ÇEVRE JEOFİZİĞİNDE GRAVİTE UYGULAMALARI

1. GİRİŞ

Günümüzde jeolojik problemlerin çözümünde mekanik ve diğer yöntemlerin kullanılması birçok güçlüğün yanında ekonomik bir yükü de beraberinde getirmektedir. Bu ve birçok amaç için geliştirilmiş olan jeofizik yöntemlerden bir veya birkaçı, sorunların özüne ve kapsamına bağlı olarak seçilerek uygulanırlar.
Bu yöntemlerden biri olan gravite yöntemi, çevresel problemlerin çözümünde nadiren de olsa kullanılmaktadır.

2. ÇEVRE SORUNLARI

İnsan yaratılışından bu yana, doğada yararlanmış, doğayı işlemiş bilgi birikimine ve teknik ilerlemeye koşut olarak doğaya egemen olmaya çalışmıştır.
İnsanın hava, su, toprak olmaksızın yaşamını sürdürmesi olanaksızdır ve ilginç olanı doğanın yanı sıra kendisi gibi yaşamını bu temel öğelere borçlu olan diğer canlı türlerini de kendi çıkarları doğrultusunda kullanmasıdır.
İnsan faaliyetleri sonucunda çevreye verilen zararlar, doğanın kendini yenileyebilme yeteneği sayesinde başlangıçta fark edilmemiş hatta çevrenin zamanla bu kirliliği yok edeceği düşünülse de, zaman içinde sanılanın tersine, çevreye bırakılan kirliliğin nicel ve nitel olarak artması, çevrenin kendini yenileyebilme yeteneğinin çok üstüne çıkmış, çevre hızla bozulmaya başlamıştır.

3. GRAVİTE

Gravite ölçümleri nadiren çevresel problemlerin çözümünde kullanılır. Bunun nedeni sadece oldukça pahalı olması değil ayrıca gömülü çöpler gibi küçük maddeleri tanımadaki zorluklardır.
Şekil 3.55, Şekil 3.50’nin riskli çöp alanının gravite ölçümleriniDeğerlendirme serbest hava ve Bouguer düzeltmeleriyle kuşatılmıştır. Serbest hava düzeltmelerinden sonra woste deposit (çöp birikintisi = çöp alanı) hala zayıf negatif bir anomali olarak görünür. Fakat başvurulan Bouguer düzeltmelerinden sonra bu tamamen düşürülmüştür. göstermektedir. İstasyonlar 200 m7lik gravite profili boyunca 10 m. aralıklarla yerleştirilmiştir.
Bundan dolayı, ham gravite verilerini serbest hava ve Bouguer düzeltmelerine başvurarak düzeltmek zorunludur. Aksi halde yanlış yorumlar ortaya çıkar. Geomanyetik ölçümü (3-8) Hindistan ve USA’daki toprak dolgu bir gravite çalışması ile araştırılmıştır Birbirine komşu 8 hat üzerinde 5-1/ m aralıklı 200 gravite istasyonundan dolguya kadar olan tam Bouguer konturunu da bu şekilde görüyoruz (3.56). ayrıca bu şekilde (3.56) buzlu tortul ve kayaların litolojik yüzeylerindeki değişikliğe rağmen bölgesel varyasyonları da görüyoruz. Bu eğilim aslında şu şekildeki (3.57) gravite düşey çizgilerini meydana çıkarmak için Bouguer anomalilerinden yararlanılarak yapılmıştır.
Yeraltındaki toprak dolgunun şekli 2 katlıdır.
1. Buzlu tortul ve kayaların arasındaki sürekli bir 0.53 gr/cm3’lük yoğunluğa sahip olan modeldir. Bunu şu şekilde görebiliyoruz (3.58).
2. Toprak dolgunun (landfill) asıl boyutları hakkındaki bilgileri kullanarak, rezidüol gravite alanındaki değişim, bölgeler arasındaki (kısımlar) yoğunluk farkından ileri gelir.
Bu iyi sonuçlardan başka atılmış materyallerin daha fazla fiziksel özellikleri gravite verilerinden çıkartılır. Toprak dolgunun kuzeyden güneye olan hesaplanmış yoğunluktaki artış incelenmiştir. Bu, daha yaşlı olan kuzey kısmındaki kuvvetli sıkıştırma ve dolu materyallerdeki değişiklikten kaynaklanır.
Kuzeyde baskın olarak yüksek yoğunluklu evsel atıklar güneyde düşük yoğunluklu inşaat atıkları çoğunlukla bulunmaktadır. Ayrıca %20 su doyumu ve $43’ten $48’e uzanan gözenekli yapı hesaplanan yoğunluklardan beklenir.
Sonuçta gravite yöntemi bütün waste (çöp) alanları için uygun olmayabilir. Yalnız burada gravite ölçümü uygun olur. Çünkü homojen buzul tortul ve dolguların arasındaki yoğunluk farkına dayanır.
3.1. Geotermy

Jeotermal araştırmalar ise riskli waste (çöp) alanlarının (birikinti) yüzeyindeki kuvvetli sıcaklık akıntılarına bağlıdır. Ne yazık ki bu özel ısı sıklıkla güneş ışınlarının meydana getirdiği sıcaklıktan daha küçüktür. Yağmur ve diğer meteorolojik etkenler güneş ile rekabet halindedir. Ve tayin edilmesi zor olan sıcaklık akıntıları meydana getirir.
3.2. Case Hıstory Ve Uygulamaları

MORS TUZ DOMLARI
Bouguer Anomalisinin Mors tuz domları hakkındaki orijinal yorumu Kuzey Jutland’da 1974’te yapılmıştır.
Beş yıl öncesine kadar herhangi bir sismik sonuç bilinmiyordu. Araştırma tuz domlarındaki radyoaktif çöplerin güvenli düzeni hakkındaki uygulanabilir çalışması ile ilgiliydi. Fakat hidrokarbonlar için yapılan çalışmayla yöntem aynıdır. Tuz domları bir küreye yaklaştırılmıştır. Δgmax x 15 mgal ‘in değeri ve yarı uzunluğu 3,7 km’dir, (2.38A) profilde görüyoruz. Kütle merkezinin derinliğinin araştırılmasında kullanılmıştır. Kürenin derinliğini hesaplamak için materyal ile sarılı tuzun yoğunluğundan yararlanılmıştır. Kürenin yoğunluğu δﻡ = 0,2 μg/m3, yarıçap 4,1 km ve derinlik 0,7 km.dir. Bununla sonradan sismik sonuçlarla uyumun olduğu bulunmuştur.
Eğer tuz domları uzunluğu 5300 m, derinliği 700 m, yarıçap 4400 m. ve yoğunluğu –0,2 μg/m3 olan dikey bir silindire yaklaştırılsaydı beklenen Δgmax x 19 m Gal civarın da olurdu.
Yoğunluklardaki şüphe yorumlarda en büyük problemdir. Sonuçta, şu her zaman akla gelmelidir ki herhangi bir jeolojik model sadece çok karışık jeolojik olaylar için yapılan ham (.....) yaklaştırmalardır.
Bu gördüğümüz şekilde ise (2.39) dikey bir silindir modelinin nasıl tuz domlarını tanımlamada iyi olduğunu gösteriyor.
Açıkça iyi bir jeolojik detay jeolojik veri yorumları ile çözümlenmeyebilir.
4. MİKROGRAVİMETRE İLE YAPI ZEMİN ETÜDLERİNDE YER ALTI BOŞLUKLARININ TESPİT EDİLMESİ

Son yıllarda şu soru sık sık sorulmaktadır. Yeraltındaki boşluklar jeofizik yollarla keşfedilebilir mi (birkaç metre çapında ve satıhtan en fazla 10 m. derideki)? Bu soruya olumlu bir cevap alındıktan sonra da sıra şu sorunun cevaplanmasına geliyor. Bu durumda hangi jeofizik yöntemi en ucuz ve aynı zamanda en güvenilir olanıdır...?
Hannover’de toplanan son Mühendislik Jeolojisi Kongresi’nde öğleden önceki tüm oturum süresi yeraltındaki boşlukların bulunması konusuna ayrılmıştır. Bu toplantıda, bu problemin çözümünde gravite yöntemlerine öncelik vermenin önemi vurgulanmıştır. Ayrıca son yıllarda bu konudaki en son yayınlar incelendiğinde çoğunlukla başlıca gravitasyon yöntemlerinin tanımlandığı ve tartışıldığı görülür.
Bunun nedeni şu gerçekte yatmaktadır. En küçük göreli yoğunluk farkı bile (burada boşluk) nispeten büyük derinlikte ölçülebilen bir gravite etkisi verir. Burada incelenen boşluk ile bu boşluğu çeviren kaya arasındaki yoğunluk farkının büyük ve çok iyi bir şekilde bilinir olmasının şüphesiz büyük önemi vardır.
Bundan 7-8 yıl öncesine kadar hiçbir jeofizikçi gravite yöntemiyle yeraltında boşluk aramaya kalkışmadı. 2-10 metre derinliğinde ve 1-3 metre çapındaki bir boşluğun vereceği düşünülen gravite etkisi miligolin binde birkaçı ile yüzde birkaçı arasında değişir.
Jeofizik araştırmalarda kullanılan gravimetreler genellikle tek ölçülerde yüzde 2-3 miligollik hassaslık sınırına sahiptirler. Böyle bir gravimetre ile hassas sonuçlar almak ve hata sınırını küçük anomalileri bile yakalayacak sınırda tutmak için çok sayıda tekrar ölçü yapmak gerekir. Bu takdirde bu araştırmanın ekonomik olmayacağı söz konusudur.
Ancak mikrogravimetrelerin geliştirilmesiyle en küçük anomalilerin bile saptanabildiği limite erişilebilmiştir. Mikrogravimetreler 0,005 miligal = 5 mikrogallik bir hassasiyet garanti etmektedirler.
Son zamanlarda PRAKLASEISMOS MİKROGRAVİMETRİK araştırma alanında pratik deneyim kazanma hususunda önemli bir fırsat elde etti. Şirketin bir müşterisi, bir inşaat kompleksinin temel çalışmalarında, yer altı boşluklarının olup olmadığını gravimetrik yoldan araştırılmasını talep etti. Aslında bu inşaatın altında bir yer altı boşluk sisteminin var olduğu biliniyordu. Zira daha önce burada yapı malzemesi temini amacıyla büyük boşluklar ve tüneller oluşturulmuştur. İnceleme alanında, tünel sisteminin bir kısmına yüzeyden erişmek mümkündü. Tünelin bu bölümü, birbirine dik, 10’ar metre aralıklı ve 2x3 metre boyutundaki galeri ağzından oluşmaktaydı.
Galeri ağı yüzeyden 8 m. yeraltında bulunuyordu. CLAUSTAL ÜNİVERSİTESİ Jeofizik Enstitüsü LA COSTE VE ROMBERG D modeli gravimetre kullanmaktadır. İşbirliği ile iki sahada bir pilot çalışma yapılmıştır. Bu pilot sahalardan bir tanesi bilinen boşluk sistemi üzerinde seçilmiştir. Test sahalarında 5x5 metrelik ölçüm ağı uygulanmıştır. Her ne kadar bu denemede kullanılan mikrogravimetrenin (Drift’i) olmayacağı tahmin edildi ise de, araştırma süresince 5 mikrogal/h’i aşmayan drift saptanmıştır. Bu dirft uygun bir yöntemle gerçeğe uygun olarak saptanmış ve yorum sırasında hesaba katılmıştır. Burada şüphesiz tekrar belirtmeye gerek yok; Gravimetre istasyonlarının kotları bir milimetre hassasiyetle saptanmalıdır. Mikrogravimetre sonuçlarının hassasiyetini bozmamak için gelgit düzeltmelerinin kesin olarak saptanması gerekmektedir.
Bu yöntemle elde edilen anomalilerin tek bir boşluğun etkisi mi yoksa, boşlukların grup etkisi mi olduğuna karar vermek pek tabii olarak mümkün değildir. ancak bu denemeden çıkarılan sonuç şudur;
Mikrogravimetre araştırmalarının büyük bir değeri olduğu ispatlanmış olup, kalitatif yorumlarda bulunmak mümkündür.*
5. HEYELANALANLARININ JEOFİZİK YÖNTEMLERLE ARAŞTIRILMASI VE MÜHENDİSLİK AÇISINDAN ÖNEMİ


Toprak, taş veya bunların karışımından oluşan, belli bir şevi olan taneli malzemelerin ya da zeminin yerçekimi etkisi ile bir yüzey üzerinde ani bir kırılma ile birdenbire yada yavaş olarak aşağı ve dışa doğru hareket etmesine "Heyelan" denir. Bir çok ülkede doğal olarak meydana gelen heyelanlar mala, mülke hasar vermesi ve ölümlere neden olması bakımından dolaylı, taşıma (ulaşım) ve iletişim ağının bozulması nedeniyle dolaysız olarak hem parasal hem de insan değerleri bakımından başlıca sorundur.
Bu türden etkinlikler projenin tamamlanmasının gecikmesine neden olan ve proje maliyetini arttıran heyelanların başlamasına neden olur. Bugün dünyada bir çok ülke tarım alanlarını, karayolu, demiryolu ve benzeri tüm mühendislik yapılarını heyelanlardan korumak için çalışmalar yapmaktadır, örneğin, Japonya'da 1958 yılında çıkartılan" Heyelan Önleme Yasası" ve 1969 yılında çıkartılan "Dik Yamaçlardaki Çökmelerin Neden Olduğu Afetlerden Korunma Yasası" ile korunma çalışmaları kurallara bağlanmıştır. Ülkemizdeki "Afetler Yasası"nın yeterliliği ise bugün için tartışmalıdır.
Heyelanların oluşum mekanizmalarını ve oluşumunu etkileyen etmenlerin kavranabilmesi, olumsuz etkilerinin azaltılması yada tümüyle engellenmesi mühendislik jeolojisi, mühendislik jeofiziği ve inşaat mühendisliği çalışmaları ile , sağlanabilir. Doğal afet olarak tanımlanan ve büyük ölçüde arazi ve can kaybına neden olan bu olaylarda, üzerinde yaşadığımız yerküredeki (madencilik, baraj, demiryolu, karayolu, konut ve endüstriyel yapıların yapımı gibi) ekonomik yetkinliklerde büyük önem taşımaktadır.
Heyelanlar dağ yamaçlarında olduğu kadar denizlerin, göllerin, nehirlerin, havzaların kıyılarında da meydana gelebilir. Heyelanlar sık sık mühendislik yapılarını ve ekonomik gelişme bakımından değerli alanları büyük ölçüde etkiler. Yamaç aşağı kaymanın olduğu bir heyelanın şematik gösterimi Şekil 1 'de görülmektedir.
Kayan yamacın duraylılığının kestirimi için yerel yer kaymalarının tarihçesine, çevrede yaşayan insanların ekonomik etkinliğine, bölgenin iklimsel ve hidrolojik koşullarına dayanan yeraltı suyu rejimi verilerine ilişkin araştırmaların sonuçlarına da bakılmalıdır. Jeofizik yöntemler uygulanarak mühendislik jeolojisi edilebileceği görülmüştür. Yer kaymalarının araştırılmasında elektromanyetik yöntemin kullanıldığı Conon vadisinde Glen Uig yer kaymasındaki iletkenlik araştırması iyi bir örnektir.
5.1. Heyelanlarda Gravite Yöntemi

Heyelan alanlarında tek ölçümlerle veya zamana göre sistematik olarak yapılan gözlemlerle gravite değişimlerinin incelenmesi amacıyla uygulanan yöntemdir. Heyelan alanlarındaki gravite değişimi ortalama değerden 1-3 gu sapma gösterir. Ancak bazı durumlarda, gözlemler sırasındaki heyelan alanının etkinliğine, gözlem noktalarının bulunduğu yerlerdeki jeolojik özelliklere ve diğer bazı etmenlere bağlı olarak gravite değişimindeki sapmalar 4-8 gu olabilir. Zamana göre gravite değişimi heyelan gelişimi nedeniyle oluşan yoğunluk değişimi ile heyelan kütlesini oluşturan kayaçların düşey yöndeki mikro düzeyde hareketleriyle ilişkili olarak oluşan ivme olmak üzere iki etmene bağlıdır. İvmeye, heyelanın etkinliği, mikrosismik titreşimler ve atmosfer başmandaki değişimlerin yarattığı heyelan alanının yüzeyini etkileyen yüklerdeki değişimler neden olabilir.
Mühendislik jeofiziği çalışmalarında birbirinden farklı seriler halinde zamana bağlı, sistemli gravite ölçümleri sırasında aynı nokta için elde edilen Bouguer anomalileri kullanılmaktadır. Heyelan alanının dış sığırlarının elektrik, sismik gibi alışılmış jeofizik yöntemlerle belirlenemediği durumlarda duyarlı gravite çalışmaları vara/lı sonuçlar verebilir Atmosferik basınç farkının en yüksek olduğu günlerde yapılacak 3-5 adet periyodik ölçümler ve gravite değerinin büyüklüğünde gözlenecek büyük değişimler araştırma alanınca özellikleri yansıtabilir.
Heyelan alanlarının etkinliğinin araştırılmasında gravite yöntemi uygulamaları, çekim kuvvetinin zamanla değişiminin heyelanın gelişme ritmi ve kayaçların "konum ve özelliklerinin zamana bağlı değişimlerini yansıtması" gerçeğine dayanmakladır. Örneğin gravite ölçümünün yapıldığı yerdeki kütlelerin gerilme deformasyonundan etkilendiği düşünülürse, o zaman kayaç yoğunluğu da azalacaktır. Sıkışma deformasyonû durumunda ise gravite kuvveti azalacaktır. Böylece devamlı yapılacak gözlemlerle kayan kütlenin ne zaman hangi tip deformasyona uğradığı saptanabilir.
Heyelan alanının kayma hızı en yüksek hıza eriştiği dönemlerin gravite kuvvetinin göreceli olarak azaldığı dönemlere rastladığı kanıtlanmıştır. Gravite kuvvetinin en büyük olduğu dönemler ise genellikle alanın kaymasından bir kaç gün öncesine rastlar. Bu nedenle, manyetik ve gravite gözlemleri heyelanların önceden kestirilmeleri- için büyük önem taşır. Heyelan araştırmalarında yüksek duyarlı gravite ölçümlerinde profiller arası uzaklık 20-100 m. gözlem noktaları arası uzaklık ise 2-10 m. olmalıdır.
6. MİNERAL ARAŞTIRMASI (KEŞFİ)

Graviteye dayanan araştırmalar minerallerin keşfinde 2 görev yerine getirirler.

Cevher kitlesinin aranması ve keşfi.
Cevher kitlesinin büyüklüğünün tespit edilmesi ve cevherin tonajının saptanması. 6.1. Yukon’daki Faro Kurşun-Çinko Maden Yatağının Keşfi

Gravite incelemesinin ayrılmaz bir parçası olduğu entegre bir hava ve yer jeofizik keşif programı Kuzey Kanada’daki Yukon’da bulunan Kurşun-Çinko maden yatağının keşfini sağladı (Brock, 1973). Gravitenin cevher kitlesinin büyüklüğünü tespit etmek için en iyi jeofizik yöntemi olduğu saptandı (Şekil 2.41.). Bu yöntem aynı zamanda tonajın yaklaşık miktarını elde etmek için de kullanıldı (44,7 milyon ton) ve elde edilen sonuç kazılarak saptanan, tonaj miktarına (46,7 milyon ton) çok yakın bir sonuç verdi (Tanner and Gibb, 1979). Buna karşılık, dikey manyetik haritalama sığ gradyanların kullanılmasını gerektiren bir anomali ortaya çıkarmıştır (Şekil 2.41).
6.2. Piramid Cevher Kitlesi, Kuzey Batı Bölgesi

Kanada’nın Kuzey Batı Bölgesinde bulunan Pine Point’deki piramid Kurşun-Çinko cevher kitlesi “indüklenmiş polarizasyon” (IP) yöntemi kullanılarak keşfedilmiştir (Seigel, 1968). IP’nin diğer özellikleri için 9. bölümü okuyun. Gravite anomalilerinin, cevher kitlesindeki mineralleşme dağılımıyla çok büyük bir ikili uyum içinde olması nedeniyle, gravite yöntemi geliştirme kazısının optimizasyonunu sağlamak için kullanılmıştır (Şekil 2.42.). Buna ek olarak, yerçekimi yöntemi verileri toplam cevher tonajını saptamak üzere başarılı bir şekilde kullanılmıştır. Elektriksel direnç (7. bölüme bakınız) cevher kitlesinin konumuyla büyük bir bağlantısı olan küçük genlikli anomaliler oluşturmuştur ve bir TURAM elektromanyetik incelemesi (10. ve 11. bölümlere bakınız) tek başına yetersiz olmuştur ve nerdeyse hiçbir anomali ortaya koymamıştır. İndüklenmiş polarizasyon yüklenebilirliği çok önemli bir anomali ortaya koymuştur.
6.3. Sourton Tors, Dartmoor, SV England

Bu gravite yönteminin, bilinen bir mineralleşmenin varlığı durumunda (Şekil 2.43.) sonuç vermediğini gösteren bir örnektir. Buna karşılık elektriksel, elektromanyetik ve manyetik yöntemler önemli anomalilere neden olmuşlardır (Beer ve Fennig, 1976; Reynolds, 1988). Burada yerçekimi yönteminin başarısızlığı 2 nedenden kaynaklanmaktadır:
1. Mineralleşen arterlerin katmanlaşma miktarını gösteren mineralleşme ölçeği sadece birkaç metre genişliğindeydi.
2. Gravimetrenin hassasiyeti, sülfid mineralleşmesiyle çevre kayalıkları arasındaki küçük yoğunluk kontrastını çözmek için yeterli değildi.
Gravimetrenin mgal’in onlu katları derecesindeki anomalileri ölçebilme yeteneğine sahip olması ve istasyon aralığının yeterince küçük olması durumunda, mineralleşme bölgesi saptanabilirdi. Araştırma sırasında (1969), bu kadar hassas gravimetreler günümüzde olduğu kadar kolay temin edilemiyordu.
6.4. Buzul Kalınlığının Belirlenmesi

Antartika ve Grönland gibi bölgelerde, bölgesel bir yer çekimi incelemesinin tamamlanması için, buz katmanları ve vadi buzulları üzerinde ölçümler yapılması gereklidir. Çok sık olarak, bu bölgelerdeki buz derinliği veya buz hacmi üzerindeki bilgiler yetersizdir. Buz (0,92 mg/m3) ve tahmin edilen ortalama kaya yoğunluğu (2,67 mg/m3) arasındaki büyük yoğunluk farkı, kolaylıkla ölçülen gravite anomalilerinin gözlenebileceği ve buz kitlesinin dip profilinin (buzul altı topografisi) hesaplanabileceğini ortaya koyar.
Bunun bir örneği Grant ve West tarafından (1965) İngiliz Kolombiya’sındaki (Şekil 2.44) Salmon Buzulu için verilmiştir.
Burada, yanından bir yol tüneli kazılmadan önce, buzulun taban profilini tespit etmek için bir gravite incelemesi yapılmıştır. Buzul boyunca min. 40mgal büyüklüğünde bir artık yerçekimi anomalisi saptanmıştır. Arazi düzeltmesinde kaba tahminler yapılması nedeniyle 72 mgal doğrulukla bölgesel kaya yoğunluğunun başlangıçtaki tahmini değeri 2,6 mg/m3 idi ve buzul boyunca elde edilen derinlik profilinin kazıyla elde edilen derinliklere kıyasla %10 daha derin olduğu ortaya koyulmuştur.
Hesaplardaki yaklaşıklar değerlendirilirse, uyuşmanın doğru olduğu düşünüldü. Buna ek olarak, komşu kayaçların ortalama yoğunluğunun biraz daha az olduğu saptanmıştır (2,55 mg/m3). Bu buzulun tabanı ile kaya tabanı arasında, büyük kalınlıktaki düşük yoğunluklu buzul tortullarının varlığını gösteriyor olabilirdi. Ancak, arazi için tamamen düzeltilen veriler üzerinde daha detaylı bir modelleme yapılmış olsaydı, aradaki fark azaltılabilirdi.
Buz kalınlık ölçümleri, sismik yansıma incelemeler elektromanyetik VLF ölçümleri ve radyo yanlı sondajları tarafından gittikçe artan bir şekilde yapılmaktadır.
Farklı jeofizik yöntemleri arasındaki karşılaştırmalar, buz kalınlığının %10 doğrulukla kolayca elde edilebileceğini göstermektedir. Büyük buz katmanları üzerindeki gravide ölçümlerinin (Renner 1985; Herrod ve Garrett, 1986) standart incelemelerden daha az doğruluğa sahip olmasının 3 nedeni olabilir.
1. En büyük hatalar yüzey yükseltilerinin belirlenmesindeki yetersizlikler değerlendirilmelidir.
Günümüzdeki 5-10 m. doğrultulu yükseltiler belirlenmektedir.
2. Radyo yanlı–sondaj kontrolünün yapılamadığı bölgelerde, buz altı topografisine ilişkin düzeltmeler 100 metreler seviyesindedir. Buz kalınlığı/ kaya yatağı derinliğindeki 100 m.lik bir hata ±74 gu’luk bir hataya neden olabilir.
3. Tüm gravite incelemelerinde olduğu gibi, Bouguer düzeltme yoğunluğunun düzeltmesinin tahmini değeri çok önemlidir.
Büyük buz katmanları bölgesel kayaları ve buz altı jeolojisini tüm bölgelerde olmamakla beraber bazı yerlerde belirsiz kılarlar ve buna bağlı yoğunluklar çok farklı olabilir.
Gravite yönteminin buzul bilimine başlıca bir uygulaması da, Antartika’daki yüzen buz katmanlarının dikey hareketleriyle okyanustaki gel-git titreşimler için bir gravimetre aracılığıyla ölçülmesidir (Thiel 1960; Stephenson, 1984). Elde edilen gel-git titreşim düzeni, farklı gel-git bileşenlerine ayrıştırılabilir ve böylece buz katmanının mekanik davranışının okyanustaki gel-git hareketleriyle ilişkisini ortaya koyabilir. Gel-git titreşimlerinin belirli bir yerlerde bulunmaması buz katmanının tabana çöktüğünü gösterebilir.
Terazimetreler, gerilme ölçerler ve radyo yanlı sondajla yapılan bağımsız ölçmeler böyle bir sonuç doğrulamak için kullanılmalıdır (Stephenson ve Doake, 1982).
6.5. Mühendislik Uygulamaları

Mühendislik arazi incelemelerinde genellikle çok sığ (50 m.den küçük) veya küçük ölçekli (birkaç yüz metre kare) jeolojik problemler hedeflenir. Bunun bir sonucu olarak gravite ölçümleri için hedeflenen doğruluk mgal mertebesindedir. Yerçekimi kullanılmasının ana nedeni, özellikle çok yüksek seviyelerdeki elektriksel veya akustik gürültü nedeniyle veya büyük sayıdaki kamu yer altı hizmetlerinin başarılı olamayacağı yerlerdeki dengesiz toprak miktarını belirlemektir (Kick, 1985). Buna ek olarak gravite permofrost buz mercekleri veya yer altı, başlıklarının büyüklüğü gibi anomali gösteren toprağın hacmini hesaplamada kullanılır. Genellikle eski ocak açma veya maden kazılarının nerede yapıldığını gösteren kayıtlar yoktur ve bunların neden olduğu boşluklar insanlara ve mülkiyete önemli zarar verebilir.
Daha yüksek enlemlerin artan bir şekilde gelişmesi beraberinde mühendislik problemlerin ide getirir ve bu bölgelerdeki arazi incelemelerinde gravite araştırması uygulanan diğer jeofizik yöntemleri arasında daha büyük ve daha önemli bir görev üstlenmektedir. Bunda jeofizik yöntemlerin artan kullanımıyla jeolojik olayların daha iyi etüt edileceği ve anlaşıldığını söylemek de doğru olur.
6.6. Doldurulmuş Taş Ocaklarının Saptanması

Aşağıdaki örneğin de gösterdiği gibi dolgu malzemesi ile çevreleyen kaya arasındaki yoğunluk kontrastının yetersiz olduğu durumlarda, küçük ölçekli incelemeler doldurulan taş ocaklarını saptamada başarıyla kullanılabilir (Poster ve Cope, 1975).
İngiltere, Newcastle – upon – Tyne’de kurulması önerilen yeni bir teren yolu bölümü, doldurulmuş bir araziden geçiyordu ve bu arazi, daha sonradan doldurulmuş olan ve 19.yüzyılın sonlarından kalan kumtaşı ocaklarını içeriyordu. Demiryolu bölümünün tasarımı, kazılıp daha sonra örtülecek bir de tünel içeriyordu ve eski taş ocağı yüzeylerinin konumunun yerini büyük bir doğrulukla belirlemek çok önemliydi. Dolgu malzemesinin sık olmayan doğası (yoğunluk 1,63 μg/m3) bölgedeki kumtaşının (yoğunluk 2,1 μg/m3) fiziksel özellikleriyle büyük bir zıtlık içindeydi ve bazı jeofizik yöntemleri uygulanabilirdi. Ancak arazi boyunca uzanan bazı büyük yer altı boru ve kabloları mevcuttu ve yüzey malzemesi, elektriksel, elektromanyetik veya manyetik yöntemlerin kullanılmasına izin vermeyen, büyük miktarda hurda metal içeriyordu. Çalışma saatlerindeki büyük trafik nedeniyle oluşan yüksek seviyelerdeki akustik gürültü ve yaygın bina örtüsü nedeniyle boş alan bulunmaması, sismik yöntemlerin kullanılmasına olanak vermiyordu. Bunun sonucu olarak gravite yöntemi seçildi. Gece yarısı ve sabah bu yöntem uygulandı. Böylece ağır sanayi tesisleri ve trafik nedeniyle oluşan titreşim problemleri engellendi ve park eden araç sayısındaki azalmayla daha kolay bir ulaşım sağlandı.
Dolgu malzemesiyle bölgedeki kumtaşı (0,5 μg/m3) arasındaki yoğunluk farkı 0,7 μg mertebesinde küçük ama ölçülebilen kalıcı gravite anomalileri oluşturdu. Gravite verileri azaltıldı ve bir kazı çalışması ile bir ön arkeoloji araştırmasının verileri yardımıyla değerlendirildi. Kalıcı gravite anomalilerinin (Şekil 2.45) bir haritası iki taş ocağının da yüzeyinin konumlarını açıkça ortaya koymaktadır.
6.7. Permafrost Arazideki Kitlesel Buz Kitlesinin Saptanması

Büyük buz kitlesinin erimesi ve buna ilişkin buz bakımından zengin bir permafrost ciddi mühendislik ve çevre problemleri yaratabilir. Bu nedenle bu tür yer olaylarının belirlenmesi ve tanımlanması çok önemlidir.
Kawasaki (1983), Alaska, Fairbanks’de Engineer Creek’de bulunan bir permafrost arazide, önerilen bir yol yapımının yol güzergahı boyunca kitlesel buzun varlığını ve hacmini tespit etmek için gravite incelemesinin bir örneğini vermişlerdir. Büyük hacimli kitlesel buzun, pingolarda olduğu gibi önemli gravite, anomalilerine neden olduğu iyi bilinmektedir (Mackay 1960; Rampton ve Walcott 1974).
Katı buz yoğunluğuna (0,88 – 0,9 μg/m3) ve Alaska toprağı yoğunluğuna (1,35 – 1,70 μg/m3) kıyasla ayrı ayrı bölümlenmiş buz ihtiva etmeyen permafrostun yoğunluğu 1,6 μg/m3’tür ve yeterince hassas bir gravimetreyle ölçülmesi durumunda ölçülebilir bir kalıcı gravite anomalisi oluşturmalıdır.
Kawasaki ve arkadaşları, kitlesel buzun, şekil 2.46’da gösterilen profil boyunca yerçekiminin sahip olduğu minimum değerlerle olan ilişkisi aracılığıyla tespit edilmesi mümkün olmakla beraber, ölçümler şist yatağındaki yoğunluk değişimlerine karşı da duyarlıydı.
7. YERALTI BOŞLUKLARININ KEŞFİ

Yüzeye yakın gizli boşluklar eğer kazılar sırasındaki çalışmada bulunursa ya da yüzeye çıkması ile açıkça belli olursa ciddi tehlike olabilir.
Yerçekimi metodunu kullanarak; bir çok mühendislik ve hidrojeolojik araştırmalarda şüpheli boşlukların keşfedilmesini başardılar (örneğin; Coller, 1963).
7.1. Doğal Gizli Boşluklar

Yer altı boşluklarını keşfetmek için micro-gravimetry uygulamasının örneği Fajklewicz (1986) tarafından verildi. Yıllarca boşluklarda yerçekimi etkisini araştırdı.
Yerçekimi alanında dikey yükselmenin hesaplanması üzerine kesit veya kesif metodu gelişmesine yardım etti. Fajklewicz, yer çekiminin genişliğinin tahmininden daha büyük olduğunu keşfetti (Figür 2.48). sebepte hala net değil.
Micro-gravity araştırması anhidrid, kireçtaşı, alçıtaşı ve kalsiyumun bulunduğu 40 m. derinlikteki karst mağaraları olan Polonya’da Inowroclaw kasabasında gerçekleştirildi. Boşluklar yeryüzeyine doğru gelişti ve şehirde en az 40 binanın yıkılması ve tahrip olması ile sonuçlandı. Boşluk ile Figure 2.48A ve 2.48B zıt yoğunluk; çevreleyen materyal arasındaki yoğunluk tezatı, boşluğun içinde bulunan broş tarafından dolayı nispeten daha azdır.
Çekim alanı tamamen dipte gözüken küresel boşluk okumasından dolayı Fajklewicz’in figür 2.48B’de gösterdiği boşluk gözlenememiş olması gerekirdi. Gözlemlenmiş sapmalar oldukça belli iken dikey (düşey) yerçekimi eğiliminden teorik sapmaları boşluğun varlığını göstermek için çok geneldir (Benzer yaklaşım yerçekiminin sapmaları maksimum ya da minimum seviyeye ulaştığı noktalardaki yatay yerçekimi eğimlerinde de kullanılabilir, meyil sıfıra doğru gider, bu nokta sapmaya sebep olan kısmın merkezine doğru ilerler (Butler, 1984).
Buna bir örnek Costen ve Grom (1989) tarafından (pompa odasının üzerinden sağ açıdan geçen) derin kömür madeninde ölçülen yerçekimi datalarını test etmek için verildi (figüre 2.49).
Blizkovsky (1979) kazı çalışmasının sonucunda, olduğu sonradan kanıtlanan St Venceslas Kilisesinin (Tovacov, Czechoslovakia içinde olduğu şüphelenilen yer altı kemerinin varlığının ortaya çıkmasında dikkatli bir micro gravity araştırmasının olduğunu gösterir.
7.2. Hidrojeolojikal Uygulamalar

Yerçekimi metodu elektriksel metot kadar hidrojeolojide kullanılan bir metottur (Camichoel ve Henry, 1977). Gömülmüş kaya vadilerindeki gibi onların daha çok normal kullanımlarının düşük yoğunluktaki kayaların olduğu düşünüldü. Güney Soskatchewon nehri ile birleştirilen ve temel kaya (bedroc) veya buzuldolgu (glonialfill) olarak ikiye ayrılan gizli gömülü vadiler yerçekimi etkisi olarak tanımlandı.
Çağdaş nehir vadileri boyunca Bouguer sapmaları günümüz vadilerinde asgari derecede geçiştir (Figure 2.52). bu düşük yoğunluktaki materyalin varlığını gösterir. Sonuçta kazı ile; alüvyon ve kum bulundu.
Bouguer sapmalar olarak yorumlamaktan çok, yer altı su seviyesindeki değişikliğin etkisini gözlemlemek için gravimeter kullanmak mümkündür. Örneğin bir taştaki %33 gözeneklilik ve %20 özel alıkoyma, su seviyesindeki 30 m.lik bir değişim yerçekiminde g of 170 mikrogol bir değişim üretebilir. Böylelikle g de belirlenen bir bölgede gravimeter kullanarak küçük değişiklikleri gözlemek mümkündür. Akıntı aleti için ve yüzeyi toparladıktan sonra yerçekimindeki tek değişiklik taştaki çatlaklardaki su miktarıdır.
Sonuçta bilinen şeklin akiferi için yerçekimindeki ölçülü değişiklik küçük miktardaki kuyularda sınırlı sayıda su seviyesinin gözlenmesi ile birlikte akiferin özel sonucuna çevirebilir. Aynı şekilde tekrarlanmış yerçekimi ölçüleri buhar bölgesinin derecesini (volume of drawdown) tahmin içinde kullanılır. (Allis ve Hunt, 1986) ve Yeni Zelanda’daki North Island’da bulunan Wairakei jeotermal alanın tekrar dolum derecesini ölçmek içinde kullanılır (Hunt, 1977).
7.3. Volkanik Tehlike – Kaza

Sonraki patlamayı tahmin etmek üzere aktif volkanların yanlarındaki tepelerdeki küçük değişiklikleri izlemek tam doğru ve gelişmiş araştırma ekipleri ve metotları ile izlemek mümkündür. Bu tür çalışmalar genelde depremle ilgili gözlemlerde yürütülür (örneğin Cosentino, 1989). Sonderson (1980 Ağustos ile 1981 Ağustos’a kadar Sicilya’daki Etna dağında yerçekimi gözlemleme ve düzeyini programlamasını gerçekleştirdi. Bu zaman içinde 17-23 Mart 1981’de bir lavın Randazzo kasabasını neredeyse vuracağı bir yan patlama oldu. Figwe 2.53’te 3 yarık patlaması safhasını açıkça göstermek için bir şematik diyagramlar serisi gösterildi.
1,5 km. derinliğindeki hendeklerdeki zorlananlar boyunca tepelerin yükselmesine bağlı olarak yerçekimindeki değişikliklerindeki yeni magmanın injeksiyonundan dolayı olduğu şeklinde yorumlandı (Figure 2.53A). materyaldeki azalmadan dolayı patlama olduğunda yerçekiminde azalmalar gözlendi (Figure 2.53C).
Yerçekimi değişikliklerinin büyüklüğü (≈2-25 mikrogal) yükseklikte bilinen değişikliklerle ikiye katlanması (<≈ 20cm) volkanın püskürttüğü yeni malzemenin sütunundaki kabarık daireleri ve Costarika’daki Poas Volcano için magma gövdesinin açılarında radikal değişikliklerin arayüz magmanın dikey hareketlerinden sonuçlanan küçük yerçekimi etkilerini özetledi (Figure 2.54). Bu volkandaki tek dahili metot – süreç volkan yanında ve üzerindeki ölçülmüş yerçekimi etkisinin oranının kullanarak açıkça ayırt edilebilir. Ancak her yan arazi hareketleri deprem işaretlerini çağrıştırmaz.
Gerçekten Rymer 1993’te Haziran 1990 – Haziran 1991 arasında Etna dağında yerçekiminde bir yükselme rapor etti ve depremle ilgili (sismik) bir hareket yoktu. Yerçekimindeki büyük değişiklikler, zirvenin etrafındaki kraterlerin etrafında ve 1989’da önceki patlamanın yarattığı kırık hattını takiben uzanan bölgede gözlendi. (Figure 2.55). 1990 ve 1991 yılları arasında dış yüzey yükselmelerindeki değişiklikler 3 cm.den daha azdı.
Hacimde (kütlede) bazı yan yüzeylerde yükselme olması gerektiği önerilen yerçekimi değişiklikleri yükseklik değişiklerinin temelinde beklenilenden daha geniş düzeyde idi. Bu 107 mg. düzeninde olması hesaplandı ve 1989 patlamasının bıraktığı yarıklar içinde magmanın oraya girmesi ile sebep oldu. Magma önceden oluşan yarıklar için bir şekilde göç etti ki depremsel faaliyet ile ilgili bir şeye rastlanmadı. Sonuçta yüksekliklerin araştırılması ile beraber küçük yerçekiminin ölçmeleri patlamanın eli kulağında olduğunun kanıtlanmasını üretti.
Etna dağındaki patlama 1991’den 1993’e 16 ay sürdü. Bu süreçte 10 m3/s oranında delikten lavlar fırladı. 300 yıldır en geniş patlama idi.
Sismik faaliyetlerin frekansının belirgin örnekleri ile küçük micro gravitenin volkanik patlamaların çok detaylı modelini sağlamaya başlıyor. Birçok volkanlarda (günümüzde) yerçekimi, sismik ve termal araştırmalarında faydalanılan aktif monitering programı kullanılır.
8. KAYNAKLAR


An introduction to applied and environmental geophysics.
Jeofizik Bülteni (Eylül – Temmuz, 1993).
Doç. Dr. Coşkun SARI, Ders Notları, D.E.Ü. Jeofizik Müh.)
Yrd. Doç. Dr. M. Ali KAYA, Ders Notları.
Environmet Geophysical.

Beğeniler: 0
Favoriler: 0
İzlenmeler: 2797
favori
like
share
gutefee Tarih: 14.05.2008 17:54
:79::21::85:
güney'ce Tarih: 01.12.2007 02:34
teşekkürler