SonuçlarSonuçlar

Yöntem: Cisim Dalga Hızlarının DeğişimiYöntem: Cisim Dalga Hızlarının Değişimi

KAYA FİZİĞİ SİSMOLOJİSİKAYA FİZİĞİ SİSMOLOJİSİSeda TEMEL, Ali Osman ÖNCEL

Kaya Fiziği Ve 4D Sismoloji Dersi, Ocak 2016

Katkı BelirtmeKatkı Belirtme

Çalışma Alanı: Campi Flegrei Kalderası Çalışma Alanı: Campi Flegrei Kalderası Campi Flegrei kalderası Akdeniz’de bulunan aktif hidrotermal sistemlerden birisidir. Bu kaldera büyük bir zemin deformasyonuna uğramıştır. Bu olaya neden olan koşulların araştırılması kapsamında kalderanın yapısı, hız değişiminde etkin olan sıvılar 3 boyutlu gecikme zamanı tomografisi ve kaya fiziği modellemesi kullanılarak tespit edilmiştir. Zemin deformasyonunun olduğu Puzzuali’den 1982-1984 yılları arasında 40 bin kişi tahliye edilmiştir. 1982-1984 yıllarında 15 binden fazla büyüklüğü maksimum 4 olan depremler meydana gelmiştir. Bölgenin zemininde yaklaşık 2 metre yükselme meydana gelmiştir. Bölgenin sismik aktivitesi 4’ten büyük depremler üretse de (yükselmenin 70-80 cm olduğu durumlarda), kalderada görülen deformasyon düşük seviye de kalmıştır. Sismik veriler ile sığ magmatik rezervuar tam olarak tanımlanamasa da Campi Flegrei’de bulunan kayaçlar büyük gerilme oranına rağmen yüksek dayanım göstermişlerdir.

Şekil 2: Zamana bağlı düşeyde yer değiştirme ve kimyasal değişim grafikleri. A) Son 2000 yılda Pozzuoli’de ölçülen düşeydeki yer değiştirmeyi göstermektedir. Ayrıca bölgede görülen tarihsel ve volkanik depremlerde çizim üstünde mevcuttur. B) Düşeyde olan yer değiştirme son 34 yıl için ölçülen CO2 (açık siyah daire) ve CH4

ölçümleri ile birlikte görülmektedir. Grafikten görülen deformasyon sismik aktivite ile beraber gelişmektedir. Sismik aktivitenin büyüklüğü 17 kasım 1983 te meydana gelen deprem ile dikkat çekici ölçüde büyümüştür. Sismik aktiviteye göre yükselim 1.77 metreye kadar yükselmiştir.

Campi Flegrei kalderasında toplanan pasif veriler ile 3 boyutlu tomografik görüntüleme yapılmıştır. Yaklaşık 3 km derinlikteki yüksek hızlı sismojenik alan ile örtü kayanın yeri ve morfolojisi P ve S dalgası hızlarına ters çözüm uygulanarak bulunmuştur. Örtü kayanın mikro yapısı ve kaya fiziği özellikleri temel kayanın mikro yapısal bileşimi 1-2 km ve 2-2.8 km arasındaki derinliklerden alınan sondaj karotlardan alınan örneklerden incelenmiştir.

Şekil 4: Şekilde P dalgası hız modeli görülmektedir. Bölgenin merkez kısmı düşük hız ile gösterilmiştir. Sismik aktivitenin çoğu bu alanda oluşmaktadır. Sismojenik alan sandiviç gibi derindeki temel kaya üzerinde konkav şeklindedir. Sismik seviyede görülen hız değerleri 2800-3300 m/sn arasındadır. Pozzuoli altında sismik seviye yay şeklinde yükselim göstermektedir. Sismik seviye örtü kaya olarak adlandırılıp derinliğe bağlı sismik hızlara ait modeller çıkarıldığında P ve S dalga hızlarının bazı derinliklerde birbirlerine ters bir şekilde biri artarken diğerinin azaldığı görülmektedir.

Şekil 6: Yüksek çözünürlüklü SEM görüntülemesi ile temel kayanın incelenmesi. Farklı büyütme ölçeklerinde geçirgen çeperlere sahip (A,B,D,E), hizalı, kalsit taneleri ve kuvars ve feldispat bakımından zengin matris arasında sıralanmış iğnecik şekilli aktinolitler görülmektedir (A ve D). Karbon kürelerinin kümelenmesi (grafit) (G ve H) 10 µm boyutunda iğnemsi aktinolitler arasında oluşmuştur.

Şekil 8: Örtü kayanın elastik modülü ve dayanımı.A)Young modülünün bulk modülü (kare) ve shear modüllerinin (daire) fonksiyonu olarak değişimi. göstermektedir. Modüller gerilme koşulları altında örtü kayadan alınan numunelerde ölçülen P ve S dalga hızlarından hesaplanmıştır (yeşil,turuncu ve mavi semboller). Aynı koşullar altında bölgede mostra veren piroklastik Neapolitan Yellow Tuff ve Campanian Ignimbrite’de daha yüksek değerler ölçülmüştür. B) Basınç dayanımı ve Young modülü betonun kür yaşına göre çizdirilmiştir. Siyah dörtgenler oluşum yaşını göstermektedir. Neapolitan Yellow Tuff (sarı kareler) ve Campanian Ignimbrite (gri kareler) daha düşük elastik modüller ve basınç dayanımı göstermektedir. Pembe ve kahverengi daireler Romalıların yaptığı betonlardan ölçülen Young modülü ve basınç dayanımını işaret etmektedir.

Şekil 3: 2005 yılında bölgede toplanan sismik veriler ile depremlerin lokasyonları tekrar tespit edilmiştir. Siyah çizgiler deformasyonu göstermektedir. Deformasyon çizgileri doğu batı yönünde birbirine daha yakındır. Deformasyonun Pozzuoli’de yoğunlaştığı şekilden görülebilmektedir .Ters üçgenler sismik istasyonları, siyah yıldızlar son olan depremlerin yerlerini göstermektedir.

*Campi Flegrei kalderasında yapılan kayaç akışkan etkileşimine göre mekanik özelliklerinin tespiti diğer volkan sistemleri içinde yapılmalıdır. *Doğa şartlarının neden olduğu kaya-sıvı etkileşimi, mikro yapılar ve mekanik özelliklerin değişimi yer malzemelerinin performansını bize göstermektedir. *Bu da gerilimin büyük değişim gösterdiği malzemeler (kuyu içi duvarında kullanılan beton), kesme gerilmesinin yüksek olduğu malzemeler (sismik tehlikesi olan alanlarda kullanılan inşaat malzemeleri), kendi kendini onaran malzemeleri (jeolojik atık depolaması) tanımamızı ve kullanmamızı sağlamaktadır.*Campi Flegrei deki pozzolana açısından zengin örtü kayası, Roma yapılarının duvarlarını yapmak için hazırlanan harcın neden bu kadar dayanımı yüksek olduğunu anlamamıza yardımcı olmuştur.

*Vanorio T., Kanitpanyacharoen W., “Rock physics of fibrous rocks akin to Roman concrete explains uplifts at Campi Flegrei Caldera” , Science, 2015, 349.6248: 617-621.* Vanorio, T., Virieux, J., Capuano, P., Russo, G. ,”Three‐dimensional seismic tomography from P wave and S wave microearthquake travel times and rock physics characterization of the Campi Flegrei Caldera”, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2005, (1978–2012), 110(B3).*https://www.youtube.com/watch?v=tOM7OYWbgpQ&index=8&list=PLrgWAYZHpg9Uye2hKuF0Y_GJZ_cU9nEBG

Yapılan analizlerde enjeksiyon oranı kuyu işlem parametreleri arasında tetiklenen sismik aktivite olasılığını arttıran en önemli parametredir. Yüksek enjeksiyon oranı olan SWD kuyularının yakınlarında iki kat daha fazla deprem oluşmaktadır. Enjeksiyon oranının yüksek olması çevresel rezervuar basıncını büyük oranda etkiler, bu da olasılığın artmasına faydaki gerilmenin değişmesine neden olur. Yüksek miktarda enjeksiyon yapılan kuyularda rezervuarın büyüklüğü ve uzanımı, fayın basınç dağılımı değişmektedir. Bu yapılan çalışmada diğer parametrelerin deprem ile ilişkisinin gücü saptanmamıştır. Enjeksiyon oranı ve toplam enjeksiyon hacmi gibi işlem parametreleri arasındaki farkın yeni üretim teknikleri geliştirdiği görülmüştür. Petrol ve gaz endüstrisi bu işlem parametrelerini kullanarak enjeksiyon kuyuları nedeni ile oluşan deprem sayılarını azaltabilirler.Yapılan analizlerde enjeksiyon oranı kuyu işlem parametreleri arasında tetiklenen sismik aktivite olasılığını arttıran en önemli parametredir. Yüksek enjeksiyon oranı olan SWD kuyularının yakınlarında iki kat daha fazla deprem oluşmaktadır. Enjeksiyon oranının yüksek olması çevresel rezervuar basıncını büyük oranda etkiler, bu da olasılığın artmasına faydaki gerilmenin değişmesine neden olur. Yüksek miktarda enjeksiyon yapılan kuyularda rezervuarın büyüklüğü ve uzanımı, fayın basınç dağılımı değişmektedir. Bu yapılan çalışmada diğer parametrelerin deprem ile ilişkisinin gücü saptanmamıştır. Enjeksiyon oranı ve toplam enjeksiyon hacmi gibi işlem parametreleri arasındaki farkın yeni üretim teknikleri geliştirdiği görülmüştür. Petrol ve gaz endüstrisi bu işlem parametrelerini kullanarak enjeksiyon kuyuları nedeni ile oluşan deprem sayılarını azaltabilirler.

Şekil 5: Campi Flegrei bölgesinden toplanılmış kaya numunelerinden elde edilen P dalga hızı, S dalga hızı ve Vp/Vs oranını gösteren grafikler şekilde verilmiştir. Buradaki temel amaç Vp/Vs oranının gözenek sıvısı basıncı ve sıvı saturasyonuna bağlı olup olmadığının incelenmesidir. Deney kayacın buhara doygun olduğu zaman başlamıştır. Sıcaklık ve kuşatılmış çevresel basınç sabit alınmıştır

Şekil 7: Örtü kaya için yüksek çözünürlüklü SEM görüntülemesi. Mikrokristalin matrisler farklı büyütme ölçeklerinde incelenmişler (A ve B) ve Kalsit kalıntıları görülmektedir (C). Ayrıca kesitlerden katmanlı ve telsi tobermorite mineralinin matris içerisinde birbiri içerisine geçtiğini görmekteyiz (D ve F).

Şekil 1: İtalya Campi Flegrei kalderasının Google Earth görüntüsü.

SonuçlarSonuçlar

Yöntem: Cisim Dalga Hızlarının DeğişimiYöntem: Cisim Dalga Hızlarının Değişimi

KAYA FİZİĞİ SİSMOLOJİSİKAYA FİZİĞİ SİSMOLOJİSİSeda TEMEL, Ali Osman ÖNCEL

Kaya Fiziği Ve 4D Sismoloji Dersi, Ocak 2016

Katkı BelirtmeKatkı Belirtme

Çalışma Alanı: Campi Flegrei Kalderası Çalışma Alanı: Campi Flegrei Kalderası Campi Flegrei kalderası Akdeniz’de bulunan aktif hidrotermal sistemlerden birisidir. Bu kaldera büyük bir zemin deformasyonuna uğramıştır. Bu olaya neden olan koşulların araştırılması kapsamında kalderanın yapısı, hız değişiminde etkin olan sıvılar 3 boyutlu gecikme zamanı tomografisi ve kaya fiziği modellemesi kullanılarak tespit edilmiştir. Zemin deformasyonunun olduğu Puzzuali’den 1982-1984 yılları arasında 40 bin kişi tahliye edilmiştir. 1982-1984 yıllarında 15 binden fazla büyüklüğü maksimum 4 olan depremler meydana gelmiştir. Bölgenin zemininde yaklaşık 2 metre yükselme meydana gelmiştir. Bölgenin sismik aktivitesi 4’ten büyük depremler üretse de (yükselmenin 70-80 cm olduğu durumlarda), kalderada görülen deformasyon düşük seviye de kalmıştır. Sismik veriler ile sığ magmatik rezervuar tam olarak tanımlanamasa da Campi Flegrei’de bulunan kayaçlar büyük gerilme oranına rağmen yüksek dayanım göstermişlerdir.

Şekil 2: Zamana bağlı düşeyde yer değiştirme ve kimyasal değişim grafikleri. A) Son 2000 yılda Pozzuoli’de ölçülen düşeydeki yer değiştirmeyi göstermektedir. Ayrıca bölgede görülen tarihsel ve volkanik depremlerde çizim üstünde mevcuttur. B) Düşeyde olan yer değiştirme son 34 yıl için ölçülen CO2 (açık siyah daire) ve CH4

ölçümleri ile birlikte görülmektedir. Grafikten görülen deformasyon sismik aktivite ile beraber gelişmektedir. Sismik aktivitenin büyüklüğü 17 kasım 1983 te meydana gelen deprem ile dikkat çekici ölçüde büyümüştür. Sismik aktiviteye göre yükselim 1.77 metreye kadar yükselmiştir.

Campi Flegrei kalderasında toplanan pasif veriler ile 3 boyutlu tomografik görüntüleme yapılmıştır. Yaklaşık 3 km derinlikteki yüksek hızlı sismojenik alan ile örtü kayanın yeri ve morfolojisi P ve S dalgası hızlarına ters çözüm uygulanarak bulunmuştur. Örtü kayanın mikro yapısı ve kaya fiziği özellikleri temel kayanın mikro yapısal bileşimi 1-2 km ve 2-2.8 km arasındaki derinliklerden alınan sondaj karotlardan alınan örneklerden incelenmiştir.

Şekil 4: Şekilde P dalgası hız modeli görülmektedir. Bölgenin merkez kısmı düşük hız ile gösterilmiştir. Sismik aktivitenin çoğu bu alanda oluşmaktadır. Sismojenik alan sandiviç gibi derindeki temel kaya üzerinde konkav şeklindedir. Sismik seviyede görülen hız değerleri 2800-3300 m/sn arasındadır. Pozzuoli altında sismik seviye yay şeklinde yükselim göstermektedir. Sismik seviye örtü kaya olarak adlandırılıp derinliğe bağlı sismik hızlara ait modeller çıkarıldığında P ve S dalga hızlarının bazı derinliklerde birbirlerine ters bir şekilde biri artarken diğerinin azaldığı görülmektedir.

Şekil 6: Yüksek çözünürlüklü SEM görüntülemesi ile temel kayanın incelenmesi. Farklı büyütme ölçeklerinde geçirgen çeperlere sahip (A,B,D,E), hizalı, kalsit taneleri ve kuvars ve feldispat bakımından zengin matris arasında sıralanmış iğnecik şekilli aktinolitler görülmektedir (A ve D). Karbon kürelerinin kümelenmesi (grafit) (G ve H) 10 µm boyutunda iğnemsi aktinolitler arasında oluşmuştur.

Şekil 8: Örtü kayanın elastik modülü ve dayanımı.A)Young modülünün bulk modülü (kare) ve shear modüllerinin (daire) fonksiyonu olarak değişimi. göstermektedir. Modüller gerilme koşulları altında örtü kayadan alınan numunelerde ölçülen P ve S dalga hızlarından hesaplanmıştır (yeşil,turuncu ve mavi semboller). Aynı koşullar altında bölgede mostra veren piroklastik Neapolitan Yellow Tuff ve Campanian Ignimbrite’de daha yüksek değerler ölçülmüştür. B) Basınç dayanımı ve Young modülü betonun kür yaşına göre çizdirilmiştir. Siyah dörtgenler oluşum yaşını göstermektedir. Neapolitan Yellow Tuff (sarı kareler) ve Campanian Ignimbrite (gri kareler) daha düşük elastik modüller ve basınç dayanımı göstermektedir. Pembe ve kahverengi daireler Romalıların yaptığı betonlardan ölçülen Young modülü ve basınç dayanımını işaret etmektedir.

Şekil 3: 2005 yılında bölgede toplanan sismik veriler ile depremlerin lokasyonları tekrar tespit edilmiştir. Siyah çizgiler deformasyonu göstermektedir. Deformasyon çizgileri doğu batı yönünde birbirine daha yakındır. Deformasyonun Pozzuoli’de yoğunlaştığı şekilden görülebilmektedir .Ters üçgenler sismik istasyonları, siyah yıldızlar son olan depremlerin yerlerini göstermektedir.

*Campi Flegrei kalderasında yapılan kayaç akışkan etkileşimine göre mekanik özelliklerinin tespiti diğer volkan sistemleri içinde yapılmalıdır. *Doğa şartlarının neden olduğu kaya-sıvı etkileşimi, mikro yapılar ve mekanik özelliklerin değişimi yer malzemelerinin performansını bize göstermektedir. *Bu da gerilimin büyük değişim gösterdiği malzemeler (kuyu içi duvarında kullanılan beton), kesme gerilmesinin yüksek olduğu malzemeler (sismik tehlikesi olan alanlarda kullanılan inşaat malzemeleri), kendi kendini onaran malzemeleri (jeolojik atık depolaması) tanımamızı ve kullanmamızı sağlamaktadır.*Campi Flegrei deki pozzolana açısından zengin örtü kayası, Roma yapılarının duvarlarını yapmak için hazırlanan harcın neden bu kadar dayanımı yüksek olduğunu anlamamıza yardımcı olmuştur.

*Vanorio T., Kanitpanyacharoen W., “Rock physics of fibrous rocks akin to Roman concrete explains uplifts at Campi Flegrei Caldera” , Science, 2015, 349.6248: 617-621.* Vanorio, T., Virieux, J., Capuano, P., Russo, G. ,”Three‐dimensional seismic tomography from P wave and S wave microearthquake travel times and rock physics characterization of the Campi Flegrei Caldera”, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2005, (1978–2012), 110(B3).*https://www.youtube.com/watch?v=tOM7OYWbgpQ&index=8&list=PLrgWAYZHpg9Uye2hKuF0Y_GJZ_cU9nEBG

Yapılan analizlerde enjeksiyon oranı kuyu işlem parametreleri arasında tetiklenen sismik aktivite olasılığını arttıran en önemli parametredir. Yüksek enjeksiyon oranı olan SWD kuyularının yakınlarında iki kat daha fazla deprem oluşmaktadır. Enjeksiyon oranının yüksek olması çevresel rezervuar basıncını büyük oranda etkiler, bu da olasılığın artmasına faydaki gerilmenin değişmesine neden olur. Yüksek miktarda enjeksiyon yapılan kuyularda rezervuarın büyüklüğü ve uzanımı, fayın basınç dağılımı değişmektedir. Bu yapılan çalışmada diğer parametrelerin deprem ile ilişkisinin gücü saptanmamıştır. Enjeksiyon oranı ve toplam enjeksiyon hacmi gibi işlem parametreleri arasındaki farkın yeni üretim teknikleri geliştirdiği görülmüştür. Petrol ve gaz endüstrisi bu işlem parametrelerini kullanarak enjeksiyon kuyuları nedeni ile oluşan deprem sayılarını azaltabilirler.Yapılan analizlerde enjeksiyon oranı kuyu işlem parametreleri arasında tetiklenen sismik aktivite olasılığını arttıran en önemli parametredir. Yüksek enjeksiyon oranı olan SWD kuyularının yakınlarında iki kat daha fazla deprem oluşmaktadır. Enjeksiyon oranının yüksek olması çevresel rezervuar basıncını büyük oranda etkiler, bu da olasılığın artmasına faydaki gerilmenin değişmesine neden olur. Yüksek miktarda enjeksiyon yapılan kuyularda rezervuarın büyüklüğü ve uzanımı, fayın basınç dağılımı değişmektedir. Bu yapılan çalışmada diğer parametrelerin deprem ile ilişkisinin gücü saptanmamıştır. Enjeksiyon oranı ve toplam enjeksiyon hacmi gibi işlem parametreleri arasındaki farkın yeni üretim teknikleri geliştirdiği görülmüştür. Petrol ve gaz endüstrisi bu işlem parametrelerini kullanarak enjeksiyon kuyuları nedeni ile oluşan deprem sayılarını azaltabilirler.

Şekil 5: Campi Flegrei bölgesinden toplanılmış kaya numunelerinden elde edilen P dalga hızı, S dalga hızı ve Vp/Vs oranını gösteren grafikler şekilde verilmiştir. Buradaki temel amaç Vp/Vs oranının gözenek sıvısı basıncı ve sıvı saturasyonuna bağlı olup olmadığının incelenmesidir. Deney kayacın buhara doygun olduğu zaman başlamıştır. Sıcaklık ve kuşatılmış çevresel basınç sabit alınmıştır

Şekil 7: Örtü kaya için yüksek çözünürlüklü SEM görüntülemesi. Mikrokristalin matrisler farklı büyütme ölçeklerinde incelenmişler (A ve B) ve Kalsit kalıntıları görülmektedir (C). Ayrıca kesitlerden katmanlı ve telsi tobermorite mineralinin matris içerisinde birbiri içerisine geçtiğini görmekteyiz (D ve F).

Şekil 1: İtalya Campi Flegrei kalderasının Google Earth görüntüsü.