LEE- Jeofizik Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Sustainable Development Goal "Goal 9: Industry, Innovation and Infrastructure" ile LEE- Jeofizik Mühendisliği-Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
Öge3-D velocity structure of the gulf of Izmir (Western Turkey) by using traveltime tomography(Graduate School, 2022-11-07) Sağlam Altan, Zehra ; Gökaşan Ocakoğlu, Neslihan ; 505142401 ; Geophysical EngineeringThe Gulf of İzmir and its surroundings in western Anatolia are under the influence of active continental extension characterized by crustal thinning, intense seismic activity, the high heat flows associated with volcanism, and geothermal activity. These features make this region attractive for both geothermal and hydrocarbon exploration activities. The study area and surroundings are well investigated in terms of the crustal-scale tomography studies however there are only a few moderate-scale tomography studies exist aiming to understand its velocity structure and stratigraphical architecture, even though there are basins with proven hydrocarbon and geothermal sources across western Anatolia. Structural and stratigraphical interpretations from previous studies are performed on the 2-D time-migrated seismic sections, which are far from depth environment illustration and reliable velocity information. These conventional velocity estimation methods are based on the Dix inversion in which a flat-layered earth model with no lateral velocity variation and small source-receiver offset values are assumed. However, the study area is way more complex than these assumptions. Therefore, the inversion of traveltimes of the reflected events in seismic data is adopted as a velocity estimation method. In this study, the first 3-D Neogene velocity-depth model of the Gulf of İzmir is obtained by using traveltime tomography. Pre-processing steps such as trace edit, muting out unwanted signals, filtering undesired frequency content, and gaining to remove the effects of wavefront divergence are applied to the raw shot gathers to be able to delineate reflection events on the pre-stack data and make the picking phase more accurately by removing the excessive background noise. This more pickable dataset contains 401352 seismic trace recordings from eleven multi-channel seismic lines collected in the NNW-SSE oriented outer Gulf of İzmir between offshore Foça and Karaburun. The resulting grids of traveltimes were then correlated with each other at the tie-points. Additionally, the conventionally processed data was re-interpreted in detail. Three main seismic stratigraphic units (SSU1-SSU3) were interpreted on the time sections. Three subunits (SSU1a, b and c) are also distinguished within the SSU1 seismic unit. These units are bounded above and/or below by the five horizons (H1-H5). Two unconformity surfaces between Upper Miocene-Pliocene and Pliocene-Quaternary sediments are marked. For the 3-D tomography analysis, the initial velocity for the water column is set to 1500 m/s. The velocity constraints for the following layers are chosen as follows: 1500-1780 m/ for SSU1a, 1500-2000 m/s for SSU1b, 1500-2400 m/s for SSU1c, and 1500-2800 m/s for SSU2 based on the conventional velocity analysis conducted by the previous studies. The initial depth values for the reflectors H1, H2, H3, H4, and H5 are chosen as 100, 150, 300, 550, and 900 m, respectively. The principle of minimum time that uses the analytical solution of Snell's law through an iterative procedure is used to compute the synthetic traveltimes and ray paths within a model. The velocity fields between horizons and the depth of the horizons are updated sequentially. An iterative optimization method called the Simultaneous Iterative Reconstruction Technique (SIRT) is used to update the velocity fields by traveltime inversion. The principle of minimum dispersion of the estimated reflection points is used to update the depth and shape of the interfaces. The final tomographic inversion is carried out by using staggered grids. This final high-resolution tomographic image has provided 3-D stratigraphical architecture and velocity distribution of the Gulf of İzmir in the depth domain. Five seismic stratigraphic units/subunits (SSU3, SSU2, SSU1a, SSU1b, and SSU1c) are traced along the study area. These seismic units and unit boundaries are calibrated by the Foça-1 well (drilled by Turkish Petroleum) on the Pre-Stack Depth Migration (PreSDM) section of Line-25. As a result of this calibration, the acoustic basement is associated with SSU3 consisting of tuffs, sandstones, limestones, and volcanics of the Lower-Middle Miocene Yuntdağ Volcanics. They terminate onto the north-dipping horizon H5 along the southern side of the basin, which displays highly variable topography with several depressions and high. It is marked as a major unconformity separating Miocene and older rocks from the Pliocene-Quaternary younger deposits with a depth of ~200 m in the southern sector and deepens to ~900 m in the mid-central sector constituting a basin. Then, it rises to 420 m forming ridges offshore both Foça and Karaburun Peninsula between 15 to 20 km in the central sector. These volcanic ridges bound the basin, unlike the rest of the western Anatolian grabens bounded by normal faults. The depth of the horizon H5 increases considerably in the northern part of the basin, ranging from 900 m (western flank) to 1400 m (eastern flank). The basin deposits have accumulated asymmetrically across the study area following the northwest dipping Miocene-Pliocene unconformity surface (H5). It consists of two asymmetric depressions developed in the northeastern and mid-central sectors. The thickest depocenter is in the northeast (up to ~1400 m) and thinning through the mid-central sector (~850 m) and southern (~140 m) sector, respectively. SSU2 lies on top of the acoustic basement and corresponds to the sandstones, limestones, volcanics, and shales of the Bozköy Formation and the limestones of the Ularca Formation, dating from the Late Miocene to the Pliocene. The deposition of this unit is mostly concentrated on the northeastern and the mid-central sector of the basin, where acoustic basement highs create small depressions. SSU2 comprises a 20-70 m sediment thickness in the SE offshore Uzun Island. The local depression zone in the mid-central part of the basin has ~580 m thickness, whereas SSU2 has ~40 m and ~260 m thicknesses in the eastern and the western flank of the central sector. SSU2 is rapidly thickening in the northern sector. The maximum thickness of ~790 m appears in the eastern flank of the northern sector, whereas thickness gradually decreases westward up to 20 m. SSU2 is separated from the overlying unit SSU1 by the horizon H4. This boundary defines the base of the Quaternary. The depth of H4 ranges from ~200 m to 480 m from southeast to northwest. Then, it dramatically deepens to ~860 m in the northern sector (through the outer gulf). It constitutes a small basin with a depth of ~520 m at the mid-central sector around Foça. H4 is overlaid by the Plio-Quaternary sediments. From Pliocene to Quaternary (SSU1), the depression in the mid-central sector shifted gradually towards the eastern flank of the central sector (~440 m) while the depression in the northeastern sector expanded northwestwardly (~620 m). These two depression areas are separated by the ridges of horizon H4 that mimics the basement high rising in the east-west direction. By contrast, the total thickness of the Plio-Quaternary sedimentary succession is thinning abruptly up to ~180 m towards the western flank of the southern and central sector of the basin following the rising basement. SSU1 comprises three seismic subunits (SSU1c, SSU1b, and SSU1a). The inclination of the subunits decreases from north to south and from bottom to top. A member of the Bayramiç Formation, SSU1c, is deposited on top of the SSU2, which is dated as Quaternary consisting of conglomerates at the base overlain by sandstones and shales above. The thickness of SSU1c is 20 m in the southern termination of the basin and gradually increases northwardly up to ~280 m. Above that, two other members of the Bayramiç Formation lie named SSU1b and SSU1a, separated by horizons H3 and H2. SSU1b also consists of a similar sequence of conglomerates, sandstones, and shales. The thickness of the SSU1b varies between ~100-300 m. SSU1b accumulates up to ~280 m in the eastern flank of the central sector, where the underlying horizon deepens. Horizon H2 represents the upper surface of the seismic unit SSU1b. SSU1a consists of Quaternary sandstones. It has a 40 m thickness in the southern sector, ~60 m in the central sector, and ~140 m in the northern sector. Finally, H1 is located on top of seismic unit SSU1a and represents the seafloor. The seafloor is smoothly deepened from south to north from ~45 m to ~125 m. The strike-slip faulting with generally compressional character (Karaburun Fault Zone and Urla Fault Zone) is the main reason for the recent deformation of both basement morphology and overlying sedimentary succession. Overall, the Gulf of İzmir is quite different than the surrounding grabens (such as Gediz and Bakırçay grabens) in terms of structural and stratigraphical configurations. Our results also provide the first 3-D velocity model reconstructed from the reflected arrivals of the sedimentary sequence boundaries for the whole outer Gulf of İzmir. The model is presented in a set of horizontal depth slices at different depths and vertical cross-sections displaying velocity variations through the study area. The significant low-velocity zones (LVZs) (1650Vp 1850 m/s) are seen in the horizontal depth slices and vertical cross-sections in the eastern flank down to ~500 m and along the northwestern part of the basin down to ~1 km. Another feature observed in the vertical sections is the presence of high-velocity zones (HVZs) (2150Vp 2350 m/s) between low-velocity zones in the mid-central and north-central sectors of the basin. This observation are supported by the P-wave velocity perturbation that defines the velocity deviations from the initial velocity obtained using the tomography results. The velocity variation seen in the eastern flank of the study area overlaps a lenticular structure that presents on both the time migrated and PreSDM section within the Bayramiç Formation. It has ~500 m length and ~90 m width and bounded by steeply dipping faults on either side. Amplitude anomalies appear to be present at both the upper and lower surfaces of the structure. AVO (amplitude versus offset) analysis, modeling, and seismic attributes showed the presence of possible Direct Hydrocarbon Indicators (DHIs) from the top and base reflectors of the established lenticular-shaped structure interpreted as bright and flat spots, respectively. Our observations suggest the presence of a reservoir within the Quaternary-aged Bayramiç Formation, which consists of conglomerates, sandstones, and shales. It is sealed by shales of the Bayramiç Formation and bounded by an unconformity at the base together with the strike-slip faults on both sides. Therefore, it is concluded that this trap is a structural-stratigraphic. The bounding strike-slip faults allow the migration of hydrocarbons from greater depths into the local reservoir. The presence of another LVZ on top of the reservoir along the strike-slip faults indicates the leakage breaching up to the seafloor. The fault-controlled LVZs in the Plio-Quaternary sediments of the Gulf of İzmir is interpreted as the indication of gas/fluid flow and heat transfer from a deeper source to the shallow surface. The depth information provided by this thesis will further increase our understanding of the link between 3-D stratigraphic architecture and the dominant tectonic forces, and it provides a solid foundation for future numerical simulation studies on the possible fluid/heat transport mechanisms. The P-wave velocity characteristics provided in this thesis will be used to detect the vertical and lateral velocity variations, which can be further used to discover possible dramatic lateral and vertical velocity variations indicating the links between faults (tectonic), fluid escape, gas occurrences (hydrothermal processes) and discuss potential geohazard risk beneath the Gulf of İzmir.
-
ÖgeSaçıcıların elastik dalga saçılımı ile görüntülenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-04-26) Harmankaya, Utku ; Şişman Kaşlılar, Ayşe ; 505122402 ; Jeofizik MühendisliğiSismik yöntemler ile yeraltı yapılarının incelenmesi, yer içinde yayılan sismik dalgaların yansıma, kırılma, saçılma ve dispersiyon özellikleri üzerinden değerlendirilmesi ile yapılmaktadır. Yeraltı yapılarının geometrik ve fiziksel özelliklerinin kestiriminde, kayıt edilen sismik dalga alanları üzerinde uygulanan veri işlem, görüntüleme, düz ve ters çözüm tekniklerinden faydalanılmaktadır. Çalışmanın amacına ve ölçeğine bağlı olarak yeraltının yüzeye yakın veya derin kısımları incelenebilir. Yeraltında süreksizlik teşkil eden yapıların sismik yöntemler ile araştırılmasında sıklıkla saçılmış dalgalar kullanılmaktadır. Sismik saçılma, yer içerisinde ilerleyen sismik dalganın baskın dalga boyu ile yeraltında bulunan saçıcının boyutlarının birbirine yakın olduğu koşullarda gerçekleşir. Yeraltı saçıcılarına örnek olarak, tüneller, doğal veya insan yapımı gömülü objeler, boşluklar, yüzeye yakın derinliklerdeki magma sokulumları, sediman havzalar gibi yapılar verilebilir. Bu tür saçıcılardan kaynaklanan saçılmış cisim ve/veya yüzey dalgaları ile de bu yapıların özellikleri incelenebilir. Sediman havzalar petrol, kömür gibi fosil enerji kaynakları, magma sokulumları ise jeotermal kaynaklar açısından önem taşımakta olup, boşluk ve tünel benzeri doğal veya insan yapımı yeraltı yapıları ise bina, yol, tünel, demiryolu ve benzeri inşaat çalışmaları açısından tehlike oluşturabileceği için önem taşımaktadırlar. Bu nedenle, yapılar için tehlike oluşturan yüzeye yakın saçıcıların tespiti ve karakterizasyonu çevre risklerinin azaltılması ve can, zaman ve ekonomik kayıpların önlenmesi açısından önemlidir. Bu tez çalışması ile amaçlanan, yer içerisinde bulunan yüzeye yakın saçıcıların Lamé ve yoğunluk kontrastlarının birlikte kullanıldığı bir sismik modelleme (düz çözüm) ve görüntüleme (ters çözüm) tekniği geliştirmektir. Burada kullanılacak olan yöntem daha önce sadece yoğunluk kontrastları için geliştirilmiş olup, bu çalışmada Lamé parametre kontrastlarının da eklenmesiyle genişletilmiştir. Sismik dalga yayılımı ortamın katı, sıvı veya gaz gibi fiziksel durumundan etkilendiği gibi, kayacın boşluk oranı, akışkan içeriği, gömülü olduğu derinlik gibi özelliklerinden de etkilenmektedir. Lamé ve yoğunluk kontrastlarının birlikte modellenmesi ve sonrasında ters çözüm ile kestirimi, saçıcının petrofiziksel özellikleri ile ilişkili olan Poisson oranı, Young modülü, Bulk modülü gibi bilgilerin ve sismik hız bilgilerinin elde edilmesine olanak sağlayabilmektedir. Bu bilgiler, saçıcının içinde gömülü bulunduğu artalan ortama göre olan fiziksel yapısı (zayıf/güçlü, boşluk/boşluk olmayan vb.) hakkında detaylı bilgi verebilir. Bu nedenle saçılmış dalga alanının, yoğunluk ve Lamé parametrelerinin birlikte dikkate alınarak modellenmesi ve ters çözümü saçıcının hem petrofiziksel özelliklerinin hem de konumunun daha doğru şekilde kestirilmesine katkı sağlayabilir. Tez çalışmasının ilk aşamasında, mevcut durumda saçıcıları sadece yoğunluk kontrastı ile tanımlayan modelleme tekniğinin Lamé parametre kontrastları eklenerek genişletilmesi ele alınmıştır. Kullanılan yöntem, yatay tabakalı ortamda elastodinamik dalga yayılımının Born yaklaşımı ile modellenmesine dayanmaktadır. Dalga alanının integral ifadesi ile hesaplanmasına dayanan bu modelleme tekniğinde, saçıcının gömülü olduğu yatay tabakalı ortamda yayılan dalga alanı iki ayrı dalga alanının toplamı olarak hesaplanmaktadır. Bunlar, saçıcının olmadığı durum için doğrudan ve saçıcının olduğu durum için saçılmış dalga alanlarıdır. Born yaklaşımı nedeniyle, saçılmış dalga alanının hesaplanmasında saçılma her bir saçıcı için tekil saçılma olarak hesaplanmakta, saçıcılar arası çoklu saçılmalar ise ihmal edilmektedir. Green tensörlerinin hesaplandığı modellemelerde, gereken tensörlerin her bir modelleme süreci için baştan hesaplatılabildiği alışılagelmiş modelleme akışı kullanılabildiği gibi, söz konusu tensörlerin önceden bir tablo halinde hesaplatılıp daha sonraki modellerde tablodan çağrılmaları da mümkündür. Bu tabloların kullanımı modellemeleri önemli ölçüde hızlandırsa da artalan parametrelerini ve modelin maksimum uzunluğu ve derinliğini de sabitlemektedir. Bu tez çalışmasında gerçekleştirilen bütün modelleme ve görüntüleme çalışmalarında önceden hesaplanmış Green tabloları kullanılmaktadır. Tez çalışması kapsamında Lamé parametrelerinin türetimlere eklenmesinden önce Fortran 77 kodlarından oluşan orijinal program Fortran 90/95 standardına geçirilmiştir. Programın güncel hesaplama sistemlerinden daha iyi faydalanabilmesi için paralel programlama tekniklerinden de faydalanılmıştır. Lamé kontrastlarının integral ifadelere eklenmesinin ardından, programın doğru sonuç verdiğini teyit etmek için mevcut bir sonlu farklar modelleme programının ürettiği sismogramlar ile kıyaslamalar yapılmıştır. Her iki programda da yarı sonsuz ve tabakalı ortam içine gömülü ve her üç parametrede de kontrast veren saçıcılı modeller için elde edilen sismogramlar iz bazında karşılaştırılmış ve her iki programın da sonuçları arasındaki benzerliğin yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu çalışmada geliştirilen modelleme kısmına Lamé parametrelerinin eklenmesi ile birlikte, yüzeye yakın saçıcılar için her bir parametre kontrastının saçılmış dalga alanı üzerindeki etkisini incelemek için ayrıca modelleme çalışmaları da gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, üç parametre içinde yüzey dalgalarının baskın olduğu sismogramlarda en az etkinin λ parametre kontrastına ait olduğu görülmüştür. Bu gözlem yüzeye yakın saçıcılar için yapılacak görüntüleme çalışmalarında izlenecek yol için önem taşımaktadır. Ayrıca, yüzeyde bulunan bir kaynak-alıcı çifti için her bir parametre kontrastının duyarlılık çekirdekleri (sensitivity kernel) hesaplanmış ve kesitler olarak grafiklenmişlerdir. Bu çekirdeklerden her bir parametre kontrastı için saçıcının konumu ve derinliğinin ters çözüme olan etkisi irdelenmiştir. Tezin ikinci aşamasında, programın ters çözüm kısmı da öncelikle programlama tekniği açısından benzer bir şekilde geliştirilmiştir. Ters çözüm tekniği olarak iteratif eşlenik gradyan yöntemi kullanılmaktadır. Burada kullanılan iteratif ters çözüm şeması, farklı parametre cinslerini (yoğunluk ve Lamé parametreleri) aynı anda güncelleyecek şekilde genişletilmiştir. Programda birden fazla parametre kontrast cinsi için ters çözüm yapmak amacıyla yüzeye yakın bir ve iki saçıcılı yarı sonsuz modeller için ters çözüm denemeleri gerçekleştirilmiştir. Bir saçıcılı modelde, yoğunluk ve Lamé parametrelerinde %10 kontrast veren ancak bu parametrelerdeki aynı oranda kontrasttan dolayı sismik hızlarda kontrast göstermeyen bir saçıcı kullanılmıştır. Bu, yeraltı yapıları ile ilgili araştırmalarda karşılaşılabilen ve sismik hızlarda zayıf kontrast veren ancak yoğunluk ve Lamé parametrelerinde yüksek kontrastlı yapıları temsil eden bir model olup, yöntemin Lamé parametrelerini kestirmesinin olası bir avantajını da göstermektedir. İki saçıcılı modelde ise saçıcılar içi hava ve su dolu olmak üzere yüksek parametre kontrastı verecek şekilde ayarlanmışlardır. Her iki modelde de ters çözümler her bir parametre için ve parametre çiftlerinden oluşan birleşimler için (ρ-λ, ρ-μ ve λ-μ olacak şekilde) yapılmışlardır. Elde edilen sonuçlarda, tek saçıcılı model için üç parametrede de kontrast oluşturan saçıcının sadece tek parametre ile ters çözümlerinde yoğunluk (ρ) ve μ parametreleri ile saçıcı konumu kestirilebilmiş ancak gerçek parametre kontrastları elde edilememiştir. İki saçıcılı modelde ise saçıcı konumu kestirimlerinde ancak sınırlı bir başarı elde edilmiştir. λ parametresi için yapılan ters çözümlerde ise saçıcı konumun da kestirilemediği görülmüştür. Bunlara karşılık, çift parametreli ters çözümlerden elde edilen sonuçların genel olarak daha iyi olduğu görülmüştür. İki saçıcılı model de her ikisinin de konumlarının başarıyla kestirilebildiği bu örnekler arasında en iyi sonuçların ise ρ-μ parametre çiftinden elde edildiği görülmektedir. Genel olarak, kontrast olarak Born yaklaşımına uymayan saçıcılar (özellikle de iki saçıcılı modeldekiler) için başarılı konum kestirimleri gerçekleştirilmiş ancak gerçek parametre kontrast değerleri yaklaşık olarak kestirilmiştir. Buna karşılık, özellikle iki saçıcılı modelde saçıcıların kontrast parametreleri arasındaki fark ilişkisinin sonuçlara yansıdığı görülmektedir. λ parametresi ile konum ve kontrast kestirimlerinden genelde iyi sonuç alınamamasının nedeni de modelleme kısmında incelenmiş olan izlerden ve duyarlılık çekirdeklerinden görüldüğü üzere parametrenin yüzey dalgalarına olan göreceli sınırlı katkısıdır. Bu tez çalışması ile saçıcıların konumlarını, hacimsel koordinatlarını (şekli) ve Lamé ve yoğunluk kontrastlarının belirlenmesini sağlayacak bir görüntüleme tekniği elde edilmiştir. Sismik hız kestirimleri için de geliştirilebilecek bu yöntem için tez çalışmasında verilen örnekler mühendislik ölçeğinde yüzeye yakın saçılma örnekleri olup yöntem daha büyük ölçekli sismolojik çalışmalara da genişletilerek uygulanabilir.