Sismik kırılma verilerine hız kestirimi kinematik tersçözüm ve veri indirgeme kombinatif çözüm yaklaşımı uygulanarak yakınyüzey çok katmanlı yapıların modellenmesi

Abstract

SİSMİK KIRILMA VERİLERİNE HIZ KESTİRİMİ, KİNEMATİK TERSÇÖZÜM VE VERİ İNDİRGEME KOMBİNATİF ÇÖZÜM YAKLAŞIMI UYGULANARAK YAKINYÜZEY ÇOK KATMANLI YAPILARIN MODELLENMESİ Ahmet Cem YOĞURTÇUOĞLU Anahtar Sözcükler: Kinematik Tersçözüm, Veri İndirgeme, Hız Kestirimi, Katmansal Hız Fonksiyonu, Refraktörel Hız Fonksiyonu Özet: Bu çalışmada, sismik kınlına dalgalarının kinematik özelliklerinden yararlanılarak, tersinir sismik kırılma verilerine hız kestirimi, kinematik tersçözüm ve veri indirgeme kombinatif çözüm yaklaşımı uygulanarak çok katmanlı yakmyüzey jeolojik yapıların modellenmesi amaçlanmıştır. Böylece, her bir katmana ve altında yer alan refraktör yüzeyine ait hızların ve yüzeyden ilgili katmanın altında yer alan refraktör yüzeyine kadar olan alıcı altı refraktörel derinliklerin saptanarak, katmansal ve refraktörel hızlar ile refraktör yüzeylerinin haritalanmasına çalışılmıştır. Geliştirilen kombinatif çözüm tekniği üç aşamada işlem yapar. Birinci aşamada, yanal ve düşey yönde değişen katmansal ve refraktörel hız fonksiyonları kestirilerek ortamın hız haritalaması yapılır, ikinci aşamada, katmansal ve refraktörel hız fonksiyonlarının değerlerinden yararlanılarak kinematik tersçözüm işlemiyle, yüzeyden olan derinliği önceden bilinen bir datum düzleminden ilgili refraktör yüzeyine olan katmansal kalınlık parametreleri kestirilerek doğrusal içdeğerleme yoluyla alıcı aha refraktörel derinlikler saptanır. Üçüncü aşamada, haritalanmakta olan refraktör yüzeyinin üzerinde yer alan katman ya da katmanların etkisinin, çözümü yapılan katmam ve haritalanan refraktör yüzeyini temsil eden tersinir zaman-uzaklık eğrisi üzerindeki etkisinin giderilmesi için veri indirgeme ya da katman soyma işlemi yapılır. Bu amaçla, aşağıya giden kırılma dalgalarının her bir alıcı- refraktör konumunda, ışm izleme yöntemi ile birlikte Snell yasası, Huygens ve Fermat ilkelerini kullanarak, veri indirgeme işlemi için bir prosedür geliştirilmiştir. Kombinatif yaklaşım tekniği iki farklı veri setine uygulanmıştır. İlk veri seti, düzçözüm modelleme tekniği ile düzensiz çok katmanlı modellerden elde edilen yapay yolculuk zamanı verileridir. İkinci veri seti, Güneydoğu Avustralya'da Canberra'nın yaklaşık 50 km. doğusunda Shoalhaven River' da yer alan Welcome Reef baraj alanında elde edilen gerçek arazi verileridir. Yapay veri setlerinden elde edilen sonuçlara göre, kombinatif yaklaşım tekniğinden kestirilen jeolojik modellerin düzçözüm modelleme tekniği ile elde edilen jeolojik modellerle uyumlu olduğu gözlenmiştir. Geniş bir aralıkta gürültü eklenen ve daha sonra elle yuvarlatılan zaman-uzaklık verisi sonucuna göre, kombinatif yaklaşım tekniğinden kestirilen jeolojik model ile düzçözüm modelleme tekniğinden elde edilen jeolojik model arasında zayıf bir uyum olduğu görülmektedir. Benzer biçimde, gerçek arazi verilerinin kombinatif yaklaşım tekniğinden elde edilen kestirimleri ile Genelleştirilmiş Resiprok Yönteminden elde edilen kestirimleri arasında oldukça benzerlik olduğu görülmektedir. Yine arazi verilerinden elde edilen sonuca göre, refraktör yüzeyi üzerinde tasa bir aralıkta yer alan düşük hız bandı gibi yapıların olması durumunda, kombinatif yaklaşım tekniğinden elde edilen refraktörel hız fonksiyonu değerlerinin Genelleştirilmiş Resiprok Yönteminden elde edilen refraktörel hız kestirimiyle az uyumlu olduğu görülmektedir. Düşüncemize göre, kombinatif yaklaşım tekniği gelecekte yeni yaklaşım tekniklerine genişletilebilecek kadar kuUarulışhdır. Zaman-uzaklık verilerinden kestirilen katmansal ve refraktörel hız fonksiyonları, yeni istatistiksel ya da spektral yöntemler uygulanarak daha yüksek doğrulukta kestirilebilir. Ayrıca, inancımıza göre mühendislik uygulamalarında, kayaç yapısı ve dokusunda litolojideki yanal değişimleri ortaya çıkarmak için çok katmanlı yakmyüzey kırılma tomografisi çalışmalarında daha sofistike algoritmalar geliştirilebilir. ii

MODELLING OF MULTTLAYERED NEAR-SURFACE STRUCTURES BY APPLYING COMBINED APPROACH OF VELOCITY ESTIMATION, KINEMATIC INVERSION AND TRAVELTIME REDUCING METHODS TO REVERSED SEISMIC REFRACTION DATA Ahmet Cem YO?URTÇUO?LU Key Words: Kinematic Inversion, Traveltime Reducing, Velocity Estimation, Layer Velocity Function, Refractor Velocity Function Abstract: In this study, the modelling of multilayered near-surface geological structures were purposed by applying combined approach of velocity estimation, kinematic inversion and traveltime reducing methods to reversed seismic refraction data by using the kinematic properties of refracted waves. Thus, the mapping of refractor surfaces and the estimating of layer and refractor velocity functions were tried by detennining the depths to the refractor underlying the interested layer and the velocity of each layer and each refractor surface. The proposed combinative approaching technique can be described as a three-step procedure. In the first step, velocity mapping of the medium is constructed by estimating of laterally and vertically varying layer and refractor velocity functions. In the second step, the refractor depths from receiver locations are determined by the linear enterpolation of the layer thickness estimations from a datum plane, of which depth is previously known, to the interested refractor surface by using the kinematic inversion process together with the estimations of layer and refractor velocity functions. In the third step, traveltime reducing or layer stripping process is carried out to remove the contribution of layer or layers overlying the refractor surface is being mapped. For this purpose, a procedure for traveltime reducing process has been derived by using the Snell's Law, Huygens' Principle and Fermat's Principle along with the ray tracing method for each receiver to refractor position of down- going refracted waves. The combinative approaching technique has been applied to two different sets of data. The first sets of data are the synthetic traveltime data for several irregularly-shaped multilayered models following the forward modelling technique. The second sets of data are the actual field data collected at the Welcome Reef damsite is on the Shoalhaven River, approximately 50 km. east of Canberra in southeastern Australia. The experiments done with several data sets indicate that the geological models derived from combinative approaching technique are consistent with those constructed for forward modelling. The result on wide-interval noise added and then smoothed data set indicated that the geological model derived from combinative approaching technique is a poor consistent with that constructed for forward modelling. Similarly, for the actual field data sets, comparison of the results of the combinative approaching technique with those obtained by the Generalized Reciprocal Method showed that they are very similar. The result on actual field data set indicated that the estimated refractor velocity function obtained from a low-velocity interval on the refractor surface is a poor consistent with that obtained by the Generalized Reciprocal Method. In the future, it is our opinion that it is going to be very useful if the present combinative approaching technique is extended to apply to new approaching techniques. Improved accuracy may result through the application of new statistical or spectral methods to the estimations of layer and refractor velocity functions derived from reversed traveltime data sets. And, in addition, we also believe that more sophisticated algorithms can be developed to perform multilayered near-surface refraction tomography to investigate the lateral changes in litology, texture and the structure for engineering applications. iii