeli için diğer (Demirci ve Candansayar, 2010) düz çözüm programı ile karşılaştırılmıştır. Atık alanında, eğimi 24 derece olan tepe tepe yüzey topoğrafyası seçilmiştir. Tepe altında ise atıkları temsil eden iletken bir dikdörtgen alan tanımlanmıştır. Düzenli ve Düzensiz ağ kullanarak oluşturulan model Şekil 1a ‘da sunulmuştur. TE- modu için her iki ağ için çözümler profil eğrileri şeklinde Şekil 1b 'de sunulmuştur. Burada her iki ağ için elde edilen çözümlerin uyum içinde olduğu görülmektedir.

Şekil 1 a) Topoğrafyalı homojen olmayan model, b) Topoğrafyalı düzenli ağ ve düzensiz ağ ile oluşturulmuş homojen olmayan model yanıtlarının karşılaştırılması(TE-Modu)

RADYOMANYETOTELLÜRİK/MANYETOTELLÜRİK VERİLERİN TERS ÇÖZÜMÜ

Ters çözüm algoritmalarında düzgünleştirme (regularization) kuramına göre kullanılan parametrik fonksiyonelin genel ifadesi;

P(m,d)=ϕ(m,d)+αS(m) (5)

şeklinde verilebilir. Burada ilk terim Çakışmazlık (misfit) fonksiyoneli, α, düzgünleştirici parametresi (regularized parameter) ve S(m) ise durağanlaştırıcı (stabilizer) olarak tanımlanır. Candansayar (2002, 2008) 'de farklı durağanlaştırıcıların, düzgünleştiricili ters çözüme katkıları kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır. Burada durağanlaştırıcı olarak model prametrelerinin Laplacienleri kullanılarak yuvarlatıcılı ters çözüm yapılmıştır. Parametrik fonksiyoneli en küçük olduğu durumda elde edilen parametleler problemin çözümüdür. Denklemin parametre farkları dizeyi(Δm) için türevi alınıp sıfıra eşitlenmesi sonucu aşağıdaki çözüm elde edilir (Candansayar, 2008).

34 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Özyıldırım, M.E. Candansayar, B. Tezkan, J. Adrian

Burda Wd , veri ağırlık dizeyi, C, yuvarlatma dizeyi, Δd, veri farkları dizeyi, A ise kısmi türevler dizeyidir. Geliştirilen algoritmalarda yukardaki denklem yinelemeli olarak çözülmüştür. Burada eşitliğin sol tarafındaki bölümün tersleme işlemi sırasında QR Ayrışım yöntemi kullanılmıştır. Kısmi türevler dizeyi hesabı için karşıtlık ilkesi kullanılmıştır (DeLugao and Wannamaker 1996, Candansayar, 2008; Demirci, 2009).

SONUÇLAR

Geliştirilen algoritmada düzensiz üçgenler kullanılması nedeniyle önemlidir. Yöntem sayesinde yüzeyde daha küçük ve yapay sonsuz sınırlarda büyük kaliteli(eşkenara yakın) üçgenler kullanıldığı için çözüm hassasiyeti diğer algoritmalara göre daha iyidir. Düzensiz ağ kullanmanın diğer bir önemi, modeli temsil etmek için daha az eleman kullanılması ve yüzey topoğrafyasının daha iyi temsil edilmesidir. Düz çözümün doğruluğu analitik çözüm ve diğer algoritmalar ile topoğrafyalı model için gösterilmiştir. Ters çözümde düzgünleştiricili ters çözüm tekniği olan Yuvarlatıcılı Sönümlü En Küçük Kareler tekniği kullanılmıştır. Kısmi türevler dizeyi hesabı için karşıtlık ilkesi kullanılarak, kısmi türevler dizeyi hesabı daha basit hale gelmiştir.

TEŞEKKÜR

Bu çalışma ilk yazarın Doktora tezinin bir bölümü olup,110Y343 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında desteklenmiştir. Desteklerinden dolayı TÜBİTAK' a teşekkür ederiz

KAYNAKLAR

Candansayar, M.E., 2002, Sönümlü En-Küçük Kareler Ve Eşlenik Türev Algoritmalarının Ardışık Kullanımı İle Manyetotellürik Verilerin Düzgünleştiricili İki-Boyutlu Ters Çözümü: Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Türkiye.

Candansayar, M.E., Tezkan, B., 2006, A comparison of different radiomagnetotelluric data inversion methods for buried waste sites: Journal of Applied Geophysics, 58, 218-231.

Candansayar, M.E., and Tezkan, B., 2008. Two-dimensional joint inversion of radiomagnetotelluric and direct current resistivity data‖, Geophysical Prospecting, 2008, 56, 737-749.

Candansayar, M. E. 2008. Two dimensional inversion of magnetotelluric data with consecutive use of conjugate gradient and least squares solution with singular value decomposition algorithms." Geophysical Prospecting 56.1 (2008): 141-157.

Demirci, İ., Candansayar, M.E.,2010, Two-Dimensional Inversion of Magnetotelluric and Radio Magnetotelluric Data Incorporating Topography by Using Finite Difference Method with Triangle Cells: IAGA WG 1.2 on Electromagnetic Induction in the Earth 20th Workshop Abstract Giza, Egypt.

Franke, A., Börner, R., Spitzer, K., 2007, Adaptive unstructured grid finite element simulation of two- dimensional magnetotelluric fields for arbitrary surface and seafloor topography: Geophysical Journal Int., 171, 71-86

Key, K., Weiss, C., 2006. Adaptive finite element modeling using unstructured grids. The 2D magnethotelluric example: Geophysics, 71, G291-299.

35 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ö. Özyıldırım, M.E. Candansayar, B. Tezkan, J. Adrian

Rijo, L. 1977, Modeling of electric and electromagnetic data, Ph. D. Thesis, University of Utah, Salt Lake City, 242 p.

Rose, D.J., Willoughby, R.N., 1972, Sparse Matrix and its Applicatios: Plenum Pres, New York.

Schenk, O., Gärtner, K., 2006, On fast factorization pivoting methods for symmetric indefinite systems: Elec. Trans. Numer. Anal., 23,158-179. Shewchuk, J.R., 1996, Triangle: Engineering a 2D Quality Mesh Generator and Delaunay Triangulator in Applied Computational Geometry: Towards Geometric Engineering (Ming C. Lin and Dinesh Manocha, editors), Lecture Notes in Computer Science, 1148, 203-222.

Newman, G., Recher, S., Tezkan, B., Neubauer, F.M., 2003, Three dimensional inversion of a radiomagnetotelluric field data set: Geophysics 68, 791-802.

Turberg, P., and Barker, R., 1996, Joint application of radiomagnetotelluric and electrical imaging surveys in complex surface environments: First Break 14, 105–112.

Wannamaker, P. E., Stodt, J. A., Rijo, L., 1987. A Stable Finite Element Solution Program for Solution of Responses and Sensitivities of Two-dimensional Magnetotelluric Modeling: Geophys. J. Roy. Astr. Soc., 88, 277-296.

DeLugão, P. B., and Wannamaker P. E., 1996. Research Note: Calculating the two-dimensional magnetotelluric Jacobian in finite elements using reciprocity: Geophysical Journal International, 127, 806- 810.

Demirci, İ., 2009, Sonlu Farklarda Üçgen Gridler Kullanarak Doğru Akım Özdirenç ve Manyetotellürik 2-B Ters Çözüme Topoğrafya Etkisinin Eklenmesi: Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Türkiye.

Rodi, W., Mackie, R.L., 2001, Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D magnetotelluric inversion: Geophysics, 66, 174-187.

36 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne N.Y. Gündoğdu, M.E. Candansayar

S9 Paralel Hatlarda Toplanmış Doğru Akım Özdirenç Verilerinin 3B Ters Çözüm Algoritması İle Yeniden Değerlendirilmesi

Reprocessing of Direct Current Resistivity Data Collected Along Parallel Lines with 3D Inversion Algorithm

N. Yıldırım GÜNDOĞDU1, M. Emin CANDANSAYAR1

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Jeofizik Modelleme Grubu, 06100 Tandoğan Ankara E-posta: [email protected]

ÖZ

Birbirine paralel hatlar boyunca toplanmış sondaj-profil ölçüleri, bu verilerin genel olarak ayrı ayrı iki boyutlu (2B) ters çözümü yapılarak değerlendirilir. 2B ters çözüm sonucu elde edilen yer elektrik modellerinin birlikte görüntülenmesi ile yaklaşık bir üç boyutlu (3B) yer elektrik görüntüsü elde edilir. Yer altının gerçek 3B yer elektrik modeli için paralel hatlarda toplanmış bu verilerin 3B ters çözümünün yapılması gereklidir. Çok elektrotlu ve çok kanallı ölçü toplama sistemlerinin kullanılmaya başlanmasıyla paralel profiller şeklinde çok sayıda veri toplanabilmektedir. Bu çalışmada birbirine paralel hatlarda toplanmış sondaj-profil verilerinin ters çözümü için yeni bir 3B ters çözüm algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritmada çoğunlukla tercih edilen yuvarlatıcılı durağanlaştırıcı haricinde başka durağanlaştırıcı tanımları da kullanılabilmektedir. Ayrıca Gauss- Newton ve eşlenik gradyan yöntemleri ayrı ayrı ve ardışık olarak algoritmada kullanılabilmektedir. Geliştirilen algoritma ile arkeolojik alanda birbirine paralel hatlar boyunca toplanmış verilerin 3B ters çözümü yapılmış ve kullanılmış farklı durağanlaştırıcıların ve çözüm yöntemlerinin etkileri incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Doğru akım özdirenç, ters çözüm, üç boyutlu, durağanlaştırıcı

ABSTRACT The direct current resistivity data collected along parallel lines is generally interpreted as separately using two dimensional inversion algorithms. A three dimensional image of subsurface can be obtained by combining of 2D inversion results. 3D inversion is a required for a real 3D model. The numerous data can be collected by way of multi-channel and multi-electrode measurement systems along parallel profiles. In this study, a new 3D inversion algorithm was developed for these data sets. In our developed algorithm, different stabilizers are used in addition to traditional smoothing stabilizer. The Gauss-Newton and conjugate gradient methods are used as separately and also as consecutively in this algorithm. A field data which was collected in an archeological site was recovered with this algorithm and effects of different stabilizers and solution methods was investigated.

Keywords: Direct current resistivity, inversion, three dimensional, stabilizer

37 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne N.Y. Gündoğdu, M.E. Candansayar

GİRİŞ

Doğru akım özdirenç (DAÖ) verilerinin 3-B ters çözümü çalışmalarında çoğunlukla Tikhonov ve Arsenin (1977) tarafından amaç fonksiyonu olarak tanımlanan “parametrik fonksiyonelin” çözümü yapılmaktadır (Park ve Van 1991, Sasaki 1994, Ellis ve Oldenburg 1994, Zhang vd 1995, La Brecque vd 1996, Yi vd 2001, Pain vd 2002, Günther vd 2006, Pidlisecky vd 2007, Marescot vd 2008, Papadopoulos vd 2010). Parametrik fonksiyonel (Pα(m,d)), ölçülen veri ile kuramsal veri arasındaki uzaklığı tanımlar. “Misfit fonksiyoneli” (ϕ(m,d)) , “düzgünleştirici parametresi” (α) (regularization parameter veya penalty parameter) ve durağanlaştırıcı fonksiyonelinin (S(m)) doğrusal birleşimi olan parametrik fonksiyonel aşağıdaki gibi yazılabilir

. (1)

Durağanlaştırıcı fonksiyonelinin asıl amacı, ters çözüm problemine uygun yaklaşık model sınıflarını seçmektir (Candansayar 2002). Yukarıda bahsedilen çalışmaların tamamında durağanlaştırıcı fonksiyonel olarak “yuvarlatıcılı durağanlaştırıcı” kullanılmıştır. Ancak farklı durağanlaştırıcı fonksiyonel tanımları da bulunmaktadır.

YÖNTEM

Kötü durumlu problemin çözümündeki durağansızlığı, istenilen özellikte bir ön bilginin katılması ile gidermek için kullanılan durağanlaştırıcı fonksiyonel için farklı tanımlar bulunmaktadır (Candansayar 2008, Zhadonov 2002). DAÖ verilerinin ters çözüm problemlerinde genellikle durağanlaştırıcı fonksiyonel olarak “yuvarlatıcılı durağanlaştırıcı” kullanılmıştır. Bu ters çözüm işlemi yuvarlatıcılı ters çözüm veya OCCAM ters çözümü olarak bilinmektedir (Sasaki 1989, Constable vd 1987). Candansayar (2008a) manyetotellürik verilerin 2B ters çözümü için farklı durağanlaştırıcılar ile düzgünleştiricili ters çözüm sonuçlarını karşılaştırmıştır. Bu çalışmada da DAÖ verilerinin düzgünleştiricili 3B ters çözümünde aşağıda verilen durağanlaştırıcıların sonuçları karşılaştırılmıştır:

Tablo 1 3B ters çözümde kullanılan farklı durağanlaştırıcılar

38 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne N.Y. Gündoğdu, M.E. Candansayar

Parametrik fonksiyonelde bulunan, misfit fonksiyoneli quadratik fonksiyoneldir (parametrenin ikinci derecen bağımlı olduğu fonksiyonel). Bu nedenle durağanlaştırıcı fonksiyonelinin de bu şekilde tanımlanması gerekmektedir. Bunun için (model parametrelerinin çarpımından oluşan doğrusal işleç) gibi bir işleç tanımlanarak çözümü amaçlanan parametrik fonksiyonel şu şekilde yazılabilir (Zhdanov 2002):

(2)

Bu denklemde ve sırasıyla veri ağırlık ve parametre ağırlık dizeyleridir. Bu iki dizeyin seçimi için Candansayar (2002)' ye bakılabilir.

Parametrik Fonksiyonelin Çözümü

Ters çözüm yöntemleri türev tabanlı yöntemler ve global yöntemler olmak üzere ikiye ayrılabilir. Global yöntemlerde, çözümü bulabilmek için çok sayıda düz çözüm yapmak gerekir. Dolayısıyla türev tabanlı yöntemlere göre daha yavaştırlar. Bu nedenle 2-B ve 3-B çalışmalarda genellikle türev tabanlı yöntemler tercih edilmektedir.

Türev tabanlı yinelemeli yöntemler, parametrik fonksiyonelin çözümünde en çok tercih edilen yöntemlerdir. Bu çalışmada da türev tabanlı yöntemlerden eşlenik türev (conjugate gradient) ve Gauss—Newton yöntemi kullanılmıştır. Eşlenik türev yönteminde birbirini izleyen iki yineleme için parametreler ( ) arasındaki ilişki,

(3) ile verilir. Burada yinelemenin boyu (adım büyüklüğü) ve parametre düzeltme vektörünün doğrultusu ve yineleme sayısıdır.

Gauss-Newton yönteminde ise çözüm amaç fonksiyonun Taylor serisine açılması ile elde edilir. Elde edilen çözüm ile model parametrelerine her bir yinelemede uygulanacak parametre düzeltme değerleri ( ) elde edilir.

(4)

Bu sonuç denklemi dizey denklemi olarak,

(5) yazılabilir ve dizey tersleme işlemine gerek kalmadan çözülebilir (Haber ve Oldenburg, 1997; Candansayar 2008b). Bu çalışmada QR ayrıştırma yöntemi kullanılmıştır.

Denklem (4) ve (5)'de, n yineleme sayısı, , kuramsal verinin parametrelere göre türevlerini içeren kısmi türevler (duyarlılık veya Jacobien) dizeyi, d ölçülen veri vektörü, f(m) düz çözüm operatörü, parametre ağırlık dizeyi ve parametre düzeltme vektörüdür. Bu çalışmada kısmi türevler dizeyi, ilk yinelemede başlangıç modeli için düz çözüm bağıntısının sayısal çözümünde elde edilen denklem sistemi kullanılarak hesaplanmıştır. Daha sonraki yinelemelerde ise Broyden güncelleme yöntemi ile dizey güncellenmiştir.

39 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne N.Y. Gündoğdu, M.E. Candansayar

Yapay Veri Uygulaması

Geliştirilen algoritma hem yapay veri hem de arazi verisi kullanılarak test edilmiştir. Yapay veri olarak arkelojik alanlarda karşılaşılan yapılara benzer olarak tasarlanan bir yer altı modelinden dipol-dipol elektrot dizilimi için üretilen kuramsal veri kullanılmıştır. Yapay veriye gürültü temsili için, Gaussian dağılımında ±%2 oranında rastgele gürültü eklenmiştir.

SONUÇLAR

Eşlenik türev yöntemi daha fazla yineleme ile ancak daha kısa sürede GN yöntemi ile yakın bir hata değerine ulaşmaktadır. Ancak bir yineleme için geçen süre eşlenik türev yönteminde oldukça azdır. GN yöntemi kullanılarak yapılan tüm düzgünleştiricili çözümlerde, yapı etrafında ve sınırlarda birçok yapay etki gözlenmektedir. “Minimum first-order entropy” durağanlaştırıcısı ile algoritma tek yineleme yapabilmiş ve RMS değerini düşüremeyerek durmuştur. GN yönteminde görülen yapay etkiler, CG yöntemi kullanılarak yapılan çözümlerin hiçbirinde görülmemektedir. Hem yapay veri hem de arazi verisi için L2 ve SM durağanlaştırıcılarının daha iyi çözüm sunduğu söylenebilir. Parametrik fonksiyonelin çözüm yöntemleri ve geliştirilen algoritmanın karşılaştırılması bu iki durağanlaştırıcı göz önüne alınarak yapılmıştır.

Teşekkür

Bu çalışma TÜBİTAK (Proje No: 110Y343) ve Ankara Üniversitesi BAP (Proje No: 10B4343003) tarafından desteklenmektedir.

KAYNAKLAR

Candansayar, M. E. 2002. Sönümlü en-küçük kareler ve eşlenik türev algoritmalarının ardışık kullanımı ile manyetotellürik verilerin düzgünleştiricili iki-boyutlu ters çözümü. Ankara Üniversitesi, Doktora Tezi (Yayınlanmamış) Candansayar, M. E. 2008a. Two-dimensional inversion of magnetotelluric data with consecutive use of conjugate gradient and least-squares solution with singular value decomposition algorithms. Geophysical Prospecting, 56, 141–157. Candansayar M.E., 2008b “ Two-dimensional individual and joint inversion of three- and four-electrode array dc resistivity data”, J. Geophys. Eng. 5, 290–300. Constable, S.C., Parker, R.L. and Constable C.G. 1987. Occam’s inversion: A practical algorithm for generating smooth models from electromagnetics sounding data. Geophysics, 52, 289-300. Ellis, R.G. and Oldenburg, D.W. 1994. The pole-pole 3-D DC-resistivity inverse problem: a conjugate gradient approach. Geophys. J. Int., 119, 187-194. Günther, T., Rücker, C. and Spitzer, K. 2006. Three-dimensional modelling and inversion of dc resistivity data incorporating topography – II. Inversion. Geophys. J. Int., 166, 506-517. Hestenes, C. M. R. and Stiefel, E. 1952. Methods of conjugate gradients for solving linear systems. J. Res. Nat. Bur. Stand, 49, 409-436. LaBrecque, D. J., Miletto, M., Daily, W., Ramirez, A., and Owen, E. 1996. The effects of noise on Occam’s Inversion of resistivity tomography data. Geophysics, 61, 538-548. Marescot, L., Palma Lopes, S and Green, A.G. 2008. Nonlinear inversion of geoelectric data acquired across 3D objects using a finite-element approach. Geophysics, 73, F121-F133. Pain, C.C, Herwanger, J.V., Worthington, M.H. and Oliveira, C.R.E. 2002. Effective multidimensional resistivity inversion using finite-element techniques. Geophys. J. Int., 151, 710–728. Papadopoulos, N.G., Yi, M.J., Kim, J-H., Tsourlos, P. and Tsokas, G.N. 2010. Geophysical investigation of tumuli by means of surface 3D Electrical Resistivity Tomography. Journal of Applied Geophysics, 70, 192-205. Park, S.K. and Van, G.P. 1991. Inversion of pole-pole data for 3-D resistivity structure beneath arrays of electrodes. Geophysics, 56, 951-960. Pidlisecky, A., Haber, E. and Knight, R. 2007. RESINVM3D: A 3D resistivity inversion package. Geophysics, 72, H1-H10. Sasaki, Y. 1989. Two-dimensional joint inversion of magnetotelluric and dipole-dipole resistivity data. Geophysics, 59, 254. Sasaki, Y. 1994. 3-D resistivity inversion using the finite-element method. Geophysics, 59, 1839-1848. Tikhonov, A.N. and Arsenin, V.Y. 1977. Solution of ill-posed problems, 258 p., V.H. Winston and Sons, Washington D.C. Yi, M-J., Kim, J-H., Song, Y., Cho, S-J., Chung, S-H. and Suh, J-H. 2001. Three-dimensional imaging of subsurface structures using resistivity data. Geophysical Prospecting, 49, 483-497. Zhang, J., Mackie, R.L., and Madden, T.R., 1995. 3-D resistivity forward modeling and inversion using conjugate gradients. Geophysics, 60, 5, 1313-1325. Zhdanov, M.S. 2002. Geophysical Inverse Theory and Regularization Problems, Elsevier, 609 p., Amsterdam.

40 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne L. Bilgili, G. Göktürkler

S10 Jeoelektrik Verilerinde Global Optimizasyon Uygulamaları

Global Optimization Applications in Geoelectric Data

Lemi BİLGİLİ1, Gökhan GÖKTÜRKLER2

Posta Adresi:1Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeofizik Mühendisliği Anabilim Dalı, İzmir. 2Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İzmir. E-posta: [email protected]

ÖZ Doğal Potansiyel (SP) ve Düşey Elektrik Sondajı (DES) verilerinin ters çözümü parçacık sürü optimizasyonu (PSO) ve genetik algoritmayı (GA) içeren iki global en iyileme (optimizasyon) yaklaşımıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında hem yapay hem de arazi verilerinden oluşan veri setleri kullanılarak SP ve DES uygulamalarına ait parametre kestirimi çalışmaları yapılmıştır. PSO ile SP belirtisinin yeri, elektrik dipol momenti, biçim faktörü, uçlaşma açısı ve derinlik parametreleri kestirilmeye çalışılmıştır. Ayrıca GA ile DES belirtisinden tabakalı yapıya ait özdirenç ve kalınlık parametreleri kestirilmeye çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlar aynı veri setlerini kullanan farklı algoritmaların çıktıları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada kullanılan global en iyileme yaklaşımlarıyla yapılan test çalışmaları birbirleriyle uyumlu ve lokal en iyileme algoritmalarıyla karşılaştırılabilir sonuçlar üretmiştir. tAnaar Kh elimeler: Doğal potansiyel, düşey elektrik sondajı, parçacık süi rü opt mizasyonu, genetik algoritma

ABSTRACT Inversion of self potential (SP) and vertical electrical sounding (VES) data was carried out by using two global optimization algorithms including particle swarm intelligence (PSO) and genetic algorithm (GA). Data sets including both synthetic and field data were used for model parameter estimation studies based on SP and VES applications. The model parameters of SP including electrical dipole moment, shape factor, polarization angle and depth were estimated by PSO. Also the parameters of DES anomaly including resistivities and thicknesses of a layered earth model were obtained by GA. The estimated parameters were compared with those from the previous studies based on various optimization algorithms using the same data sets. The test studies based on the global optimization algorithms used in the present study were characterized as being consistent with each other; and they yielded results which are compatible with those from local optimization algorithms.

Keywords: Self potential, vertical electrical sounding, particle swarm optimization, genetic algorithm

41 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne L. Bilgili, G. Göktürkler

GİRİŞ

Jeofizikte karşılaşılan en iyileme (optimizasyon) uygulamalarının pek çoğu doğrusal olmayan problemlerden oluştuğundan bu tip problemlerin çözümünde genellikle doğrusallaştırılmış ters çözüm algoritmaları yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Verilen bir başlangıç modelini yinelemeli bir şekilde iyileştirerek çözüm üreten bu algoritmaların başarısı başlangıç modeline ait parametrelerin, problemin çözümü olan doğru model parametrelerine ne oranda yakın olarak seçildiğiyle doğrudan ilişkilidir. Türev temelli olan bu yaklaşımların problemin çözümüne bir yerel minimum yakınında başlamaları durumunda doğru çözümün bulunduğu global minimuma ulaşamama durumu söz konusudur. Bu sıkıntıları aşmak için son yıllarda global en iyileme yöntemleri jeofizik verilerin ters çözümünde giderek artan bir sıklıkta kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemler parametre uzayını, doğadaki bazı süreçlerden esinlenerek geliştirilmiş doğrudan arama algoritmalarıyla tarayıp en iyi çözümü bulmayı hedeflemektedir. Örneğin, genetik algoritma (GA) (Holland 1975) biyolojideki evrim ve genetiğin kavramlarını kullanan bir algoritmadır. Diğer yandan parçacık sürü optimizasyonu (PSO) (Kennedy ve Eberhart 1995) sürüler halinde yaşayan canlı topluluklarının sosyal davranışlarından esinlenilerek geliştirilmiştir (Akca 2005; Göktürkler ve Balkaya 2012).

Bu çalışmada, SP veri setlerinin ters çözümünde PSO ve bir alüvyon akifer üzerinde (Burdur) yapılan DES çalışmasının (Balkaya vd 2009) ters çözümünde GA kullanılmıştır. Bu algoritmaların, türev temelli lokal en iyileme algoritmalarıyla karşılaştırıldıklarında iyi bir başlangıç modeline ihtiyaç duymamaları ve lokal minimumlardan çıkabilme yetenekleri temel üstünlükleridir (Göktürkler 2011). Bu çalışmada kullanılan global en iyileme yaklaşımlarıyla yapılan test çalışmaları birbirleriyle uyumlu ve lokal en iyileme algoritmalarıyla karşılaştırılabilir sonuçlar üretmiştir.

PARÇACIK SÜRÜ OPTİMİZASYONU (PSO)

Sürüler halinde yaşayan ve hareket eden canlı topluluklarının davranışları örnek alınarak geliştirilen bu algoritmada her bir partikül (birey) konum ve hız olarak tanımlanan iki bileşenden oluşmaktadır. Algoritma çözüme belirli bir sayıda partikülden oluşan bir popülasyonun (sürü) rastgele belirlenmiş konum ve hız değerleriyle parametre uzayında konumlandırılmasıyla başlar ve her bir birey için amaç fonksiyonu değeri hesaplanır (fitness). Hesaplanan yeni değer partikülün daha önceki en iyi (pbest) değerinden daha iyiyse partikülün pbest değeri hesaplanan amaç fonksiyonu değeriyle güncellenir. Bu durumda partikülün önceki en iyi konum değeri de mevcut konum değeri kullanılarak güncellenir. Popülasyon içinde en iyi amaç fonksiyonu değerine sahip olan partikülün konumu global en iyi konum olarak belirlenir ve bu değer dikkate alınarak her bir partikül için yeni konum ve hız değerleri hesaplanır. Böylece popülasyon içindeki diğer partiküllerin konumu en iyi konuma sahip olanınkine yaklaştırılarak düzenlenmeye çalışılır ve problemin çözümü olan global minimuma ulaşıncaya kadar bu adımlar tekrarlanır. (Kennedy ve Eberhart 1995, Shi ve Eberhart 1998, Poli vd 2007, Luke 2009, Karaboğa 2011, Göktürkler ve Balkaya, 2012)

GENETİK ALGORİTMA (GA)

GA uygulamalarında çözüme rastgele üretilen bir popülasyonla (kuşak) başlanır (initial population) ve her bir birey (aday çözüm) için amaç fonksiyonu değeri hesaplanır (fitness). Hatanın en küçüklenmesi (minimization) gereken optimizasyon uygulamalarında hesaplanan amaç fonksiyonu değerinin tersi dikkate alınır (the inverse of the fitness value). Bir sonraki adımda başlangıçtaki kuşak kullanılarak yeni bir kuşak üretilir. Bu da GA operatörleri kullanılarak yapılır. Bu operatörler seçim (selection), çaprazlama (crossover) ve mutasyondan (mutation) oluşur. Yeni kuşak başlangıç popülasyonundan amaç fonksiyonu değerleri dikkate alınarak seçilen ebeveyn bireylerden çaprazlama yoluyla üretilir. Yeni bireylere mutasyon uygulanır ve böylece çözüme lokal minimumlardan kurtulma olanağı sağlanır. Bu adımlar tekrar edilerek global minimumdaki çözüme ulaşılmaya çalışılır. (Luke 2009, Karaboğa 2011, s 75, Göktürkler ve Balkaya, 2012). 42 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne L. Bilgili, G. Göktürkler

UYGULAMALAR

Gürültü eklenmiş yapay SP veri seti ile bir alüvyon akifer (Burdur) üzerinde ölçülmüş DES verisinin (Balkaya vd 2009) model parametrelerinin kestirimi yukarıda belirtilen global optimizasyon algoritmalarıyla gerçekleştirilmiştir. Her bir algoritma, model parametreleri için belirlenmiş alt ve üst sınır değerleri arasında rastgele seçilen bir başlangıç modeliyle çözüme başlamaktadır. Çözüm için her bir problem ilgili algoritma kullanılarak birden fazla kez çözülmüş ve bu çözümler içinde en küçük amaç fonksiyonu değerine sahip parametre kümesi çözüm olarak alınmıştır. PSO ile SP belirtisinin yeri, elektrik dipol momenti, biçim faktörü, uçlaşma açısı ve derinlik parametreleri; GA ile DES belirtisinden tabakalı yapıya ait özdirenç ve kalınlık parametreleri kestirilmeye çalışılmıştır. Şekil 1, gürültülü SP veri seti için PSO algoritmasıyla Şekil 2 ise DES veri seti için GA algoritmasıyla belirlenen model parametrelerini ve bu parametreler kullanılarak hesaplanan model tepkilerinin sentetik/gözlemsel verilerle karşılaştırılmasını göstermektedir.

SONUÇLAR

Bu çalışmada, SP veri setinin ters çözümünde PSO ve DES çalışmasının ters çözümünde GA kullanılmıştır. Model parametre kestiriminde kullanılan algoritmalar lokal optimizasyon algoritmalarıyla karşılaştırılabilir sonuçlar üretmiştir. Ayrıca global optimizasyon algoritmalarının iyi bir başlangıç modeline ihtiyaç duymamaları bu yaklaşımlar için önemli bir üstünlüktür.

TEŞEKKÜR

Çalışmamıza katkılarından dolayı Dr. Çağlayan BALKAYA’ya teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Akca, İ 2005, Elektrik verilerin Lamarckian genetik algoritma ile ters çözümü: Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, 81 s., Ankara. Balkaya Ç, Kaya MA and Göktürkler G 2009, Delineation of shallow resistivity structure in the city of Burdur, SW Turkey by vertical electrical sounding measurements: Environ Geol, 57, 571-581. Göktürkler G 2011, A hybrid approach for tomographic inversion of crosshole seismic first-arrival times: J.Geophys. Eng., 8, 99-108. Göktürkler G and Balkaya Ç 2012, Inversion of self-potential anomalies caused by simple- geometry bodies using global optimization algorithms: J.Geophys. Eng., 9, 498-507. Holland JH 1975, Adaptation in natural and artificial systems: an introductory analysis with applications to biology, control, and artificial intelligence: Ann Arbor, MI: University of Michigan Press. Karaboğa D 2011, Yapay Zeka Optimizasyon Algoritmaları. Nobel Yayıncılık Genişletilmiş 2. Basım, p231. Ankara. Kennedy J and Eberhart R 1995, Particle swai rm opt mization: In Proceedings of IEEE International Conference on Neural Networks (Piscataway: NJ), 1942-1948. Luke S 2009, Essentials of Metaheuristics (Lulu) p233 Available free at http://cs.gmu.edu/~sean/book/metaheuristics/ Poli R, Kennedy J and Blackwell T 2007, Particle swarm optimization: an overview Swarm Intell., 1, 33–57. Shi Y and Eberhart RC 1998, Parameter selection in particle swarm optimization Proc. 7th Int. Conf. on Evolutionary Programming VII (New York), 591–600.

43 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne L. Bilgili, G. Göktürkler

Şekil 1 Gürültü eklenmiş yapay veri seti için PSO ile elde edilen sonuçlar (Niter: iterasyon sayısı, Itmax: maksimum iterasyon, Np: popülasyon sayısı)

Şekil 2 DES verisi (Balkaya vd 2009) için GA ile elde edilen sonuçlar (Niter: iterasyon sayısı, Ps: popülasyon sayısı, Ng: kuşak sayısı, Pc: çaprazlama olasılığı, Pm: mutasyon olasılığı)

44 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne U. Kaynak, H. Bora, A.S. Gürsoy, F. A. Zengin

S11 UYGULAMALI JEOFİZİK İÇİN BİR GENEL MAKSAT BİLGİSAYAR PROGRAMI A GENERAL PURPOSE COMPUTER PROGRAMME FOR APPLIED GEOPHYSICS

Uğur Kaynak1, Hande Bora2, A.Sinan Gürsoy3, Fazlı A. Zengin2

Posta Adresi: 1 64-Ada, Kamelya-2 Sitesi E24/3, Ataşehir, İstanbul. [email protected] 2 Denge Ltd. Ümraniye Çakmak-İstanbul. [email protected], [email protected] 3 Dudullu Organize Sanayi Bölgesi KOSGEB Ümraniye-İstanbul. [email protected]. E-Posta: [email protected]

ÖZ

Makale birinci yazarınca kodlanıp sunulan program aşamaları, Windows altında tek tuşla erişilmekte olan, Windows XP, Windows-7, Vista, Windows-8 ve daha üst versiyonlarda çalışan Mattrix adlı yazılıma aittir. Açılışta en çok 12x20 grid’li her türden arazi uygulamalarının veri girişinin yapıldığı kutular şablonu yer almaktadır. Bütün kutuların doldurulması zorunluluğu olmadığından, kullanıcılar rastgele biçemli verileri de girebilirler. Eğer çalışma sahası, giriş penceresinin kapasitesini aşarsa, yazılımdaki eşik değer uygulama yetisi yardımı ile parçalı veriler sorunsuz olarak birbirlerine eklenebilirler. Bu grafik Program ; Fincan Birikim Hatası Düzgünlemesi, Eğim Düzgünlemesi, Mola Düzgünlemesi, Günlük Değişim Etkisi Düzgünlemesi, Elektrod altı Difüzyon Potansiyeli Değişimi Düzgünlemesi, Travers Bazında Düzgünleme, Alan Bazında Düzgünleme, Magnetik Körfez-Çengel-Dirsek Düzgünlemeleri, Baz Kapanım Hatası Düzgünlemesi, “Y” Doğrultusunda Genişleme ve Daralma, “X” Doğrultusunda Uzama ve Kısalma, Artı ve Eksi Yönde Azimutal Dönme, Yeniden Katı Düzeyleme, Tek Veri Düzgünlemesi gibi birçok işlemi yapabilmektedir. Açıkça görüldüğü gibi, Uygulamalı Jeofizik Dünyasında bu tipte bir uygulayıcıya ciddi boyutlarda gereksinim vardır.

ABSTRACT

The running steps of the presented program named Mattrix, coded by first author of this article is a stand alone file and runs under Windows Operation Systems including Windows XP, Windows-7, Vista, Windows-8 and developed editions. In the opening window, there is a data input boxes pattern, designed for 12x20 for all kind of grid area application. It is not forced to fill all of the boxes but one can fill them in random shape. If the working area large then the input window capacity, then the thresh hold ability of the program can be merged them to the each other, in free of trouble. This Graphic Program can be done a lot of processes such as Pot Accumulation Correction, Trend Correction, Take a Break Correction, Diurnal Effect Correction, Diffusion Difference Effect Correction Beneath Each Electrodes, Traverse Based Correction, Field Based Correction, Magnetic Bay-Hook-Crochet Corrections, Base Loop Closing Error Correction, Expanding and Squeezing in “Y” Direction, Expanding and Squeezing in “X” Direction, Plus – Minus Azimuthally Rotation, Rigidly took a new Elevation, Single Datum Correction…It is clear that there is a seriously demand such as this type of tool in the Applied Geophysics World.

Anahtar Kelimeler: Düzgünleyici, Uçlaştırıcı, Baz Kapatıcı, Haritalayıcı Key Words: Corrector, Polarizator, Base Loop Closer, Mapper

45 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne U. Kaynak, H. Bora, A.S. Gürsoy, F. A. Zengin

GİRİŞ

Makalenin başlığı, alışılmışın dışında daha geniş kapsamlı olarak seçilip bir genelleme yapılabilirdi. Kaldı ki herhangi bir kapsamlı başlık da yazılımın özelliklerini ve yeteneklerini tam olarak karşılayamamaktadır. Makalede kullanılan ölçüler, zorluk derecesi çok yüksek, anomali kontrastı çok düşük bir araziden, makalenin 2., 3., ve 4. yazarları tarafından alınmış ve raporlamanın değerlendirme-yorumlama aşamalarında kullanılmıştır.

TANITIM

Makalenin konusu “Uygulamalı Jeofizik İçin Bir Genel Maksat Yazılımı”nın tanıtımıdır. Yazılım çalıştırıldığında, doğrudan bir veri giriş penceresi açılmaktadır. Yazılımın “asıl” amacı, rekabet gücü düşük Türk Firmalarının şansını arttırarak, yurt dışından gelen Jeofizik firmalarının, büyük maden arama projelerini almasına karşı önlem olarak da düşünülebilir. Böylece bu yazılımı kullanan bütün yerli firmalar, değerlendirme-yorumlama aşamasında, uluslararası firmalarla, “Firmaya Özel Donanım” bakımından eşit ve belki de daha etkin duruma gelebileceklerdir. Şekil-1 ‘de gerekli düzgünlemeler yapılmış bir Anomali Blok Diyagramı gösterilmiştir. Ham veriler, yazılıma “Karelasyon Açılımı” (Spread Sheet) formatında girilir. Arazi verisi Şekil-1’deki gibi asimetrik dahi olabilir. Yazılım bu asimetriyi kabul etmektedir. “Veri işlem penceresi”nde yer alan komut çubuğu’nun ve pull-down menu’lerin işlevleri Şekil-2’de ve Şekil-3’te özetlenmiştir. Ancak veri işlemin bütün özelliklerini ve yeteneklerini açıklamak, makalede çok yer kaplayacağından dolayı, bu komut işlevlerinin denenerek öğrenilmesi son kullanıcılara bırakılmıştır. Yazılım, Doğal Uçlaşma, Kaydırma Rezistivite (Arkeojeofizik), Jeotermal için yüzey sıcaklığı ve Magnetik çalışmalarda başarı ile uygulanmıştır.

Şekil-1 Asimetrik Karelasyon Verilerinin; Düzgünlenmiş, Polarlanmış, Kuzeye Yönlendirilmiş Anomali Blok Diyagram Örneği

46 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne U. Kaynak, H. Bora, A.S. Gürsoy, F. A. Zengin

Şekil-2 Veri İşlem Penceresindeki Komut Çubuğu İşlevcileri ve İşlevleri.

Şekil-3 Veri İşlem Penceresindeki “Kimi” Pull Down Menu İşlevcileri ve İşlevleri.

Şekil-4’teki ham veri grafiği incelendiğinde, sahadan abartılı bir magnetik anomali alındığı görülür. Ham verinin renk farkları, satır ve sütunların ayırımını ve satırların birbirine hangi tertipte eklendiğini belirtir. Bütün sütun uzunluklarının birbirine eşit olması gerekmez. Bu uzunluk, arazi şartlarına göre değişiklik gösterebilir. Şekil-4’teki veri işlem penceresinde, dört adet tek boyutlu çift eksenli grafik kafesinden üçü yer almaktadır. Eksenler, artı X yönünde uzunluk ve artı Y yönünde büyüklük gösterirler. Ayrıca en altta bir adet tek boyutlu üç eksenli, “Pole Axle” adı verilen bir grafik ekseni daha yer almaktadır. Pole Axle grafiğinde eksenler +büyüklük, -büyüklük ve uzunluk eksenleri olup, büyüklük eksenleri çizilmemiştir. Düzgünlemeler ikinci ve üçüncü grafiklerde uygulanmaktadır. Bu düzgünlemeler; işaretleme, yuvarlatma, parçalı göçertme, topyekun göçertme, eğim düzgünleme, tek nokta düzgünlemesi, merdiven biçimli düzgünleme, hiperbolik düzgünleme, özel pot düzgünlemesi, baz kapama işlemi, günlük değişim düzgünlemesi… gibi işlemleri içerir. Örnek olarak işleme alınan veriler, Güneş kaynaklı yüklü parçacık fırtınası olan bir günde alınmış abartılı magnetik ham veriler olup, bu verinin ham grafiğine bakıldığında, iki adet Magnetik Körfez,

47 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne U. Kaynak, H. Bora, A.S. Gürsoy, F. A. Zengin

üç adet Magnetik Çengel ve bir adet Magnetik Dirsek görülmektedir. Bu fenomenlerin uluslararası adlandırılması literatürde Magnetic Bay, Magnetic Hook, Magnetic Crochet olarak bilinir. Şekil-4’de görülen körfezler, standart sapmanın kontrolünde “üçlü kayan ortalama”ya alınsalar bile, varlıklarını koruyacak kadar iri boyutludurlar. Bu nedenle Şekil-4’deki körfez bastırmaları, otomatik yuvarlatma yapmadan önce “Eşik Değer Düzgünleme Operatörü” ile yapılmıştır. Çengeller “beşli kayan ortalama” operatörü ile düzgünlenebilirlerdi, ancak bu kez de (rejyonal etkide sakıncası olmayan işlem,) çengelin yanında rezidüel etkiye de müdahale edeceğinden, üçlü kayan ortalamadan daha büyük adımlı kayan ortalama operatörü yazılıma alınmamıştır. Çengellerden kurtulmak için tek nokta düzgünleme işlemi de çoğu kez yeterli olmaktadır. (Şekil-4)

Şekil-4 Güneş Kaynaklı Yüklü Parçacık Fırtınası Olan Bir Günde Alınmış Abartılı Ham Veri Örneği

Bilindiği gibi Baz’a son dönüş yaparak Lup Kapama Düzgünlemesi, özellikle zamana bağlı olarak ölçü alınan Gravite , Magnetik ve Doğal Uçlaşma çalışmalarında geçerlidir. Serbest Hava, Enlem ve Topografya (Terrain) Düzgünlemesi yapıldıktan sonra, ham gravite verilerine de MATTRIX kullanarak “Baz’da Lup Kapama Düzgünlemesi” uygulanabilir. Magnetikte ise (Torsion Ribbon dışında) alet drift’i söz konusu olmadığından, yine zamana bağlı olarak alınan, Güneş’ten kaynaklanan Magnetikte ve Doğal Uçlaşmadaki “Günlük Değişim Hatası” (Hiperbolik Düzgünleme ile) ve ölçümlere uzunca bir süre ara vermekten kaynaklanan “Mola Hatası” (Eşik Değer Düzgünlemesi ile) düzgünlendikten sonra, çalışma sahasının boyutuna bağlı olarak gelişen “İnklinasyon-Deklinasyon etkisi” ve/veya ne tür olursa olsun NRM’den kaynaklanan “Bileşke Lineer Trend”, MATTRIX ile düzgünlenir. Aynı etki Doğal Uçlaşma verileri için de geçerlidir. Ancak bu kez Lup Kapanım Etkisini uygulamak için, günlük değişim hatası, fincan birikim hatası, mola hatası, hatta elektrod altı difüzyon saçılımı hatası düzgünlendikten sonra geriye kalan “ ± Lineer Trend”, Lup Kapatarak MATTRIX ile düzgünlenebilir. Bu aşamada internette QuikGrid adlı, ücretsiz kullanıma sunulan bir haritalama programından yararlanılmıştır. Beklentilerin üzerinde bir yeterlilik gösteren bu yazılım sayesinde MATTRIX’in düzgünlenmiş ve uçlaştırılmış verileri bir anlam kazanmaktadır. Şekil-5’teki blok diyagram ilk bakışta bir yüzeyleyici (surfer) yazılımın çıktısı gibi durmaktadır. Bu blok diyagram bir yüzey topgrafyasının görüntüsü değildir. Varsayılabilir ki bu veriler bir doğal uçlaşma verileri, ya da magnetometreyi (veya prob’unu) yere oturtarak alınmış magnetik karelasyon verileri olsun. Bu durumda, Şekildeki blok diyagram, “sığ yer altına ait kabartılı kat haritası” olacaktır.

SONUÇ Makale birinci yazarının, meslek hayatı boyunca arazide yapmış olduğu yüzlerce çalışmadan her biri, bu makalede uygulanan düzgünlemelerin masa başında uygulanabilir olanlarından geçirilmiştir. Masa başında olanaklar kısıtlıdır. Bu yazılımın yapabildiği döndürme, genişletme, daraltma,

48 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne U. Kaynak, H. Bora, A.S. Gürsoy, F. A. Zengin uzatma, kısaltma gibi işlemleri, ofiste, masa başında el becerisi ile uygulamak, çok uzun uğraşları ve zaman harcamayı gerektirir.

Şekil-5 Anomali Blok Diyagramı

Ancak yine de her çalışmada, özellikle Doğal Uçlaşmada fincan birikim, Magnetikte günlük değişim, her ikisinde mola ve trend düzgünlemeleri mutlaka yapılmıştır. Eğer aynı sahada hem Doğal Uçlaşma, hem de Magnetik uygulanmışsa, bütün bu düzgünlemelerin üstüne bir de dalım açısı (inklinasyon) düzgünlemesi gerekebilmektedir. Türkiye’de genel olarak Doğal Uçlaşmanın ve Magnetik Ölçümlerin, hiçbir düzgünleme yapılmadan değerlendirildiği gözlemlenmiştir. Bu makalenin ayrıntılı versiyonunda, 15 adet düzgünleme işlemi örneklenmektedir. Önemle belirtmek isteriz ki, bütün yer altı suyu aramalarında ve endüstriyel ham madde aramalarında, şaşmaz bir doğrulukla, düzgünlenmiş Magnetikle, düzgünlenmiş Doğal Uçlaşma verileri çakışmaktadır. Ancak buna karşılık, maden sahalarında doğal uçlaşmada, baskın olan mineralizasyon potansiyelinin maden yatağından biçimsel olarak bağımsız olması, demir şapkanın maskeleme etkisi, yan-taşın geometrisinin karmaşıklığı gibi nedenlerle, kimi maden sahalarında bu benzeşim oluşmamaktadır. Yine de her iki yöntem üst üste kullanıldığında, maden sahalarında da başarılı sonuçlar alınabilmektedir. Örneğin benzeşmeme durumda da, eğer asimetrinin nedenleri saptanabilirse, bu kez de değerli ek bilgilere ulaşılması olasıdır.

KAYNAKLAR REEVES, C.V. And MacLEOD, I.N., 1986, A Standard Structure For Geophysical Data Files On Popular Microcomputers, First Brake, Vol 4,

TELFORD, W. M., GELDARD, L. P., SHERIFF, R. E. and KEYS, D. A., 1981, Applied Geophysics, Cambridge University Press.London.

DOBRIN, Milton,B., 1960, İntroduction to Geophysical Prospecting, McGraw Hill Book, Toronto. PARASNIS, D.,S., Mining Geophysics, Second Edition, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam.

De WITTE, L., 1948, A New Method of Interpretation of Self Potential Field Data, Geophysics v.13 p.600-608.

49 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne U. Kaynak, H. Bora, A.S. Gürsoy, F. A. Zengin

KNUTH, E. AND WAGNER, L.M. 1992., Visual Database Systems: North Holland.

GUPTILL, A. AND STONEBRAKER, M., 1992. The Sequoia 2000 Approach to Managing Large Spatial Object Databases, in Proc. 5th Int’l. Symposium on Spatial Data Handling, 642-651, Charleston, S.C.

KAYNAK,U., 2011, Bir Karelasyon’un Köşelerinde Veya Merkezlerinde, Genellikle Arkeojeofizik Amaçlı Alınan Tüm Potansiyel Kaynaklı Düzgünlenmiş Ölçülerin, Alan Bazında Veya Travers Bazında Polarlanması Ve Bu Verilerin Aynı Karelasyona Atanması, Üçüncü Yerelektrik Çalıştayı,A.Ü.Ilgaz Tesisleri.

KAYNAK,U., 2000, Yer Altı Suyu Aramalarında Doğal Elektrik Gerilim Yöntemi, Nart Yayıncılık, Kadıköy, İstanbul.

KAYNAK,U.,2009, Ekonomik Jeofizikte Özel Yöntemler, TMMOB Jf.Müh.Odası Yayınları No.12.

50 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Kaplanvural, E. Erkul, D. Wilker, T. Wunderlich, E. Pekşen

S12 Bozuşmuş Kumtaşı Kolonunda Yer Radarı Çalışması

GPR Study at a Weathered Column of Sand Stone

İsmail KAPLANVURAL1 ,Ercan ERKUL2,Dennis WILKER2, Tina WUNDERLICH2 , Ertan PEKŞEN1

Posta Adresi: 1 Kocaeli Üniversitesi, Müh. Fak. A Blok, Jeofizik Mühendisliği Böl. Umuttepe Kampüsü, Kocaeli 2 Institute of Geosciences, Dept. of Geophysics, Christian-Albrechts University, Kiel Germany E-posta: [email protected]

ÖZ Almanya’nın Enkenbach-Alsenborn bölgesinde bulunan bir kilisenin kolonlarına yer radarı yöntem, uygulanmıştır. Uygulamanın amacı kolonlardaki bozuşma bölgelerinin saptanmasıdır. Çalışmada bozuşma bölgesine bağlı yer radarı anomalileri tespit edilmiştir. Tespit edilen anomalilerden yola çıkarak 2-B sonlu farklar yöntemi ile modelleme çalışmaları yapılmıştır. Modelleme çalışmaları sonucunda bozuşma bölgelerinin fiziksel özellikleri de tespit edilmiştir. Yer radarı yönteminden elde edilen sonuçlar uygulanan bir diğer yöntem olan termografi ölçümleri ile karşılaştırılmış ve bozuşma bölgesinin yer radarı anomalilerine etkisi araştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Yer radarı, bozuşma, modelleme, termografi

ABSTRACT Ground Penetrating Radar (GPR) was conducted on church’s interior columns. The monastic church is located In Enkenbach-Alsenborg, Germany. The aim of the study was to detect probable weathering products of the columns. GPR anomalies were observed on the radargrams causing by weathered zones. 2D FDTD modeling result was compared with the physical properties of weathered zone. Infrared thermography was also applied as a second method to the columns. The results of GPR and thermography measurements were compared and the interesting anomalies caused by weathered zones were determined.

Keywords: Ground Penetrating Radar, weathering, modelling, thermography

GİRİŞ

Tarihi binaların yer radarı yöntemi ile tahribatsız incelenmesi son zamanlarda oldukça artmaktadır (Nuzzo vd 2010, Orlando ve Slob 2009, Leucci vd 2007). Almanya’nın Kaiserslautern bölgesinin 10 km kuzey doğusunda bulunan Enkenbach-Alsenborg bölgesindeki kilise kolonlarındaki muhtemel bozuşma bölgelerinin tespiti için yer radarı yöntemi uygulanmıştır. Kilise 1272 yılında inşa edilmiş olup, inşa malzemesi kumtaşıdır. Bu kum taşının porozitesi %12 olup, dayanımı ise 40-45 N/mm2 olarak ölçülmüştür. Yer radarı yöntemine ek olarak termografi ölçümleri de yapılmıştır. Yer radarı anomalilerinden yola çıkılarak yorumlamayı kolaylaştırmak amacı ile 2B sonlu farklar yöntemi ile modelleme çalışması da yapılmıştır.

51 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Kaplanvural, E. Erkul, D. Wilker, T. Wunderlich, E. Pekşen

ÖLÇÜMLER

Yer radarı ölçümleri için GSSI firmasına ait SIR-20 cihazı ve 1.6 GHZ’lik kapalı anten kullanılmıştır. Kolonlar üzerinde dikey profiller ölçülmüş olup, profil uzunlukları 2m’dir. Kolon üzerinde profiller arası mesafe ise 5cm’dir. Profiller içindeki izler arası mesafe ise 1cm’dir. Elde edilen radargramlarda kolonun alt kısmında EM dalganın sönümlendiği görülmektedir. Aynı zamanda kolonun içinde bir çatlak bölgesi tespit edilmiştir (Şekil.1).

2B Sonlu Farklar ile Modelleme

EM dalganın kolon içinde yayınımını incelemek amacı ile 2B sonlu farklar yöntemi ile modelleme çalışması yapılmıştır (Irving 2006). Farklı etken parametreler (dielektrik sabiti, iletkenlik, manyetik geçirgenlik) kolonun içi ve dışı için seçilip radargramdaki yansımalar anlaşılmaya çalışılmıştır. Burada ilgilenilen bozuşma bölgesi için girilen model parametreleri ve hesaplanan radargram Şekil 2’de verilmektedir. Burada, kolon çapı üst kısmına doğru azalan bir yapı olduğundan radargramda eğimli bir kum taşı olarak girilmiş ve hava tabakası da kumtaşı tabakasının altında seçilerek modelleme çalışması yapılmıştır.

SONUÇLAR

Yer radarı yöntemi tarihi bir yapının kolonunda bozuşma bölgesinin tespit edilmesi için başarı ile uygulanmıştır. Kolonun arka tarafından gelen yansımadaki yüksek soğrulma kolonun üst taraflarına doğru azalmakta olup, kolonun alt tarafında tuz içeriğinin fazla olmasından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Yüksek soğrulmanın gözlemlendiği ve gözlemlenmediği yerlerden seçilen iki noktada yapılan termografi ölçümlerinde de farklı ısınma ve soğuma değerleri yer radarı yöntemi ile elde edilen sonuçlara katkı sağlamaktadır.

TEŞEKKÜR

Bu çalışmada veri işlem programını bize sağladığı için Dr. Harald Stümpel’e teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Nuzzo L Calia A Liberatore D Masini N Rizzo E 2010, Integration of ground-penetrating radar, ultrasonic tests and infrared termography for the analysis of a precious medieval rose window, Advances in Geosciences, 24, 69–82

Orlando L and Slob E 2009, Using multicomponent GPR to monitor cracks in a historical building. Journal of Applied Geophysics, 67, 327–334

Leucci G, Cataldo R, De Nunzio G 2007, Assessment of fractures in some coulumns inside the crypt of the Cattedrale di Otranto using integrated geophysical methods, Journal of Archaeological Science 34, 222-232

Irving JD, Knight, R 2006, Numerical modeling of ground-penetrating radar in 2-D using MATLAB, Computers & Geosciences 32, 1247–1258

52 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Kaplanvural, E. Erkul, D. Wilker, T. Wunderlich, E. Pekşen

Şekil 1 a) Kilise kolonu ve ölçümler , b) 2.9 – 7ns arasındaki zaman dilimi, b) P9 ve P21 profillerine ait radargramlar.

53 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Kaplanvural, E. Erkul, D. Wilker, T. Wunderlich, E. Pekşen

Şekil 2 a) 2B Sonlu Farklar ile modelleme için giriş modeli, b) Modelleme sonucu, c,d,e) 1.5, 5.5 ve 10ns’de elektromanyetik dalganın model içindeki davranışı.

54 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu

S13 GPR Yöntemi ile Tarihsel Yapıların Temel Altyapısının ve Duraylılık Problemlerinin Görüntülenmesi

Monitoring of the Base Infrastructures and Safety Problems of the Historical Buildings With GPR Method

Selma Kadıoğlu1,2

Posta Adresi: 1Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Ankara 2Ankara Üniversitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi (YEBİM), Ankara.

E-Posta: [email protected]

ÖZ

Tarihi Kültürel Miraslarını yönetme ve koruma çalışmalarında görüntüleme yöntemleri giderek daha önemli hale gelmiştir. Bu çerçevede saray, tapınak, türbe, kilise, camii vb. tarihi mirasların temeline ait yapılarının GPR yöntemi ile görüntülenmesi ve temel altındaki olası kırık, boşluk gibi duraylılık problemlerinin ve varsa arkeolojik yapı kalıntılarının görüntülenmesi önemli bir uygulama haline gelmiştir.

Türkiye tarihi kültürel varlıklarını koruma yolunda son yıllarda önemli adımlar atmış,e sady ec urt içi değil yurt dışında da tarihi miraslarımızı koruma amaçlı çalışmalara destek çalışmalarını hızlandırmıştır. Tarihi varlıklarımızı koruma amaçlı yapılan çalışmalar kapsamında yıkıcı etkisi olmayan GPR yöntemi ile Yurt içi ve yurt dışında yaptığımız çalışmalarımızdan örnekler vererek, iki boyutlu (2B) profil kesitleri, üç boyutlu (3B) derinlik düzlemleri ve saydam 3B derinlik dilimleri görüntüleme ile yöntemin etkinliği ortaya konulmuştur.

ABSTRACT

Use of monitoring tools become es and m or more relevant in order to properly drive the management and conservation procedures. In this framework, visualization of the foundational infrastructures of the base of the historical cultural heritages such as palace, temple, tomb, church, mosque etc. and determination of their safety problems such as fractures, cavities under their base have been done an important application.

Turkey has conservation and management studies increased of the historical heritages which are not only inside but also outside of Turkey recently. In this study, we presented some application samples including conservation and safety management aimed studies of the historical heritages, both inside and outside of Turkey, with non-destructive GPR method; and we indicated how the effect of the method is, by 2D profile sections, 3D depth slices and their transparent 3D depth volumes.

Anahtar Kelimeler:i Tar hsel varlıklar, temel yapıları, GPR, radargram, derinlik düzlemleri, Saydam 3B GPR veri hacmi Key Words: Historical heritages, base structures, GPR, radargram, depth slices, transparent 3D GPR data volume.

55 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu GİRİŞ

Geçmişimizi belgeleyen tarihsel yapıların onarım çalışmaları, orijinal yapılarına uygun olarak yapılmaya çalışılmasının yanı sıra, günümüzde yapının duraylılığını etkileyen problemlerin nedenlerinin belirlenmesi ve ona göre sorunların giderilmesi ulusal projelerin birçoğunda ve uluslararası projelerde birinci öncelikte yer almaktadır. Kısacası tarihi yapıların korunmasında temel zemin araştırmaları önemli bir boyut kazanmıştır. Bu anlamda tarihsel mirasların temel yapı özelliklerinin belirlenmesi, yapı altı kırıkların ve buna benzerek sür sizlik sorunlarının araştırılması birinci önceliklidir (Kadıoğlu ve Kadıoğlu, 2009, Kadıoğlu 2013, Kadıoğlu ve diğ. 2013). Bunun yanında yapı altında başka yapı varlıklarının araştırılması da oldukça önemli hale gelmiştir (Kadıoğlu 2010, Kadıoğlu ve diğ. 2011, Masini ve diğ., 2011). GPR yöntemi yapılar üzerinde yıkıcı etki bırakmadan veri toplanmasını sağlayan, santimetre bazında duyarlılıkla yapı içini görüntüleme yeteneğine sahip bir yöntemdir. 2B radargramlar, 3B GPR derinliki düzlemler ve derinlik dilimleri kullanılarak yapı içinin ayrıntılarını ortaya koymak mümkündür (Kadıoğlu 2010, Kadıoğlu ve diğ. 2011, Kadıoğlu ve Kadıoğlu 2012, Kadıoğlu ve diğ. 2013).

Çaı lışmalar mızdan sunduğumuz örnekler yöntemin hassasiyetinin ve yeteneklerinin ortaya konulmasında uluslararası örnek teşkil etmektedir (Kadıoğlu ve diğ. 2011, Kadıoğlu 2013, Kadıoğlu ve diğ., 2013). Bu konuda İzmir-Milet İlyas Bey Camii içinde yapılan GPR çalışmamız ile birlikte diğer koruma çalışmalarını içeren uluslararası kitap "Conservation" alanında 2012 ödülünü kazanmıştır (European Union Prize For Cultural Heritage / Europa Nostra Awards2012,http://www.europanostra.org/awards/80/?pagename=projects&id=80/) (Kadıoğlu ve Kadıoğlu 2012).

GPR VERİLERİNİN TOPLANMASI, İŞLENMESİ VE GÖRÜNTÜLENMESİ

Tarihsel yapıların temelini görüntülemede ilk 3.0 -4.0 m derinlik seviyesi hedef alınmış ise 400-600 MHz aralığında merkez frekansına sahip kapalı antenler kullanılması uygundur. Ancak daha derin yapı varlıklarının araştırılmasında 200-300 MHz aralığında merkez frekanslı antenler kullanılması önerilir. Veriler çalışma alanında 0.2- 1.0 m arasında değişen paralel profiller üzerinde alınmalıdır. GPR verileri işlendikten sonra öncelikle o2Bfil kpr esitleri (radargramlar) irdelenmeli, sonra 3B görüntüleme teknikleri kullanılarak yapıların şekil, konum ve derinlikleri ortaya konulmalıdır. Görüntülemenin başarısı doğru veri-işleme bağlıdır. Görüntüleme işleminde genlik-renk ölçeğindeki renklere göre pozitif polariteyi takip etmek daha uygundur. Burada İzmir-Milet İlyas Bey Camii (Şekil 1) duvarlarındaki kırıkların nedenlerini araştırmak ve temek özelliklerini ortaya koymak amacıyla yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen ve yorumlanan radargramlar, (Şekil 2) derinlik düzlemleri (Şekil 3) ve saydam derinlik dilimleri (Şekil 4) ile camii altındaki gömülü kırık hattı, kırık tipi ortaya konulmuştur. Yine temelinde kullanılan iç içe geçirilmiş yatayda dikdörtgen şekilli kalın odun kalasları ve kuvvetlendirici olarak bu kalaslara bağlanmış düşey odun sütunlar görüntülenmiştir.

Şekil 1. Milet-İlyas Bey Camii konum haritası ve cami planı üzerinde GPR profilleri konumu.

56 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu

Şekil 2. İlyas Bey Camii içi Kuzey bölümdeki GPR profillerine ait radargramlar ve üzerinde belirlenen düşey ve eğimli kırıklar, temeli destekleyen düşey kolonlar (kazıklar).

Şekil 3. İlyas Bey Camii temeline ait GPR derinlik düzlemleri ve düzlemler üzerinde gözlenen Doğu-Batı doğrultulu iç içe geçmeli dikdörtgen şekilli odun kalaslar.

57 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu

SONUÇLAR

Tarihi kültürel mirasları koruma çalışmalarında GPR yönteminin kullanılması hem tarihe hem de tarihi mimariye ışık tutmaktadır. Tarihi kültürel mirasların özelliklerinin ortaya çıkarılmasında önemli rol oynaması tesadüf değildir. Öncelikle veri toplama sırasında yıkıcı olmaması ve hızlı veri toplanması yöntemin en önemli avantajlarından biridir. GPR görüntüleme tekniklerinin "cm" bazında değişimlerin görüntülenmesini sağlaması yöntemin diğer en önemli avantajıdır. Bununla birlikte yapı temelini görüntülemek ve umlamak yor için bi r, iki profil verisinin yetmeyeceğini söylemek gerekir.

Şekil 4. İlyas Bey Camii temeline ait 0.5-1.0 m ve 0.8-1.50 m derinlikler arasındaki saydam GPR derinlik dilimleri ve belirlenen Doğu-Batı doğrultulu iç içe geçmeli odun kalasların durumları.

KAYNAKLAR

Kadioglu, S., 2010. Definition of Buried Archaeological Remains with a New 3D Visualization Technique of Ground Penetrating Radar Data Set in Temple Augustus in Ankara-Turkey,Near Surface Geophysics, Special Issue on GPR in Archaeology, vol. 8, No. 5, 397-406. 2010. Kadioglu, S., Kadioglu Y.K and Akyol, A.A., 2011. Monitoring Buried Remains with Transparent 3D Half Bird’s Eye View of Ground Penetrating Radar Data in the Zeynel Bey Tomb in the Ancient City of Hasankeyf - Turkey, J. Geophys. Eng. Special Issue on Cultural Heritage, vol. 8, S61-S75. Kadıoğlu, S. and Kadıoğlu Y. K., 2012. Ground Penetrating Radar Work in the İlyas Bey Mosque (İzmir Milet-İlyas Bey Camii ve Çevresinde Yapılan Jeofizik Yer Radarı Çalışmaları), Turkish- English p. 223-231. MAS Matbaacılık A.Ş., Special Book on Balat İlyas Bey Complex History, Architecture, Restoration. Editors: Tanman, M. B., Elbirlik, L. K., ISBN: 978-605-62551-0-6. (Uluslararası Kültürel Mirasları Koruma Birliğinin Conservation alanında 2012 ödülünü kazandı) ″European Union Prize For Cultural Heritage / Europa Nostra Awards 2012, http://www.europanostra.org/awards/80/?pagename=projects&id=80/ Kadioglu, S., Kadioglu, Y.K., Saldovieri, F., Capatano, I., 2013. Ground penetrating radar and microwave tomography for safety management of a cultural heritage site: Miletos Ilyas Bey Mosque (Turkey). Journal of Geophysics and Engineering, Specıal Sectıon: Safety Issues In Cultural Heritage And Critical Infrastructures Management, doi:10.1088/1742- 2132/10/6/064007, vol. 10, no.6, December 2013. Kadioglu, S., 2013. "Transparent 2d/3d Half Bird’s-Eye View of Ground Penetrating Radar Data Set in Archaeology and Cultural Heritage". InTech - Open Access Publisher, Imaging and Radioanalytical Techniques in Interdisciplinary Research -Fundamentals and Cutting Edge Applications, ISBN 978-953-51-1033-0, edited by Faycal Kharfi, Section 5, http://www.intechopen.com/articles/show/title/transparent-2d-3d-half-bird-s-eye-view-of- ground-penetrating-radar-data-set-in-archaeology-and-cultu

58 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Efeoğlu, M. Tekbaş, B. Türetken

S14 Frekans Adımlı Yere Nüfüz Eden Radar (SFGPR) verilerinin Görüntü İşleme Teknikleriyle İyileştirilmesi

Stepped-Frequency Ground Penetrating Radar (SFGPR) Data Reconstruction by Image processing

Ebru EFEOĞLU1, Mustafa TEKBAŞ2, Bahattin TÜRETKEN2,3

Posta Adresi : 1Kocaeli Universitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Kocaeli 2TÜBİTAK MAM ME MİLTAL,Gebze,Kocaeli 3TÜBİTAK BİLGEM

E-posta: [email protected]

ÖZ

Gün geçtikçe görüntü işlemeye olan ilgi artmakta ve görüntü işlemenin uygulama alanı genişlemektedir. Jeofizikte görüntü işleme teknikleri yeraltı yapı sınırlarının belirlenmesi amacıyla toplam manyetik alan haritaları ile gravite anomali haritalarına uygulanmaktadır. Bu çalışmada gömülü bir cismin bulunduğu kum havuzunda sfgpr kullanılarak veri toplanmış toplanan verilerden gömülü cismin bulunduğu derinlikteki yatay kesit görüntülerine görüntü işleme teknikleri uygulanarak görüntü iyileştirme çalışması yapılmıştır. Bu amaç doğrultusunda gömülü cisimlerin sınırlarının belirlenmesinin yanı sıra görüntüdeki gürültü ve bulanıklılığı gidermek ve çeşitli renk seçenekleriyle görselliği sağlamak için matlab programı tasarlanmıştır. Program farklı görüntü işleme algoritmalarının başarısını araştırmak için oldukça kullanışlıdır. Kullanılan programın başarılı sonuçları bu çalışmada sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Frekans Adımlı Yere Nüfüz Eden Radar, Görüntü işleme, Matlab

ABSTRACT

Nowadays image processing is getting increasingly popular and the image processing technique is finding new application areas. In geophysics can be applied to total magnetic anomaly maps and gravity maps for the detection of the subsurface structures.

Image processing techniques has been applied to the horizontal slice image at 8cm depth for the detection of buried metal object inside the sandy pool, using data obtained by the SFGPR system. For this reason a computational program is developed by using matlab software to detect the edge of the buried objects, as well as to reduce the noise and the blurriness of the image and to provide the different color viewing options. The designed software can be useful for the resechers to help them analyze the performances of the different algorithms for image processing. A part of the results, achieved using the package is presented in this work.

Keywords: Stepped-Frequency Ground Penetrating Radar (SFGPR), İmage processing, Matlab

59 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Efeoğlu, M. Tekbaş, B. Türetken

GİRİŞ

Dijital görüntü 1 ve 0’lardan oluşan sayısal değerlerden meydana gelen bir matris seklinde satır ve sütunlardan oluşur satır ve sütunların kesiştiği her noktaya pixel adı verilir. O piksel’deki değer ise derinlik (z) , renk(λ) ve zamanın(t) bir fonksiyonudur. Görüntü işleme konusunda önemli bir yere sahip olan alanlardan birisi de görüntülerin kalitelerinin artırılmasını sağlayan görüntü iyileştirme teknikleridir. Çeşitli nedenlerle üzerine gürültü eklenmiş, bulanıklaştırılmış ve kontrast ayarı bozulmuş olan görüntüler verinin yorumlanmasını zorlaştırır ve hatalı yorum yapılmasına neden olur. Bu bozucu etkilerin ortadan kaldırılması veya etkilerinin azaltılması gerekmektedir. Chan ve ark. (2005); kenar koruma yaklaşımını kullanarak görüntüdeki tuz-biber gürültüsünün etkisini median tipi filtrelerle azaltmak için bir çalışma yapmışlardır. Jiang ve Wang (2003); görüntü netleştirme algoritmalarından Blind Dekonvolüsyon Algoritmasını incelemişler ve Blind Dekonvolüsyon algoritmasının diğer algoritmalara göre avantajlarını ve dezavantajlarını belirtmişlerdir.

Kenar saptama algoritmalarını kullanarak farklı amaçlar için yapılmış bir çok çalışma bulunmaktadır. Jeofizik verilerine görüntü işleme tekniklerinden kenar belirlemeye yönelik çalışmalar özellikle potansiyel alan verilerinin analizi için uygulanmıştır. Kenar belirleme yöntemleri temel jeolojik kütle ve kütle grupların saptanması için gravite ve manyetik anomaly haritalarında kullanılmıştır. Timur ve Sarı 2010 da manyetik verilerine kenar belirleme işleçleri kullanarak 3- boyutlu ters çözümle ile modelleme çalışması yapılmıştır. Bal ve diğerleri manyetik anomali haritasına hough transform uygulayarak olası yeraltı yapı kenarları saptanmıştır. Bu çalışmada gömülü bir nesnenin belirlenmesi amaçlı Frekans adımlı yer radarı (SFGPR) ile elde edilmiş görüntüler üzerinde görüntüyü iyileşme çalışmaları tasarlanan matlab programıyla gerçekleştirilmiştir.

Veri Toplama ve İşleme

Bu yöntemde frekansı ardışık olarak artan bir dizi sinüs dalgaları gönderilir. İletilen sinyal, artan adım frekanslarının miktarından oluşmaktadır. Başlangıç frekansına F ve sabit artma frekansında 0 Δf olduğunda alınan dizideki n’ inci örneğin frekansı,

= 0 + = 0 … … . . 1 (1)

𝑛𝑛 Verici𝐹𝐹 𝐹𝐹 anten𝑛𝑛∆𝑓𝑓 tarafından gönderilen𝑛𝑛 her𝑀𝑀 bir − frekansın yanıtının fazı ve genliğini ifade edecek bicimde asagıdakı gibi verilir.

( ) = (2) −𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑖𝑖 Radarın𝑋𝑋 𝑖𝑖 𝐴𝐴 ölçüm𝑒𝑒 mesafesi,

= /(2 ) (3)

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑅𝑅formülüyle𝑐𝑐 verilir.∆𝑓𝑓 Burada c boşluktaki ışık hızıdır. Radarın ölçüm mesafesi olduğu gibi birde ölçüm çözünürlüğü vardır. Ölçüm çözünürlüğü cisimlerin tanınmaları için birbirleri arasındaki en az mesafe olarak tanımlanır ve

= /(2 ) bağıntısı ile verilir. (4)

Bu,∆𝑅𝑅 her𝑐𝑐 bir𝑁𝑁∆𝑓𝑓 frekanstaki ölçüm verisinden ölçüm profiline geçiş ters Fourier dönüşümü ile yapılır.

60 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Efeoğlu, M. Tekbaş, B. Türetken

1 1 ( ) = _0 [2 / ] (5) 𝑛𝑛− 𝐻𝐻 𝑖𝑖 𝑛𝑛 ∑𝑖𝑖 𝑋𝑋𝑖𝑖 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋 𝑁𝑁 = ( 2 0 / ) + (6) = (7) 𝑋𝑋 −𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝜋𝜋𝑛𝑛𝑅𝑅𝑥𝑥 ∆𝑓𝑓 𝑐𝑐 𝑙𝑙 𝑖𝑖 𝜋𝜋𝑥𝑥 𝐻𝐻 �𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑛𝑛 � mesafe karakteristigi şeklinde hesaplanır. Boylelikle hedefin derinlik bilgisi elde edilir, Veri toplama işlemi için kum havuzunda 8cm derinliğe 5x5x30cm boyutlarında bir metal gömülmüştür (Şekil1). Veriler Şekil 1’deki deney düzeneğiyle 2-3.75 GHz frekans aralığında her bir nokta için 32 adım frekansı kullanılarak toplanmıştır. 56cm uzunluğunda 0.0068 m aralıklarla 171 noktada y ekseni boyunca, 0.6m 0.015m aralıklarla 40 noktada x ekseni boyunca ölçüm verisi toplanmış ve kum yüzeyinin üstünde taranan alanı ifade eden x-y yüzeyinin farklı derinliklerdeki 2B yatay kesitleri oluşturulmuş elde edilen kesit görüntülerine tasarlanan program ile görüntü iyileştirme çalışmaları yapılmıştır. Görüntüdeki gürültüyü azaltmak amacıyla median filtresi uygulanmıştır. Median ile süzülmüş veriyi renkli skalaya çevirip negatif alma filtresi uygulanarak gömülü cisim tam olarak ortaya çıkarılmış son olarak canny kenar belirleme algoritmasıyla da yapının kenarları belirlenmiştir (Şekil 2). Program oldukça kullanışlı ve hızlı çalışmaktadır. Görüntüdeki gürültüyü azalmak için kullanıcıya mean, median hibrit median ve averaging filtreleme seçeneklerini sunarken bulanıklılığı azaltmak için ise Weiner, Lucky-Richardson ve Blind Deconvolution algoritmalarıyla işlem yapma imkanı tanıyor. Program ile kenar belirleme algoritmaları olarak Canny (1983), Sobel ve Feldman (1968), Prewitt (1970), Log ve Robert gibi algoritmaları uygulanabilmekte, görüntüye görsellik katmak için çeşitli renk seçenekleriyle contrast ve parlaklık ayarı yapılabilmektedir (Şekil 3).

SONUÇLAR

Yapılan çalışmayla frekans yer radarı verilerine görüntü işleme algoritmalarının uygulanabilirliği anlaşılmış tasarlanan program ile bu işlem hızlı ve kolay bir şekilde gerçekleştirilmiştir.İyileştirme çalışmaları için ilk olarak görüntüdeki tuz-biber gürültüsünü azaltmak hedeflenmiştir. Tasarlanan programda sunulan filtreleme teknikleri çalışmada kullanılan SFGPR görüntüsü için denenmiş ve uygulama sonucunda görüntüdeki gürültünün azaldığı fakat bulanıklaşmanın olduğu gözlenmiştir bu nedenle median filtreleme tekniğinin kullanılması uygun görülmüştür. Bulanıklaşmayı gidermek için uygulanan algoritmalar Filtreleme sonucunda oluşan bulanıklılığı gidermek için uygulanan algoritmalar kenarların bulanıklılığını giderdiği fakat yapı sınırlarını yok etmesi nedeniyle uygulanmamıştır. Bulanıklık vermeden gürültüyü süzen median filtresi uygulanmış görüntü daha sonra renkli görüntü formatına çevrilerek görüntüye negatif alma filtresi uygulandığında gömülü cismim tam olarak ortaya çıktığı ve cisim etrafındaki saçılmaların yok olduğu gözlenmiştir. Son olarak belirlenen yapı görüntüsüne canny kenar belirleme algoritması uygulandığında cismin kenarları belirlenmiş ve net bir görüntüye ulaşılmıştır.

TEŞEKKÜR

Veri toplamak için kullandığımız deney seti için MİLTAL labaratuvarına teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Bal OY, Aydoğan D, Yüksel AF, Kara İ, ve Atasoy YS 2010,Görüntü işleme teknikleri ile Filyos manyetikanomaly haritasından çizgiselliklerin Saptanması : Uygulamalı Yer Bilimleri, Sayı1‐2 1‐9

Canny J F, 1983. Finding edges and lines in images: MIT Artificial Intelligence Laboratory Technical Report, TR-720

61 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Efeoğlu, M. Tekbaş, B. Türetken

Chan RH, Ho CW, Nikolova M 2005, Salt-and-Pepper Noise Removal by Median- Type Noise Detectors and Detail-Preserving Regularization: IEEE Trans.on Img Processing, Vol. 14, No.10.

Jiang M,Wang G 2003, Development of Blind Image Deconvolution and Its Applications: Journal of X-Ray Science and Technology, Vol.11, pp.13–19.

Prewitt, JMS, 1970, Object enchancement and extraction in picture processing: Academic Press, New York, pp. 75-149

Sobel, I., and Feldman, G., 1968. A 3x3 isotropic gradient operator for image processing. John Wiley and Sons, New York.

TİMUR E., SARI C, 2010, Agora (Magnesia/Aydın) manyetik verilerinin kenar belirleme işleçleri ve 3-boyutlu ters çözümle Modellenmesi: Yerbilimleri Hacettepe Universitesi Yerbilimleri

Şekil1 Kullanılan Deney Seti

a) b) c) d)

Şekil 2 a) Gürültülü görüntü b) Median filtre uygulanmış görüntü c)Renkli formata çevrilmiş görüntü d) Negatif filtreleme uygulanmış görüntü e) Canny algoritması uygulanmış görüntü

62 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Efeoğlu, M. Tekbaş, B. Türetken

Şekil 3 Tasarlanan görüntü işleme matlab arayüz programı

63 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O. Teke

P1 2023 VİZYONU’ NDA JEOTERMAL ENERJİ ÇALIŞMALARINDA ELEKTROMANYETİK YÖNTEMLERİN KATKILARI

IN 2023 VISION: CONTRIBUTION OF ELECTROMAGNETIC METHODS IN GEOTHERMAL ENERGY EXPLORATIONS

Orkun TEKE1

Posta Adresi: 1 İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Gülbahçe Yerleşkesi Makine Mühendisliği Bölümü 35160 Urla İZMİR E-posta: [email protected]

ÖZ

Büyük ölçekte dünyamızın küçük ölçekte ülkemizin en büyük problemlerinden birisi olan “Küresel Isınma” probleminin çözümü adına ülkeler yenilenebilir enerji, yani temiz enerji yatırımlarını arttırmaya başlamışlardır. Bu bağlamda “Jeotermal Enerji” ülkemiz için çok önemli bir kaynak olmakla birlikte gelecek senaryolarında baş aktör olmaktadır. Jeotermal çalışmaları içinse jeofizik çalışmalara ihtiyaç duyulmakta ve verilmesi gereken önem ulusal ve uluslar arası çapta ortaya konmaya çalışılmaktadır. Bu çalışmanın amacı Türkiye’ nin 2023 Vizyonu’ nda Jeotermal enerji ve bu vizyonda jeofizik çalışmaların öneminin anlatılması olup, özellikle elektrik yöntemler detaylı olarak incelenmiştir. Çalışmanın giriş bölümünde jeotermal aramacılık ve sistemden bahsedilirken, ikinci bölümünde 2023 vizyonu ve bu vizyon içerisinde jeotermal enerji anlatılmış olup, üçüncü bölümde jeofizik yöntemlerden elektromanyetik yöntemlerin katkıları detaylı olarak aktarılmış ve dünyadan, ülkemizden örnekler sunulmuştur. Sonuç bölümünde ise genel bir değerlendirme yapılıp, bazı öneriler sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Küresel Isınma, Yenilenebilir Enerji, Jeotermal Enerji, Jeofizik, Elektromanyetik Yöntemler

ABSTRACT

Against the Global Warming problem that is problem for world in high scale and little scale for Turkey, Countries increases their investments about renewable energy that can be called clean energy. In this context, geothermal energy is really important for our country and this energy is one of the lead energy resources. Geophysical explorations are needed for geothermal studies also, the importance of these studies is to be shown national and international scale. The main target of this study is to explain geothermal energy in 2023 Vision and importance of geophysical explorations. Especially electric methods examined detailed. First part of this study, geothermal operations and system explained. Second part includes, Turkey’s 2023 Energy Vision and geothermal in this vision examined. Third part of this study, Electromagnetic methods in geothermal explorations explained detailed and some explorations are presented around Turkey and world. Conclusion part includes general assessment of this study and some suggestions.

Keywords: Global Warming, Renewable Energy, Geothermal Energy, Gephysics, Electromagnetic Methods

64 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O. Teke

GİRİŞ

Bilinen kayıtlar insanlığın çok eski çağlardan beri jeotermali ısınma, pişirme ve benzeri birçok durum için kullandıklarını göstermektedir. İnsanlık için bu kadar önemli ve doğal bir kaynak olan jeotermal günümüzde popülaritesini kaybetmemiş ve gündemde kalmaya devam etmektedir. Özellikle geçmiş dönemlerde imparatorluk banyoları ve Osmanlı kültüründe ki hamam tarzı yapılarda jeotermal enerji etkileri görülebilmektedir. Ayrıca jeotermal enerji çevreci yaklaşımlar için bulunmaz bir nimet olarak karşımıza çıkmakta olup, insanlık için büyük bir önem taşımaktadır. Fazla kullanım alanının olması ve sürekli olması en büyük avantaj olarak karşımıza çıkmaktadır (Yılmaz ve Kösem, 2011). Bir jeotermal sistemin oluşabilmesi için pek çok koşulun bir araya gelmesi gerekmektedir. Bunlardan en önemlisi de besleme mekanizması ve ısı akısıdır. Jeotermal sistemleri besleyen suların %90 civarında meteorik kökenli sular olduğu belirlemiş olup, eskiden var olan inanış, bu suların magmatik kökenli jüvenil sular olduğu bilgisi çürütülmüştür. Yeryüzünden kırık ve çatlak sistemleri dolayısıyla yer altına giriş yapan meteorik kökenli sular, derinden gelen ısı akısı ile ısınmaya başlarlar. Jeotermal kaynaklar dünyada birçok yerde vardır. Jeotermal sistemler ve jeotermal enerji çoğunlukla yerküredeki levha sınırlarıyla ilişkilendirilmektedir. Jeotermal enerji volkanik bölgelerde bulunmakla beraber, sedimanter formasyonlar içinde ılık yeraltı suları olarak ta görülmektedir. Doğal çıkışı olan jeotermal sistemler olduğu gibi herhangi bir yeryüzü etkinliği göstermeyen sistemlerde vardır. Jeotermal aramacılığında yer bilimleri ile uğraşan kişilerin sorumluluğu çok büyüktür. Temel jeoloji çalışmalarının yanında hidrojeoloji, petroloji ve petrografi, jeokimya ve hidrotermal alterasyon incelemeleri de bu görevler içinde öncelikli ve önemli olanlardandır. Jeofizik çalışmalar ise son yıllarda çeşitlenen ve gelişen farklı jeofizik ölçü ve veri işleme teknik ve yöntemleri ile jeotermal kaynak arama geliştirme işletmelerinin her aşamasında çok başarılı sonuçlar verebilmektedir. Üç boyutlu sismik modelleme, mikrodeprem izleme ve değerlendirme, mikrogravite, manyeto tellürik, vb teknikler jeotermal çalışmalarının vazgeçilmez araçları olmuştur ( Öngür, 2008). Ülkemizde yaygın olarak kullanılan elektromanyetik yöntemler Manyeto Tellürik Yöntem (MT), Kontrollü Audio Manyeto Tellürik (CSAMT) ve Audio Manyeto Tellürik (AMT) dir. Günümüzde dünyada jeofizikten çok daha geniş bir yelpazede ve derinlemesine yararlanılmaktadır. MT ve CSAMT çalışmalarının yaygınlaştırılması ve hemen her proje alanında vazgeçilmez bir araç olarak kullanılması dikkat çekerken, sismik incelemelerde önemli gelişmeler sağlanmış olması da gözden kaçırılmaması gereken bir gelişmedir (Petrophysics Consultants Agency, 2005).

YÖNTEM

Türkiye’de devletin girişimleriyle arama ve araştırma ile 1960’larda başlayan jeotermal enerji çalışmaları, son sekiz yıl içinde özel sektörün jeotermal elektrik ve doğrudan kullanımdaki ticari etkinlikleriyle hız kazandı. Tahmini max. 2000 MWe lik bir potansiyele sahip olduğu tahmin edilen jeotermal güç üretiminde 2011 yılındaki 114 MWe’ lik kapasitenin birkaç yıl içinde 300-400 MWe’ a çıkması, tahmini max. 50 GWt’lik bir değerdeki jeotermal ısıl potansiyelin ise mevcut sahalarla tanımlanmış kapasitesi 6000 MWt olup, 2011 yılı itibariyle bunun yaklaşık 2100 MWt’ lık kısmı (bölge ısıtma, termal turizm ve sera ısıtma uygulamalarıyla) jeotermal enerji doğrudan kullanımı olarak devrededir. Türkiye’de jeotermal enerji arama-araştırma ve kullanımındaki hızlı gelişmeler sürerken, teknolojik, ekonomik çevresel ve yasal sorunlar ve konular gündeme girmekte, çözüm yolları araştırılmakta ve geliştirilmektedir. Önümüzdeki dönemde sektörün büyürken olgunlaşacağı, arama-araştırmadan üretim-geliştirmeye yönelik hareketlerin izleneceği bir süreç beklenmektedir (Satman, 2013).

Jeotermal sistemler yer kabuğunun içinde geliştikleri kesimlerinin fiziksel koşullarında, çevreye göre çok ileri ve çarpıcı değişiklikler oluşturmaktadır. Bu yolla, sistemin sıcaklığı, yoğunluğu, elektrik iletkenliği, manyetik ve elastik özellikleri, çarpıcı biçimde değişir bundan

65 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O. Teke etkilenen yerler ile çevresinin arasında bu özellikler açısından belirgin karşıtlıklar ortaya çıkar. Bu nedenle, jeotermal sistemlerin ve rezervuarların varlık ve konumlarının belirlenmesi, özelliklerinin incelenmesi, geometrisinin tanımlanması, zaman içindeki değişkenliğinin izlenmesinde jeofizik teknikler tartışılmaz biçimde yararlı olmaktadır. Bu alanda kullanılan ölçüm ve veri işleme teknikleri, yazılım olanakları ve jeotermal sistemlerde biriken deneyim son birkaç on yılda çok hızlı gelişmiştir. Ülkemizde bugüne değin baskın olarak elektriksel özdirenç, kısıtlı olarak gravite ve sıcaklık ölçümleri ile yetinilmiştir. Buna son yıllarda manyeto- tellürik (MT) ve denetimli kaynaklı audio manyeto- tellürik (CSAMT) teknikleri ile yürütülen çalışmalar da eklenmeye ve çok etkili sonuçlar alınmaya başlanmıştır (Petrophysics Consultants Agency, 2005).

Elektromanyetik VLF ve Audio manyeto- tellürik çalışmaları diğer jeofizik yöntemlerle birlikte kullanılarak yorumlama gücünü oldukça arttırmaktadır. Yöntemin etki derinliği kontrol edilebildiğinden özellikle yüzey akiferlerinin belirlenmesinde etkilidirler (Sındırgı, 2011).

VLF: Pasif bir elektromanyetik yöntemdir. Dünya üzerine yerleştirilmiş değişik radyo vericilerinden yayılan dalgalar birincil alan olarak kullanılır. VLF yöntemi özellikle doğal gerilim yöntemiyle birlikte, jeotermal alanlarda yüzeye yakın ve taşıyıcı olduğu düşünülen kırıklı zonların tanımlanmasında yararlı olur. Düşey yönde sürekli bir sıcak akışkanın döndüğü zonlar üzerinde belirgin VLF belirtileri oluşur(Sındırgı, 2011).

Audio Manyeto- Tellürik: Uygun derinliklerdeki elektriksel iletkenlik değişimlerini incelemek için kullanılır. Özellikle jeotermal araştırmalarda bulunan iletken ortamdaki değişimler bu yöntem yardımıyla saptanır. Yöntemin yerin 2-3 km altından bilgi sağlayabilme ve uygun derinlikler için özdirenç değişimlerini inceleme özelliği vardır(Sındırgı, 2011).

CSAMT Alıcı ünitenin bulunduğu çalışma alanından uzakta bir kaynaktan (verici üniteden) genelde 0.1Hz ile 10kHz arasında akım uygulanarak birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşenleri ölçülür (Şekil 3.4). Ölçülen bu bileşenlerden özdirenç ve faz farkları hesaplanır. CSAMT Yöntemi ile1-2 km. derinliğe kadar jeotermal akışkan İçeren rezervuar, masif sülfit ve grafit yatakları belirlenmektedir. Bu yöntem ayrıca belirtilen derinlik içersinde yeterli özdirenç farklılığı ve kalınlığı bulunan jeolojik katmanların izlenmesi amacıyla kullanılmaktadır(Sındırgı, 2011).

Yenilenebilir enerji kaynağı olan jeotermal enerjinin yenilenebilir enerji kaynaklarımıza dahil edilmesine yönelik sürdürülen çalışmalarla 2002 yılı sonu itibarıyla sadece 17,5 MW olan jeotermal kurulu gücümüz ise bugün itibarıyla yaklaşık 114,2 MW’ a ulaşmıştır. 2023 Hedefimiz ise tüm jeotermal elektrik üretim kapasitemizi üretime kazandırmaktır. Jeotermal sondaj çalışmaları sırasında tespit edilen en önemli sorun yeterli bilgi birikimine sahip sondaj mühendisi, litolojik determinasyon, aliterasyon mineralojisini bilen Jeotermal kuyu yönlendirebilecek jeoloji mühendisi, sondör ve işçi eksikliğidir. Ayrıca kapasitesi yüksek sondaj makinesi ve malzeme, donanım eksikliği de bulunmaktadır. Bu anlamda bakanlık tarafından yapılan açıklamalarda da “Jeofizik ve “Jeoloji” bilimlerinin 2023 hedefleri için çok kritik olduğu ve bu alanlarda teknolojik ve aletsel gelişimlerin mümkün olduğunca destekleneceği açıklanmaktadır.

Çalışma kapsamında Endonezya ve Kenya örnekleri dış örnekler, Denizli Kızıldere ve Seferihisar cumalı çalışmaları örnek olarak verilmiştir.

SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Sonuç olarak ülkemiz ve dünyamız için artık enerji çok önemli bir konu olmakla birlikte ülkemizin dış ticaret açığının da en büyük nedenidir. 2023 hedefimiz olan “Enerji arz güvenliğini mümkün olduğu kadar arttırmak ve Türkiye’ nin enerjide köprü ülke değil terminal ülke olma hedefinin sağlanması” yolunda atılması gereken daha çok adımımız olduğu gerçeğini unutmamak ve çıktığımız yolda kararlığımızı sürdürmemiz gerekmektedir. Jeotermal çalışmalar için atılması 66 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O. Teke gereken en önemli adım Jeoloji ve Jeofizik arası dayanışmanın sağlanması ve çalışmaların ortak bir ekip ruhu halinde sürdürülebilmesinin sağlanmasıdır. Jeotermal jeofiziği konusunda ülkemizde geçmiş dönemlerde yoğunlukla Elektrik özdirenç çalışmaları yapılırken, artık ülkemizde de Elektromanyetik araştırma yöntemleri başarılı şekilde uygulanmaktadır. Fakat maliyetlerin fazlalığı ve yetersiz farkındalık bu çalışmaların yaygınlaşmasını zorlaştırmaktadır. Jeotermal jeofiziği çalışmaları, alanın rezervuar modelinin ortaya konması, sıcaklık değerlerinin ve rezervuar yapısının ortaya konması açısından çok önemlidir. Özellikle alanda muhtemel üretim ve reenjeksiyon kuyularının lokasyonlarının belirlenmesinde hayati bir rol oynayan jeofizik çalışmalar, ülkemizin 2023 hedefi olan tüm jeotermal potansiyelin kullanılması ereği içersinde önemli rol oynamaktadır. Jeotermal enerji alanında mevcut potansiyel teknolojinin el verdiği ölçüde maksimum düzey ve fayda ile kullanılmalı, bu alanda içerilen yüksek potansiyel boşa harcanmamalıdır. Teknik personel ve uzman kişi açığını kapatma konusunda en büyük görev üniversitelerimize düşmektedir. Üniversitelerimizin ilgili bölümlerde bu konunun üzerine düşerek öğrencileri yönlendirmesi ve teşvik etmesi gerekmektedir. Ayrıca jeotermalin diğer kullanım alanları konusunda da ülkemiz mevcut politikalarını geliştirerek devam ettirmelidir. Özellikle “Sera Isıtması, Konut Isıtması” konuları hayati önem arz ediyor olup, Jeotermal Isı Pompaları ile ilgili uygumlalar derhal başlatılmalıdır.

KAYNAKLAR

Yılmaz Ö. Kösem L. 2011. Türkiye’ de Yenilenebilir Enerji Kaynakları Potansiyeli Kullanımı ve Dışa Bağımlılığı, Ege Üniversitesi İktisadi İdari Bilimler Fakültesi İktisat Bölümü, İzmir, 2011

Öngür T. 2008. Jeolojik Sahalar’ da Jeotermal ve Jeofizik Arama İlke ve Stratejileri Jeotermal Enerji Sempozyumu, 2008

Petrophysics Consultants Agency, 2005. A New Concept for the Future of Geothermy, Leaflet, 2005

Satman A. Dünya’ da ve Türkiye’ de Jeotermal Enerji, 11. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 17-20 NİSAN, İZMİR, 2013

Sındırgı P. 2011. Jeotermal Jeofiziği Modülü Ders Notları, Dokuz Eylül Üniversitesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, 2011-2012 Eğitim Dönemi, İzmir

Wannamaker P. A. 1996. Numerical Evaluation of Electromagnetic Methods in Geothermal Exploration, Geophysics Magazine Vol. 61, P. 121-130, January,1996

67 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O. Teke

Şekil 1 MT, CSAMT, LOTEM, TEM Yöntemleri İçin Bir Araştırma Geometrisinin Örnek Plan Görüntüsü (Wannamaker, 1996)

68 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.S. Ardalı, A. Gürer, B. Tezkan

P2 Terkos Gölü Havzası Yer iletkenlik Yapısının Elektrik ve Elektromanyetik Yöntemlerle Araştırılması

Investigation Of The Terkos Lake Basin Conductivity Structure Using Electric and Electromagnetic Methods

Ayça Sultan ARDALI1, Aysan GÜRER1, Bülent TEZKAN2

Posta Adresi: 1 İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü Avcılar 34850 İstanbul 2 Köln Üniversitesi Jeofizik ve Meteoroloji Enstitüsü Pohligstr. 3, 50969 Köln E-posta: [email protected]

ÖZ

Terkos Gölü İstanbul’a içme suyu sağlayan en büyük ve en önemli tatlı su kaynağıdır. Gölün oluşumu kumul bir setin gölü denizden ayırmasına bağlı olarak gelişmiştir. Bu set birçok derenin birleşerek Karadeniz’e boşaldığı yerde, denizden taşınan kumların baraj oluşturmasıyla meydana gelmiştir. Bu ince set boyunca, deniz suyu ile göl suyunun yeraltı yapılarından sızarak girişmesi riski vardır. Bu nedenle havzasının yer altı yapısını tanımlamak çok önemlidir. Terkos Gölü’nün kuzeyinde tuzlusu girişimini belirlemek amacıyla doğru akım özdirenç (DAÖ) ve geçici elektromanyetik (TEM) yöntemleri uygulanarak ölçümler yapılmıştır. DAÖ ve TEM verilerinin ters çözümünden elde edilen sonuçlar yeraltı yapısının tuzlu sudan etkilendiğini göstermektedir. Bölgenin kuzeyinde 10-20 metre derinlikleri arasındaki 2 Ωm’den düşük özdirenç değerleri tuzlu suya aittir.

Anahtar Kelimeler: doğru akım özdirenç yöntemi, tuzlusu girişimi, geçici elektromanyetik yöntem.

ABSTRACT

Terkos Lake is the biggest and the most important freshwater source which supports drinking water supply to the city of Istanbul. The development of the lake is related to the development of a dune barrier that separates lake from sea. This barrier is formed from the sands accumulated by Black Sea at the place where several rivers were converging and draining into the sea. There is an intrusion risk on this set because of sea water and lake water leakage through the subsurface. Therefore, it is very important to define the structural subsurface system of lake and its basin. Direct current resisitvity (DCR) and transient electromagnetic (TEM) measurements were applied to define saltwater intrusion in the north of Terkos Lake. The information from inverted DCR and TEM data allowed the identification of subsurface structure that is affected by saltwater. The region in the north has saltwater with resistivity values <2 Ωm at depths between 10-20 m.

Keywords: direct current resistivity method, saltwater intrusion, transient electromagnetic method.

69 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.S. Ardalı, A. Gürer, B. Tezkan

GİRİŞ

Bu çalışma İstanbul İli su kaynaklarının % 22’sini sağlayan Terkos Gölü Su Havzası’nın olası tuzlu su girişimiyle kirlenmesinin görüntülenmesini amaçlamaktadır. Terkos Gölü Avrupa yakasında, İstanbul’un yaklaşık 50 km kuzeybatısında, Karaburun kıyılarının hemen gerisindedir (Şekil 1). Karadeniz'e kıyısı olan göl ile denizi ayıran dar bir kumsal ve alçak bir set bulunmaktadır. Bu kum setin gelgitler ve kum çekim işlemleri sonucu aşınıp inceldiği bilinmektedir. Bu nedenle göl suyunun deniz suyu girişimi ile tuzlanmaya açık olabileceği düşünülmektedir. Kıyı bölgelerinde tuzlu su girişiminin haritalanmasında elektrik özdirenç yöntemi ve elektromanyetik yöntem uygulamaları oldukça yaygındır (Nassir vd, 2000, Mitsuhata vd, 2006, Wilson vd, 2006, Nguyen vd, 2009, Chongo vd, 2011, Ezersky vd, 2011).Tuzlu su girişimini haritalamak amacıyla Terkos Havzasının kuzeybatısında bulunan deniz ve gölü ayıran kesimde elektrik yöntemlerden DAÖ ve elektromanyetik yöntemlerden TEM yöntemi uygulanmıştır. Bu iki yöntem uygulanarak yatay ve düşey yöndeki özdirenç dağılımı araştırılmış, bölgedeki tuzlu su girişiminin yayılımı ve düşey sınırı haritalanmıştır.

YÖNTEM

Terkos Gölü tuzlanma araştırmaları iki yöntemle gerçekleştirilmiştir. Bunlardan birincisi doğru akım özdirenç (DAÖ) yöntemi diğeri ise geçici elektromanyetik (TEM) yöntemdir. Bölgede uygulanan TEM ve çok elektrotlu DAÖ yöntemleri birbirlerine göre çeşitli üstünlükleri nedeniyle tercih edilmiştir. Ölçümlerin yapıldığı alanların geniş TEM ilmek dizilimlerine izin vermemesi nedeniyle daha küçük boş alanda ve daha derinlerden bilgi alması nedeniyle çok elektrotlu DAÖ yöntemi kullanılmıştır. Çalışma alanının jeolojisini İhsaniye Formasyonu, Ergene Formasyonu, Kumul, Kumsal ve Alüvyon birimi oluşturmaktadır (Şekil 1). Bölgede göl ve deniz arasındaki doğal kumul set üzerinde birbirine paralel altı profil boyunca DAÖ ve TEM ölçümleri yapılmıştır. DAÖ ölçümleri, elektrot açıklığı 20 metre seçilerek 56 adet elektrot ile Dipol-dipol düzeneğinde çok kanallı ve çok elektrotlu bir cihaz kullanılarak yapılmıştır. DAÖ verisinin iki boyutlu ters çözümü RES2DINV ver.3.4 (Loke, 1996) programı ile gerçekleştirilmiştir. TEM ölçümleri Köln Üniversitesi Jeofizik ve Meteoroloji Enstitüsü tarafından sağlanan, Nanotem cihazıyla yapılmıştır. Ölçüm profilleri boyunca 20X20 m2'lik ilmekler kullanılarak TEM istasyonları kurulmuştur. TEM verisinin bir boyutlu ters çözüm hesapları ise EMUPLUS (Scholl, 2005) programı ile yapılmıştır. DAÖ ve TEM verilerinin değerlendirmeleri yer elektrik kesitleri şeklinde gösterilmiştir (Şekil 2 ve Şekil 3).

SONUÇLAR

Deniz ve göl arasındaki kara parçasının en çok daraldığı yerde bulunan DAÖ HAT1 profilinin ters çözüm sonucu bulunan kesitinde tuzlu su girişimi 10-20 metre derinlikleri arasında düşük özdirenç değeri (< 2 Ωm) ile başlamaktadır (Şekil 2). Deniz kıyısından göl kıyısına kadar uzanan TEM profillerinden TEM4 profili verisinin ters çözümüyle hazırlanan yer elektrik kesitinde tuzlu su girişimi 10-30 metre derinlikleri arasında düşük özdirenç (<2 Ωm) değerleri göstermektedir (Şekil 3).

KAYNAKLAR

Chongo M 2011, The use of Time Domain Electromagnetic method and Continuous Vertical Electrical Sounding to map groundwater salinity in the Barotse sub-basin, Zambia, Physics and Chemistry of the Earth, Vol 36.

Ezersky M 2011, TEM study of the geoelectrical structure and groundwater salinity of the Nahal Hever sinkhole site, Dead Sea shore, Israel, Journal of Applied Geophysics, 75.

70 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.S. Ardalı, A. Gürer, B. Tezkan

Loke MH 1996, RES2DINV, Rapid 2D resistivity inversion using the least-squares method. Software distributed by Iris Instruments, Orleans, France.

Mitsuhata Y 2006, Various-scale electromagnetic investigations of high-salinity zones in a coastal plain, Geophysics, Vol 71, No 6.

Nassir A 2000, Salt-water intrusion mapping by geoelectrical imaging surveys, Geophysical Prospecting, Vol 48.

Nguyen F 2009, Characterization of seawater intrusion using 2D electrical imaging, Near Surface Geophysics.

Scholl C, 2005,The Influence of multidimensional structures on the interpretation of LOTEM data with one-dimensional models and the application to data from Isreal, Dissertation, Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln.

Wilson A 2006, The applicability of earth resistivity methods for saline interface definition, Journal of Hydrology,Vol 20.

Şekil 1 Terkos Gölü Havzası kuzeybatısında ölçülen DAÖ hatlarının ve TEM profillerinin lokasyon haritası.

Şekil 2 HAT1 profilindeki DAÖ verisinin 2-B ters çözümünün yerelektrik kesiti.

71 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A.S. Ardalı, A. Gürer, B. Tezkan

a)

b) c)

Şekil 3 TEM4 profilindeki a)1-B Occam ters çözümünün b)1-B Marquardt ters çözümünün yerelektrik kesitleri c) RMS (hata) oranları.

72 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Üner, G. Özürlan Ağaçgözgü

P3 Düşey Elektrik Sondaj Verilerinin Yanal Kısıtlı Ters Çözümü, Kütahya-Hisarcık Jeotermal Alanı Uygulaması

Laterally Constrained Inversion of Vertical Electrical Sounding Data at Kütahya-Hisarcık Geothermalfield

Serkan ÜNER1, Gülçin ÖZÜRLAN AĞAÇGÖZGÜ1

Posta Adresi: 1İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği, 34469 Maslak, İstanbul E-posta: [email protected], [email protected]

ÖZ

Bu çalışmada Kütahya-Hisarcık jeotermal alanına ait düşey elektrik sondaj verileri yanal kısıtlı ters çözüm algoritması kullanılarak değerlendirilmiştir. Yanal kısıtlı veya düzgünlük kısıtlayıcı ters çözüm algoritması, iki boyutlu düzgünleyici kısıtlamaların işleme alınmasıyla düzenlenen bir boyutlu ters çözümün bir ölçüm profili boyunca tüm verilerin aynı andadeğerlendirilmesiilkesiyle çalışmaktadır. Elde edilen sonuçlar iki boyutlu ters çözüm sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve iki boyutlu etkilerden kaynaklanan belirsizlikleri azaltmadaki etkisi tartışılmıştır. Sonuçlar yaklaşık iki boyutlu ters çözüm olarak ta isimlendirilen yanal kısıtlı profil ters çözümün pratik uygulamalar için iyi bir yaklaşım olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler:Kütahya Hisarcık jeotermal alanı, düşey elektrik sondaj, yanal kısıtlı ters çözüm.

ABSTRACT

In this study, vertical electrical sounding data from KutahyaHisarcik geothermal field inverted by laterally constrained inversion (LCI) algorithm. The laterally constrained inversion algorithm is based on applying modified one dimensional inversion with two dimensional smoothness constraints on a vertical electrical sounding data along a line. The results obtained from LCI algorithm compared with the 2D inversion results in order to show the ability to reduce the uncertainties due to horizontal and lateral changes. It is seen that laterally constrained inversion (quasi-2D), is a good approach for practical applications.

Keywords:Kütahya Hisarcık geothermal field, vertical electrical sounding, laterally constrained inversion.

GİRİŞ

İki ve üç boyutlu ters çözüm işlemlerinin zorlukları ve uzun hesaplama zamanı dolayısıyla bir boyutlu yaklaşımlar güncelliğini korumaktadır. Bu çalışmada kullanılan yanal kısıtlı ters çözüm algoritması, bir profil boyunca ölçülen her bir istasyon verisinin tek bir jeolojik model için işlendiği klasik bir boyutlu ters çözüm teknikleri yerine birbirinden bağımsız olan ölçüm noktalarının altındaki katmanlı yer model parametrelerini yanal ve düşey yönde kısıtlama ve yumuşatma ilkesine dayanmaktadır. Doğrusal olmayan yanal kısıtlı ters çözümaloritması, manyetotellürik verileri (Sasaki, 1989), doğru akım özdirenç verileri (Christiansen ve Auken, 2004; Aukenvd 2005), zaman

73 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Üner, G. Özürlan Ağaçgözgü ortamı elektromanyetik verileri (Aukenvd 2004; MonteiroSantos, 2004) ile doğru akım ve zaman ortamı elektromanyetik verilerinin birlikte (Santos ve El-Kaliouby, 2011; Beşkardeş ve ÖzürlanAğaçgözgü, 2012) ters çözümüamaçlı kullanılmıştır.

Bu çalışmada, Kütahya’nın Hisarcık ilçesine bağlı Sefaköy ve Hamamköy civarında, bölgedeki jeotermal kaynak potansiyelinin incelenmesi amacıyla MTA Genel Müdürlüğü tarafından ölçülen düşey elektrik sondaj verileri yanal kısıtlı ters çözüm algoritması ile değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar bir boyutlu ters çözüm ve düzgünlük-kısıtlı doğrusallaştırılmış en küçük kareler 2B ters çözüm algoritması (Uchida ve Murakami, 1990) kullanılarak yapılan değerlendirme sonuçlarıyla karşılaştırılarak sonuçlara katkısı tartışılmıştır.

ARAŞTIRMA ALANI VE BÖLGE JEOLOJİSİ

Kütahya ilinin yeraltı yapısı genel olarak kireçtaşı ve kireçtaşlı formasyonlarla dere ve sel çökellerinden oluşmuştur. Ardışık sıralanmış kompakt, marnlı kumlu veya yarı kristalize kireçtaşları ve tüfler, güney ve batıdaki kesimleri çevreleyen Hisar tepede bulunmaktadır. Bölgede paleozoik yaşlı silisleşmiş kristalize kireçtaşları ve neojen yaşlı marnlı kireçtaşları bulunmaktadır. Çalışma alanının temelini paleozoik yaşlı metamorfik şist ve gnayslar oluşturmaktadır (Şekil 1). Sefaköy’ün batısına doğru küçük bir bölgede koyu renkli kretase yaşlı kireçtaşları bulunmaktadır. Bu birimlerin üzerinde Miyosen yaşlı çakıltaşı,dasitik ve andezik tüfler, plaket kireçtaşları diskordans oluşturmaktadır. En üstteki birimise Pliyosen ve Kuvaterner yaşlı traverten, siltli ince kum, kumlu çakıl, killi toprak olarak karışık alüvyon bulunmaktadır (Akkuşvediğ., 2005).

DÜŞEY ELEKTRİK SONDAJ VERİLERİNİN YANAL KISITLI TERS ÇÖZÜMÜ

Yanal kısıtlı ters çözüm algoritması, model parametre değişimlerinin birbirleriyle belli kısıtlarla bağlanması esas alınarak sönümlü Marquardt en küçük kareler algoritmasınınmodifiye edilmesiyle elde edilmektedir; ( + ) = (1) 𝑇𝑇 𝑇𝑇 Burada𝐴𝐴 𝐴𝐴 ,𝛽𝛽𝛽𝛽 ∆𝑝𝑝= 𝐴𝐴( ∆𝑑𝑑) ( ) yöneyi belli bir zaman aralığına karşılık ölçülen gözlemsel verilerin logaritması ile başlangıç𝑔𝑔 modeliℎ parametrelerine bağlı olarak hesaplanan verilerin logaritmaları farklarını∆𝑑𝑑 içermektedir𝐼𝐼𝐼𝐼 𝑉𝑉 −. 𝐼𝐼𝐼𝐼, 𝑉𝑉birim dizey ve dizeyi, model parametrelerine karşılık model cevaplarının türevlerini içeren kısmi türevler dizeyidir; 𝐼𝐼 𝐴𝐴

, = ℎ . (2) 𝜎𝜎𝑗𝑗 𝜕𝜕𝑉𝑉𝑖𝑖 𝑖𝑖 𝑗𝑗 ℎ 𝐴𝐴 𝑗𝑗 , sönüm𝑉𝑉𝑖𝑖 𝜕𝜕𝜎𝜎katsayısı olup hatayı küçükleme hızını ve veri uyumunu etkileyen bir parametredir ve ampirik yollarla bulunmaktadır. Algoritmada, bir doğrultu boyunca ölçülen verilerin yeraltı ortamının, 𝛽𝛽herbiri kendi içinde homojen olan bloklardan oluştuğu ve blokların iletkenliklerinin logaritmalarının model parametrelerini oluşturduğu esasına dayanmaktadır. Yaklaşık-iki boyutlu ters çözüm olarak ta ifade edilen algoritmada, model parametrelerinin belli bir kısıt altında değişmesi ve komşuları ile olan bağımsızlıklarının ortadan kaldırılması gerekmektedir. Bu amaçla, sönümlü en küçük kareler algoritması ( + ) = (3) 𝑇𝑇 𝑇𝑇 𝑇𝑇 olarak𝐴𝐴 𝐴𝐴 düzenlenmektedir.𝛽𝛽𝐶𝐶 𝐶𝐶 ∆𝑝𝑝 𝐴𝐴 ∆𝑑𝑑 Burada, dizeyi herbir parametrenin sağ, sol, alt ve üst komşuları cinsinden durağanlık katsayılarını içermektedir; 𝐶𝐶 = + ü 4 + ğ + (4) 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 ∆𝑝𝑝�ve 𝑗𝑗parametre∆𝑝𝑝𝑗𝑗 yöneyi∆𝑝𝑝𝑗𝑗 üzerine− ∆𝑝𝑝𝑗𝑗 etkiyen∆𝑝𝑝𝑗𝑗 bir ∆𝑝𝑝dura𝑗𝑗 ğanlaştırıcısüzgeç görevi görmektedir: = . (5) 74 ∆𝑝𝑝� 𝐶𝐶∆𝑝𝑝 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Üner, G. Özürlan Ağaçgözgü

dizeyinin elemanları -4,1 ve 0 değerlerine sahipken profilin başındaki ve sonundaki ölçüm noktalarında -3,1 ve 0 değerlerini almaktadır. Burada, (3) ifadesi yinelemeli olarak çözülerek model parametreleri,𝐶𝐶 yöneyinin eklenmesiyle yenilenerek istenilen küçüklükteki hata değeri için elde edilmektedir. ∆𝑝𝑝 Şekil 2, Kütahya-Hisarcık bölgesinde ölçülen bir profildeki DES verilerinden oluşturulan andıran kesiti (üstte), yanal kısıtlı ters çözüm sonuçlarını (ortada) ve (Uchida ve Murakami, 1990)'nin2B ters çözüm sonucunu (altta) göstermektedir. I profiline ait andıran kesit incelendiğinde I-18 noktasının batısında yüksek özdirenç değerleri, doğuya doğru gidildiğinde düşük özdirenç değerleri gözlenmektedir. Bir süreksizlik sınırını sembolize eden belirgin geçiş tüm sonuçlarda göze çarpmaktadır ve birbiriyle uyum göstermektedir.

SONUÇLAR

Bu çalışmada, Kütahya-Hisarcık jeotermal alanında ölçülen DES verileri yanal kısıtlı ters çözüm algoritması ile değerlendirilmiş, elde edilen sonuçlar bir ve iki boyutlu ters çözüm sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Ani özdirenç değişimleri gösteren karmaşık jeolojik yapılarınortaya çıkarılmasında iki ve üç boyutlu ters çözüm gerekmekle beraber, elde edilen sonuçlar bu algoritmanın iki boyutlu etkilerinden kaynaklanan belirsizlikleri azaltmada etkili olduğunu ve pratik uygulamalar için iyi bir yaklaşım olduğunu göstermektedir.

TEŞEKKÜR

Birinci yazarın lisans bitirme çalışmasında kullandığı Kütahya DES verilerini sağlayanMTA Genel Müdürlüğü ve Jeofizik Mühendisi Ahmet Lezgi'ye, bir boyutlu değerlendirilmesindeki yardımlarından dolayıProf. Dr. İlyas Çağlar’a ve LCI algoritmasıyla ilgiliyardımlarından dolayıG. Didem Beşkardeş’ e teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Akkuş İ, Akıllı H, Ceyhan S, Dilemre A, Tekin Z 2005, “MTA GenelMüdürlüğü, TürkiyeJeotermalKaynaklarEnvanteri”, Envanterserisi: 201, s:551,552

Auken E, Halkjaer M, Sorenson I 2004, LaterallyConstrained 1D-Inversion of 3D TEM Data: NearSurface 2004 - 10th European Meeting of EnvironmentalandEngineeringGeophysics, A008, Utrecht, TheNetherlands.

Auken E 2005, Piecewise 1D laterallyconstrainedinversion of resistivity data: GeophysicalProspecting, 53, 497–506.

Beşkardeş GD, ÖzürlanAğaçgözgü G 2012, ZamanOrtamıElektromanyetikVerilerinDüzgünlük- KısıtlayıcıTersÇözümü. YerElektrikÇalıştayıGenişletilmişÖzetlerKitabı, 128-132.

El-Kaliouby HM,MonteiroSantos FA 2004, Quasi-2D inversion of DCR and TDEM dataforshallowinvestigations: Geophysics, 76, 239–250.

MonteiroSantos FA 2004, 1-D laterallyconstrainedinversion of EM34 profilingdata: Journal of AppliedGeophysics, 56, 123–134.

Sasaki Y 1989, Two-dimensionaljointinversion of magnetotelluricanddipole-dipoleresistivitydata: Geophysics, 54, 254-262. Uchida T, Murakami Y 1990, Development of a Fortran Codefort he Two- DimensionalSchlumbergerInversion, GeologicalSurvey of Japan, Open-File Report No.150 75 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Üner, G. Özürlan Ağaçgözgü

Şekil 1Bölge Jeolojisi (Akkuş ve diğ., 2005, MTA Envanteri).

76 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Üner, G. Özürlan Ağaçgözgü

Şekil 2 Kütahya-Hisarcık DES verileriandırankesiti (üstte), yanalkısıtlıtersçözümündeneldeedilenözdirenç-derinlikkesiti (ortada) ve 2B tersçözümsonucu (altta).

77 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne

B. Tezkan, H. Grossbach

S15 2D Cole Cole Inversion of time domain induced polarization data: model studies and field measurements

1 B. Tezkan1, H. Grossbach

Posta Adresi: 1 Institute of Geophysics and Meteorology, University of Cologne, Germany E-Posta: [email protected]

ABSTRACT

A 2D inversion algorithm for time domain induced polarization data has been developed. The IP transients are inverted into 2D Cole Cole models including resistivity, chargeability, relaxation time, and frequency constants. In order to speed up the inversion procedure, an approximate forward algorithm has been used which is highly accurate and its validity was tested with exact solutions up to 3D. In the 2D inversion procedure, a 3D DC forward algorithm has been used as forward operator. The method requires a conventional 2D DC inversion and a homogenous half space Cole-Cole inversion to derive the Cole Cole parameters of each cell. Synthetic model studies and a field example will be demonstrated.

Keywords: IP, time domain, Cole Cole parameters, 2D inversion

Introduction

Since 1950, the IP method gained importance for mining exploration (eg. Zonge and Whyn, 1975). Recent IP surveys have also been applied to environmental and hydrogeophysical problems (Weller and Börner, 1996). The IP effect was quantitatively described by Cole Cole (1941) whereas Wait (1959) described its theoretical and experimential aspects. Several 2D/3D inversion algorithms were developed for the interpretation of time and frequency domain IP data without considering the whole IP transient. In our method (eg. Hönig and Tezkan, 2007) we use the time dependence of the resistivity. The method enables the step response for each time induvidually using a 3D forward modeling algorithm. The electric fields of each time can be inverted into 2D resistivity models. The time dependent resistivity of each cell was considered as the step response of a uniform half space and was inverted into Cole Cole parameters. The Cole Cole parameters are expected to give additional information about the geological and man made structures in the subsurface. However, the observation of entire time series is neccessary to derive the Cole Cole parameters using the 2D inversion. We used for the field observation the Terrameter LS (ABEM) system from the University of Lund.

Synthetic model study

The 2D inversion algorithm was sucessfully tested by using different electrode arrays (Dipole- Dipole, Gradient..). Figure 1 demonstrates such a study as an example. The modell space consists of 320.000 cells and 70 transients. Each transient consits of 37 time points. A gradient array with 14 transmitters are used. Synthetic data were calculted for each transmitter at 5 receiver points. The array is demonstrated in Fig. 2 for the first two transmitter dipoles.The synthetic data were then 2D inverted using a homogenous half space model. The resistivity and frequency exponent could be resolved very well, The vertical extension of the right part of the inhomegeneity could not be well resolved by the relation time and by the chargebility.

78 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne

B. Tezkan, H. Grossbach

Field study

Several field studies have been carried out on different targets. We show here a 2D inversion of a data set which was observed on a waste site near Cologne. Gradient array was used in the study The distance between the receiver electrodes was 5m and the distance between transmitter electrodes was 40 m. All the observed transients could be explained by the 2D inversion, Fig. 3 shows the result of the inversion for the resistivity, chargebility, frequency exponent, and relaxation time. The results are in good agreement with the borehole results.

Conclusions

IP transients could be inverted into 2D Cole Cole models. The inversion algorithm was tested using synthetic and field data. A relative high chargebility is necessary to obtain stable inversion results. Good data quality was obtained using the Terrameter LS system. However, the transients must be processed in the time domain before inverting them.

References

Cole K.S. and Cole R.H. 1941. Dispersion and absorbtion in dielectrics, I., Alternating current characteristics, Journal of Chemical Physics 9, 341-351.

Hönig M. And Tezkan, B., 2007. 1D and 2D Cole inversion of time domain induced polarization data, Geophysical prospecting, 55, 117-133.

Wait, J.R., ed. 1959. Overvoltage research and geophysical applications, Pergomon Press Inc.

Weller, A., Seichter, M., and Kampke A. 1996. Induced polarization modeling using complex electrical conductivities, GJI, 127, 387-398.

Zonge K. l. and Wynn J. 1975. Recent advantages and applications in complex resistivity measurements, Geophysics, 40, 851-864.

79 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne

B. Tezkan, H. Grossbach

Figure 2: Inversion result for synthetic data using a gradient array: a) inital model; b) rms for each cell (A - small error value, E - large error value); c) resistivity; d) chargeability; e) frequency exponent; f) relaxation time

Figure 1: Sketch of gradient array for 2 transmitting stations (Tx1 and Tx2)

80 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne

B. Tezkan, H. Grossbach

Figure 3: 2D Cole-Cole inversion result for 14 transients (Tx1 and Tx2): a) rms for each cell (A - small error value, B - large error value); b) resistivity; c) chargeability; d) frequency exponent; e) relaxation time

81 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Yas, E. Pekşen

S16 Yön Bağımlı Ortamlarda 1-B Düşey Elektrik Sondaj (DES) Verilerinin Yorumlanması Interpretation of 1-D Vertical Electrical Sounding (VES) Data in Anisotropic Media

Türker YAS1, Ertan PEKŞEN1

Posta Adresi: 1 Kocaeli Universitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Kocaeli. E-Posta: [email protected],[email protected]

ÖZ

Bu çalışmada, yön bağımlı ortamlarda 1 boyutlu (1-B) Doğru Akım Özdirenç (DAÖ) yönteminin yorumlanması amaçlanmıştır. 2 tabakalı yön bağımlı yer modeline ait analitik bağıntılar kullanılmıştır. Bilinmeyen model parametreleri olarak, yatay tabakalı yön bağımlı yeraltı modeline ait düşey ve yatay özdirençler ile tabaka kalınlıkları ele alınmıştır. Parametrelerin elde edilmesi için, doğadaki balık ve kuş sürülerinin yiyecek bulma veya tehlikeden kaçmak için yapmış oldukları sezgisel hareketleri temel alan Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) önerilmiştir. Önerilen yöntem gürültüsüz ve %5 Gaussian gürültüsü eklenmiş sentetik veriye uygulanmıştır. Yöntem gürültüsüz veriler üzerinde oldukça iyi sonuçlar verirken, gürültülü veride model parametrelerindeki belirsizliğin arttığı gözlenmiştir. Bu sebeple sonuçlar bazı istatistiksel testlerle kontrol edilmiştir. Çalışma kapsamında %95 güven aralığında Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu, parametrelerin her bir yinelemedeki değişimleri ve model parametrelerin frekans dağılımları kullanılmıştır. Sonuçlar yön bağımlı ortamlarda 1 boyutlu doğru akım özdirenç verilerinin yorumlanmasında etkili olduğunu göstermiştir.

ABSTRACT

In this study, the interpretation of one–dimensional (1-D) direct–current (DC) resistivity method in anisotropic earth formation are presented. An analytic expression of a simple two–layered anisotropic earth model is derived. We propose a particle swarm optimization (PSO) method for estimating model parameters of a layered–anisotropic earth model such as horizontal and vertical resistivities, and thickness. PSO is a naturally inspired meta–heuristic algorithm. The proposed method finds model parameters quite well on synthetic and field data. However, adding 5 % Gaussian noise to the synthetic data increases the ambiguity of the value of model parameters. For that reason, the results should be controlled by some statistical tests. In this study, we use probability density function within 95 % confidence interval, parameter varying of each iteration and frequency distribution of the model parameters to reduce the ambiguity. The result is promising and the proposed method can be used for evaluating 1-D DC data in anisotropic media.

Anahtar Kelimeler: elektriksel yön bağımlılık, parçacık sürü optimizasyonu, 1-B DAÖ Yorumlama Key Words: electrical anisotropy, particle swarm optimization, 1–D DC interpretation.

82

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Yas, E. Pekşen

GİRİŞ

Elektriksel olarak yön bağımlı veya tabakalı yapıların ürettiği yapma elektriksel yön bağımlılık uygulamalı jeofiziğin zor problemlerinden birisidir. Elektriksel yön bağımlılık, jeolojik formasyonlardaki düşey ve yatay özdirenç değerleri farklı olduğu durumlarda karşılan bir problemdir. Elektriksel yön bağımlılığın etkili olduğu yerlerde, yani düşey ve yatay iletkenlik değerlerinin faklı olduğu yerlerde yapılan DES ölçüleri elektriksel yön bağımlılıktan etkilenmektedir. Bazı araştırmacılar hem analitik (Greenhalgh ve diğ, 2009) hem de sayısal yöntemlerle (Li ve Spitzer, 2005; Pervago ve diğ., 2006) elektriksel yön bağımlığı incelemişlerdir. Özdirenç yönteminde elektriksel yön bağımlılık için matematiksel bağıntılar Maillet (1947) tarafından sunulmuştur. Wiese vd (2009) yön bağımlılık katsayısının 1,1 olsa dahi yok sayılmaması gerektiğinin sonucuna varmışlardır.

PSO, Kennedy ve Eberhart (1995) tarafından sunulan global optimizasyon yöntemidir. Bu yöntem, önceden tanımlanmış model uzayı içinde rastgele olarak çözümü arama esasına dayanmaktadır. Model parametreleri olarak tabakaların düşey ve yatay yöndeki özdirenç değerleri ile tabaka kalınlıklarıdır. PSO yönteminin başlangıç çözümü rastgele olduğundan dolayı, elektriksel yön bağımlı modellerin çözümlerinde oldukça avantajlıdır. Model parametrelerinin çözümündeki belirsizliği en aza indirmek için çözüm bazı istatistiksel testlerle kontrol edilebilir. Yöntem gürültülü ve %5 Gaussian gürültüsü eklenmiş sentetik veriler üzerinde test edildikten sonra gerçek arazi verilerine uygulanmıştır. Yön bağımlı ortamlardaki model parametrelerinin belirlenmesinde PSO yöntemi ile elde edilebilmektedir.

YÖNTEM

Schlumberger elektrot dizilimi için tabakalı yeraltı modelinin kuramsal tepkisi

∞ 2 ρ = )()()( dLJTLL λλλλ (1) a ∫ 1 0 J bağıntısıyla verilir (Koefoed,1979). Burada L elektrot aralığının yarı uzaklığı, 1 birinci dereceden Bessel fonksiyonu, and T λ)( dönüşük özdirenç fonksiyonudur, λ uzaklığın tersi boyutunda bir değişkendir. Dönüşük özdirenç yineleme bağıntısı yön bağımlı ortamlar için T + λρλ fz )tanh()( T = i +1 i i ni −= ,...,11 (2) i +T fz /)tanh()( ρλλ 1 i +1 ii

bağıntısıyla hesaplanabilir (Pekşen vd., 2014). Burada tabakanın özdirenci ρi düşey ve yatay yöndeki özdirençlerin geometrik ortalamaları ( i = vi ρρρ hi ), f yön bağımlılık katsayısıdır. (1) denklemi filtre katsayıları kullanılarak hesaplanabilir (Ghosh, 1971a; Ghosh, 1971b; Guptasarma, 1982). Pekşen vd. (2014) iki tabakalı analitik çözüm, yaklaşık analitik çözüm ve 2-D sonlu farklar ile doğru akım özdirenç yönteminde yön bağımlı iki tabaka model sonuçlarını karşılaştırmışlardır.

83

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Yas, E. Pekşen

UYGULAMALAR

Çalışmada sunulan yöntem, ilk olarak teorik veri üzerine uygulanmıştır. Tablo 1 de 3 tabakalı model için parametreler verilmiştir. Veriler önce yön bağımsız daha sonrada yön bağımlı olarak çözülmüştür. Tablo 1’de gürültülü ve gürültüsüz verilerin çözümünden elde edilen sonuçlar verilmiştir. Şekil-1’de ise gürültülü veri için çözüm sonucu gösterilmiştir. Yöntem ayrıca arazi verilerinde denenmiş ve sondaj eğrileri ile karşılaştırmışlardır.

SONUÇLAR

Çalışmada yön bağımlı ortamlarda 1-B DAÖ yönteminden elde edilen verilerin modellenmesi açıklanmıştır. Tabakalı yön bağımlı yer modeline ait düşey ve yatay yöndeki özdirenç değerleriyle tabaka kalınlıklarını saptamak amacıyla PSO yöntemi başarılı bir şekilde kullanılmıştır. Yöntem, teorik olarak üretilen gürültüsüz veriye uygulandığında, model parametreleri doğru olarak elde edilmiştir. Bunun yanında teorik veriye gürültü eklenerek yapılan çalışmalarda ise, model parametrelerindeki belirsizliğin, verideki gürültü seviyesine doğrudan bağlı olarak arttığı gözlenmiştir. Yöntemin yön bağımlı ortamlarda 1-B DES verilerinin yorumlanmasında özellikle tabaka kalınlıklarının doğru biçimde elde edilebilmesi için kullanılabileceği gösterilmiştir.

KATKI BELİRTME

Bu çalışma TÜBİTAK 110Y354 nolu proje ile desteklenmiştir. DES arazi verilerini kullanmamıza izin veren Maden Tetkik Arama (MTA) Genel Müdürlüğüne ve Yük. Müh. Alper Kıyak’a katkılarından dolayı teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Ghosh, D. P. (1971a) The application of linear filter theory to the direct interpretation of geoelectrical resistivity measurements, Geophysical Prospecting 19, 192–217.

Ghosh, D. P. (1971b), Inverse filter coefficients for the computation of apparent resistivity standardcurves for a horizontally stratified earth, Geophysical Prospecting 19, 769–775.

Greenhalgh S. A., Marescot L., Zhou B., Greenhalgh, M., And Wiese T. 2009, Electric potential and Frechet derivatives for a uniform anisotropic medium with a tilted axis of symmetry, Pure and Applied Geophysics 166, 673-699.

Guptasarma D., 1982, Optimization of short digital linear filters for increased accuracy, Geophysical Prospecting 30, 501–514.

Kennedy J. And Eberhart R. C. 1995, Particle swarm optimization, IEEE International Conference on Neural Networks 4, 1942–1948.

Koefoed, O., 1979, Geosounding principles resistivity sounding measurements, Vol. 14A (Amsterdam:Elsevier)

Li Y. And Spitzer K. 2005, Finite element resistivity modelling for three-dimensional structures with arbitrary anisotropy, Physics of the Earth and Planetary Interiors 150, 15–27.

Maillet R., 1947, The fundamental equations of electrical prospecting, Geophysics 12, 529–556.

Pekşen, E., Yas, T., and Kıyak, A., 2014, 1-D DC resistivity modeling and interpretation in anisotropic media using particle swarm optimization, Pure and Applied Geophysics, DOI: 10.1007/s00024-014-0802-2

84

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne T. Yas, E. Pekşen

Pervago E., Mousatov A., And Shevnin V. 2006, Analytical solution for the electric potential in arbitrary anisotropic layered media applying the set of Hankel transforms of integer order, Geophysical Prospecting 54, 651–661.

Wiese T., Greenhalgh S. A. and Marescot L., 2009, DC sensitivity for surface patterns for tilted transversely isotropic media, Near Surface Geophysics 7, 125–139.

Şekil-1. %5 Gürültü eklenmiş sentetik veri için a) Gözlenen-hesaplanan anomali uyumu b) Yineleme adımlarındaki bağıl hata değişim grafiği.

Tablo-1. %5 Gürültü eklenmiş sentetik veri için ters çözüm sonuçları.

Parametreler Gerçek PSO PSO Anizotropi Model Değerler Anizotropik İzotropik katsayıları Uzayı ρ 120 122.65 45-240 v1 109.56 1.10 ρh1 100 100.57 45-240 h1 5 5.31 5.48 1-20 ρ 14 14.25 5-30 v2 11.86 1.20 ρh2 10 9.86 5-30 h2 15 15.61 17.9 2-40 ρ 65 52.08 30-150 v3 57.37 1.16 ρh3 50 38.21 30-150 Bağıl Hata(%). - 4.75 4.36 - -

85

5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Pekşen, T. Yas

S17 Yön Bağımlı Ortamlarda 2 Boyutlu Doğru Akım Özdirenç Yöntemi 2 Dimensional Direct Current Resistivity Method in Anisotropic Media

Ertan PEKŞEN1 , Türker YAS1

Posta Adresi: 1 Kocaeli Universitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Kocaeli. E-Posta: [email protected], [email protected]

ÖZ

Bu çalışmada, yön bağımlı ortamlarda 2 Boyutlu (2-B) Doğru Akım Özdirenç (DAÖ) verilerinin yorumlanması amaçlanmıştır. Yön bağımlı ortamda yatay tabakalı ve yer altında farklı kare şekiller incelenmiştir. Yön bağımlı modele ait 1 Boyutlu (1-B) ve 2-B sentetik veri üretmek için, 2-B Sonlu Farklar (SF) yöntemi kullanılmıştır. Aynı model üzerinde alınan 1-B Düşey Elektrik Sondaj (DES) verileri yön bağımlı ortam için ters çözülmüştür. Modelleme işlemi Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) yöntemi kullanılmıştır. Tabakaların yatay ve düşey yöndeki özdirençleri ve tabaka kalınlıkları model parametreleri olarak çözülmüştür. 1-B modelleme sonucunda elde edilen yön bağımlılık katsayıları 2-B verilerin modellemesi için tasarlanan hücresel model ağına uygulanarak yön bağımlılık düzeltmesi yapılmıştır. Düzeltmeler yapıldıktan sonra 2-B verilerin ters çözüm işlemi yapılarak, elektriksel yön bağımlılığın derinlik ekseninde yapmış olduğu kayma giderilebilmektedir.

ABSTRACT

In this study, a 2-Dimensional (2-D) direct resistivity modeling with electrical anisotropy was investigated. The models preferred were some layered and various square shape earth model. The response of a 1-Dimensional (1-D) and 2-D earth model were generated by using a code based on 2-D finite difference method. 1-D response of the same anisotropic earth was interpreted with particle swarm optimization (PSO) methods. This inversion method solves the model parameters as the horizontal, vertical, and thickness values. The result of 1-D PSO model such as electrical anisotropy coefficient was used to correct the mesh design of 2-D earth. After correction, the next step should be 2-D inversion. This process correct the vertical shift of depth due to the effect of electrical anisotropy in the corresponding earth model.

Anahtar Kelimeler: elektriksel yön bağımlılık, parçacık sürü optimizasyonu, 2-D DAÖ Yorumlama Key Words: electrical anisotropy, particle swarm optimization, 1–D DC interpretation

86

5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Pekşen, T. Yas

GİRİŞ

Zaman içinde cihaz ve yazılım teknolojisinin gelişmesiyle, yeraltı yapısının görüntülenmesi için DAÖ yöntemi jeofiziksel uygulamalar arasında geniş uygulama alanları bulmuştur. Özellikle çok elektrotlu ve kanallı sistemlerle verilerin hızlı toplanmasıyla, 2-B ve 3-Boyutlu (3-B) uygulama alanları artmıştır.

Özdirenç yönteminde karşılaşılan elektriksel yön bağımlılık ölçüleri etkilemektedir ve yön bağımlılık katsayısı 1,1 olsa dahi bu etki yok sayılmamalıdır (Wiese, vd. 2009). Günümüzde pek çok çalışmada bu etki yok sayılmaktadır. Yer altının özdirenç değeri yön bağımsız olarak yorumlana verilerde düşey eksende kaymalar oluşmaktadır. Bhattacharya ve Sen (1981), Pervago v.d. (2006), Greenhalhg v.d, (2009) DAÖ yönteminde yön bağımlılığı çalışmışlardır. Yön bağımlılık yer koordinat sistemi ile profil arasındaki azimuth açısına bağlı olduğundan, genel olarak çalışmalarda, azimuth açısına bağlı olarak elektriksel yön bağımlılık katsayısı elde edilmeye çalışılmıştır (Pervago v.d. (2006)). Klasik DES verilerinden yön bağımlılık katsayısı PSO yöntemi ile elde edilebilir (Pekşen vd., 2014). Yön bağımlılık katsayısı elde edildikten sonra 2-D yeraltı model ağı, 1- B PSO ile bulunan değerlere göre yeniden tasarlanarak yön bağımlılık etkisi giderilebilir. Bu yöntem tabakalı ortamlarda oldukça iyi sonuçlar vermektedir.

YÖNTEM

2-B yer modeli aşağıda verilen Poisson denkleminin SF çözümü ile modellenebilir (Dey and Morrison, 1979)

 1    . ∇∇ ()()()(),,  −−= s δδδ − zzyxxIzyxv s (1)  ρ(), zx 

Burada v 3-B potansiyel dağılımı, I akım kaynağı, ρ(),zx yer modeline ait özdirenç dağılımı, δ delta fonksiyonunu göstermektedir. Alt indis s, x-z ortamındaki akım kaynağının konumunu göstermektedir. (1) denklemi (x, y, z) ortamından (x, Ky, z) uzayına dönüştürülerek Fourier dönüşümüyle hesaplanır. Yöntemle ilgili daha detaylı bilgi Dey ve Morrison (1979) dan elde edilebilir.

Bu çalışmada 2-B SF yöntemi yön bağımlı ortamlar için aşağıdaki şekilde uygulandı. Bu işlem için (1) denkleminde ρ(),zx yerine

ρn ()()(), = h ρρ v ,, zxzxzx (2)

bağıntısı yazılır. Burada ρh (),zx yatay yöndeki özdirenç, ρv (),zx ise düşey yöndeki özdirenç değerleridir. (2) denklemi tabakanın yatay ve düşey özdirenç değerlerinin geometrik ortalamasıdır. Ayrıca model ağının ∆z düşey yöndeki ayrıklaştırma değerleri, derinliğe ait yön bağımlılık ρ katsayılarıyla çarpılarak λ∆z formuna dönüştürülür. Yön bağımlılık katsayısı λ = v ile ρ h hesaplanabilir (Greenhalhg v.d, 2009). Şekil-1’de 3 tabakalı bir yer modeline ait bazı sonuçlar verilmiştir.

87

5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Pekşen, T. Yas

Şekil-1. 2-B Model ağı ve hesaplanan 1-B ve 2-B anomali değerleri. Üst sol panel görünür özdirenç değerlerini, üst sağ panel aynı modelin yön bağımlı olup olmamasına göre DES eğrilerini, alt panel ise 2-D model ağını göstermektedir.

MODEL ÇALIŞMASI 100 400 10 Modelde elektriksel yön bağımlılık katysayıları sırasıyla λ = , λ = , ve λ = 1 25 2 100 3 5.2 dir. Tabaka kalınlıkları ise 1.6 ve 3 m alınmıştır. 2-B yeraltı modeli için yatay yönde 67, düşey yönde de 21 elemanlı ağ tasarlandı. Bu oluşturulan model ağı kullanılarak, aynı profil üzerinde 2-B Wenner-alfa açılım sistemine ve 1-B Schlumberger açılım sistemine göre kuramsal veri üretilmiştir. Çözümün ilk aşamasında, 1-B DES verileri PSO yöntemi ile ters çözülerek ortama ait elektriksel yön bağımlılık katsayıları bulunmuştur. Çözüm sonucunda elde edilen tabakaların elektriksel yön bağımlılık katsayıları 2-B model ağına uygulanarak gerekli düzeltmeler yapılmış ve ardından 2-B verilerin klasik ters çözüm işlemi gerçekleştirilmiştir. 2-B verilerin hem yön bağımsız hem de yön bağımlı ortamlar için ters çözüm sonuçları ve gerçek tabaka değerleri Şekil-2 de verilmiştir.

SONUÇLAR

Bu çalışmada, elektriksel yön bağımlılığın özdirenç verilerinden nasıl giderileceği tartışılmıştır. Önerilen yöntem sentetik verilere uygulanmıştır. Geliştirilen 2-D SF elektriksel yön bağımlı programın sonuçları iki tabakalı elektriksel yön bağımlı analitik çözüm sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Yöntem ayrıca süzgeç teorisine göre elde edilen, yaklaşık analitik çözümle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar %0.4 oranında benzerlik göstermektedir.

Tabakaların elektriksel yön bağımlılığı 1-B DES verilerinin PSO ile ters çözümünde elde edilip, 2-B SF model ağının düzenlenmesi ve ters çözümünü içermektedir. Yöntemi henüz eğimli tabakalarda ve profil eğrisi ve tabaka doğrultusunun farklı durumlarında çalışılmamıştır. Burada sunulan çalışmada sadece yer koordinat sistemi ve ölçü koordinat sisteminin çakışık olduğu durum ele alınmıştır.

88

5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne E. Pekşen, T. Yas

Şekil-2. 2-B Kuramsal DAÖ verisine ait görünür özdirenç ve ters çözüm sonuçları (sol paneller), elektriksel yön bağımlı modele ait görünür özdirenç ve ters çözümler (sağ paneller) gösterilmektedir. (Beyaz çizgiler gerçek modeli temsil etmektedir.) Yön bağımlılık etkisinin giderilmeden yapılmasının tabaka sınırlarında kaymaya neden olduğu görülmektedir.

KAYNAKLAR

Bhattacharya B. B. and Sen B. K., 1981, Depth of investigation of collinear electrode arrays over homogeneous anisotropic half-space in direct current methods, Geophysics 46, 768–780.

Dey A. and Morrison H. F., 1979, Resistivity modeling for arbitrarily shaped two–dimensional structures, Geophysical Prospecting 27, 106–136.

Greenhalgh S. A., Marescot L., Zhou B., Greenhalgh, M., And Wiese T. 2009, Electric potential and Frechet derivatives for a uniform anisotropic medium with a tilted axis of symmetry, Pure and Applied Geophysics 166, 673-699..

Pekşen, E., Yas, T. and Kıyak, A., 2014. 1–D DC Resistivity Modeling and Interpretation in Anisotropic Media Using Particle Swarm Optimization. Pure and Applied Geophysics DOI 10.1007/s00024-014- 0802-2. Pervago E., Mousatov A., And Shevnin V. 2006, Analytical solution for the electric potential in arbitrary anisotropic layered media applying the set of Hankel transforms of integer order, Geophysical Prospecting 54, 651–661.

Wiese T., Greenhalgh S. A. and Marescot L., 2009, DC sensitivity for surface patterns for tilted transversely isotropic media, Near Surface Geophysics 7, 125–139.

89

5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.A. Kaya, Ç. Balkaya, G. Özürlan Ağaçgözgü

S18 Çanakkale Kenti Kıyı Akiferine Deniz Suyu Girişiminin Düşey Elektrik Sondaj Verilerinin İki BoyutluTers Çözümüyle Belirlenmesi

Two-dimensional Inversion of Vertical Electrical Sounding Data to Delineate Seawater Intrusion towardCoastal Aquifer of ÇanakkaleCity

M. Ali KAYA1, Çağlayan BALKAYA 2, Gülçin ÖZÜRLAN AĞAÇGÖZGÜ3

Posta Adresi: 1Şıhlar Mah. Okul Sok. No:11, Taşkent, Konya, Turkey 2Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü Batı Kampüsü 32260 Isparta 3İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği, 34469 Maslak, İstanbul E-Posta: [email protected]

ÖZ Tatlı su kıyı akiferine deniz suyu girişimi önemli bir çevre problemidir. Bu çalışma, alüviyal çökellerin üzerine kurulmuşolan Çanakkale Kentinin kıyı akiferine deniz suyu girişiminin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilen doğru akım özdirenç çalışmasının sonuçlarını sunmaktadır. Schlumberger elektrot dizilimi kullanılarak toplanan düşey elektrik sondaj (DES) verileri düzgünlük- kısıtlı doğrusallaştırılmış en-küçük kareler iyileştirmesine dayanan bir ters çözüm tekniği kullanılarak değerlendirilmiştir. Su kimyası ve hidrojeolojik verilerin analizinden elde edilen önceki çalışmaların sonuçlarına uygun olarak DES verilerinin iki boyutlu (2B) ters çözümünden elde edilen özdirenç-derinlik kesitlerinde Çanakkale Boğazından yerleşim alanına doğru deniz suyu girişiminin sınırlarıbelirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:Çanakkale, DES, Deniz suyu girişimi, 2B ters çözüm, Kıyı akiferi

ABSTRACT Seawater intrusion into freshwater coastal aquifersis an important environmental problem. This study presents the results of a direct current resistivity survey to delineate seawater intrusion into the coastal aquifer of Çanakkale City, have been built on alluvial deposits. Vertical electrical sounding (VES) data collected with Schlumberger array were interpreted by an inversion scheme based on a smoothness-constrained least-squares method.In accordance with the previous results obtained fromanalysis of hydrogeological and hydrochemical data, the limits of seawater intrusion from the Çanakkale Strait towards the urban area have been detectedin resistivity-depth sections which were obtained fromtwo-dimensional (2D) inversion of VES data.

Key words:Çanakkale, VES, Seawater intrusion, 2D inversion Coastal aquifer

GİRİŞ

Çanakkale kenti, ismini taşıyan boğazın kenarında alüvyon üzerine kurulmuştur (Şekil 1a). Kentteki nüfus artışı ve tarımsal çalışmalardan dolayıyeraltısularına talebin giderek artması nedeniyle ovadaki su sondajlarına her yıl yenileri eklenmekte ve aşırı su çekimiile ovanın emniyetli verimi

90 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.A. Kaya, Ç. Balkaya, G. Özürlan Ağaçgözgü aşılmaktadır. Bunun sonucunda yeraltısu rejimi bozularak denizden yerleşim alanına nüfuz edentuzlu suyun tatlı su akiferini basması yeraltısularının tuzlanarak kullanılamayacak duruma gelmesine neden olmaktadır. Yeraltısuyu özdirenci, içinde bulunduğu jeolojik formasyona bağlı olarak 5ohm.m’den 100 ohm.m’ye kadar değişirken deniz suyu, içerdiği tuz miktarı ve su sıcaklığına bağlı olarak oldukça düşük özdirenç göstermektedir (yaklaşık 0.2 ohm.m). Bu nedenle doğru akım özdirenç yöntemigenel olarak sahil şeritlerindeoluşan tatlı-tuzlu yeraltısuyugirişimzonununbelirlenmesindeuygulanabilecek en uygun jeofizik yöntemlerden birisidir (Loke, 2000).Çanakkale Boğazından kentin yerleşim alanına deniz suyu girişiminin dolayısıylayeraltısuyunun tuzlanmasının araştırılması amacıyla çalışma alanında78 düşey elektrik sondaj (DES) noktasında doğru akım elektrik özdirenç yöntemi uygulanmıştır. Ölçü noktaları D-B doğrultulu profiller üzerinde alınmış ve yine D-B doğrultulu açılımlar ile gerçekleştirilerek 2B’lu ters çözüme uygun veri toplanmıştır.

Bölgede, çeşitli jeolojik, hidrojeolojik ve jeofizik araştırmalar mevcuttur. Bunlara örnek olarak, Gürçay (2004) tarafından doğru akım özdirenç yöntemiyle yeraltısuyu varlığı araştırmaları, Deniz (2005) tarafındanÇanakkale ovasıyeraltısuyu kalitesininjeolojik ve hidrojeolojik araştırmaları verilebilir. Bunların yanısıra, Gürçay ve Kaya (2006), Çanakkale kentinin üzerinde yerleştiği alüvyon ortama olası deniz suyu girişimini DES verilerinin bir boyutlu değerlendirilmesiyle araştırırken, aynı verileri Demirci (2007) sismik mikrobölgeleme amaçlı kullanmıştır.

JEOLOJİ-HİDROJEOLOJİ

Çalışma alanı olarak belirlenmiş bölge, Çanakkale Merkez yerleşim alanını kapsamaktadır. Bu alan içinde gözlenen jeolojik birimler genel olarak tortullardan meydana gelmiştir. Bölgeye ait jeolojik ve hidrojeolojik bilgiler Deniz (2005)'den derlenmiştir. Stratigrafik olarak alttan üste doğru, Neojen yaşlı Çanakkale Formasyonu, Kuvaterner yaşlı Alüviyal Seki ve alüvyon bulunmaktadır (Şekil 1a). Çanakkale merkez yerleşim alanının kuzey ve güney bölümlerindeki nispeten yüksek alanlarda gözlemlenen ve Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı Çanakkale Formasyonu az pekleşmiş tortullardan meydana gelmektedir (Aktimur vd., 1993). Bu formasyonun üzerine açısal uyumsuzlukla gelen ve çalışma alanının kuzeydoğusundaki yamaçlarda gözlenenKuvaterner yaşlıAlüviyal Seki ise düzensiz bir içyapı sunan, tutturulmamışgevşek dokulu kum, çakıl ve bloklardan oluşmaktadır.

Alüvyon, çalışma alanındaki tüm birimleri üstlemektedir ve Kuvaterner (Holosen) yaşlıdır. Sarıçay, doğudaki dağlık bölgeden bünyesine katarak taşıdığı her türlü materyali ovanın batı bölümünde topoğrafik eğimin azaldığı uygun yerlerde çökelterek Çanakkale Ovasındaki alüvyon dolgunun oluşumunu sağlamıştır. Çanakkale Ovasında su temini için kullanılan sondajlar ve kuyular, alüvyonun ve Çanakkale Formasyonunun uygun seviyelerinden beslenmekte olduğundan bu iki jeolojik istif ekonomik olarak işletilen akifer özelliğindedir. Alüvyon, gerek litolojik açıdan uygunluğu gerekse en düşük kotlu kesimlerde bulunması nedeniyle yeraltısuyunun depolanması açısından serbest akifer özelliği göstermektedir. Çanakkale Formasyonu, yeraltısuyu açısından alüvyona göre nispeten daha verimlidir.Çanakkale ve çevresinde yeraltısuyu seviyesi, doğuda Saraycık yakınlarında yaklaşık 20 m derinde ölçülürken, denize yaklaşıldıkça bu değer yaklaşık 1 m’ye kadar düşmektedir. Hidrojeolojik araştırmalarda, sığ sondaj kuyularından alınan su kimyası parametrelerinden sudaki tuzluluk ile doğru orantılı elektrik iletkenlik (electricalconductivity- EC)değerleri ovanın sahile kıyı batı bölümünde doğu bölümüne göre daha yüksek ve batı bölümünde de kuzey ve güney bölümleri karşılaştırıldığında güney bölümünde daha yüksek olduğu gözlenmiştir (Deniz, 2005).

DES ÖLÇÜMLERİVE DEĞERLENDİRME

Şekil 1’de görüldüğü gibi Çanakkale Ovasındaki alüvyonlar üzerinde 78 noktada DES ölçümü Schlumberger açılımı kullanılarak alınmıştır (Şekil 1a). Çanakkale Kentinin kentsel özellikleri nedeniyle çok elektrotlu sistemlere uygun veri toplanamamıştır. Aynı nedenlerle DES açılımları sınırlanmış ve bazen 60 metrelik yarı açılım değerine ulaşılamamıştır.Ölçümler D-B doğrultulu

91 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.A. Kaya, Ç. Balkaya, G. Özürlan Ağaçgözgü profiller üzerinde alınmış ve yine D-B doğrultulu açılımlar ile gerçekleştirilmiştir.Yatay kat haritaları çizilerek alanın görünür özdirenç değerlerindeki değişim incelenmiştir. Yüzeyden derinlere doğru görünür özdirenç değerlerinin gittikçe düştüğü ve AB/2=15 m seviyesinden itibaren araştırma alanının özellikle batı kesimlerinde 5 ohm.m’den daha da düşük olduğu gözlenmektedir. Şekil 1b, AB/2=25 m için elde edilen yatay kat haritasını göstermektedir. Bu sonuç Deniz (2005)’in hidrojeolojik ve su kimyası verileri ile uyumludur. Burada ilginç olan çok düşük görünür özdirenç değerleri ile karakterize edilebilecek olan deniz suyu girişiminin sığ derinliklere karşılık gelen küçük açılım değerlerinden ziyade daha derinleri temsil eden görece büyük açılım değerlerine ait haritalarda gözlenmesidir.

Bu çalışmada toplanan DES verileri düzgünlük-kısıtlı doğrusallaştırılmış en-küçük kareler iyileştirmesine dayanan 2B ters çözüm algoritması (Uchida ve Murakami, 1990) kullanılarak değerlendirilmiştir. 2B ters çözüme örnek olmak üzere 6. profil sonuçları Şekil 2’de gösterilmiştir. 5- 7. profiller Sarıçay’ın güneyindedir. Her üç profilde de 5 ohm.m’den daha düşük özdirenç değerlerinin 10 m gibi sığ derinliklerden başlayarak daha derinlere kadar ve karaya doğru bir kaç yüz metre devam etmesi söz konusu alanlarda deniz suyu girişiminin göstergesi olmalıdır. Zira bu profiller hem sahile hem de denize dökülen Sarıçay’a yakındır.

SONUÇLAR

Görünür özdirenç haritaları ve DES verilerinin iki boyutlu ters çözümünden elde edilen özdirenç- derinlik kesitleriÇanakkale Boğazından yerleşim alanına doğru deniz suyu girişiminin sınırlarını ortaya koymuştur. Çanakkale Ovasının sahil kısımlarında deniz suyunun yeraltısuyuna girişimi nedeniyle tuzlanmanın etkisiyle5 ohm.m’den düşükgörünür özdirenç değerleriyle kendini göstermektedir. Ayrıca elde edilen sonuçlarSarıçay’ın denize boşaldığı bölge ve güneyinde bu girişimin denizden yerleşim alanına doğru yaklaşık olarak 700 m’ye kadar olduğunu göstermektedir. Bu girişimin hemen yüzeyden değil 10 m derinlik seviyelerinden başlayıp 30 m derinliklere kadar sürmesi bu çalışmadan elde edilen bir diğer dikkat çekici sonuçtur.

KATKI BELİRTME

Veri toplama aşamasındaki katkıları nedeniyle Jeofizik Yük. Müh. Savaş Gürçay, Dr. Alper Demirci ve Dr. Yunus Levent Ekinci’ye teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Aktimur, H.T., Uysal, S., Tamgaç, Ö.F., Aktimur, S., Sarıaslan, M., Emre, Ö.,Yıldırım, N., Potoğlu, S., 1993. Land use potential in the province Çanakkale. General Directorate of Mineral Research and Exploration Institute of Turkey (MTA) Report, Ankara, 159 pp. Demirci, A., 2007, Çanakkale Şehir Merkezi Sismik Mikrobölgelendirmesi, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi. Deniz, O., 2005, Çanakkale Yerleşim Alanının Yeraltısuyu Kalitesinin İncelenmesi, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi. Gürçay, S., 2004, Çanakkale Kenti ve Civarının Yeraltısuyu Varlığı, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi. Gürçay, S. and Kaya, M. A., 2006, Investigation of SeawaterIntrusion in Çanakkale City SurroundingbyMeans of ResistivityMethod, Symposium on Recent Applications in EngineeringGeology, 25 May 2006, Denizli. Loke, M. H., 2000, Electricalimagingsurveysforenvironmentalandengineeringstudies. A practicalguideto 2D and 3D surveys. Uchida, T.andMurakami, Y., 1990, Development of a fortrancodeforthetwo- dimensionalschlumbergerinversion: GeologicalSurvey of Japan Open-File Report, no. 150.

92 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.A. Kaya, Ç. Balkaya, G. Özürlan Ağaçgözgü

Şekil 1.(a)Yer bulduru haritası.Çalışma alanının jeolojisi, DESnoktaları, profiller veEC ölçüm noktaları,(b)AB/2=25 m için yatay kat haritası.

Şekil 2.(a)Profil 6 için DES verilerinin iki boyutlu ters çözüm sonuçları, ölçülen ve hesaplanan DES eğrileri,(b)2B ters çözümden elde edilen özdirenç-derinlik kesiti.

93 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Çağlar, G. Çakmakçı

S19 KOMBİNE KUYU LOGLARI İLE TRONA CEVHERLEŞME ZONLARININ GÖRÜNTÜLENMESİ IMAGING MINERALIZED ZONES OF TRONA USING COMBINED WELL LOGS

İlyas Çağlar1, Güray Çakmakçı2

Posta Adresi: 1 Istanbul Teknik Universitesi Maden Fakültesi Jeofizik Müh. Bölümü, İstanbul. 2 ETİSODA A.Ş. Beypazarı Ankara. E-Posta: [email protected]

ÖZ Modern kuyu log teknikleri, jeoloji ve madencilik uygulamalarında litoloji ve mineral içeriklerinin tanımı ve/veya tahmininde önemli rol oynamaktadır. Madencilik projelerinde genel olarak yaygın kullanılmayan kuyu loglarının bu bildiri ile örnek bir uygulaması aktarılmıştır. Endüstriyel bir mineral olan tronanın kuyu loglarına karşı reaksiyonu (petrofizik parametreleri) ve bazı log ölçümlerinin genel bir değerlendirilmesi sunulmuştur. ABSTRACT In geological and mining applications, comprehensive well logging techniques play a crucial role in determining or estimating lithologies and/or specific minerals. An example of utilizing well logs, those not generally utilized in mining projects is explained in this article. Trona, as being an industrial mineral, is presented in terms of its tool responses (i.e., petrophysical properties) as well as a general evaluation of some site logging work.

Anahtar Kelimeler: Trona, Özdirenç Logu, Sonik Log, Gamma Log, Bulanık Küme Key Words: Trona, Resistivity Log, Sonic Log, Gamma Log, Fuzzy Pattern

1. GİRİŞ

Self Potential (SP) log tekniği formasyonlar içinde hidrolik basıncın ürünü olarak gelişen elektrokinetik ve elektrokimyasal kökenli gerilimlerin meydana getirdiği akımların derinliğin fonksiyonu olarak ölçülmesini esas alır. İletken sondaj çamuru daha iyi SP bulguların elde edilmesinde etkin olurken SP sapmalarının genliği sondaj çamuru ile formasyon suyu arasındaki özdirenc farklılığına göre de anlamlı değişim gösterir (Asquith ve Gibson, 1982).

Özdirenç (Resistivity) logları ise kuyu cidarından sabit bir elektrik akımının A ve B elektrodlarından verilmesine bağlı olarak M ve N elektodlarından ölçülen gerilim kullanılarak kayaç özdirenç değerleri elde edilir. Elektrodlar arasındaki MA uzaklığına göre “Short Resistivity“ yada “Long Resistivity“ logları (kısaltma ile sırasıyla SRES ve LRES) olarak adlandırılır. Bunlardan araştırma yarıçapı daha küçük olan SRES logu formasyon sınırlarını LRES loguna kıyasla daha iyi belirler.

94 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Çağlar, G. Çakmakçı

Süprülme zonu etkisi daha az olan LRES logu ise formasyon özdirencini SRES loguna karşın daha gerçekçi olarak ortaya koyar. Gamma Logu (GL) bir formasyondan doğal olarak salınan toplam doğal gamma radyoaktivitesini ölçer. Bu log ile ölçülen gamma radyasyonu, içeriğinde potasyum-40 izotopu ile Uranyum-Radyum ve Toryum serileri barındıran kayaçlardan kaynaklanmaktadır. Gamma loglarının standart kalibrasyonu için uygulanan API birimi ton başına yaklaşık 0.07 mikrogram radyum eşdeğerini temsil eder (Tiab ve Donaldson, 2012). Litolojik loglarla ve diğer jeolojik – jeofizik verilerle denetleştirilebilir olduğundan GL tüm kombine log teknikleri arasında daima yer almaktadır. Kumtaşı ve şeyl birimlerindeki sismik hızlar benzerlik gösterdiğinden Sonik Logu(SL) nun litoloji belirlemedeki kullanımı sınırlıdır. Bu nedenle SL ilk olarak porozite ölçme logu olarak düzenlenmiştir. Bu logda elde edilen zaman (mikrosaniye/m veya mikrosaniye/feet) parametresi log değişimlerini karekterize eder. Kuyularda diğer bazı loglarla birlikte alınan SL kayıtlarının değerlendirilmesi daha yaygındır.

2. SAHA ÇALIŞMALARI

Çalışma sahasında tabiatta doğal olarak bulunan soda minerallerinden en yaygın bulunan Trona minerali yer alır.Çeşitli jeolojik fayların geliştiği sahada üretim amacıyla hazırlanan kuyularda kombine kuyu logları ve bazı noktalarda da Düşey Elektrik Sondaj ölçüleri alınmıştır. Tüm verilerin kullanılıp değerlendirilmelerinden sonra çizilen elektrik yapı kesidi ise Şekil 1’de gösterilmiştir. Sahadaki olası faylar ile cevherleşme zonu burada şekilde yorumlanıp verilmiştir. 6 14 JF-2 JF-1 57 22 800 800

600 600 Meters

Meters 400 400

200 200 Trona mineral

Electrical Resistivity (ohm-m)

0 40 70 100 200 320 0 500 1000 m

Şekil 1. Yorumlanmış elektrik yapı kesidi

2.1. Kombine Kuyu Logu ölçümleri

Sahada alınmış Gamma Logu (GL) verilerinden mineralli farklı derinlikler için okumalar yapılarak örnek bir dağılım haritası Şekil 2’de verilmiştir. Trona minerali için kuyulardaki GL sapmalarının sola doğru çok düşük değerlere (<10 API) yöneldiği bilinmektedir (Tixier ve Alger, 1970). Başlıca minerallerin log karekteristikleri incelendiğinde Evaporitler grubunda yer alan Trona minerali için Sonik Log (SL) sismik hızının (sonic transit time) ∆T = 65 µs/feet, Neutron Logu porozitesi (neutron porosity) ΦN=35, yoğunluğu (Yoğunluk logu) (bulk density) ρB=2.08 değerleri öne çıkar (Aly vd., 2003). Bu mineral Gamma ışın logu (GL), GR=0 API değeri ve 40 civarındaki porozite ile tanımlanırken aynı zamanda “Sonic Transit Time” değeri ise 65 µs/feet düzeylerindedir (Şekil 2) (Tixier ve Alger, 1970). Bridger Havzası adıyla anılan Bridger formasyonunu kesen kuyuda alınan “Self Potential” (SP), Short Resistivity (SRES) (16”) ve Long Resistivity (LRES) (64”) Özdirenç kuyu loglarının 380-450 metre seviyelerinde silttaşı ve şeyl ardalanmalarının içinde ince bandlar olarak bu mineral ile uyumlu sapmaların varlığı izlenmiştir (Textoris, 1963). SRES (16”) ve LRES (64”) Özdirenç kuyu loglarında mineralli seviye yüksek elektriksel dirençliliğini işaret eden sağa sapmalarla karekteristik edilmiştir.

95 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Çağlar, G. Çakmakçı

3. BULANIK DESEN TANIMA YÖNTEMİ İLE YORUMLAMA

Bulanık mantık “fuzzy logic” belirsizliklerin anlatımı ve belirsizliklerle çalışılabilmek için kurulmuş bir matematik düzendir. Aynı zamanda akıl yürütme mantığıdır ve belirsizlik ortamında değerlendirme yaparak yaklaşık sonuç elde etmeyi sağlar (Zadeh, 1965; Zadeh, 1973). Bulanık desen (fuzzy pattern) uygulaması kapsamında sayısal kuyu logu verilerinin kullanıldığı otomatik bir hesaplama şemasının (Yul ve Wilkinson, 2008) yanında yine yer altı suyu akifer sisteminin litolojik formasyonlarını tanımlamak amacıyla alınmış kuyu loglarından yer altı suyu için uygun olan geçirimli kum formasyonunu siltli seviyelerinin ayırt edildiği bir başka çalışma vardır (Hsieh vd., 2005).

Şekil 2 (Solda): Sahada 250, 300 ve 325 m derinlikler için GL sapmaları birlikte dağılımı. (Sağda): Green River formasyonunda Trona Minerali seviyeleri. Kırmızı bandlı seviyeler Trona mineralini gösterir (Tixier ve Alger, 1970 dan yeniden çizildi).

Hammadde yataklarının bulunduğu seviyelerin kendi alt ve üst civarlarındaki kayaçlara göre olan petrofiziksel parametre farklılığı onların aranmalarındaki ölçütleri ortaya koyar. Bu bakımdan metalik olmayan mineraller için bulanık bir desen söz konusu olabilmektedir. Sahada mineralli seviyelerin görüntülenmesi aşamasında çeşitli sayılardaki kuyularda Gamma logu (GL), Short Resistivity (SRES) logu, Long Resistivity (LRES) logu, Sonic Log (SL) ve Self Potential (SP) logu ölçümleri alınmıştır.

3.1. Bulanık desen tanıma şeması ile logların yorumu

Log veri seti noktalarının merkez civarına kümelenmelerindeki merkeze olan uzaklıklar serideki bir verinin üyelik dereceliğini tarif eder. Görüntülenmek istenen mineralli seviyenin kombine log seti tarafından birliktelik içerisinde belirlenmesi aslında “İşaretleme Göstergesi” (IG) derecesi ile tanımlanır (Gupta, 2001). Bir bulanık veri bölümünün IG değeri olan P parametresi, Jm(P) küme merkezi vi alan vektörleri xk terimlerinde izlenen bağıntı ile tanımlanabilir. n c m 2 ( ) = [Ai(xk ) ] |xk vi| k=1 i=1 𝐽𝐽𝑚𝑚 𝑃𝑃 � � � − � (1) 2 Bağıntı (1) de: | | terimi xk ve vi arasındaki uzaklığı ve m ise tam sayıyı (>1) ifade eder (Gupta, 2001) . Bağıntıdaki c terimi ise veri setindeki bulanık bölmelerin sayısını ve n ise dikkate � 𝑥𝑥𝑘𝑘 − 𝑣𝑣𝑖𝑖 � 96 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Çağlar, G. Çakmakçı alınan veri sayısını ifade eder. Burada Ai(xk) ise veri bulanık üyelik derecelerini, xk bir bulanık kümedeki üyelik derecesini gösterir. Yazılımdaki yinemeli bir şema (Şekil 3) ile hesaplanan IG değerleri ile vi civarında merkezleşmiş veri kümelerinin üyelik dereceliklerini tanımlanır (Gupta, 2001).

3.2. Mineralizasyon katmanlarını IG değerleri ile görüntüleme ve sonuçlar

Buradaki uygulamada yazılım çalıştırıldığında veri dosyasından okumalar yapılarak herbir veri seti için 25 adet olmak üzere kümelerin oluşturulması ve kümelerin gruplandırmaları yapılmıştır. Düşük değer için “Low” (L), Yüksek değer için ise “High” (H) kısaltmaları yapılarak loglara ait SRESHH, LRESHH, GLL, SLH ve SPH deseni dikkate alınmıştır. Petrofiziksel parametreleri bağlamında trona mineralli seviye için standartlara uyan kümelendirmeler yapılıp bunların merkezleri birbirinden ayırt edilmiş ve öngörülen ölçüt değerine uyan üyelik dereceleri ile derinlikleri bulunmuştur. Kuyulara ait SRES, LRES, SP logları ile GL, SL (Gamma ile Sonik loglar) için yapılmış hesaplamalardan elde edilen IG değerlerinden 5 olanların tronalı seviyelerle belirgin şekilde denetleştirildiği izlenmektedir (Şekil 4).

Şekil . 3. Log verilerinde bulanık desen tanıma işleyiş şeması

V001U V006UA V022UA 220 3 3 V001LA 200 3 3 220 3 240 3 3 230 3 210 230 3 4 250 3 3 4 220 240 3 260 3 240 3 3 3 4 3 270 3 230 3 250 250 4 3 4 280 3 3 3 3 240 260 260 3 3 3 290 3 3 4 3 250 3 270 270 3 3 300 3 3 260 280 3 3 310 3 280 3 3 270 290 3 4 320 4 3 290 3 3 4 3 3 300 4 330 3 280 3 3 3 300 3 3 3 340 3 290 310 3 3 3 3 m) 310 3 320 3 350 3 lik (m) 3 3 ik ( 4 300 3

3 3 inl 3 360 320 3 4 330 3 4 5 Derin 310 3 Der Derinlik (m) Derinlik (m) 3 370 4 3 330 5 3 4 340 3 4 320 3 5 3 380 3 350 4 4 5 5 5 340 330 5 4 390 3 3 3 5 5 360 4 5 350 3 5 340 3 4 5 3 5 400 3 3 4 3 4 5 370 3 3 3 3 410 3 350 5 360 3 3 5 5 3 5 4 4 3 380 5 420 3 3 4 5 3 5 360 3 370 3 3 4 3 4 390 3 430 3 3 3 4 370 380 3 4 400 3 440 3 3 3 4 5 3 3 380 3 390 3 450 410 5 3 5 390 3 400 4 460 420 3 3 400 470 430 410 Şekil . 4. Bulanık desen tanıma tekniği ile 4 kuyuya ait loglardan hesaplanmış IG değerleri.

4. SONUÇLAR Çalışma sahasında çok temiz ve yüksek tenörlü olan trona damarlarının oluştuğu derinliklere karşılık gelen GL değerlerinin genel olarak 10cps’den küçük olduğu ve SL da bu seviyelerin 65 µs/feet düzeylerinde, LRES ve SRES loglarnda ise yüksek değerler verdiği anlaşılır. Düşük GL sinyalinin olası kil varlığından kaynaklanabileceği de varsayılırsa trona damar seviyelerinin tespiti için birden çok parametrenin incelenmesi ve bunun kombine loglarda farklı derinlikler için “Bulanık Küme” uygulamasıyla gerçekleştirilmesi bu makalede verilmiştir.

97 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Çağlar, G. Çakmakçı

Kaynaklar

Asquith, G., Gibson, C., 1982. Basic Well Log Analysis for Geologists. AAPG Publications, Tulsa, OK 216pp.

Hsieh, B. Z., , Lewis, C., Lin, Z. S., 2005. Lithology identification of aquifers from geophysical well logs and fuzzy logic analysis: Shui-Lin Area, Taiwan. Computers & Geosciences 31, 263– 275.

Gupta, S.P.D., 2001. Application of a fuzzy pattern recognition method in borehole geophysics. Short Note, Computers & Geosciences 27, 85 – 89.

Textoris, D. A., 1963. Stratigraphy of the green river formation in the Bridger Basin, Wyoming. The Ohio Journal of Science 63, 241-258.

Tiab, D., Donaldson, E.C., 2012. Petrophysics (Third Edition). Theory and Practice of Measuring Reservoir Rock and Fluid Transport Properties. Basic Well-Log Interpretation – Chapter 12. Elsevier Inc., 803–827.

Tixier, M. P., Alger, R. P., 1970. Log evaluation of nonmetalic mineral deposits. Geophysics 35, 124-142.

Zadeh, L. A., 1965. Fuzzy Sets. Information and Control 8, 338-353.

Zadeh, L. A., 1973, Outline Of A New Approach To The Analysis Of Complex Systems And Decision Processes. IEEE Trans. Syst. , Man. And Cybern. Sayı SMC-3

98 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O.M. İlkışık, S. Özer, M. Metin, O. Cinemre, U. Alagöz, E. Sağır

S20 ÇAYIRHAN JULİOPOLİS VE ÇAĞA ROMA HAMAMI KAZI ALANLARINDA ARKEO-JEOFİZİK İNCELEMELER ARCHAEO-GEOPHYSICAL INVESTIGATIONS IN ÇAYIRHAN JULIOPOLIS AND ÇAĞA ROMAN BATH EXCAVATION FIELDS

O.Metin İlkışık1, Salih Özer1, Mustafa Metin2, Okan Cinemre2, Umut Alagöz2 ve Enver Sağır2

Posta Adresi: 1 Anadolu Yerbilimleri Ltd.Şti., İstanbul. 2 Anadolu Medeniyetleri Müzesi, Ankara. E-Posta: [email protected]

ÖZ

Anadolu Medeniyetleri Müze Müdürlüğü’nün talebi ile Ankara İli, Çayırhan Juliopolis ve Çağa Roma Hamamı kazı alanlarında seçilen bölümlerde jeofizik “jeoradar yöntemi” ile tahribatsız incelemeler yapılmıştır.

Çayırhan Juliopolis Nekropol alanında kaydedilen verilerin işlenmesi sonucunda hazırlanan jeoradar kesitleri üzerinde gözlenen yeni mezar yeri emareleri haritalanmıştır. Bir örnek tahkik olarak M6 jeoradar kesiti ile belirlenen yerde yapılan açmada yan yana iki adet kaya oygu sanduka mezarlar bulunmuştur. 0.5-1.0 m örtü tabakası altında 1.5-2.0 m derinlikteki mezarlardan ölenlerin dönemine ait çeşitli eşyalar çıkmıştır.

Çağa Roma Hamamı kazı alanının güneyindeki yamaçtaki emareler ise varlıkları kesin olmakla birlikte yerleri geometrik bir yapı simetriği vb bir görüntü vermemektedir. Buna karşılık yamaç boyunca üç kademe halinde uzanan konkav (içbükey) eğriler halinde izler ortaya çıkmaktadır. Bunların tarihsel dönemlerde yamaç aşağı akan jeotermal suların oluşturduğu traverten taraçalar olduğu ve daha sonraları kuruyarak toprak altında kaldığı yorumu yapılmıştır.

ABSTRACT At the request of the Directorate of Museum of Anatolian Civilizations non-destructive investigations were carried out in selected parts of Ankara, Çayırhan Juliopolis and Çağa Roman Bath excavation areas using geophysical georadar method.

Following the processing of data which is collected from Çayırhan Juliopolis Necropolis area, georadar sections are prepared and observed anomalies of new unknown graves are mapped. As an example of verification, a trench made in defined location along M6 georadar section and two side by side cist graves hewn into the stone were observed. Within these 1.5-2.0 m deep graves below the 0.5-1.0 m cover layer, various belongings of the deceased person’s period were found.

The anomalies -while it is certain existence- on along southern hillside next to Çağa Roman Bath excavation area, their locations are not reflect any trace of a geometrical structure. In contrast, extending in three stages along the slope follows the concave form of curves arises. Those are interpreted as buried travertine terraces within soil which are formed by running geothermal waters during historical times and then dried.

Anahtar Kelimeler: Arkeojeofizik, Jeoradar, Key Words: Archaeogeophysics, Georadar.

99 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O.M. İlkışık, S. Özer, M. Metin, O. Cinemre, U. Alagöz, E. Sağır

GİRİŞ

Juliopolis nekropol alanı Ankara İli, Nallıhan İlçesi, Çayırhan Beldesi, Gülşehri mevkii'nde yer almaktadır. Eski kent muhtemelen, Sakarya Nehri ve Aladağ Çayının birleştiği bir yerde, eski Sarılar Köyünde olup, 1950 li yıllarda yapılan Sarıyar Baraj Gölü altında kalmıştır. Nekropol alanı baraj gölünün kuzey kıyısındaki 522 m rakımlı kalker kayalık üzerinde bulunmaktadır. Antik kaynaklara göre Frig Döneminde Gordiokome isimli bir köy olarak kurulmuş olan yerleşim MS 1 YY dan itibaren Roma hakimiyetine girmiş ve giderek kent statüsü kazanmıştır. MS 4. ve 9. yüzyıllar arasında Juliopolis önemli bir Hristiyan kenti hüviyetindedir. MS 9. YY dan itibaren ise antik kaynaklarda artık kentin adına rastlanmaz. Sarıyar baraj gölü’nün kuzeyindeki Çayırhan, Gülşehri mevkiinde olan nekropol alanında 2009 yılından itibaren Anadolu Medeniyetleri Müzesi’nce sürekli programa alınan kurtarma kazıları devam etmektedir.

“Çağa Roma Hamamı” ise Ankara İli, Güdül İlçesi, Çağa Beldesi sınırları içerisinde yer alan Sarıkaya mevkiindedir. Çoban Hamamı olarak bilinen jeotermal kaynağın bulunduğu Sarıkaya’nın rakımı 650 m olup ortalama 5-10 m kalınlıklı traverten kayalık alan üzerinde yer almaktadır. Kazılan yapı, Roma döneminde özellikle MS 1. YY da görülmeye başlayan ve Thermae olarak tanınan, Roma hamamı örneği olup alandaki bulgular yapının MS 2. YY da yapıldığını ve muhtemelen MS 3. YY da da kullanımda olduğuna işaret etmektedir1. Alanda 2012 Haziran’ında başlayan ikinci dönem kazı çalışmaları Anadolu Medeniyetleri Müzesi tarafından yürütülmektedir.

Projelerin sahibi Anadolu Medeniyetleri Müze Müdürlüğü’nün talebi ile Eylül 2013 de her iki kazı alanında seçilen bölümlerde jeofizik “jeoradar yöntemi” ile tahribatsız incelemeler yapılmıştır.

Şekil 1. Çayırhan Juliopolis ve Çağa Roma Hamamı çalışma alanları.

JEORADAR KAYITLARI

Çayırhan, Juliopolis arkeolojik kazı alanı ve Çağa Roma Hamamı kazı alanında jeoradar yöntemi ile kayıtların alınmasında İsveç, Mala Geoscience yapısı Ramac sistemi ile 250 MHz şiltli anten kullanılmıştır. İnceleme alanında seçilen 1.5-2.0 m aralıklı çeşitli doğrultularda alınan ≈180 ns süreli 8 yığmalı radar yansıma kayıtları önce bilgisayar üzerine depolanmış; Groundvision ve ReflexW bilgisayar yazılımları ile gerekli filtreleme vb matematik işlemlerden geçirilen verilerden daha sonra jeoradar kesitleri ve haritalar hazırlanıp yorumlanmıştır.

1 http://www.envanter.gov.tr/anit/index/detay/35852 100 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O.M. İlkışık, S. Özer, M. Metin, O. Cinemre, U. Alagöz, E. Sağır

Çayırhan, Juliopolis Arkeolojik Kazı Alanı

Nekropol alanındaki mezarların dağılımına bakıldığında alanının tümünün MS 1-3. YY’lar arasında bir düzen olmaksızın karışık olarak kullanıldığı anlaşılmaktadır. Kazı sürecinde açığa çıkarılan mezar tipleri kaya oygu, sanduka mezar, basit toprak mezar, kaya oygu oda mezar, taş lahit mezar olarak belirlenmiştir.

Verilerin işlenmesi sonucunda hazırlanan jeoradar kesitleri üzerinde gözlenen yeni mezar emareleri işaretlenmiş ve haritalanmıştır. Bunlardan M kodlu alanda M3, M4 ve M5 profillerinin kuzey kısmında iki ayrı mezar yeri belirlenmiştir. Diğer önemli bir emare M7 de 11 ile 15 m ler arasındadır ve M8 üzerinde de etkisi izlendiğinden orta noktası iki profilin arasında bir yerde olmalıdır. Benzer şekilde G kodlu alanda da gözlenen birçok emarenin bazı yeni mezar yerlerine karşı gelmesi beklenir (Şekil 2). Nitekim bir örnek tahkik olarak M6 jeoradar kesiti ile belirlenen yerde yapılan açmada yan yana iki adet kaya oygu sanduka mezarlar bulunmuştur (Şekil 3).

Şekil 2. (Üstte) M2 profili üzerinde 250 MHz antenle alınan jeoradar kaydında başlangıçtan 7 m uzakta 0.6 m derinde; (altta) G36 profilinde 24 ile 26 m arasında 1.2±0.1 m derinlikte gözlenen eski mezar yeri belirtileri.

Şekil 3. M6 kesiti ile belirlenen noktada açılan M450 ve M451 No’lu kaya oygu sanduka mezarlar.

101 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O.M. İlkışık, S. Özer, M. Metin, O. Cinemre, U. Alagöz, E. Sağır

Çağa, Roma Hamamı Arkeolojik Kazı Alanı

Bu bölgede dört ayrı bölümde jeofizik “jeoradar yöntemi” 2137 m kayıt alınarak tahribatsız incelemeler yapılmıştır. Kazı alanının güney tarafındaki yamaçta kalan L grubu ölçümler için Şekil 4 de verilen yorumlanmış planlardaki işaretler radar yansımaları üzerinde beliren olası duvar veya benzeri oluşumların yerini göstermektedir. Varlığı kesin olan bu oluşumların yan yana profiller üzerindeki yerleri geometrik bir yapı simetriği vb bir görüntü vermemekte; buna karşılık yaklaşık D- B yönünde yamaç boyunca üç kademe halinde uzanan konkav (içbükey) eğriler halinde ortaya çıkmaktadır.

Roma Hamamının bulunduğu bölgenin jeotermal doğal bir kaynak alanı olduğu dikkate alınırsa uzun yıllar yamaç aşağı akan sıcak suların doğal traverten taraçaları oluşturması mümkündür. Daha sonra bölgeyi etkileyen bazı büyük depremler kaynağın çıkış yerini ve debisini de zaman içinde değiştirmiş olmalıdır. Kuruyan yamaç daha sonraları toprakla örtülmüş ve taraçalardaki havuzcukların doğal duvarları (setleri) yeraltında kalmış durumdadır.

Şekil 4. (Solda) L grubu kesitlerdeki emarelerden işaretlenerek yorumlanmış harita; (sağda) L14 ve L16 profillerinde görülen güneye doğru dalan tabakalar (beyaz kesikli izler) yamacın 300 civarındaki eğimi dikkate alınarak döndürülür ve yan yana çizilirse bunların köşelerine gelen işaretlerin traverten taraçaların eski havuz duvarlarına karşı geldiği anlaşılmaktadır.

SONUÇLAR

Çayırhan Juliopolis ve Çağa Roma Hamamı Projelerin sahibi Anadolu Medeniyetleri Müze Müdürlüğü’nün talebi ile Eylül 2013 de her iki kazı alanında seçilen bölümlerde jeofizik “jeoradar yöntemi” ile tahribatsız incelemeler yapılmıştır

Çayırhan Juliopolis Nekropol alanında kayedilen verilerin işlenmesi sonucunda hazırlanan jeoradar kesitleri üzerinde gözlenen yeni mezar emareleri işaretlenmiş ve haritalanmıştır. Bunlardan M kodlu alanda dört ayrı mezar yeri belirlenmiştir. Benzer şekilde G kodlu alanda da gözlenen birçok emarenin bazı yeni mezar yerlerine karşı gelmesi beklenir. Nitekim bir örnek tahkik olarak M6 jeoradar kesiti ile belirlenen yerde yapılan açmada yan yana iki adet kaya oygu sanduka mezarlar bulunmuştur.

102 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne O.M. İlkışık, S. Özer, M. Metin, O. Cinemre, U. Alagöz, E. Sağır

Çağa Roma Hamamı kazı alanının güneyindeki yamaçta kalan L grubu ölçümler üzerindeki emareler işaretlendiğinde radar yansımaları üzerinde beliren olası duvar veya benzeri oluşumların yerini göstermektedir. Varlığı kesin olan bu oluşumların yan yana profiller üzerindeki yerleri geometrik bir yapı simetriği vb bir görüntü vermemekte; buna karşılık yaklaşık D-B yönünde yamaç boyunca üç kademe halinde uzanan konkav (içbükey) eğriler halinde ortaya çıkmaktadır.

Bölgenin doğal bir jeotermal alanı olduğu dikkate alınırsa tarihsel dönemlerde yamaç aşağı akan sıcak suların doğal traverten taraçaları oluşturmuş; daha sonraları bölgeyi etkileyen bazı büyük depremler kaynağın yerini ve debisini de zaman içinde değiştirmiş olmalıdır. Kuruyan yamaç daha sonraları toprakla örtülmüş ve taraçalardaki havuzcukların doğal duvarları (setleri) yeraltında kalmış durumdadır.

KAYNAKLAR

İlkışık. O.M., 2013. Çayırhan, Juliopolis Antik Alanında Jeoradar Yöntem ile İncelemeler. Anadolu Yerbilimleri (Yayınlanmamış) Rapor No:2013-1123.

İlkışık. O.M., 2013. Çağa Roma Hamamı Antik Alanında Jeoradar Yöntem ile İncelemeler. Anadolu Yerbilimleri (Yayınlanmamış) Rapor No:2013-1122.

103 5.YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu, T. Çınar, Y. K. Kadıoğlu, K. Deniz

S21 İNŞAAT ZEMİNİNİN VE TEMEL ALTYAPISININ YER RADARI YÖNTEMİ İLE DENETLENMESİ: PURSAKLAR, ANKARA’DA BİR UYGULAMA

CONTROLLING OF THE GROUND AND THE BASE INFRASTRUCTURES OF A CONSTRUCTION WITH GPR METHOD: A CASE STUDY IN PURSAKLAR, ANKARA

Selma KADIOĞLU1,3, Tuba ÇINAR1, Yusuf Kağan KADIOĞLU2,3, Kıymet DENİZ2

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Ankara 2 Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Ankara 3 Ankara Üniversitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi (YEBİM), Ankara. E-Posta: [email protected]

ÖZ

Günümüz teknolojisi ile bina yapımının yönetimini ve dayanıklılığını sağlamak için zemin etüdü yapılmaktadır. İnşaat mühendisleri alüvyon dolgulu gevşek zeminlerde daha derin ve belli aralıklarla sıralı temel kazıkları ile binanın duraylılığının sağlandığını söylemektedirler. Bina yapımının yönetiminde temel altyapıları denetlenebilir mi? Altyapı için kararlaştırılmış temel kazıklarının derinliği ve aralıkları nasıl denetlenebilir?

Yüzeye herhangi bir şekilde zarar vermeyen yer radarı (GPR) yöntemi ile bina altı zemin içindeki tüm kırıklar, boşluklar, zayıf bölgeler gibi zemin durumu belirlenebilir. Ayrıca bina temel altyapılarına ait temel derinliği, kazıkların konumu ve derinlikleri başarıyla görüntülenebilir. Bu çalışmamızın amacı GPR yönteminin bu konudaki başarısını göstermektir. Bu amaçla, GPR yöntemi ile Ankara ili Pursaklar Saray Mahallesinde temeli atılan bir binanın zemin ve altyapı durumu görüntülenmiştir.

ABSTRACT

Ground surveys have been done in order to management and supply stability of the constructing buildings by today’s technology. Civil engineers say that stability of the buildings such a constructed in a week unconsolidated and alluvial soil can be supplied by deep stakes lined at regular intervals. Could base infrastructures be control for a management of a building construction? How the agreed depths and intervals of the infrastructure stakes can be control?

Ground conditions under the building such as all fractures, cavities and uncon solidated areas can be determined by non-destructive ground penetrating radar (GPR) method. In addition the depth of the base, locations with depths of the stakes belonging to the base infrastructures can be visualized successfully by GPR method. The aim of our study is to show success of the GPR method in this topic. For this aim, we visualized ground and state of the infrastructures of a building completed base construction in Ankara city, Pursaklar-Saray district.

Anahtar Kelimeler: Bina temel altyapısının görüntülenmesi, bina zemin özelliklerinin belirlenmesi, GPR, radargram. Key Words: Visualization of building base infrastructure, determination of ground properties of a building , GPR, radargram. 104 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu, T. Çınar, Y. K. Kadıoğlu, K. Deniz

GİRİŞ

Türkiye’nin bir deprem ülkesi olması nedeniyle yapı-inşaat sektörünün denetlenmesi oldukça önemli bir konudur. Hepimiz biliyoruz ki 1997, 99 depremleri sonrası yıkılan binalar nedeniyle binlerce can verdik. Bu canların birçoğu zemin etütleri yapılmamış, zemine göre uyulması gereken inşaat kurallarına uyulmamış ve hatta malzemeden çalma nedeniyle duraylılığını yapım sırasında kaybetmiş yapılaşma nedeniyle hayatlarını kaybetmişlerdir. Bu depremlerden sonra önlemler alınacak denmiş, birtakım yenilikler yapılmıştır. Oturulamaz durumdaki binalar belirlenerek yıkılacak kararı da kayıtlara alınmıştır. Bu karar sadece bina içindeki kırıklara bakılarak mı verilecektir? İnşaat sektörü çok şaşırtıcı şekilde, eğer bir duvar kolonlardan ayrılmış ise ilgili yarık doldurularak hasar giderilebilir, eğer duvarda eğimli bir kırık varsa temelde oturma olmuş sorun değildir, ancak kolon içinde eğimli bir kırık görülürse o zaman yapı temeli zarar görmüştür diye karar vermektedir. İnşaat sektörü bina temelini de içine alan binanın altında, yaklaşık 10 m derinliğe kadar, zemin içinde olağan dışı bir sorun var mı sorusunu bile düşünmeden tamir edilir tekrar halkın hizmetine sokulur düşüncesindedir. Bu durum belki de yerbilimci olarak, gerek bina yapım öncesi gerekse deprem gibi bir doğal afet sonrası, temel altındaki zemin içinde oluşan tehlikeli bir kırık, boşluk veya zayıf bölge gibi süreksizliklerin belli bir süre sonra bina duraylılığını tamamen ortadan kaldırabileceğini bu sektöre anlatamamaktan kaynaklanabilir. Günümüzde bu problemlerin hangi jeofizik yöntemlerle belirlenebileceği ve kimlerin uygulayabileceği daha iyi anlatılmalıdır. Maalesef inşaat sektörü iyi kötü bilgilendiği konularda da işi kendine maaledip kendisi uygulamaya çalışmaktadır. Bu da yine sorunları sadece kendi içimizde tartışarak, eleştirerek yol almaya çalışmamızdan kaynaklanmaktadır. Bu konularla ilgili ortak çalıştaylar düzenlenirse belki de entegre çalışmalar sağlanabilir ve doğru sonuçlar elde edilebilir.

İıçinde kır kların, yarıkların olduğu bir binanın onarılması ile oturulabilir durumdadır demek gizli faciaların önünü açmak demektir. Oturulabilir durumda denmesi için zemin şartlarının uygun olup olmadığı mutlaka denetlenmelidir. Bu konuda mühendislik sismolojisi ve zemin parametrelerini belirleme yöntemleri tam yeterli değildir. Zemin sınıfını vermek artık günümüz teknolojisi için yetersiz bilgidir. Binanın yapılacağı veya yapıldığı temel altı kırıkların ve/veya boşlukların konumları, başlangıç derinlikleri, dik veya eğimli olduğu, eğim yönü ve miktarı, etkinliği, zeminin noktasal zayıf bölgeleri, yeraltı su tablası gibi zemine ait özel durum parametrelerinin görüntülenmesi gerekmektedir. Bina içindeki kırıkların eğimine, genişliğine bakarak sağlamlık durumu hakkında karar vermek te bir o kadar eksiktir. Taşıyıcı kolonlar içinin görüntülenmesi ile kırıkların ve en azından demir örgü düzeneğinin belirlenmesi gerekmektedir. Yine temel altyapı özelliklerinden temel kazıkların düzeneğinin ve derinliklerinin de ortaya konulması gerekmektedir.

Bu çalışmada, yukarıda tanımlanan zemin ve yapı özel durum parametrelerinin elde edilmesinde GPR yönteminin nasıl uygulanabileceği, yetenekleri sunulmaya çalışılmaktadır. Çalışmanın amacı sadece zemin ve yapı özel durum parametrelerinin belirlenebileceğini göstermek değil, çalışmanın sağlıklı yapılabilmesi için günümüz binalarının bodrum katlarının ara katlar gibi odacıklarla doldurmak yerine daha geniş ölçekte bölümlere ayrılması gerektiğini de anlatmaya çalışmaktır. Burada örnek olarak Ankara’nın Pursaklar-Saray Mahallesindeki yeni inşaat alanında temeli atılmış bir binanın temel yapı ve zeminine ait özel durum parametrelerinin GPR yöntemi ile görüntülenmesi sunulmuştur. Çalışma sonucunda tarihsel varlıkların alt yapılarının neden daha sağlam olabileceği yapılmış çalışmalar ile tartışılacaktır (Kadıoğlu 2013).

GPR VERİLERİNİN TOPLANMASI, İŞLENMESİ VE GÖRÜNTÜLENMESİ

Yapıların temel altyapısı ve zemin görüntülemede 10 -14 m derinlik seviyesi hedef alınmış ise 150- 250 MHz merkez frekansına sahip kapalı antenler kullanılması uygundur. Veriler çalışma alanında 0.25- 1.0 m arasında değişen profil aralıkları ile mümkünse paralel profiller üzerinde alınmalıdır.

105 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu, T. Çınar, Y. K. Kadıoğlu, K. Deniz

GPR verileri işlendikten sonra öncelikle 2B profil kesitleri (radargramlar) irdelenmeli, eğer tüm profiller paralel toplanmışsa 3B görüntüleme teknikleri kullanılarak yapıların şekil, konum ve derinlikleri ortaya konulmalıdır. Görüntülemenin başarısı doğru veri-işleme bağlıdır. Görüntüleme işleminde genlik-renk ölçeğindeki renklere göre pozitif polariteyi takip etmek daha uygundur. Çalışma alanımız alüvyon zemin üzerine yapılmış bir temel üzeridir (Şekil 1). Veriler Ramac CUII GPR sistemi ve 250 MHz kapalı anten kullanılarak toplanmıştır. Temel üzeri yapı planına uygun olacak şekilde dış çerçeve alanlarının herbir kenarı 1m aralıklı paralel üç profil üzerinde toplanmıştır. Hedef dış çerçeve üzerindeki varsa zemin problemlerini ve zemin temele ait kazık sayısı, aralıkları, konumları ve derinliklerini belirlemektir. Yine aynı şekilde aynı amaçla iç bölgede 1m aralıklar ile paralel profiller üzerinde veriler toplanmıştır. Veriler işlendikten sonra profil verilerine ait radargramlar üzerindeki kırıklar, temele ait kazıklar ve zemindeki zayıf bölgeler ayrıntılı bir şekilde görüntülenerek yorumlanmıştır. Şekil 1 ve Şekil 2 işlenmiş ve yorumlanmış radargram örneklerini göstermektedir.

Şekil 1. Çalışma alanı, plan üzerine yerleştirilmiş dış çerçeve profillerin konumu ve 17. ve 18. profillere ait radargramlar ve üzerinde belirlenmiş temele ait kazıklar ve çökme kırığı. 106 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne S. Kadıoğlu, T. Çınar, Y. K. Kadıoğlu, K. Deniz

Şekil 2. Çalışma alanı, plan üzerine yerleştirilmiş iç bölge profillerin konumu ve 12, 13, 14 ve 15. profillere ait radargramlar ve üzerinde belirlenmiş eğimli kırık hattı ve sulu zayıf bölge ve tüm iç bölgeye ait radargramlardan elde edilen sonuçların plan üzerine yerleştirilmesi.

KAYNAKLAR

Kadioglu, S., 2013. "Transparent 2d/3d Half Bird’s-Eye View of Ground Penetrating Radar Data Set in Archaeology and Cultural Heritage". InTech - Open Access Publisher, Imaging and Radioanalytical Techniques in Interdisciplinary Research -Fundamentals and Cutting Edge Applications, ISBN 978-953-51-1033-0, edited by Faycal Kharfi, Section 5, http://www.intechopen.com/articles/show/title/transparent-2d-3d-half-bird-s-eye-view-of- ground-penetrating-radar-data-set-in-archaeology-and-cultu

107 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ç. Balkaya, G. Göktürkler

S22 Karşılıklı Kuyu Yer Radarı Verilerinin Birinci ve İkinci Dereceden TikhonovDüzgünleyici Kullanarak Tomografik Ters Çözümü

Tomographic Inversion of Crosshole Radar Data by First- and Second-Order Tikhonov Regularization

Çağlayan BALKAYA1, Gökhan GÖKTÜRKLER2

Posta Adresi: 1Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü Batı Kampüsü 32260 Isparta 2Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü Tınaztepe Yerleşkesi 35397Buca, İzmir E-Posta: [email protected]

ÖZ

Karşılıklı kuyu yer radarı yöntemi zemin su içeriği ve vadozzon boyunca süzülmenin haritalanması gibi hidrojeolojik problemlerin çözümü için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma, karşılıklı kuyu yer radarı verilerinin tomografik ters çözümü için birinci ve ikinci dereceden Tikhonov düzgünleyicinin bir uygulamasını sunmaktadır. Tomografik ters çözüm eikonal denkleminin sonlu farklar çözümüyle hesaplanan ilk-varış seyahat zamanlarının doğrusallaştırılmış en küçük-kareler ters çözümüne dayanmaktadır. Bu çalışmada, duyarlılık dizeyi bir sonlu-farklar yaklaşımıyla dizey terslemeleriyse yinelemeli bir yöntem olan LSQR algoritmasıyla hesaplanmıştır. Uygulamada vadoz ve suya doygun zondan oluşan bir sentetik akifer modeli kullanılmıştır. Sonuçlar çözümün durağanlaştırılması için ikinci dereceden Tikhonov düzgünleyicinin kullanılmasının birinci dereceden düzgünleyiciye göre daha hızlı bir yakınsama oranı ve doğru hız dağılımı modeline daha yakın çözümler ürettiğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Tikhonov düzgünleyici, Karşılıklı kuyu radar yöntemi, Tomografik ters çözüm

ABSTRACT

Crosshole radar method is widely used for resolving hydrogeological problems such as mapping infiltration through vadose zone and soil water content. The present paper deals with the application of the first- and second-order Tikhonov regularization for tomographic inversion of crosshole radar data. Tomographic inversion was carried out by a linearized least-squares inversion of first-arrival travel times calculated by a finite-difference solution of the eikonal equation. In the study, a finite-difference approach was used to obtain Jacobian matrix while matrix inversions were carried out by the iterative LSQR algorithm. A synthetic aquifer model consisting of vadose and saturated zone was considered in the test. The results showed that the use of second- order Tikhonov regularization for stabilizing the solution achieved a faster convergence rate and provided solutions closer to the true model velocity distribution in comparison to the first-order regularization.

Key words: Tikhonov regularization, Crosshole radar method, Tomographic inversion

108 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ç. Balkaya, G. Göktürkler

GİRİŞ

Yer radarı yöntemi, sığ yeraltını yüksek çözünürlükle görüntüleyebilmesi ve tahribatsız bir yöntem olması nedeniyle günümüzde jeofiziğin en yaygın uygulanan yöntemlerinden biridir. Elektromagnetik sinyalin yeraltı malzemelerinin elektriksel özelliklerine ve ortamın su içeriğine bağlı olarak artan derinlikle hızla sönümlenmesi yöntemin en önemli dezavantajlarından biridir. Bu nedenle,yer altı suyunun oldukça sığ olduğu alanlarda suya doygun zon içerisindeki malzemelerin porozite değişimlerinin ve/veya vadoz (suya doymamış) zon içerisindeki toprağın su tutma özelliğinin belirlenmesi, zemin su içeriği ve vadoz zon boyunca süzülmenin haritalanması gibi belirlihidrojeolojik araştırmalarda karşılıklı kuyu radar tekniği kullanılmaktadır (Hubbard vd., 1997; Binley vd., 2001; Irving vd., 2007).İki kuyu arasında kalan alanda radar hız dağılımı yaygın olarak radar ilk-varışseyahat zamanı tomografisiyle belirlenmektedir (Clement, 2006; Göktürkler ve Balkaya, 2010).

Şekil 1a’da gösterilen ve yukarıda belirtilen hidrojeolojik problemi temsil eden bir akifer modeli (Balkaya vd., 2014) için radar hız dağılımı Tikhonov düzgünleyiciyle seyahat zamanlarının doğrusallaştırılmış en küçük kareler ters çözümünün kullanıldığı bir eikonal denklemi temelli seyahat zamanı tomografisiyle (Ammon ve Vidale, 1993) araştırılmıştır.Bu çalışmada birinci ve ikinci dereceden Tikhonov düzgünleyicileri kullanılarak elde edilen çözümler karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar ikinci dereceden Tikhonov düzgünleyici kullanımıyla modelin düşük ve yüksek hız zonlarının görece olarak daha başarılı belirlendiğini göstermiştir.

YÖNTEM

Tikhonov düzgünleyicisi (Tikhonov ve Arsenin, 1977) kötü-durumlu problemlerin düzgünleştirilmesinde en yaygın olarak kullanılan düzgünleyicidir ve genel olarak izleyen şekilde tanımlanır.

( ) = ( ) + ( ) (1)

𝛷𝛷 𝑠𝑠 𝛷𝛷𝑑𝑑 𝑠𝑠 𝜆𝜆𝛷𝛷𝑚𝑚 𝑠𝑠 Burada, Φ(s)toplam amaç fonksiyonu;λ düzgünleyici parametresi;Φd(s)veΦm(s) ise sırasıyla veri amaç fonksiyonu ve model amaç fonksiyonudur. Tomografik ters çözümün amacı eşitlik (1) ile verilen toplam amaç fonksiyonunu enküçüklemektir.

2 2 (2) { ( )} = { Wd[do-d(s)] + Wm[s- 0] }

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝛷𝛷 𝑠𝑠 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ‖ ‖ 𝜆𝜆‖ 𝑠𝑠 ‖ Burada, Wd veri ağırlık dizeyi; Wm model ağırlık dizeyi; do ve d(s) gözlenen ve hesaplanan veri; s ve s0 ise sırasıyla model ve başlangıç model parametre yöneyidir. Bu çalışmada hız alanlarının güncellenmesinde LSQR algoritması (Paige ve Saunders, 1982),seyahat zamanlarının hesaplanmasında Podvin ve Lecomte (1991) tarafından geliştirilen hızlı bir sonlu farklar eikonal çözücü ve duyarlılık dizeyinin hesaplanmasında bir sonlu farklar yaklaşımı kullanılmıştır.Model hızları doğrusallaştırılmış ters çözümde aşağıdaki dikdörtgen sistem kullanılarak elde edilmiştir.

1 1 = 0 (3) 𝑊𝑊𝑑𝑑 𝐽𝐽 𝑑𝑑 2 2 𝑊𝑊0Δ𝑑𝑑 �𝜆𝜆 𝑊𝑊 � Δ𝑠𝑠 � � 𝜆𝜆 𝑊𝑊 Burada J duyarlılık dizeyi, W1 ve W2 yatay ve düşey yöndeki model ağırlıklandırma (düzgünleyici) dizeyleri,λ1 ve λ2 yatay ve düşey yöndeki düzgünleyici parametreleri, ∆s parametre güncelleme

109 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ç. Balkaya, G. Göktürkler yöneyi ve ∆d ise gözlenen ve hesaplanan seyahat zamanları arasındaki farkları içeren yöneydir. Wd birim dizey olarak alınmıştır. Düzgünlük kısıtı için birinci ve ikinci dereceden düzgünleyiciler kullanılmıştır (Aldridge ve Oldenburg, 1993).

TEST MODELİ VE TERS ÇÖZÜM

Vadozve suya doygun olmak üzere iki zondan oluşan akifer modeli Şekil 1a’da verilmiştir. Kuyular arası mesafe 4 m ve kuyu derinliği 10 m olarak oluşturulan modelde yeraltısuyu seviyesi (YASS)1.5 m dir. Modeldeki kuru ve ıslak malzemeler arasındaki yüksek hız zıtlığı yeraltı su içeriği ile ilişkilidir. Vadozzon içerisindeki kuru kum gözenekleri hava ile dolu olduğundan yüksek radar hızıyla temsil edilmektedir (0.14 m/ns). Bu zonun altındaki silt (0.095 m/ns), kum (0.06 m/ns) ve kilden (0.077 m/ns) oluşan birimlerin gözenekleri su ihtiva ettiğinden daha düşük radar hızlarına sahiptir.0.5 m kalınlığındaki suya doygun ve geçirimsiz ıslak kil bandının altındaki kuru kil (0.15 m/ns) şeyl tabakası (0.092 m/ns) içerisindeki boşlukları doldurmaktadır.

Test modeli hücre boyutu 0.25 m olmak üzere toplamda 640 yavaşlılık hücresinden yapay veri setiyse 40 kaynak ve her bir kaynak başına 20 alıcı olmak üzere toplam 800 seyahat zamanından oluşmaktadır. Yapay veri setinin tomografik ters çözümünde başlangıç modeli olarak tekdüze bir hız modeli (∼0.1 m/ns)kullanılmıştır.λ1 ve λ2düzgünleyici parametrelerinin değeri 6 olarak alınmıştır. Maksimum yineleme sayısı 20 olmak üzere ardışık iki yineleme arasındaki görece çakışmazlık değerinin iyileşmemesi durumunda yineleme durdurulmuştur. Bu çalışmada çakışmazlık karekök ortalama (rootmeansquare, rms) kullanılarak elde dilmiştir.

1/2 1 2 = 𝑀𝑀 (4) =1 𝑔𝑔 ℎ 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑘𝑘 � ��𝑡𝑡𝑖𝑖 − 𝑡𝑡𝑖𝑖 � � 𝑁𝑁 𝑖𝑖 buradaN toplam varış zamanı sayısı; tg ve th ise sırasıyla gözlenen ve hesaplanan varış zamanları; k yinelemenin, i ise varış zamanlarının bir sayacıdır.

SONUÇLAR

Şekil 1b ve c de gösterilen tomogramlar yapay veri setinin sırasıylabirinci ve ikinci dereceden Tikhonov düzgünleyicinin kullanıldığı tomografik ters çözümden elde edilmiştir.Buradan da görüldüğü gibi her iki yaklaşımla dabaşarılı sonuçlar elde edilirken ikinci dereceden düzgünleyici kullanılarak elde edilen tomogramda özellikle suya doygun zon içerisindeki çakıl ve ıslak kil ile bu zonun altındaki kuru kil biriminin sınırları daha doğru bir şekilde görüntülenmiştir. Bu tomogram 6. yineleme adımının sonunda0.63 m/ns, birinci dereceden düzgünleyici kullanılarak elde edilen tomogram ise 13. yineleme adımının sonunda 0.77 m/nsrms değeriyle elde edilmiştir. Sonuç olarak, karşılıklı kuyu yer radarı verilerinin tomografik ters çözümünde ikinci dereceden Tikhonov düzgünleyici kullanılmasıyla çözüme çok daha hızlı bir yakınsama oranı ve doğru modele daha yakın hız dağılımı elde edilmiştir.

KAYNAKLAR

Aldridge DF and Oldenburg DW 1993, Two-dimensional tomographic inversion with finite- difference traveltimes:Journal of Seismic Exploration, 2, 257–274. Ammon CJ andVidale JE 1993, Tomography without rays:Bulletin of the Seismological Society of America, 83, 509–528. Balkaya Ç, Göktürkler G, Ekinci YL and Turan S 2014, Metaheuristics in applied geophysics:Proceedings of the 15th EU/ME Workshop, Istanbul, 24-25 Mart 2014.

110 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne Ç. Balkaya, G. Göktürkler

Binley A, Winship P, Middleton R, Pokar M and West J 2001, High-resolution characterization of vadose zone dynamics using cross-borehole radar: Water Resources Research37, 2639– 2652. Clement WP 2006, Issues during the inversion of crosshole radar data: Can we have confidence in the outcome? Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 11, 269–287. GöktürklerG and Balkaya Ç 2010, Traveltime tomography of crosshole radar data without ray tracing:Journal of Applied Geophysics, 73, 213–224. Hubbard S, Peterson JE, Majer EL, Zawislanski PT, Roberts J, Williams KH and Wobber F 1997, Estimation of permeable pathways and water content using tomographic radar data: The Leading Edge of Exploration, 16, 1623–1628. Irving JD, Knoll MD and Knight RJ 2007, Improving crosshole radar velocity tomograms: A new approach to incorporating high-angle traveltime data:Geophysics, 72, J31–J41. Paige CC and Saunders MA 1982, LSQR: An algorithm for sparse linear equations and sparse least squares:ACM Transactions on Mathematical Software, 8, 43–71. Podvin P and Lecomte I 1991, Finite-difference computation of traveltimes in very contrasted velocity models: a massively parallel approach and its associated tools:Geophysical Journal International, 105, 271–284. Tikhonov AN and Arsenin VY 1977, Solution of ill-posed problems. New York: Winston.

Şekil 1aTest modeli (Balkaya et al., 2014).VK ve AK sırasıyla verici ve alıcı kuyularını simgelemektedir. bBirinci dereceden Tikhonov düzgünleyici kullanılarak elde edilen tomogram c İkinci dereceden Tikhonov düzgünleyici kullanılarak elde edilen tomogram

111 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M. Küçükdemirci, N. Baydemir, E. Özer, N. Atik, A. Bilban Yalçın

S23 ARKEOLOJİK ALANLARDA ELDE EDİLEN YER RADARI VERİLERİNİN 3 BOYUTLU YORUMU: TÜRKİYE’DEN ÖRNEKLER THE 3D INTERPRETATION OF GROUND PENETRATING RADAR DATA : CASE STUDIES FROM ARCHAEOLOGICAL SITES IN TURKEY

Melda Küçükdemirci1, Niyazi Baydemir1, Elif Özer2, Neşe Atik3, Asnu Bilban Yalçın4

Posta Adresi: 1Istanbul Universitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İstanbul 2 Pamukkale Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Arkeoloji Bölümü, Denizli 3 Namık Kemal Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Arkeoloji Bölümü,Tekirdağ 4 İstanbul Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Sanat Tarihi Bölümü, İstanbul E-posta : [email protected]

ÖZ Günümüzde, arkeolojik prospeksiyon çalışmalarında en sık uygulanan ve en etkin yöntemlerden biri yer radarı (GPR) yöntemidir (Goodman ve diğ.,1995 ;Piro ve diğ.,2001; Conyers,2004 Nuzzo, 2009). Özellikle,alet ve yazılım teknolojisindeki gelişmeler sayesinde yüksek çözünürlüklü yer radarı verileri elde edilebilmekte ve sonuçlar 2 boyutlu ve 3 boyutlu olarak sunulabilmektedir. Bu tip gösterimler, kazı öncesinde arkeologlara daha anlaşılır ve detaylı olarak bilgiler sunma olanağı sağlamaktadır. Bu çalışmada ülkemizdeki birkaç arkeolojik alanda elde edilen yer radarı uygulamalarının sonuçları sunulacaktır.

ABSTRACT

Recently, ground penetrating radar (GPR) applications have become more common in archaeological sites (Goodman ve diğ.,1995 ;Piro ve diğ.,2001; Conyers,2004 Nuzzo, 2009). By the development of Gpr equipments and softwares, high reslotuion data acquisition is available and data can be represented as 2 and 3 dimensionally. In that way, the geophysical results could be more understandable and meaningful for archaeologists. In this study, case results of Gpr measurements will be presented as 2 and 3 dimensionally from a few archaeological sites in Turkey.

Anahtar Kelimeler: Yer radarı (GPR), arkeolojik prospeksiyon, Key Words: Ground penetrating radar (GPR), archeological prospection GİRİŞ

112 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M. Küçükdemirci, N. Baydemir, E. Özer, N. Atik, A. Bilban Yalçın

Arkeolojik yapı ve malzemeleri içeren birçok kültürel katman, doğal jeolojik süreçler ve antropojenik etkiler sebebiyle yeraltında gömülü-saklı kalmıştır. Kazı öncesinde arkeolojik alanların sınırlarının belirlenmesi, yapıların ve malzemelerin tanımlanmasının yanı sıra kazının bu bulgulara göre yönlenmesi, çalışma programının oluşturulması, özellikle çalışma süresinin ve bütçesinin planlanabilmesi açısından oldukça önemlidir.

Arkeolojik alanlarda uygulanan tüm jeofizik yöntemlerde olduğu gibi elde edilen sonuçların arekologların daha kolay olarak anlayacağı bir şekilde sunulması çok önemlidir. Dolayısıyla günümüz yazılım teknolojisindeki gelişmeler sayesinde veriler 2 boyutlu ve 3 boyutlu olarak sunulabilmekte, böylece yeraltında gömülü kalmış arkeolojik yapı ve malzemelerin şekilleri, boyutları, derinlikleri ve fiziksel özellikleri daha detaylı ve anlaşılır şekilde ifade edilebilmekte ve yorumlanabilmektedir.

Arama (prospeksiyon) amaçlı çalışmalarda birçok farklı jeofizik yöntem uygulanabilmektedir fakat. çalışmanın başarısı çevresel etkiler ve aranılan arkeolojik yapıların özelliklerine bağlı olduğundan uygun ve etkin yöntemin seçilmesi önemlidir. Arazi şartları, aranılan yapının özellikleri göz önünde bulundurularak önceden yapılan test çalışmalarıyla bu çalışmada örnekleri sonuçları sunulacak olan üç arkeolojik alanda ( Aizanoi Antik kenti, Yoros Kalesi ve Heraion Teichos antik kenti) yer radarı uygulaması yapılmıştır. Sonuçlar 2 boyutlu anomali haritaları ve 3 boyutlu hacim modeller yardımıyla sunulacaktır.

YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ YER RADARI VERİ ELDESİ VE 2-3 BOYUTLU VERİ GÖRÜNTÜLEME

Günümüz teknolojisi aletleriyle yer radarı verileri yüksek çözünürlüklü olarak elde edilebilmektedir. Sonuçları sunulacak olan 3 ayrı arkeolojik alanda, GSSI-SIR 3000 marka yer radarı sistemi ve 400 Mhz anten ile ölçümler yapılmıştır. Çalışma alanlarında, arazi şartlarına göre düzenlenen gridler içerisinde 0.50 metre aralıklı birbirine paralel hatlar üzerinde ölçümler yapılmıştır. Veriler GPR-Slice V.7 adlı program ile işlenmiştir. Radargram adı verilen düşey kesitler üzerinde kazanç işlemi uygulanmış, farklı filtreler yardımıyla veriler iyileştirilmiştir. Hız hesaplanarak derinlik parametresi ile ilgili bilgilere ulaşılmıştır. Yüzeyden derine farklı derinlikler için 2 boyutlu zaman ( derinlik) dilimleri oluşturularak çalışma sahası içerisinde hem yanal hem de düşey değişimler izlenebilmiştir. Sonrasında ise 3 boyutlu hacim modelleri ve animasyonlar oluşturularak veriler, farklı bakış açısıyla tanımlanmaya ve arkeologların anlayabileceği şekilde sunulmuştur.

BULGULAR

Şekil 1.’de Aizanoi antik kentinde tiyatronun hemen arkasında bulunan alanda elde edilen yer radarı ölçümleri sonuçları burada örnek olarak verilmiştir. Soldaki 2 boyutlu anomali haritası 0.40- 0.60 metre derinlik aralığına aittir. Sağdaki 3 boyutlu gösterim ise yüzeyden derine doğru (0-1.20 metre) derinlik aralığındaki yer altı hacim modelini temsil etmektedir. Bu örnekteki anomaliler incelendiğinde oklarla belirtilen kısımlarda arkeolojik yorumlara göre tiyatronun en son basamağının bulunduğu öngörülmektedir. Sunum çerçevesinde Heraion Teichos Antik kenti ve Yoros Kalesi ile ilgili sonuçlar da detaylı olarak sunulacaktır. Şekil 2’de ise, radargramların 3 boyutlu hacim içerisindeki örnek bir sunumu gösterilmiştir.

113 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M. Küçükdemirci, N. Baydemir, E. Özer, N. Atik, A. Bilban Yalçın

Şekil 1. Aizanoi Antik kenti tiyaro alanından elde edilen yer radarı sonuçlarının örnek 2 boyutlu zaman dilimi ve 3 boyutlu hacim modelinin gösterimi

Şekil 2. Radargramların 3 boyutlu hacim içerisinde örnek gösterimi

114 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M. Küçükdemirci, N. Baydemir, E. Özer, N. Atik, A. Bilban Yalçın

TARTIŞMA

Çok disiplinli bir çalışma örneği olan arkeolojik prospeksiyon uygulamlarının sonuçlarının hem jeofizikçiler, hem de arkeologlar tarafından daha anlaşılır bir şekilde sunulması önemlidir. Jeofizik yöntemlerin başarısı veri kalitesine ve görüntüleme tekniklerine oldukça bağlıdır. Bu yüzden titiz ve detaylı çalışmaların yapılması, gelişmiş alet teknolojisinin ve veri işlem programlarının takip edilmesi, öğrenilmesi çok önemlidir.

Yer radarı yönteminin arkeolojik alanlardaki uygulamaları, yeraltında saklı kalmış olası arkeolojik yapı ve malzemelerin tespitinde önemli rol oynamaktadır. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında yer radarı verilerinin 2 ve 3 boyutlu gösterim tekniklerinden yararlanarak sunulabiliyor olması, diğer jeofizik yöntemlerle karşılaştırıldığında daha avantajlı bulunmaktadır(Conyers 2004; Goodman ve diğ.,2009). Bu tür veri işlem çalışmalarının geliştirilmesi çalışmanın başarısını arttırmaktadır.

Ülkemizde yeraltında gömülü kalmış ve henüz gün yüzüne çıkarılmamış birçok arkeolojik alan vardır ve bu alanlar jeofizik çalışmalar için adeta bir laboratuvar niteliğindedir. Dolayısıyla arkeolojik prospeksiyon çalışmalarının desteklenmesi, arkeologlarla yapılacak işbirliği çalışmalarının artırılması, çalışmalarda uygulanan yeni yöntem ve tekniklerin geliştirilmesi hem jeofizik bilimi açısından hem de dolaylı olarak kültürel mirasa katkı açısından oldukça önemli olduğu düşünülmektedir.

KAYNAKLAR

Conyers LB. 2004. Ground-penetrating Radar for Archaeology. AltaMira Press: Walnut, Creek, CA

Goodman D, Nishimura Y, Rogers JD. 1995. GPR time-slice in archaeological prospection. Archaeological Prospection 3: 85–89.

Goodman D, Piro S, Schneider K, Nishimura Y, Hongo H, Higashi N, Steinberg J, Damiata B (2009) GPR archaeometry. In: Jol H (ed) GPR theory and applications. Elsevier, pp 479–508.

Nuzzo.L.,Leucci.G and Negri.S.,(2009). GPR,ERT and Magnetic Investigations inside the Martyrium of St Philip,Hierapolis,Turkey.

Piro S, Goodman D, Nishimura Y. 2001. Delocation ofEmperor Traiano’s villa (Altopiani di Arcinazzo Roma) using high resolution GPR surveys. Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata 43(1– 2): 143–155.

115 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Demirel, M.E. Candansayar

S24 KUYU-KUYU ÖZDİRENÇ VERİLERİNİN İKİ BOYUTLU BİRLEŞİK TERS ÇÖZÜMÜ İÇİN YENİ BİR ALGORİTMA

A NEW JOINT INVERSION ALGORITHM FOR CROSS-HOLE RESISTIVITY DATA

Cem DEMİREL1, M. Emin CANDANSAYAR 1

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Jeofizik Modelleme Grubu, 06100, Tandoğan, Ankara

E-Posta: [email protected] ; [email protected]

ÖZ

Bu çalışmada kuyu içinde kullanılan iki(A-M, AM), üç(AM-N, AMN, A-BM, ABM) ve dört(AB-MN, ABMN, AM-BN, A-BMN) elektrotlu dizilimlerin iki-boyutlu ayrık ve birleşik ters çözümü incelenmiştir. Bu amaçla MATLAB dilinde kuyu-kuyu özdirenç verilerinin 2B ters çözümünü yapan yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Aynı tip elektrotların (akım veya potansiyel) aynı kuyuda veya farklı kuyuda olma durumlarına göre dizilimler sınıflandırılmıştır. Bütün dizilimlerde geometrik faktör değeri için sınır belirlenmiştir. Bu sınırı aşan olasılıklar veri işleme dahil edilmemiştir. Kuyu boyu ve kuyular arası mesafe göz önüne alınarak farklı modeller için kuyu içi elektrot dizilimlerinin ters çözüm sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, farklı dizilimlerin birleşik ters çözümü önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler: özdirenç, 2B, tomografi, birleşik ters çözüm, sinyal katkı kesiti

ABSTRACT In this study, two dimensional seperated and joint inversion of two(A-M, AM), three (AM-N, AMN, A-BM, ABM) and four(AB-MN, ABMN, AM-BN, A-BMN) electrode arrays used in hole was investigated. For this aim, a new two dimesional inversion algorithm of cross-hole resistivity data was devoloped in MATLAB. We have classified the arrays as the same type of electrodes in the same hole or the same type of electrodes in the diffrent hole. We have also determined the limitation of geometric factor for all arrays. Probabilities of exceeding this limitation were not included in data processing procedure. We have compared the inversion results of cross-hole arrays for different models considering the hole length and the distance between holes. In this study, we have suggested that joint inversion of different arrays.

Key words: resistivity, 2B, tomography, joint inversion, signal contribution section

GİRİŞ

Özdirenç tomografisi çalışmaları 1970’li yılların ikinci yarınsında başlamıştır. Geniş uygulama alanına sahip olan özdirenç tomografisinde, iki, üç ve dört elektrodlu dizilimlerin kombinasyonları ile veri toplanmaktadır. İlk çalışmalarda araştırmacılar pole-pole dizilimi üzerine yoğunlaşmışlardır. Daha sonra bu dizilimin karmaşık modellerde ve arazi verilerinde sağlıklı sonuç vermediği ortaya konmuştur (Daily and Owen, 1990; Van, Park ve Hamilton(1991)). Sonraki çalışmalar üç ve dört elektrotlu dizilimler üzerine yoğunlaşmıştır. Sasaki(1992), üç ve dört elektrdolu iki farklı dizilimi için çöznürlüğü etkileyen faktörleri incelemiştir. Zhou and Bing(2000), üç ve dört elektrodlu dizilimlerin

116 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Demirel, M.E. Candansayar ayrık ters çözümlerini karşılaştırmıştır. LaBrecque vd.(1996), Goes ve Meekes(2004) çevresel araştırmada, Spitzer ve Chouteau(2003) maden aramasında, Deceuster, Degranche ve Kaufmann(2004) jeoteknik çalışmada, Hagrey and Petersen(2011) tarımsal çalışmada, Leontarakis ve Apostolpoulos(2013) arkeolojik araştırmada özdirenç tomografisi ile başarılı sonuçlar elde etmişlerdir. Sonraki çalışmalarda, sinyal katkı kesitleri üzerinden üç ve dört elektrodlu dizilimlerin avantaj ve dezavantajlarını tartışmıştır(Leontarakis ve Apostolpoulos,2012; Danielsen ve Dahlin,2010). Torres-Verdin vd. (2000), sonlu farklar ağını radial olarak tasarlamış ve ‘dual-grid’ ters çözüm tekniğini önermiştir. Leontarakis ve Apostolpoulos (2012; 2013), farklı dizilimlerin ters çözüm sonuçlarını istatiksel olarak birleştiren ‘Most Stacking’ tekniğini önermiştir. Loke vd. (2014), iki farklı ters çözüm tekniğini karşılaştırmıştır (Model Resolution Max. Algorithm ve A Method Using The Speread Value).

Kuyu içi özdirenç tomografisinde kullanılan elektrod dizilimleri hedef bölgede farklı sinyal gücü ve sinyal katkı bölgesi oluşturmaktadır. Aynı tip elektrotların(akım veya potansiyel), aynı veya farklı kuyuda olma durumlarına göre dizilimler sınıflandırılmış ve belirli bir geometrik faktör sınır koşulu uygulanarak ölçüler toplanmıştır. Böylece aynı tip elektrotların aynı kuyuda olduğu birçok dizilimde karşılıklı kuyularda alınan ölçüler elemine edilmiştir.

Bu çalışmada ise, farklı kuyu boyu ve kuyular arası mesafenin kullanıldığı sentetik veriler ile tek kuyu ölçülerinin birleşik ters çözüm sonucu, karşılıklı kuyu ölçülerinin birleşik ters çözüm sonucu ve tüm dizilimlerin birleşik ters çözüm sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonunda farklı jeofizik problemler için en iyi sonuç alınacak optimum elektrod dizilimleri konusunda öneride bulunulmuştur. İzleyen bölümde, tek kuyu ve kuyu-kuyu ölçümlerinin ayrık ve birleşik ters çözüm sonuçları tartışılmıştır.

TEORİ ve MODEL ÇALIŞMASI

Kuyu içi ölçümlerde aynı tip elektrdoların aynı kuyuda olduğu karşılıklı kuyu ölçülerinde geometrik faktör değerleri sayısal olarak büyük değerler almakta ve büyük değişimler gösterebilmektedir. Bu durum aynı zamanda çok düşük gerilim veya gerilim farkı ölçülmesi anlamına gelmektedir. Bu nedenle ters çözüm sonucunda saçılmalar oluşmaktadır. Örneğin dört elektrodlu AM-BN ve AB-MN dizilimlerini karşılaştırıldığında Tablo 1’deki değerler elde edilmiştir. Ölçüler 100 ohm-m homojen ortamda alınmıştır. Her kuyuda 16 adet elektrot vardır ve kuyular arası mesafe 7 m’ dir. AB-MN dizilimine geometrik faktör değerinin 1000 metreden büyük olduğu durumdaki verilerin çıkarılması durumunda 25’e kadar düşmektedir. AB-MN dizilimi için bu durum, kuyular arası bölgenim açılması halinde veri ölçülememesi anlamına gelmektedir. Bu sebeple, aynı tip elektrdoların aynı kuyuda olduğu karşılıklı kuyu ölçüleri yerine tek kuyu ölçümleri kullanılmalıdır(AB-MN yerine BAMN, A-MN yerine AMN ve AB-M yerine ABM). Aksi takdirde, geometrik faktörün çok büyük olması dolayısıyla sinyal genliğinin aletin ölçüm hassasiyetinden bile küçük olabilir ve veri ile gürültü karışabilir. Dolayısıyla ters çözüm sırasında bu küçük genlikli veriler nedeniyle çözümde saçılmalar oluşabilir. Tablo 2’de aynı dizilimlere geometrik faktör sınırlaması uygulanması sonucu elde edilen değerler verilmiştir. Aynı durum AM-N, A-MN, AMN ve A-BM, AB-M, ABM dizilimlerinin karşılaştırılmasında da geçerlidir.

Tablo 1. Dört elektrodlu üç farklı kuyu içi elektrod diziliminin karşılaştırılması Dizilim Veri Max. Geometrik Min. Geometrik Min. Gerilim Farkı Sayısı Fak.(m) Fak.(m) AM-BN 889 145 5.9 0.68 AB-MN 568 134 1971 454 1.218e-04 BAMN (tek kuyu) 460 38 772 11.86 0.02

117 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Demirel, M.E. Candansayar

Tablo 2. Dört elektrodlu üç farklı kuyu içi elektrod diziliminin geometrik faktör sınırlaması sonrası karşılaştırılması Dizilim Veri Sayısı Max. Geometrik Min. Geometrik Fak.(m) Min. Gerilim Farkı Fak.(m) AM-BN 889 145 5.9 0.68 AB-MN 25 978 454 0.09 BAMN (tek kuyu) 272 989 11.86 0.1 Şekil 1(a)’ da verilen 2B özdirenç modelinde, birbirinden 7 metre uzakta 16 metre kuyu boyu olan iki kuyu arasında, 100 ohm-m homojen ortamda 10 ohm-m özdirençli ve 1.5x2m boyutlarında iki yapı bulunmaktadır. Bu iki yapının arasında ise 250 ohm-m değerinde damar şeklinde bir yapı bulunmaktadır. Her kuyuda 1 metre aralıklı 16 elektrod vardır. Bu model için tek kuyu(AMN, ABM, BAMN) ve gerilim elektrotlarının aynı kuyuda olduğu A-BMN dizilim ile yapılan birleşik ters çözüm(RMS=%0.81) sonucu Şekil 1(b)’de verilmiştir. Karşılıklı kuyu(AM-BN, AM-N, A-BM) ölçülerinin birleşik ters çözüm(RMS=%0.98) sonucu ise Şekil 1(c)’de görülmektedir. Geometrik faktörün 1000 metreden büyük olduğu durumlar için hesaplanan GÖ değerleri ters çözüme dahil edilmemiştir.

Tek kuyu ve A-BMN diziliminde kuyular arası mesafede iki yönlü(+ ve -) katkı bölgesinin ardalanması görülmektedir. Aynı tip elektrodların farklı kuyularda olduğu karşılıklı kuyu dizilimlerinde kuyular arası bölgede tek yönlü (+ veya -) katkı bölgesi ve güçlü sinyal görülmektedir. Dolayısıyla yapılar, olduğundan büyük ve ortamın hakim özdirencine daha yakın bulunmuştur (Şekil 1.c).

Şekil 2(a)’da, ilk modele benzemekte fakat kuyular arası mesafe(13m) büyümüş ve elektrod sayısı(28) aartmıştır. Kuyular arasında 10 ohm-m lik yapıların boyutu 2.5x2m ve damar şeklindeki yapı 1m kalınlığındadır. İlk modelde uygulanan işlem adımları uygulanması sonucu elde edilen ters çözüm sonuçları Şekil 2.b(AMN, ABM, BAMN, RMS=%0.96) ve 2c(AM-BN, AM-N, A-BM, RMS=%0.89)’de verilmiştir. Kuyular arası mesafe büyüdükçe tek kuyu ve A-BMN dizilimlerinin birleşik ters çözüm sonucunda kuyular arası bölge çözünürlüğü azalmış ve yapay etkiler artmıştır. Şekil2 (d)’de tüm dizilimlerin(AMN, ABM, BAMN, A-BMN, AM-BN, AM-N, A-BM) birleşik ters çözüm(RMS=%65) sonucu görülmektedir. Böylece kuyular arası bölge daha iyi çözünürlükle elde edilmiştir.

SONUÇLAR

Sinyal gücü yüksek ve hedef bölgede tek yönlü(+ veya -) sinyal katkı bölgesi oluşturan dizilimlerde, yapı sınırlarının fazla yuvarlatıldığı, yapı özdirençlerinin ise hedef bölgedeki ortamdaki hakim özdirence yaklaştırıldığı görülmüştür. Hedef bölgede ardalanmalı olarak sinyal katkı bölgesi üreten dizilimler, yapı sınırlarını ve özdirençlerini gerçeğe yakın bulmaktadır. Fakat, kuyular arası mesafe büyüdükçe, özellikle kuyu ortası bölge boyunca yapay etkiler üretmektedir. Bu çalışma sonunda bahsedilen avantajların birleştirilmesi, dezavantajların ise ortadan kalkması için, jeofizik problemin parametrelerine göre, tek kuyu, karşılıklı kuyu veya her iki durumun dizilimlerinin bir ararda kullanılması ile oluşturulan veri kümelerinin birleşik ters çözümü önerilmektedir.

TEŞEKKÜR Bu çalışma ilk yazarın Y. Lisans tezinin bir bölümü olup, 110Y343 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında desteklenmiştir. Desteklerinden dolayı TÜBİTAK' a teşekkür ederiz

118 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Demirel, M.E. Candansayar

KAYNAKLAR

Daily W. and Owen E., 1991, Cross‐borehole resistivity tomography, Geophysics, 56, 1228–1235 Danielsen B., Dahlin T., 2010. Numerical modelling of resolution and sensisvity of ERT horizontal boreholes, Journal of Applied Geophysics, Volume 70, 245-254, 2010 Deceuster J., Delgranche J. and Kaufmann O., 2006. 2D Cross-borehole resisitivity tomographies below foundations as a tool to design proper remedial actions in covered karst, Journal of Applied Geophysics, vol. 60, p. 68-86 Goes, B. J. M., and J. A. C. Meekes, 2004, An effective electrode configuration for the detection of DNAPLs with electrical resistivity tomography: Journal of Environmental and Engineering Geophysics,9, 127–141 Hagrey S. A. A and Petersen T., 2011. Numerical and experimental mapping of small root zones using optimized surfa (Leontarakis, 2013)ce and borehole resistivity tomography, Geophysics, vol. 76, p. 25–35 LaBrecque D. J., Ramirez A. L., Daily W. D., Binley A. M., and Schima S.A., 1996, ERT monitoring of environmental remediation precesses, Meas. Sci. Technol., 7, 375-383 Leontarakis K. and Apostolopoulos G., Laboratory study of the cross-hole resistivity tomography: The Model Stacking (MOST) Technique,Journal of Applied Geophysics, Volume 80, 67- 82, 2012 Leontarakis K. and Apostolopoulos G., 2013, Model stacking (MOST) technique applied in cross- hole ERT field data for teh detection of Thessaloniki ancient wall' depth, Journal of Applied Geophysics, Volume 93, 101-113 Loke M.H., Wilkinson P.B., Chambers J.E. and Strutt M., 2014, Optimized arrays for 2D cross- borehole electrical tromography surveys, Geophysical Prospecting, 62, 172-189 Sasaki Y., 1992. Rresolutıon of Resıstıvıty tomography inferred from numerıcal sımulatıon, Geophysical Prospecting 40, p. 453-463 Spitzer K., Chouteau M., A dc resistivity and IP borehole survey at the Casa Berardi gold mine in northwestern Quebec, Geophysics, Volume 68, 453-463 Torres-Verdin C., Druskin, V. L.i Frang S., Knizhnerman L. A., Malinverno A., 2000, A Dual-grid nonlinear inversion technique with applications to the interpretation of dc resistivity data, Geophysics, vol. 65, p. 1733-1745 Van, G.P., Park, S.K. and Hamilton,P., 1991, Monitoring leaks from storage ponds using resistivity methods, Geophysics, 56, 1267-1270 Zhou Bing, S.A. Greenhalgh, 2000, Cross-hole resistivity tomography using different electrode configurations, Geophysical Prospecting Volume 48, 887–912

119 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne C. Demirel, M.E. Candansayar

Şekil 1. (a) 2B özdirenç modeli, (b) tek kuyu dizilimleri verilerinin 2B birleşik ters çözüm sonucu, (c) karşılıklı kuyu dizilimleri verilerinin 2B birleşik ters çözüm sonucu

Şekil 2. (a) 2B özdirenç modeli, (b) tek kuyu dizilimleri verilerinin 2B birleşik ters çözüm sonucu, (c) karşılıklı kuyu dizilimleri verilerinin 2B birleşik ters çözüm sonucu, (d) tüm dizilimlerin 2B birleşik ters çözüm sonucu

120 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Demirci, Ü. Dikmen, M.E. Candansayar

S25 Sismoloji ve Manyetotellürik Verilerin Birleşik Ters Çözümü İçin Yeni Bir Algoritma

A New Algorithm for Joint Inversion of Seismology and Magnetotelluric Data

İsmail DEMİRCİ1, Ünal DİKMEN1 ve M. Emin CANDANSAYAR1

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Jeofizik Modelleme Grubu, Beşevler-ANKARA E-posta: [email protected]

ÖZ Sismoloji ve Manyetotellürik yöntem, derin yeraltı yapılarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Deprem sismolojisinde yer altı hız yapısına dayanarak veya Manyetotellürik yöntemde yer altı iletkenlik yapısına dayanarak tektonik yorumlar yapılır. Son yıllarda ise farklı fiziksel parametrelere duyarlı jeofizik verilerin birlikte yorumlanması önem kazanmış ve birleşik ters çözüm algoritmaları geliştirilmektedir. Bu çalışmada, ilk varış seyahat zamanlarının hesaplanmasında ayrık modele ait eleman köşe noktalarını da hesaba dâhil eden Hızlı İlerleme Yöntemi kullanılmıştır. Helmholtz denkleminin çözümünde ise Sonlu Farklar yönteminde üçgen eleman tanımı kullanan algoritma kullanılmıştır. Bu algoritmalar kullanılarak Çapraz Eğim Fonksiyonunu temel alan yeni bir birleşik ters çözüm algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen birleşik ters çözüm algoritması yapay modeller üzerinde uygulanmış ve yeraltı yapılarının belirlenmesinde daha başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Sismoloji, Manyetotellürik, Hızlı İlerleme Yöntemi, Çapraz Eğim Fonksiyonu ABSTRACT Seismology and Magnetotelluric methods are widely used in the investigation of deep subsurface structures. Tectonic interpretation is made based on subsurface velocity structure in seismology or subsurface conductivity structure in Magnetotelluric method. Recently, joint interpretation of geophysical data that is sensitive to different physical parameters has gained importance and joint inversion algorithms are developed. In this study, Multi-stencil Fast Marching Method including corner points in the discrete element model is used in the computation of the first travel times. Algorithm based on finite difference method with using triangular element definition was used in the solution of the Helmholtz equation. A new joint inversion algorithm accounting these two techniques and Cross Gradient function has been developed. More effective results were obtained in the identification of subsurface structures by using the developed joint inversion algorithm on synthetic models.

Keywords: Seismology, Magnetotelluric, Multi-stencil Fast Marching Method, Cross Gradient Function

GİRİŞ Bilgisayar teknolojisindeki gelişime paralel olarak yerbilimlerinde sayısal hesap yöntemlerinin kullanımı yaygınlaşmıştır. Buna paralel olarak, Sismoloji'de yeraltı hız yapısının belirlenmesi amacıyla sismik tomografi algoritmaları (Aki et. al., 1977; Rawlinson and Sambridge, 2003) ve Manyetotellürik yöntemde yeraltı özdirenç yapısının belirlenmesi amacıyla MT ters çözüm algoritmaları (Jupp and Vozoff, 1977; Sasaki, 1989; Uchida, 1993; Rodi and Mackie, 2001; Candansayar, 2008) geliştirilmiştir. Ancak, günümüzde gelişen veri toplama teknolojisi sayesinde, yeraltı yapısı birden fazla jeofizik yöntem kullanılarak tanımlanmaya başlanmıştır. Jeofizik

121 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Demirci, Ü. Dikmen, M.E. Candansayar yöntemlerden elde edilen veriler birlikte yorumlanarak yeraltının geometrik yapısı ve fiziksel özellikleri hakkında daha güvenilir bilgiler elde edilebilmektedir.

Son dönemlerde ise ardışık (Vernant et. al., 2002; Venisti et. al., 2004; Wang et al., 2011) veya birleşik (Gallardo and Meju, 2003, 2007; Candansayar and Tezkan, 2008) çözüm yöntemlerinin kullanımı hız kazanmıştır. İzleyen bölümlerde derin yeraltı yapısının belirlenmesinde kullanılan Sismoloji ve Manyetotellürik veri kümelerini birlikte kullanan bir ters çözüm algoritmasının geliştirilmesinde kullanılan yöntemler açıklanmış ve sonuçlar tartışılmıştır. DÜZ ÇÖZÜM Sismolojide Düz Çözüm Sismolojide ölçülen büyüklük, sismik dalganın kaynak ve alıcı arasındaki seyahat zamanıdır. Bir kaynaktan (a) çıkıp alıcı (b) tarafından kaydedilen sismik dalganın seyahat zamanı: b 1 T= ∫ dl (1) a vx() integral denklemi ile verilir. Burada, T seyahat zamanı, dl ışın yolu uzunluğunun değişimi, x konum vektörü ve v ortamın hızını tanımlar. (1) nolu integral değerinin hesaplanabilmesi için hız yapısına bağlı olarak kaynak ve alıcı arasındaki ışın yolunun bilinmesi gerekmektedir. Yani, kaynak ve alıcı arasındaki seyahat zamanını veren integral denkleminin çözümünde ışın yolunun tanımlanması gerekmektedir. Bu tanımlamanın yapılabilmesi için aşağıdaki gibi verilen Eikonal denklemin çözülmesi gerekir: 2 1 ()∇=T (2) vx()2 Denklem (2) ile verilen Eikonal denklemin çözümü ilk olarak Vidale (1988) tarafından 2B olarak çözülmüştür. İzleyen süreçte birçok araştırmacı tarafından çalışılmıştır. Çalışma sırasında ise Hassouna and Farag (2007) tarafından geliştirilen köşegen elemanlarında hesaba dâhil edildiği Hızlı İlerleme Yöntemi kullanılacaktır. Yöntemde, Eikonal denklemin Sonlu Farklar ifadesi: 1 −+xx−+22−+zz −= max(DTDTij ,ij ,0) max( DTDTij ,ij ,0) 2 (3) vij şeklinde verilir. Denklem (3)’ de köşegen elemanlar da hesaba dâhil edilmiştir. Burada D− ve D+ sırasıyla geri ve ileri fark operatörlerini, T seyahat zamanı ve v ortamın hızını tanımlar. Denklemin detaylı çözümü için Hassouna and Farag (2007)'e bakılabilir. Manyetotellürik Yöntemde Düz Çözüm Düz çözüm bağıntısı olarak frekans ortamı Maxwell denklemlerinden elde edilen TE-modu için, 2 ()∇×∇×Eyy =∇ Ei =−ωσµ0 E y (4) ve TM-modu  için (∇×ρ ∇×H ).yy =∇ρ ∇ H =− iH ωµ0 y (5)

Helmholtz denklemleri kullanılmaktadır. Burada µ0 serbest havanın manyetik geçirgenlik değeri, E elektrik alan, H manyetik alan, ω açısal frekans, σ öziletkenlik'tir. Helmholtz denkleminin çözümünde Sonlu Elemanlar (SE) ve Sonlu Farklar (SF) en çok kullanılan sayısal çözüm yöntemleridir. Denklemin SE yöntemi ile çözümü karmaşık olmasına rağmen karmaşık modellerin ve topoğrafyanın etkisinin hesaplanmasında SF yöntemine göre daha kullanışlıdır. Ancak, SF yöntemi ile problemin çözümü ve programlanması daha kolaydır. Ayrıca SE yöntemi ile aynı duyarlılıkta sonuç vermektedir (Erdoğan et. al., 2008; Demirci et. al., 2012). Bu nedenle, çalışma sırasında görünür özdirenç ve empedans fazı değerlerinin elde edilmesinde SF düz çözüm yöntemi kullanılacaktır. Bu çalışmada Candansayar (2008) tarafından geliştirilen ve daha sonra üçgen gridlerle topoğrafya eklenen (Demirci, 2009; Demirci ve Candansayar, 2010) 2B Manyetotellürik düz ve ters çözüm algoritmasından yararlanılmıştır.

122 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Demirci, Ü. Dikmen, M.E. Candansayar

TERS ÇÖZÜM Farklı fiziksel parametrelere duyarlı jeofizik yöntemler kullanılarak geliştirilen ters çözüm algoritmaları iki farklı temele dayandırılarak geliştirilmiştir. Bunlardan ilki, ampirik (deneysel) bağıntılarla farklı fiziksel parametreleri aynı çatıda toplama ilkesine dayanmaktadır. Ancak petrofizik ilişkiler deneysel olarak türetildiği ve bölgesel ölçekte çok fazla değişiklik gösterdiği için, farklı petrofizik özellikleri olan alanlarda durağan ve tekil sonuçlar üretememektedir. İkincisi ise farklı fiziksel parametreye duyarlı yöntemlerin yapısal kısıtlarla birleşik ters çözümünün yapılabileceği temeline dayandırılmaktadır. Yöntemin temeli matematiksel olarak Haber ve Oldenburg (1997) tarafından ortaya atılmıştır. Yöntem, en basit hali ile yapısal sınırları ortak olan farklı fiziksel parametrelerin yapısal kısıt kullanılarak birleşik ters çözümünün yapılabileceği ve yöntemlerden elde edilen fiziksel parametrelerin eş zamanlı olarak birbirini etkilemesi ilkesine dayanmaktadır. Bu bağlamda, günümüzde en kabul görmüş yaklaşım Gallardo ve Meju (2003) tarafından ortaya atılan ‘Çapraz Eğim Fonksiyonu’nun (ÇEF) kullanımıdır. Yöntemde en küçüklenecek amaç fonksiyonuna düzgünleyici terimi olarak model parametrelerinin karşılıklı değişimini tanımlayan bir fonksiyonel eklenir. Bu yöntemde en küçüklenmesi istenen amaç fonksiyonunun çözümü: −1 ∆ =−−11 − TT − 1+α −1−∆ + mNnNBBNB( B I)  BNnBmmii−−11 t() (6) şeklinde elde edilir. Burada;

∆mR ∆=m , ∆mS AWWATT +α CCT 0 = R dR dR R R R R N TT T ve (7) 0 AWWAS dS dS S+α S CC S S AWTT W∆−d α CCmT = R dR dR R R R i−1 n TT T AWS dS W dS∆−d Sα CCm S S i−1 şeklinde verilir. Burada R ve S alt indisleri sırasıyla özdirenç ve yavaşlığı tanımlamaktadır. A duyarlılık dizeyi, C ikinci türev operatörü, Δm parametre düzeltme vektörü, Δd ölçülen ve kuramsal veri arasındaki fark vektörü, Wd veri ağırlık dizeyi, α düzgünleştirici parametresi, t çapraz ilişki fonksiyoneli ve B bu fonksiyon için duyarlılık dizeyidir. Bu çalışmada α düzgünleştirici parametresinin seçiminde ''cooling'' yaklaşımı kullanılmıştır (Candansayar, 2008). Düzgünleştirici parametresinin ilk değeri en büyük özdeğer olarak alınmış ve her yinelemede yarıya indirilmiştir. 0.1 değerine ulaştığında parametre sabitlenmiş ve sonraki yinelemelerde sabit olarak kullanılmıştır. α terimi ise yine bu çalışmada sınır geçişlerinin B tanımlanmasında ve dizeyin terslenmesindeki problemin çözülmesi amcıyla çözüme eklenmiştir.

MODEL ÇALIŞMASI Bu çalışmada sırasıyla şekil-1.a1 ve b1'deki modeller kullanılarak elde edilen düz çözüm sonuçları algoritmanın test edilmesi amacıyla kullanılmıştır. Algoritmaların ayrık ters çözüm sonuçlarına bakıldığında yapı sınırları ve sırasıyla özdirenç ve hız parametrelerinin (Şekil-1.a2-b2) tam anlamıyla doğru şekilde elde edilemediği görülmüştür. Birleşik ters çözüm sonuçlarına bakıldığında ise yapı sınırları ve sırasıyla özdirenç ve hız parametrelerinin (Şekil-1.a3-b3) ayrık çözümlere nazaran daha iyi belirlenebildiği görülmüştür. Geliştirilen algoritma ile hız ve özdirenç parametre sınırlarının birbiri ile uyumlu olduğu ortamlarda sınır geçişlerini daha net ortaya çıkarılabildiği görülmüştür. SONUÇLAR Geliştirilen birleşik ters çözüm algoritması yapay modeller üzerinde test edilmiş ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Algoritmanın özellikle sismoloji düz çözüm bölümünde kullanılan köşegen elemanların dahil edildiği Hızlı İlerleme Yöntemini kullanması nedeniyle algoritma hesap hataları minimize edilmiş ve daha başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca Gallardo ve Meju (2003) tarafından bahsedilen parametre düzeltme vektörünün ikinci terimindeki tersleme işleminde bir sönüm operatörü kullanılarak çözümün daha durağan elde edilebildiği görülmüştür.

TEŞEKKÜR Bu çalışma ilk yazarın Doktora tezi kapsamında yapılmıştır. Bu tez boyunca 111Y309 nolu TUBITAK projesi kapsamında burs almıştır.

123 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Demirci, Ü. Dikmen, M.E. Candansayar

KAYNAKLAR Aki, K., Christoffersson, A. and Husebye, E.S., 1977. Determination of the three–dimensional seismic structure of the lithosphere. Journal of Geophysical Research, 82, 277 - 296. Candansayar, M. E., 2008. Two-dimensional inversion of magnetotelluric data with consecutive use of conjugate gradient and least-squares solution with singular value decomposition algorithm. Geophysical Prospecting, 56, 141-157. Candansayar, M. E., and Tezkan, B., 2008. Two-dimensional joint inversion of radiomagnetotelluric and direct current resistivity data. Geophysical Prospecting, 56, 737-749. Demirci, I., 2009. Sonlu farklarda üçgen gridler kullanarak doğru akım özdirenç ve manyetotellürik iki-boyutlu ters çözüme topoğrafya etkisinin eklenmesi. Ankara Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, yayınlanmamış. Demirci, I., and Candansayar, M. E., 2010. Two-dimensional inversion of magnetotelluric and radiomagnetotelluric data incorporating topography by using finite difference method with triangle cells. Twentieth International Electromagnetic Induction Workshop. Demirci, I., Erdoğan, E., and Candansayar, M. E., 2012. Two-dimensional inversion of direct current resistivity data incorporating topography by using finite difference techniques with triangle cells: Investigation of Kera fault zone in western Crete. Geophysics, 77, 1-9. Erdoğan, E., Demirci, I., and Candansayar, M. E., 2008. Incorporating topography into two dimensional resistivity modeling using finite-element and finite-difference approaches. Geophysics, 73, F135–F142. Gallardo, L.A., and Meju, M. A., 2003. Characterization of heterogeneous near-surface materials by joint 2D inversion of dc resistivity and seismic data. Geophysical Research Letters, 30, 1658-1661. Gallardo, L.A., and Meju, M. A., 2007. Joint two-dimensional cross-gradient imaging of magnetotelluric and seismic traveltime data for structural and lithological classification. Geophysical Journal International, 169, 1261–1272. Hassouna, M. S., and Farag, A. A., 2007. Multistencils fast marching methods: a highly accurate solution to the eikonal equation on cartesian domains. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 29, 1563-1574. Jupp, D. B. L and Vozoff, K., 1977. Two-dimensional magnetotelluric inversion. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 50, 333-352. Rawlinson, N. and Sambridge, M., 2003. Seismic traveltime tomography of the crust and lithosphere. Advances in Geophysics, 46, 81–198. Rodi, W., and Mackie, R. L., 2001. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D magnetotelluric inversion. Geophysics, 66, 174-187. Sasaki,Y.,1989.Twodimensional joint inversion of magnetotelluric anddipole-dipole resistivity data. Geophysics 54,254-262. Uchida, T., 1993. Smooth 2-D inversion for magnetotelluric data based on statistical criterion ABIC. Journal of geomagnetism and geoelectricity , 45, 841-858. Wang, X., Fang, J., and Hsu, H., 2011. Three-dimensional crustal density distribution beneath North China by sequential inversion of local earthquake traveltimes and gravity anomaly. Earthquake Science, 24, 135-141. Venisti, N., Calcagnile, G., Gaudio, V. D., and Pierri, P., 2004. Combined analysis of seismic and gravimetric data in the Adriatic plate. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 142, 89-100. Vernant, P., Masson, F., Bayer, R., and Paul, A., 2002. Sequential inversion of local earthquake traveltimes and gravity anomaly the example of the western Alps. Geophysical Journal International, 150, 79-90. Vidale,J.E.,1988.Finite-difference calculations of traveltimes.Bulletin ofthe Seismological Society of America,78,2062–2076.

124 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Demirci, Ü. Dikmen, M.E. Candansayar

Şekil-1. Sırasıyla Özdirenç ve Hız, a1-b1.) Modeli, a2-b2) Ayrık Ters Çözüm Sonucu, c2-c3) Birleşik Ters Çözüm Sonucu

125 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.E. Candansayar, İ. Demirci, A. Vafidis, P. Soupios

S26 Doğru Akım Özdirenç, Radyo Manyetotellürik ve Sismik Kırılma Verilerinin 2B Birleşik Ters Çözümü

Two dimensional Joint Inversion of DC Resistivity, Radiomagnetotelluric and Seismic Refraction Data

M. Emin CANDANSAYAR1, İsmail DEMİRCİ1, Antonis VAFIDIS2, Pantelis SOUPIOS3

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Jeofizik Modelleme Grubu, 06100, Tandoğan, Ankara 2 Lab.of Applied Geophysics, Dept. of Mineral, Resources Eng., Technical University of Crete,73 100 Chania, Crete, Greece 3 Department of Natural Resources and Environment, Technological Educational Institute of Crete, Chania, Greece E-posta: [email protected]

ÖZ Doğru Akım Özdirenç (DAÖ), Radyomanyetotellürik (RMT) ve Sismik Kırılma verilerinin iki-boyutlu (2B) birleşik ters çözümü için yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Aynı model ağı ile farklı fizik parametrelere duyarlı yöntemlerin birleşik ters çözümü için "Çapraz Eğim Fonksiyonu" kullanılarak özdirenç ve hız parametreleri ortak çözülmüştür. Geliştirilen algoritma farklı yapay modellerle ve arazi verileri ile incelenmiştir. Bu çalışmada ilk sonuçlar sunulacaktır.

Anahtar Kelimeler: özdirenç, sismik, 2B, birleşik, ters çözüm

ABSTRACT A new joint inversion algorithm is developed for direct current resistivity and seismic refraction data. "Generalized Cross Gradient" function is used in joint inversion algorithm to resolve models parameters, resistivity and velocity, for the same model mesh. The developed algorithm is tested for synthetic data and field data collected. In this study, we will present preliminary results of the algorithm.

Keywords: Resistivity, Seismic, 2D, joint, inversion

GİRİŞ

Uygulamalı jeofizik' de farklı amaçlar için farklı fiziksel parametrelere duyarlı jeofizik yöntemler kullanılır. Örneğin, metalik maden aramalarında çoğunlukla elektrik ve elektromanyetik yöntemler kullanılırken, yapı-zemin ilişkisinin araştırılmasında çoğunlukla sismik yöntemler kullanılır. Elektrik ve EM yöntemler yeraltındaki kayaçların özdirenç farklılığından yararlanarak yeriçini incelerken, sismik yöntemler yeraltındaki kayaçların hız farklılıklarından yararlanır. Bir mühendislik probleminin çözümünde birden fazla Jeofizik yöntemin kullanılması, her iki yönteminde avantajlarının kullanılmasını sağlar. Jeofizik yöntemlerde son yıllarda ölçülen veriler çoğunlukla 2B ters çözüm yapmaya uygun şekilde bir hat boyunca toplanmakta ve ölçülen verilerin 2B ters çözümü sonucu elde edilen modeller üzerinden yorum yapılmaktadır. Bunun yanı sıra, aynı ölçü hattı boyunca iki

126 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.E. Candansayar, İ. Demirci, A. Vafidis, P. Soupios farklı jeofizik yöntemle veri toplanarak bunların birleşik ters çözümü son yıllarda yaygınlaşmıştır (Gallardo ve Meju 2003; Candansayar ve Tezkan, 2008; Hamdan and Vafidis 2013).

Aynı fiziksel parametreye bağlı iki farklı veri grubu için ağırlıklandırma kullanılarak birleşik ters çözüm uygulanmaktadır (Candasayar and Tezkan 2008). Veri kümeleri, farklı fiziksel parametreye bağlı olduğunda ise birleşik ters çözüm petrofiziksel özellikler arasındaki deneysel ve analitik ilişki (Berge et al 2000) ya da jeofizik modeller arasındaki yapısal benzerlikler kullanılarak (Gallardo ve Meju 2003) yapılır.

Bu çalışma kapsamında RMT, DAÖ ve Sismik Kırılma v, Gallardo ve Meju (2003)' nun yaklaşımı kullanılarak DAÖ, RMT ve Sismik Kırılma verilerinin 2B birleşik ters çözümünü yapan algoritma geliştirilmiştir. Bu algoritma ile Bu sunuda bu ilk sonuçlar tartışılacaktır.

SİSMİK KIRILMA ve DAÖ YÖNTEMİNDE 2B MODELLEME

Sismik Kırılma yönteminde ölçülen büyüklük, sismik dalganın kaynak ve alıcı arasındaki seyahat zamanıdır. Bir kaynaktan (a) çıkıp alıcı (b) tarafından kaydedilen sismik dalganın seyahat zamanı

b 1 T= ∫ dl (1) a vx() denklemi ile verilir. Burada, T seyahat zamanı, dl ışın yolu uzunluğunun değişimi, x konum vektörü ve v hızı tanımlamaktadır. Bu integralin hesaplanabilmesi için hız yapısına bağlı olarak kaynak ve alıcı arasındaki ışın yolunun tanımlanması gerekmektedir. Bu tanımlamanın yapılması için bu çalışmada aşağıdaki gibi tanımlanan ve elastik ortam için sismik dalga cephesinin yayılımını tanımlayan Eikonal denklem kullanılmıştır

2 1 ()∇=T . (2) vx()2

Seyahat zamanının hesabında (2) denklemi ile dalga cephesi izleme yöntemi kullanılmıştır. Dalga cephesi yöntemleri tüm dalga cephesini izlemeye dayalı olarak geliştirilmiştir. Yöntemin temeli ilk olarak iki boyutta (2-B) Vidale (1988) tarafından ortaya atılmış ve temel olarak Eikonal Denklemin Sonlu Farklar Yöntemi ile çözümüne dayanmaktadır. Geliştirilen progrmada, Eikonal denklemin çözümünde "Hızlı İlerleme Yöntemi" kullanılmıştır. Allgoritmada, çözümün hassa bulunabilmesi için köşegen elemanlar da eikonal denklemin çözümünde kullanmıştır (Hassouna ve Farag, 2007).

DAÖ yönteminde DAÖ yönteminde 2-B düz çözümde kullanılan model bağıntısı olan Poisson Denklemi (x,y,z) Kartezyen koordinatlarda izleyen şekilde ifade edilir (Sasaki, 1989; Candansayar 2008b)

−∇.[(,) σxz ∇ φ (,,)] xyz = I .( δ x − x ).( δ y − y ).( δ z − z ) s ss. (3) Bu denklemde I akım, σ iletkenliği, φ gerilimi temsil etmektedir. δ nokta akım kaynağının konumunu belirtmektedir. Bu denklemde çözülmek istenen büyüklük, iki boyutlu özdirenç modeli üzerinde, nokta akım kaynağından dolayı oluşacak φ(,xyz ,) gerilim değerleridir. Bu denklemin çözümü için Candansayar (1997) bakılabilir.

127 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.E. Candansayar, İ. Demirci, A. Vafidis, P. Soupios

DAÖ VE SİSMİK KIRILMA VERİLERİNİN BİRLEŞİK TERS ÇÖZÜMÜ

Birleşik ters çözümde, DAÖ yönteminden çözülecek özdirenç ve Sismik kırılma verilerinden elde edilecek hız parametrelerini ilişkilendirmek için Çapraz Eğim Fonksiyonu (ÇEF) (Gallardo ve Meju, 2003) kullanılmıştır. Birleşik ters çözümde aşağıdaki amaç fonksiyonunu çözülmüştür

Pmm(,)=Ψ (,) mm +Φεη (,) mm +Ω (,) mm Rs Rs Rs Rs (4)

Burada Ψ(,)mmRs misfit fonksiyonu, Φ(,)mmRs durağanlaştırıcı fonksiyonu, Ω(,)mmRs ÇEF,

mR özdirencin logaritmasından oluşan sütun vektör, mS yavaşlık değerlerinden oluşan sütun vektördür. Denklem (4)' ün çözümünden her yinelemede parametre düzeltme yöneyi ( ∆m );

− −−11TT − 11 − 1 ∆m =NnNBBNB − ()  BNnB−∆mmii−−11+ t()  (5)

şeklinde elde edilir. Burada;

TT T ∆mR AW W A+ α CC 0 ∆=m , N = R dR dR R R R , ∆ TT T mS 0 AWS dS W dS A S+ α CC S S

AWTT W∆−d α CCmT = R dR dR R R R Ri−1 n TT T AWS dS W dS∆−d Sα CCm S S Si−1 dir. Yukardaki denklemlerde sırayısla DAÖ ve Sismik için; AR ve AS, kısmi türevler dizeyleri, WdR ve WdS ağırlık dizeyleri ve CR ve CS ise iki boyulu Laplacian operatörüdür.

YAPAY VERİLERİN 2B BİRLEŞİK TERS ÇÖZÜMÜ Özdirenç modellerinde 100 Ohm-m'lik yapı içerisine tuzlu su girişimini temsil eden 10 Ohm-m' lik bir yapı konulmuştur (Şekil 1a ve1b). Hız modeline bakıldığında ise 800m/sn'lik düşük hızlı örtü tabakası, altında 1500m/sn'lik tuzlu su girişimini tanımlayan yapı ve onları sınırlayan 2500m/sn'lik yapı ile tuzlu su girişim modeli tasarlanmıştır(Şekil 1c). Modelde elektrot ve istasyon aralığı ve jeofon aralıkları 5m olarak alınmıştır. DAÖ için elektrot sayısı, RMT yöntemi için istasyon sayısı ve Sismik kırılma için jeofon sayısı ise 48 olarak alınmıştır.

DAÖ yönteminde Sol ve Sağ-yönlü Pol-dipol dizilimleri (AMN ve MNB) ile Dipol Dipol dizilimi için 15 seviyede görünür özdirenç değerleri elde edilmiş ve ters çözümde giriş verisi olarak kullanılmıştır. RMT yöntemde ise TE- ve TM-modu için 7 farklı frekansta (1000, 500, 200, 100, 50, 20, 10 KHz) görünür özdirenç ve empedans fazı değerleri elde edilmiştir. Sismik kırılma yönteminde ise dış atışlarda dahil olmak üzere toplamda 17 atış ve 48 alıcı için 816 seyahat zamanı elde edilmiş ve algoritmanın test edilmesi için giriş verisi olarak kullanılmıştır. DAÖ, RMT ve Sismik kırılma yöntemlerinin kendi başlarına kullanılarak elde edilen ters çözüm sonuçlarının (Şekil 1.a2,b2 ve c2), gerçek modellere yakın modeller ürettiği görülmektedir. Ancak farklı özdirenç ve hız sınırlarının yuvarlatılmış olarak elde edildiği görülmektedir. Sırasıyla DAÖ, RMT ve Sismik kırılma ayrık ters çözüm sonucu ölçülen ve kuramsal veri arasındaki çakışma %4.2, %3.4 ve %3.8 RMS hata ile bulunmuştur. DAÖ, RMT ve Sismik kırılma yöntemlerinin birleşik ters çözüm sonuçlarına bakıldığında (Şekil 6.a3,b3,c3), özellikle tuzlu su girişimi olan yapının alt sınırının daha iyi

128 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.E. Candansayar, İ. Demirci, A. Vafidis, P. Soupios bulunduğu görülmektedir. Yapı sınırları daha net ortaya çıkarılabilmiş ve gerçek yeraltı yapısı hız ve özdirenç değerlerine daha yakın değerler elde edilmiştir. DAÖ, RMT ve Sismik kırılma birleşik ters çözüm sonucu ölçülen ve kuramsal veri arasındaki çakışma %2.9 RMS hata ile elde edilmiştir.

Şekil 1.a1 ve b1’ deki özdirenç modelleri ile birleşik ters çözümden elde edilen özdirenç modelleri olan Şekil 1.a3 ve b3’ ün aynıdır. Burada, her yöntem için ters çözüm sonucu ile gerçek modelin karşılaştırmasının daha net yapılabilmesi için aynı modeller ikişer kez çizilmiştir.

SONUÇLAR ve TARTIŞMA Bu çalışmada DAÖ, RMT ve Sismik Kırılma verilerinin 2B birleşik ters çözümü için yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Algoritma yapay veri ile denenmiştir. Ancak, ileriki çalışmalarımızla, geliştirlen birleşik ters çözüm algoritmasının avantajları farklı uygulamalar ile daha ayrıntılı olarak gösterilecektir.

Teşekkür

Bu çalışma 111Y309 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında yapılmıştır. Desteklerinden dolayı TÜBİTAK' a teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Candansayar M. E., 1997, Doğru Akım Özdirenç Yönteminde Modelleme ve İki-Boyutlu Sığ Yapıların Aranmasında Elektrod Dizilimlerinin Ayrımlılıklarının Karşılaştırılması, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi

Candansayar, M. E., 2008a. Two-Dimensional Inversion of Magnetotelluric Data With Consecutive use of Conjugate Gradient and Least-Squares Solution with Singular Value Decomposition Algorithm. Geophysical Prospecting, 56, 141-157

Gallardo, L.A., and Meju, M. A., 2003. Characterization of Heterogeneous Near-Surface Materials by Joint 2D Inversion of DAÖ Resistivity and Seismic Data. Geophysical Research Letters, 30, 1658-1661.

Hassouna, M. S. and Farag, A. A. Multi-Stencils Fast Marching Methods: A Highly Accurate Solution to the Eikonal Equation on Cartesian Domain. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 29(9): 1563-1574. (2007).

Hamdan A. Hamdan, Antonis Vafidis, 2013. Joint inversion of 2D resistivity and seismic travel time data to image saltwater intrusion over karstic areas. Environmental Earth Sciences, April 2013, Volume 68, Issue 7, pp 1877-1885

Vidale, J. E., 1988, Finite-difference traveltime calculation: Bull.,Seis. Soc. Am., 78, 2062-2076.

129 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne M.E. Candansayar, İ. Demirci, A. Vafidis, P. Soupios

Şekil 1. Tuzlu su girişimini temsil eden; (a1 ve b1) 2B özdirenç modeli ve (c1) 2B hız modeli. (a2) DAÖ verilerinin, (b2) RMT verilerinin ve (c2) Sismik kırılma verilerinin 2B ters çözüm sonucu. DAÖ, RMT ve Sismik Kırılma verilerinin birleşik ters çözümü sonucu elde edilen; (a3 ve b3) 2B özdirenç modelleri ile (c3) 2B Hız modeli.

130 5. YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Akca, T. Günther, M. Müller-Petke, A.T. Başokur, U. Yaramanci

S27 Nükleer Manyetik Rezonans ve Düşey Elektrik Sondajı Verilerinden Birleşik Parametre Kestirimi

Joint Parameter Estimation From Nuclear Magnetic Resonance and Vertical Electric Sounding Data

İrfan Akca1, Thomas Günther 2, Mike Müller-Petke 2, Ahmet T. Başokur 1, Ugur Yaramancı2

Posta Adresi: 1 Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü 06100, Ankara 2 Leibniz Institute for Applied Geophysics, Stilleweg 2, 30655, Hannover Germany E-Posta: [email protected]

ÖZ Manyetik rezonans sondajı (MRS) akiferlerin geçirgenlik ve hidrolik iletkenlik gibi önemli parametrelerini doğrudan verdiğinden hidrojeofizik uygulamalarda giderek aran bir önem kazanmaktadır. MRS verilerinin modelleme ve ters çözümünden bilinen bir özdirenç modeli gerekmektedir. Dolayısı ile MRS ve düşey elektrik sondajı (DES) verilerinin birleşik yorumu ya da ters çözümü bu iki veri kümesinin ayrı ayrı ter çözümünde ortaya çıkan belirsizliklerin azaltılması yönünde tercih edilebilir olmaktadır. Bu iki veri kümesinden parametrelerin birleşik kestirimi için yeni bir yöntem önerilmiştir. Yer içinin ayrıklaştırılmasında bir boyutlu katmanlı bir model kullanılmıştır. Başlangıç modeline bağlı geleneksel türeve dayalı ters çözüm yöntemleri yerine tümel çok amaçlı bir en iyileme yöntemi kullanılmıştır. Genetik algoritma bu uyarlaması ile bir çözüm uzayında her iki amaç fonksiyonunu belirli eşik değerleri ile sağlayan bir grup modelin incelenmesi amacıyla kullanılmıştır. Yapay ve gerçek veriler ile yapılan denemelerde yöntemin birleşik model parametrelerini deneysel hata sınırları içerisinde kestirebildiği ve iki amaç fonksiyonu arasındaki çakışma ya da uyumsuzlukları da belirleyecek belirli bir grup modelin üretilebildiği görülmektedir.

Anahtar Kelimeler: NMR, DES, çok amaçlı en iyileme

ABSTRACT Magnetic resonance sounding (MRS) has increasingly become an important method in hydrogeophysics because it allows for estimations of essential hydraulic properties such as the porosity and hydraulic conductivity. A resistivity model is required for MRS modeling and inversion. Therefore, joint interpretation or inversion is favorable to reduce the ambiguities that arise in separate MRS and VES inversions. A new method is suggested for the joint inversion of MRS and vertical electrical sounding (VES) data. A one-dimensional blocky model with varying layer thicknesses is used for the subsurface discretisation. Instead of conventional derivative-based inversion schemes that are strongly dependent on initial models, a global multi-objective optimisation scheme (a genetic algorithm in this case) is preferred to examine a set of possible solutions in a pre-defined search space. Tests conducted using synthetic data show that the multi- objective joint optimisation approximates the joint model parameters within the experimental error level and illustrates the range of trade-off solutions, which is useful for understanding the consistency and conflicts between two models and objectives.

Keywords: NMR, VES, multi-objective optimisation

131 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Akca, T. Günther, M. Müller-Petke, A.T. Başokur, U. Yaramanci

GİRİŞ

Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) yeraltı suyu varlığı ve miktarı ile ilgili doğrudan bilgi verebilen bir jeofizik yöntemdir. Yöntemden elde edilen bilgiler yardımı ile akifer özellikleri, hidrolik iletkenlik, geçirgenlik ve gözeneklilik gibi bilgilere de ulaşılabilmektedir. Yöntemin uygulamasında, yer içinde bulunan sudaki hidrojen atomlarının yüzeyde bulunan bir verici halkadan yayılan uyarıcı alan nedeni ile normal dönme eksenlerinden ayrılmaları sağlanır. Harici alanın frekansı özel olarak H atomları için seçilir ve Larmor frekansı olarak adlandırılır. Uyarıcı alan kaldırıldığında ise denge durumlarına dönerken ürettikleri sönüm sinyali NMR verisini oluşturur. Uyarıcı harici alanı yaratan dürtünün momenti sinyalin ulaştığı derinliği belirlediğinden dürtü momenti artırılarak aynı konumda derinlik yönünde bilgi edinilir. NMR verisi dürtü momenti (q= Iot ) ve zamanın bir fonksiyonu olarak V(q,t) şeklinde bir zaman serisidir. NMR verisinden % cinsinden su içeriği (w), hidrojen atomlarının * içinde bulunduğu gözenek yapısı ile ilişkili sönüm parametresi (T2 ) tabaka kalınlıklarına bağlı olarak 1B model için çözülebilir. Verilerin ters çözümü için çok sayıda yöntem bulunmaktadır. İlksel genlik (Legchenko ve Sushakov, 1998; Mohnke ve Yaramanci, 2002), zaman dilimi (Legchenko ve Valla, 2002; Mohnke ve Yaramanci 2005) ve QT veri küpü (Müller-Petke ve Yaramanci, 2010) gibi yaklaşımlar sayılabilir. NMR verilerinin değerlendirilmesinde ve modelleme çalışmalarında bilinen bir yer elektrik modeline gereksinim bulunmaktadır. Bu yüzden ölçüm konumunda düşey elektrik dağılımının belirlenebilmesine yönelik ikinci bir yöntem uygulanmaktadır (TEM, DES, vb.). Düşey elektrik sondajı (DES) gerek duyulan bilgilerin elde edilmesi açısından uygun bir yöntemdir. Bu çalışmada yatay katmanlardan oluşan (1B) modele ait su içeriği, sönüm zamanı, özdirenç ve kalınlık parametrelerinin DES ve MRS verilerinin birleşik ters çözümünden hesaplanması için çok amaçlı (multi-objective) genetik algoritma kullanılmıştır. Yöntemin yapay ve gerçek veri uygulamaları ve sonuçları verilmiştir.

YÖNTEM

NMR ve DES verilerinin birleşik değerlendirilmesi ile parametreleri kestirilecek olan 1B model N adet katmandan oluşmaktadır. Her iki yöntem için tanımlanan model vektörlerinin birleştirilmesi ile model vektörü T m = [θθ1, 2 ,..., θNN ,tt 12 , ,..., t ,log(ρ1 ),log( ρ 2 ),...,log( ρNN ),dd1 , 2 ,..., d− 1] (1)

şeklinde tanımlanabilir. Burada θi, ti,ρi ve di sırasıyla i numaralı katmanın su içeriği (%), gecikme zamanı (s), ρi özdirenci (ohm-m) ve di kalınlığıdır (m). Modelin her iki yöntemle ilgili fiziksel parametreleri arasında bir ilişki kurulmamıştır. Ancak geometrik parametre olan katman kalınlıkları ortak kullanılarak modeller birbirine bağlanmıştır. Birleşik parametre kestirimi için aşağıdaki iki amaç fonksiyonu tanımlanmıştır:

d -f d -f MRS MRS 2 VES VES 2 Φ=()m Φ=1 ()m , 2 . R M

Birleşik ters çözüm yöntemlerinde farklı yöntemler için tanımlanan amaç fonksiyonlarının toplamından elde edilen tek bir amaç fonksiyonunun kullanımı yaygındır. Ancak bu uygulamada farklı fiziksel ve sayısal duyarlılıkları olan yöntemlerden gelen bilgilerin birinin diğerine baskın gelmesi nedeni ile ters çözüm işleminde amaç fonksiyonlarından birine doğru bir yönelim söz konusu olabilmektedir. Bu duruma çözüm olarak amaç fonksiyonlarının ağırlıklandırılması düşünülebilir. Ancak bu kez de ağırlık katsayılarının neye göre belirleneceği sorunu ile karşı karşıya kalınmaktadır (Konak vd., 2006). NMR ve DES verilerinin birleşik çözümünde bu tür bir uygulama için Hertrich ve Yaramancı (2002)’e bakılabilir. Bu araştırmacılar iki amaç fonksiyonunu

132 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Akca, T. Günther, M. Müller-Petke, A.T. Başokur, U. Yaramanci ağırlıklandırılmış toplamları için çeşitli denemeler yaparak sonuçlarını tartışmışlardır. Bu çalışmada farklı amaç fonksiyonlarının birbirine baskın olmadan en küçüklenmesi amacıyla tümel (global) ve sezgisel bir arama yöntemi olan genetik algoritmanın çok amaçlı uyarlaması kullanılmıştır (Deb, 2000). NSGA-II (non-dominated sorting genetic algorithm, Deb, 2001) olarak isimlendirilen bu yöntemin uygulanması sonunda birleşik ters çözüm açısından bakıldığında her biri eşit düzeyde “optimal” çözümlerden oluşan bir küme elde edilir (Pareto küme). Algoritmanın işleyişi ve akış şeması Şekil 1’de verilmiştir.

Şekil 1 İki amaç fonksiyonu için NSGA-II algoritmasının işleyişi (Akca vd., 2014) (a) Baskılanmamış model cepheleri (b) Kuşaklar arasında geçiş yordamı (c) NSGA-II akış şeması

Uygulama Örnekleri

Birleşik parametre kestirimi için tanımlanan katmanlı 1B yer modelinin parametreleri her bir katmanın sırasıyla özdirenç, su içeriği, sönüm zamanı ve kalınlığıdır. Son katmanın kalınlığının sonsuz olduğu kabul edilir. Şekil 2 modelleri ve hesaplanan kuramsal verileri göstermektedir. Dört katmandan oluşan yer modelinin iki ve dördüncü katmanları sırasıyla %30 ve %25 su içeriği ile birbirinden geçirimsiz bir tabaka ile ayrılmış iki akiferi temsil etmektedir. Verilen modelden hesaplanan kuramsal verilere gerçekçi bir değerlendirme için belirli miktarda rastgele gürültü eklenmiştir. Önerilen yöntemin arazi verileri ile yapılan denemesinde geniş kapsamlı bir proje çerçevesinde Almanya’nın Kuzey Denizi adası Borkum’da ölçülen veriler kullanılmıştır.

SONUÇLAR

Önerilen yöntem ile elde edilen çözüm kümesindeki modellerin ürettiği amaç fonksiyonlarının birbirine karşı grafiklenmesi ortak olarak çözülmek istenen problemlerin birbirleri ile ilişkilerini de ortaya koyabilmektedir (Şekil 1.a). Kümedeki modellerin Pareto cephedeki yerleri ile değerlendirilmesi yorumcunun problem hakkında karar vermesini kolaylaştırmaktadır. Diğer taraftan birden çok modelden gelen bilgiler ile ele alınan akifer ile ilgili tuzluluk gibi ek özellikler belirlenebilmektedir.

133 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Akca, T. Günther, M. Müller-Petke, A.T. Başokur, U. Yaramanci

Şekil 2 Yapay verinin hesaplanmasında kullanılan (a) su içeriği (b) sönüm zamanı (c) özdirenç modelleri ile bu modellerden hesaplanan (d) MRS (QT) ve (f) DES verisi (Akca vd., 2014)

Şekil 3 NSGA algoritması ile farklı kuaşklardaki modeller ile yapay modelin karşılaştırılması (siyah çizgiler gerçek modelleri diğer renkler ise pareto kümeden seçilen modelleri göstermektedir.

134 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne İ. Akca, T. Günther, M. Müller-Petke, A.T. Başokur, U. Yaramanci

Şekil 4 Arazi verisi ile yapılan denemelerin sonuçları

KAYNAKLAR

Akca, I., Günther, T., Müller-Petke, M., Basokur, A.T. and Yaramanci, U. 2014. Joint parameter estimation from magnetic resonance and vertical electric soundings using a multi-objective genetic algorithm. Geop. Pros. 62,364-376. Deb, K., Agrawal, S., Pratap, A. and Meyerivan, T., 2000. A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II, Tech. Rep. 2000001, Kanpur Genetic Algorithms Laboratory (KanGAL), Kanpur, India. Deb, K., 2001. Multi-Objective Optimization using Evolutionary Algorithms, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, England. Hertrich, M. and Yaramanci, U. 2002. Joint inversion of Surface Nuclear Magnetic Resonance and Vertical Electrical Sounding. Journal of Applied Geophysics, 50, 179-191. Konak, A., Coit, W. D., and Smith, E.A. 2006. Multi-objective optimization using genetic algorithms: A tutorial. Reliability Engineering and System Safety, 91, 992-1007. Legchenko, A. and Shushakov, O. A. 1998. Inversion of surface NMR data. Geophysics, 63, 1, 75- 84. Legchenko, A. and Valla, P. 2002. A review of the basic principles for proton magnetic resonance sounding measurements. Journal of Applied Geophysics, 50, 3-19. Mohnke, O. and Yaramanci, U. 2005. Forward modeling and inversion of MRS relaxation signals using multi-exponential decomposition. Near Surface Geophysics, 3, 165-185. Mohnke, O. and Yaramanci, U. 2005. Forward modeling and inversion of MRS relaxation signals using multi-exponential decomposition. Near Surface Geophysics, 3, 165-185. Mueller-Petke, M. and Yaramanci, U. 2010 QT inversion - Comprehensive use of the complete surface NMR data set. Geophysics, 75,4, WA199-WA209.

135 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne B. Yakar, S.B. Tank, Ö. Cengiz

P4 ORTA ANADOLU FAY ZONUNUN REZISTIVITE YAPISININ İKİ VE ÜÇ BOYUTLU MANYETOTELÜRİK TERS ÇÖZÜM SONUÇLARININ YORUMLANMASI INTERPRETATION OF REGIONAL RESISTIVITY STRUCTURE OF CENTRAL ANATOLIAN FAULT ZONE WITH TWO AND THREE DIMENSIONAL INVERSION OF MAGNETOTELLURIC RESULTS

Berk Yakar1, Sabri Bülent Tank1, Özlem Cengiz1

Posta Adresi: 1Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitüsü Jeofizik Anabilim dalı, İstanbul. E-Posta: [email protected]

ÖZ Orta Anadolu Fayı (OAF) Orta Anadolu’nun şekillenmesinde rolü olan önemli yapılardan biridir. Bölge Kuzey Anadolu (KAF) ve Doğu Anadolu (DAF) arasında sıkışmakta ve tektonik kaçış bölgesi olarak hareket etmektedir. Bölgedeki sıvı dağılımı ve tektonik karakteri anlamak amacıyla geniş bant manyetotelürik (MT) yöntem uygulanmıştır. Ulukışla havzasından başlayan ve Adana havzasında biten yaklaşık 120 km uzunluğunda bir profil seçilmiştir. Kayıt gerçekleştrilen istasyonlarda veri kalitesini artırmak amacıyla uzak referans tekniği uygulanmıştır. Yüzeye yakın bozucu etkiler Groom-Bailey ayrıştırması kullanılarak ortadan kaldırılmıştır. Veri Ogawa ve Uchida (Ogawa ve Uchida, 1996) tarafından geliştirilen iki boyutlu (2B) ters çözüm kodu sayesinde değerlendirilmiştir. En iyi sonucu elde etmek amacıyla (TE ve TM modu) ortak ters çözüm uygulanmıştır. Üç boyutlu (3B)değerlendirme için Siripunvaraporn ve diğ., (2005) kullanılmıştır. 2B ve 3B sonuçları birbiriyle karşılaştırılmıştır. ABSTRACT

Central Anatolian Fault (CAF) is one of the important features of that shaped the Central Anatolia. This region is following a tectonic escape regime thatis squeezed between North Anatolian (NAF) and East Anatolian faults (EAF). To understand the tectonic behaviour and distribution of fluids, magnetotelluric (MT) method used in the region. A profile was constructed approximately 120 km long began from Ulukışla basin and ended on Adana basin. Remote referencing was used to improve the quality of data at several stations. Groom-Bailey decompositon was applied to eliminate the near surface heterogeneties. Data was interpreted by a two dimensional (2D) inversion code developed by Ogawa and Uchida (Ogawa and Uchida, 1996). TE and TM mode results jointly inverted to obtain the best results. Three dimensional (3D) interpretation was performed using Siripunvaraporn, et al (2005). Results from 2D and 3D models compared with each other.

Anahtar Kelimeler:Elektriksel Özdirenç, Manyetotelürik, Orta Anadolu Fayı Key Words: Electrical Resistivity,Magnetotellurics, Central Anatolian Fault

136 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne B. Yakar, S.B. Tank, Ö. Cengiz

GİRİŞ Akışkan içeren zonların incelenmesinde elektromanyetik (EM) yöntemler sıkça kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında elektromanyetik yöntemlerden biri olan manyetotelürik (MT) yöntem sıvı içeren zonların belirlenmeside kullanılmaktadır. Fay bölgeleri gibi tektonik yapıların incelenmesinde MT yöntem ile akışkanların varlığı tespit etmek hedeflenmektedir. Fay bölgelerinin tektonik gelişimlerini inceleyen çalışmalar literatürde mevcuttur (Unsworthvediğ., 1997; 1999; 2000; Bedrosianvediğ., 2002). Bu çalışma kapsamında incelenen Orta Anadolu bölgesi, Kuzeyde KAF ile Doğuda DAF ile sınırlandırılmıştır. OAF ise DKD-BGB yönelimli açılma bölgesinde bulunan sol yönelimli yanal atımlı bir faydır (Koçyiğit, ve diğ., 1998). Ecemiş fay zonu olarak adlandırılan bölge Toros bloğunu ikiye ayırmaktadır (Jaffey ve diğ., 2001). Bu çalışmada sismik olarak aktif olan bu bölgenin elektriksel yapısı 2B ve 3B olarak incelenmiştir.

YÖNTEM

MT yöntemi ilk olarak Tikhonov (1950) ve Cagniard (1953) tarafından ortaya atılmış olan, yer içindeki doğal olarak bulunan telürik akımları kullanarak çeşitli derinliklerden bilgi almaya olanak sağlayan bir yöntemdir. Doğal kaynak kullanıldığından ve aynı anda elektrik ve manyetik alanların birden fazla bileşeni ölçüldüğünden yer içi hakkında çok daha fazla bilgi edinilebilmektedir. Farklı frekanslarda ölçüm yapılması, farklı derinlikler hakkında bilgi sağlar. Özellikle uzun periyotlu frekanslar sönümlenmeden önce derinlere nüfuz eder. Yer içine doğru yayılan bir EM dalganın empedansı elektrik alanın ( ), ona dik manyetik alana ( ) oranı şeklinde ifade edilir. Empedans 2x2’lik bir tensör olup 4 elemanının birbiriyle ilişkisinden yararlanılarak incelenen bölgenin boyutluluğu hakkında bilgi edinil𝐸𝐸�⃑ ebilir. 𝐻𝐻��⃑

= 𝑍𝑍𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑍𝑍𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑍𝑍 � 𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑦𝑦𝑦𝑦 � Bölgenin iki boyulu olması durumunda 𝑍𝑍ve 𝑍𝑍 bileşenleri sıfır değerini alırken, ve bileşenleri ise birbirinden farklı değerlere sahip olur. Eğer incelene bölge üç boyutlu ise tüm 𝑍𝑍𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑍𝑍𝑦𝑦𝑦𝑦 𝑍𝑍𝑥𝑥𝑥𝑥 bileşenler𝑦𝑦𝑦𝑦 sıfırdan farklı olacaktır. Yer kabuğunda bulunan yüzeye yakın üçboyutlu kütlelerin varlığı g𝑍𝑍ürültü yaratmaktadır. Bu bozucu etkilerden Groom-Bailey ayrıştırması kullanılarak arındırılmıştır. Bu ayrıştırma tekniğinde. Empedans tensörü çeşitli elemanlara ayrıştırılarak bölgenin bozucu etkileri belirlenip mevcut veriyi bu etkilerden arındırmak mümkün olmaktadır (Groom ve Bailey, 1989).

= 2 𝑇𝑇 𝑚𝑚 𝐵𝐵 Burada R rotasyon matrisi,C bozulma matrisi,𝑍𝑍 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑍𝑍 ise𝑅𝑅 bölgesel iki boyutlu empedans tensörüdür. 2B değerlendirme için TE ve TM modları Ogawa ve Uchida’nın geliştirdiği sonlu elemanlar 𝟐𝟐𝟐𝟐 yöntemini kullanan bilgisayar kodu ile ters çözüme𝐙𝐙 dahil edilmiştir.

= ( ) 2 + 2 + 2

𝑈𝑈 ‖𝑊𝑊𝑊𝑊 −𝑊𝑊𝑊𝑊 𝑚𝑚 ‖ 𝛼𝛼 ‖𝐶𝐶𝐶𝐶‖ 𝛽𝛽 𝐺𝐺 Bu yazılımda U değerinin çözümü ile modeller oluşturulur. burada U veri çakışmasından kaynaklanan hata (misfit), W ağırlık matrisi, d gözlemlenmiş veri, m model parametreleri, F(m) geçerli model parametreleri için sentetik veri, C katılık dizeyi, α yumuşaklık parametresi, β ise statik kayma parametresidir (Ogawa ve Uchida 1996). 3B değerlendirme aşamasında ise Siripunvaraporn’un geliştirmiş olduğu sonlu farklar algoritmasını temel alan bilgisayar programı kullanılmıştır. Benzer şekilde U değerinin çözümünden uygun modeller elde edilir.

137 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne B. Yakar, S.B. Tank, Ö. Cengiz

1 1 1 2 = ( 0) ( 0) + ( [ ]) ( [ ]) 𝑇𝑇 − − 𝑇𝑇 − ∗ 𝑚𝑚 𝑑𝑑 Burada U hata𝑈𝑈 (misfit),𝑚𝑚 −𝑚𝑚özdirenç𝐶𝐶 𝑚𝑚modeli, −𝑚𝑚 0𝜆𝜆 başlangıç� 𝑑𝑑 − 𝐹𝐹 𝑚𝑚modeli,𝐶𝐶 𝑑𝑑 ve− 𝐹𝐹 𝑚𝑚 sırasıyla− 𝑋𝑋 � model ve veri kovaryans matrisleri, d gözlemlenmiş veri, F(m) sentetik veri, istenen hata payı ve 1 lagrange 𝒎𝒎 𝒅𝒅 çarpanıdır. 𝑚𝑚 𝑚𝑚 ∗ 𝑪𝑪 𝑪𝑪 − 𝑋𝑋 𝜆𝜆 SONUÇLAR

Yerelektrik doğrultu 18O bulunmuş olup, veri seti bu doğrultuya göre döndürülmüştür. Bulunan doğrultu bölgenin jeolojisiyle uyum göstermektedir. Bu doğrultulara taşınan veri modellendikten sonra elde edilen yer elektrik modeller bölge jeolojisi ile uyum gösterdiği görülmüştür. Profilin kuzey ve güney uçlarında yüzeyde görülen iletken yapılar Ulukışla ve Adana havzalarındaki yüzey sedimanları ile ilişkilendirilebilir. 10 km derinliğinde Ulukışla havzasının altında iletken bir yapı gözlemlenmektedir. Profilin pozantı geçidinin başlangıcına denk gelen kısmında ise bu iletken yapı görülmemektedir. Derindeki iletkenlik yapının değişimi fay zonuna karşılık gelmektedir.

KAYNAKLAR

Bedrosian, P.A., Unsworth, M.J., Egbert, G., 2002, Magnetotelluric imaging of the creeping segment of the San Andreas Fault near Holister, Geophys.Res. Lett., 29, p1-1-1-4.

Cagniard, L., 1953, Basic theory of the magnetotelluric method in geophysical prospecting: Geophysics, 18, 605–635.

Groom, R.W., and Bailey, R.C., 1989, Decomposition of Magnetotelluric Impedance Tensor in the Presence of Local Three-Dimensional Galvanic Distortion, J. Geophys. Res., Vol. 94, pp. 1913-1925.

Jaffey, N., Robertson, A. H. F., 2001, New Sedimentological and Structural Data From the Ecemiş Fault Zone, Southern Turkey: implications for its timing and offset and the Cenozoic tectonic escape of Anatolia. Journal of Geological Society, London, Vol. 158, pp. 367-378.

Koçyiğit, A., and Beyhan. A., 1998, A new intracontinentaltranscurrent structure: the Central Anatolian Fault Zone, Turkey, Tectonophysics, 284, 317-336.

Ogawa, Y., and Uchida, T., 1996, A two-dimensional magnetotelluric inversion assuming Gaussian static shift,Geophysics. J. Int., Vol. 126, pp. 69-76.

Siripunvaraporn, W., Egbert, G., Lenbury, Y., and Uyeshima, M., 1995, Three-dimensional magnetotelluric inversion: data-space method: Physics of the Planetary Interiors, 150, 3-14.

Tikhonov, A.N., 1950, On determining electrical characteristics of the deep layers of the Earth’s crust: Doklady, 73, 281–285.

Unsworth, M.J., Malin, P.E., Egbert, G., Booker, J.R., 1997, Internal structure of the San Andreas fault at Parkfield California, Geology, 25, 4, 359-362.

Unsworth, M.J.,Egbert, G. and Booker, J.R., 1999, High resolution electromagnetic imaging of the San Andreas Fault in Central California, J. Geophys. Res., 104, 1131-1150.

Unsworth, M.J.,Bedrosian, P.A., Eisel, M., Egbert, G. and Siripunvaraporn, W., 2000, Along strike variations in the electrical structure of the San Andreas Fault at Parkfield, California, Geophys. Res. Lett., 27, 3021-3024.

138 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne F. Yiğit, S. Özçelik, M. Aşçı, Y. Demir

P5 Yer Radarı (GPR, Ground Penetrating Radar) Yöntemi ile İlgili Örnek Çalışma: Kocaeli, İzmit Perşembe Pazarı A Case Study of Ground Penetrating Radar (GPR) : Kocaeli, İzmit, Perşembepazarı

Fırat YİĞİT1, Serkan ÖZÇELİK, Metin AŞÇI2, Yakup DEMİR

Posta Adresi: 1 İstanbul Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İstanbul 2 Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Kocaeli E- Posta: [email protected]

ÖZ

Çalışmada Kocaeli ili, İzmit ilçesi Perşembe pazarı alanında bulunan altyapı hatlarının ve yağmur suyu gider kanalının konumunun belirlenmesi için yer radarı (GPR) yöntemi uygulanmıştır. Yaklaşık 35 hektarlık bölge, çalışmanın uygulanması için alanlara ayrılmıştır. Çalışmada 200 MHz ve 400 MHz’lik iki farklı anten seçeneği kullanılmıştır. 200 MHz anten ile yağmur suyu kanalının olduğu kısımda kanalın muhtemel uzanım yönüne dik doğrultuda ölçümler yapılmıştır. Radar ölçümleri birbirine paralel 1 metre profil aralıkları ve 30 metre profil boyu ile 200 MHz anten ile uygulanmıştır. Yer altı iletim hatlarının (elektrik, doğalgaz, telekomünikasyon vb.) olduğu kısımda, bu hatların yüzeye yakın olması sebebiyle çözünürlüğü daha yüksek 400 MHz anten ile 10 metrelik profil boyları ile birbirine paralel ölçümler yapılmıştır. Radagramlar üzerinde uygulanan veri-işlem aşamalarının ardından görülen anomaliler, 2-B kat haritaları ve 3-B modellemeler hazırlanarak değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler ile aranan yapıların konumları ve boyutları ortaya çıkarılmıştır. Yerleri ve boyutları belirlenen yer altı yapıları, alanda yapılması planlanan inşaat çalışması için koordinatlandırılarak, harita üzerine yerleştirilmiştir.

ABSTRACT

In this study, we carried out a GPR survey on Perşembe bazaar, İzmit, Kocaeli. Our aim was to define location of substracture lines, and rain water darins. Aproximately 3,5 km2 area was seperated into parts due to work efficeintly. There was used 200 MHz and 400 MHz antennas. The survey with 200 MHz antenna has set perpendicular against possible extention of rain water drain. Profile intervals were 1 meter and profile lengths were 30 meters. 400 Mhz antenna were used for the survey of substructure lines located at shallow depth due to increase resolution. After Data process, 2-D and 3-D models were produced to see anomalies. These models show substructure lines’ and rain water drains’ location and size.

139 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A. Gürer, N. Sayın

P6 İletken Alt Kabuk Derinliği ve Isı Akısı İlişkisinden Tektonik Çıkarımlar Tectonic Implications from Depth of the Conductive Lower Crust and Heat Flow Relation

Aysan GÜRER1, Nurdan SAYIN 1

Posta Adresi:1İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü,Avcılar, İstanbul E-posta: [email protected]; [email protected]

ÖZ İletken alt kabuk katmanı derinliği ve bölgesel ısı akısı arasındaki görgül ilişkiler, ısı akısının saptanamadığı bölgeler için ısı akısı değeri tahmin etmekte ya da manyetotelürik (MT) çalışma olmayan bölgeler için iletken kabuk katmanının üst yüzey derinliğini bulmakta kullanılabilir. Bu çalışmada Adam (1980) tarafından önerilen görgül bağıntı Batı Anadolu verisine uygulanmış, ancak, bu yaklaşımın Batı Anadolu veri kümesi için, yüksek hata verdiği gözlenmiştir. MT yöntemle saptanan iletken alt kabuk derinliği bölgenin jeolojik yaşıyla ve tektonik rejimi ile ilişkili olduğundan, Dünyadaki tüm bölgelerin, tek bir iletken alt kabuk derinliği-ısı akısı görgül ilişkisi ile açıklanamayacağı sonucuna varılmıştır. Bu durumda, Batı Anadolu örneği için benzer bir görgül bağıntı elde edilmiştir ve sonuçları dünyadaki diğer kıta içi gerilme rejimlerinden gelen sonuçlarla birlikte değerlendirilmiştir. Ayrıca, Batı Anadolu graben düzeni için elde ettiğimiz görgül ilişki Güneybatı ve Kuzeybatı Anadolu’dan gelen sonuçların da katılmasıyla denenmiştir. Uzak coğrafyalardaki kıta içi gerilme verisinin dahil edilmesiyle elde edilen sonuçlar, önerdiğimiz bağıntıyla uyumluyken, Batı Anadolu graben düzeninin komşusu olan Kuzey ve Güneybatı Anadolu verilerinin katılımıyla oluşan veri kümesinde hata oranı belirgin derecede yüksek çıkmıştır. Bu bulgu ışığında farklı tektonik rejimler için ayrı görgül bağıntılar üreterek bir yaklaşımda bulunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Manyetotelürik, Isı akısı, İletken alt kabuk derinliği, kıta içi gerilme tektoniği ABSTRACT In this study, empirical relationships between conductive layer depth by magnetotelluric (MT) method and regional heat flow are defined. These types of relationships can be used to estimate the heat flow for the regions where these parameters can not be obtained by measurements. We firstly applied the equation by Adam (1980) to estimate heat flow using magnetotelluric conductivity models of West Anatolia. However this approach failed to estimate heat flow values successfully for West Anatolia data set. Considering the dependence both of the MT conductive layer depth and the heat flow vales to the geological age and the tectonic activity, we have concluded a single empirical relationship representing all of the world can not be defined. Keeping an alternative road, a new empirical relationship was obtained for West Anatolian extensional province from MT and heat flow data of the region. Then, the obtained relationship was tested using the data from the other continental extensional provinces of the world. This relationship was also tested by inclusion of the knowledge from North and South Anatolian regions that have different tectonic regimes. The main finding of the study, our relationship based on extensional West Anatolia data successfully represents the data from continental extensional regimes (continental rifts) from all over the world. However, high error rate was observed the inclusion of the data obtained from neighboring areas in different tectonic regimes, as north and south Anatolia. In the light of these findings we concluded the necessity of developing the separate empirical relationships for different tectonic regimes.

Keywords: Magnetotelluric, heat flow, conductive lower crust depth, intracontinental extensional tectonic

140 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A. Gürer, N. Sayın

GİRİŞ

Manyetotelürik yöntemle çalışan araştırmacılar, alt kabuk ve mantoda gözlenen elektriksel iletkenliği bu bölgelerde hüküm süren sıcaklıkla ilişkilendirmişlerdir. Adam, (1980) bu ilişkiyi veren görgül (ampirik) bir bağıntı önermiştir ve bu bağıntı h, km olarak iletken alt kabuk derinliği ve q, mWm-2 cinsinden ısı akısı olmak üzere,

h=35q-1.30 (1)

şeklinde verilmiştir. Bu çalışmada, ısı akısı kabuk iletkeni derinliği arasındaki ilişkiyi veren (1) bağıntısı kullanılarak, Batı Anadolu için ısı akısı verileri ile iletken alt kabuk derinliği arasındaki ilişkiye bakılmıştır. Bundan amaç, Anadolu’da ısı akısının elde edilemediği yerlerde, kabul edilebilir doğrulukta ısı akısı tahmini yapabilmektir. Ancak, Batı Anadolu veri kümesi için, (1) bağıntısıyla önerilen ilişkinin umulan başarıyı sağlamadığı gözlenmiştir. Bu durumun nedenleri sorgulandığında, çeşitli araştırmacıların bildirdiği alt kabuk iletkenliğinin ve ısı akısının bölgenin jeolojik yaşına ve tektonik etkinliğine göre değişmesi ( Hnydman ve Shearer 1989) olgusu öne çıkmaktadır. Sonuçta, ısı akısı ve iletkenlik verileri arasında tanımlanacak olan ilişkinin bölgesel tektonik rejimle doğrudan ilişkili olduğu bilindiğinden, Anadolu için yeni bir yaklaşıma ihtiyaç olacağı açıktır. Ancak, her yöre için ayrı bir yaklaşım önerilmesi anlamsız olacağından bu çalışmada, temel levha tektoniği rejimlerini temsil eden farklı temel bağıntıların üretilmesi benimsenmiştir.

YÖNTEM

Bu çalışmada, farklı kurum ve gruplar tarafından üretilen Batı Anadolu ısı akısı verileri, (İlkışık 1995, İlkışık 1997, Pfister vd 1998) Türkiye haritasına yerleştirilmiştir. Aynı şekilde farklı gruplar tarafından yapılan ölçüler ve model sonuçları yayınlanan MT hatlar da aynı haritaya yerleştirilmiştir (Şekil 1). Her bir MT istasyonunda elde edilen üst kabuk derinlikleri MT modellerden okunarak, bu istasyonların 2-3 km yakınından elde edilen ısı akısı verileriyle eşleştirilmiştir. Bu çiftlerin Adam (1980) bağıntısında yerine koyulmasıyla, elde edilen derinlik değerleri, Anadolu’da MT yöntemden elde edilen gerçek kabuk iletkeni derinliğinden ortalama 7.5 km hatayla saptanmaktadır. Batı Anadolu ısı akısına Adam (1980) bağıntısıyla yaklaşım yaptığımızda ortaya çıkan hata da çok yüksektir. Öyle ki elde edilen hata 88,8 mWm-2 olup, bu dünya ortalama ısı akısı değerini de aşmaktadır. Bu kabul edilemez bir hata olduğundan yeni bir ilişki elde etmek için Batı Anadolu’da ısı akısı ve alt kabuk iletkeni üst yüzey derinlikleri karşılıklı grafiklenmiş ve veriyi en iyi temsil eden işlev saptanarak, ısı akısı-MT iletken derinliği için görgül bir ilişki elde edilmiştir (Şekil 2a). Bu ilişkiyi temsil eden işlevin, veriye çakışma ölçütü R2=0,7038 olarak bulunmuş olup, Batı Anadolu ısı akısı (q) değerleriyle manyetotelürik iletken alt kabuk katmanının derinliği (h) arasındaki ilişki (2) bağıntıyla tanımlanmıştır. Ancak, her bölge için bir bağıntı önermenin anlamsızlığı da açıktır. Bu nedenle, Batı Anadolu Graben Bölgesinde hüküm süren kıtasal gerilme rejimi dikkate alınarak, diğer gerilme bölgeleri olan kıtasal riftlerden (Doğu Afrika rifti, Basin and Range, Rhine graben, Baikal rifti, Rio Grande rifti, İzlanda rifti vb) ısı akısı ve MT alt katman iletkeni derinliği derlenmiştir (Hermance 1982, Morgan 1982, Jones 1992). Riftlerden gelen verinin Batı Anadolu verisine katılması ile bulunan (3) bağıntısından elde edilen çakışma ölçütü (R2=0,7053), yalnızca Batı Anadolu verisi için elde edilen (2) bağıntısından elde edilenle neredeyse aynıdır. q= 294,02h-0,35 (2) q = 300h-0,356 (3)

Bu da kıta içi gerilme bölgelerinde tek bir bağıntı ile, MT modellerden iletken katman için derinlik (h) değerinin bilinmesi halinde, (q) ısı akısının tahmin edilebileceğini gösterir.

Tüm gerilmeli rejimler için elde edilen (3) bağıntısının Batı Anadolu verisine uygulanması ile, gerçek q ve h değerleri ile bağıntıdan elde edilen ile derinliklerin hata ortalaması (1) bağıntısından 141 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A. Gürer, N. Sayın elde edilene göre 7.5 km den 5 km ye düşmüştür. Ayrıca ısı akısı için (3) bağıntısıyla verilen hata da, ısı akısı hata sınırları içinde kalacak şekilde, (önceki hesaptan: 88,8 mWm-2 den) oldukça düşük bir hata sınırı olan 12.89 mWm-2 değerine gerilemiştir. Bu sonuç, farklı tektonik rejimler için farklı görgül bağıntılar gerektiği savını güçlendirmektedir. Ancak, Batı Anadolu graben bölgesine komşu olup, gerilme rejiminin dışında kalan (Barka ve Relinger, 1997) Güneybatı ve Kuzeybatı Anadolu bölgelerinden gelen verilerin Batı Anadolu verilerine katılmasıyla, en iyi çakışmayı veren bağıntının niteliği üslü ifadeden eksponansiyele değişmiş olup (4) ve veriye çakışma ölçütü R2=0,432 olarak gerilemiştir. q = 158,65e-0,026h (4)

Bu durumda elde edilen bağıntı uygulandığında, hesaplanan derinlik değeri ile MT modellerden elde edilen iletken alt kabuk derinliği arasındaki farkın ortalamasıyla tanımlanan hata 8,6 km ye çıkmıştır.

SONUÇLAR

Bu çalışma göstermiştir ki, ısı akısı ve manyetotelürikle saptanan iletken kabuk katmanının derinliği arasında bir ilişki tanımlanabilir. Ancak, bu ilişki aranırken bölgenin jeolojik yaşı, tektonik rejimi dikkate alınmalıdır. Batı Anadolu Graben bölgesi için elde edilen ısı akısı ve MT iletken katman derinliği arasında kurduğumuz görgül ilişkinin farklı kıtalarda yer alan kıtasal riftlerden derlenen bilgiyle de uyum gösterdiği bulunmuştur. Şaşırtıcı biçimde, Batı Anadolu Graben Bölgesi için bulunan ilişki kendisine komşu bölgelerdeki veriyi açıklamaktan uzaktır. Dolayısıyla, ısı akısı ve MT alt kabuk iletken derinliği yalnızca bu iki yöntemin birine ait verinin bulunmadığı yerde diğerine dönük veriyi tahmin etmemize yaramakla kalmaz, aynı zamanda, tektonik rejimlerin sınırlarını belirlemek kolay olmadığı halde, bunların sınırlarını haritalamaya da yardımcı olabilir.

KAYNAKLAR

Adam A 1980, Relation of Mantle conductivity to physical conditions in the asthenosphere: Geophysical Surveys 4, 43-55. Avşar Ü 2013, Isparta Büklümü tektonik yapısı’nın manyetotellürik yöntem ile araştırılması: Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi. Barka A A and Reilinger R 1997, Active tectonics of the eastern Mediterranean Region: deduced from GPS, neotectonics and seismicity data: Ann. Geofys., 40, 587–610. Bayrak M, Serpen Ü and İlkışık O M 2011, Two-dimensional resistivity imaging in the Kızıldere geothermal field by MT and DC methods: J. Volcanl. and Geoth. Res., 204, 1-11. Çağlar I, Tuncer V, Kaypak B and Avşar Ü 2005, A high conductive zone associated with a possible geothermal activity around Afyon, northern part of Tauride Zone, southwest Anatolia: Proceedings World Geothermal Congress Antalya, Turkey, 24-29 April 2005. Gürer A 2007, Türkiye'de manyetotelürik yöntem: tarihçesi ve gelişimi: Yerbilimleri Dergisi, İstanbul Üniversitesi, 20, 2, 51-62. Hermance J F 1982, Magnetotelluric and geomagnetic deep sounding studies in rifts and adjacent area: constraints on physical processes in the crust and upper mantle: Spec. Vol. Continental and Ocean Rifts,8, 169-192, Int. Commission on Geodynamics, AGU. Hnydman RD and Shearer PM 1989, Water in the lower continental crust: modelling magnetotelluric and seismic reflection results: Geophys. J. Int., 98, 343-365. İlkışık O M 1995, Regional heat flow in Western Anatolia using silica temperature estimates from thermal springs: Tectonophysics, 244,175–184. İlkışık O M 1997, Ege Bölgesinde jeotermik araştırmalar, Ulusal Deniz Jeolojisi ve Jeofiziği Güdümlü Projesi, TÜBİTAK, YDABÇAG-430/G, Ankara. Jones G 1992, Electrical conductivity of the continental lower crust, Chapter 3:in continental lower crust, edited by D.M. Fountain. Elsevier. Kaya C 2010,Deep crustal structure of northwestern part of Turkey:Tectonophysics, 489, 227- 239. 142 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne A. Gürer, N. Sayın

Kaya T, Tank S B, Tunçer M K, Rokoityansky I, Tolak E and Savchenko T 2009, Asperity along the North Anatolian Fault imaged by magnetotellurics at Düzce, Turkey: Earth Planets Space, 61, 871–884. Kaya T, Kasaya T, Tank S B, Ogawa Y, Tunçer M K, Oshiman N, Honkura Y and Matsushima M 2013, Electrical characterization of the North Anatolian Fault Zone underneath the Marmara Sea, Turkey by ocean bottom magnetotellurics: Geophys. J. Int., 193(2),664-677. Morgan P 1982, Magnetotelluric and geomagnetic deep sounding studies in rifts and adjacent area: Constraints on physical processes in the crust and upper mantle: Spec. Vol. on Continental and Ocean Rifts, V.8, 169-192, International Commission on Geodynamics, AGU. Pfister M, Rybach L and Şimsek Ş 1998, Geothermal reconnaissance of the Marmara Sea region (NW Turkey): surface heat flow density in an area of active continental extension: Tectonophysics, 291, 77-89.

Şekil 1: Batı Anadolu’da MT hatlar, (2007 öncesi atılan hatlar için kaynakça Gürer 2007 de verilmiştir; sonraki hatlar, Çağlar vd 2005, , Kaya vd 2009, Kaya 2010, Kaya vd 2013, Bayrak vd 2011, Avşar 2013 olarak sayılabilir. Dağınık düzende olan noktalar Batı Anadolu’daki ısı akısı değerlerini gösterir (İlkışık 1995, İlkışık 1997, Pfister vd 1998).

Şekil 2 a)Batı Anadolu graben bölgesi b)Batı Anadolu Graben Bölgesi ve Kıtasal riftler c) Güney batı Kuzeybatı ve Batı Anadolu için: Isı akısı ve alt kabuk iletkeni derinliği arasında görgül ilişkiler.

143 5 .YER ELEKTRİK ÇALIŞTAYI | 26-28 MAYIS 2014 İ.Ü. Nazım Terzioğlu Kültür ve Eğitim Tesisleri, Enez, Edirne