LEE- Jeofizik Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI


Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 4 / 4
  • Öge
    3-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 Engineering
    The 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) (1650Vp 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) (2150Vp 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.
  • Öge
    Saçıcıların elastik dalga saçılımı ile görüntülenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-04-26) Harmankaya, Utku ; Şişman Kaşlılar, Ayşe ; 505122402 ; Jeofizik Mühendisliği
    Sismik 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.
  • Öge
    Investigation of mantle kinematics beneath Turkey and adjacent regions based on seismological and numerical modelling
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Confal, Judith Maria ; Taymaz, Tuncay ; 652799 ; Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
    Upper mantle dynamics (e.g. subduction processes, slab roll-back, slab tearing, and mantle upwelling) influence the tectonics of the Eastern Mediterranean region; however, a detailed understanding of the acting forces has remained elusive. Further progress requires more accurate measurements, not just of the surface kinematics (e.g. GPS measurements, Global Positioning System), but also of indirect indicators of kinematics throughout the lithosphere and convecting upper mantle from seismology. Robust quantification of the magnitude, location, and direction of seismic anisotropy can provide an orientation of present and prior extensional fields, as well as mantle flow patterns. In this PhD Thesis, three novel methods were used to investigate seismic anisotropy and P-wave velocity anomalies in the upper mantle. Separate and combined interpretations of the results and extensive discussions with available literature reveal new findings of mantle dynamics and tectonics in the Eastern Mediterranean region. For the first project, shear-wave splitting (SWS) measurements in the central and southern Aegean were performed. In addition to SKS-waves, direct S-waves (Reference Station Technique) were included in this research, which made it possible to use more observations and therefore get better and more reliable averages than some prior studies. This study was able to use on average 12 events per station, while common local SKS studies calculated splitting parameters with only one to five events. Splitting measurements exhibit mostly NNE-SSW oriented fast polarization directions (FPDs) and large time delays (TDs) at stations in the back-arc region of the Hellenic subduction system. At three stations close to trench FPDs are N-S directed. With the results from the splitting analysis at 35 stations and 81 events, directions of mantle flow, strain, and their strengths are interpreted. The study concluded that FPDs in the back-arc are mostly perpendicular to the trench and parallel to supra-slab mantle flow induced by the roll-back movement of the slab and its extensional regime in the Aegean with station-averaged TDs between 1.15-1.62 s. Due to the curvature of the trench, FPDs in the eastern Aegean and southwestern Turkey seem to be trench-parallel aligned. This could be related to sub-slab mantle flow or it might be influenced by the tearing of the slab in the upper mantle beneath this region. In the second project of this thesis, a numerical approach was used to model the mantle flow and anisotropy of the Eastern Mediterranean and Anatolian region. With complex non-steady-state 3D geodynamic modelling, the plate movement, mantle flow, transverse isotropy, and SKS splitting parameters for the regional subduction system were calculated. The modelled plate movements represent approximately the past 22 million years of the African, Arabian, and the oceanic plate subducting underneath a westward-moving Anatolian and an extending Aegean microplate. Implemented weak zones helped to initiate the detachments of the slab and allowed the slab to roll back. The model shows that tearing beneath southwestern Turkey, a break-off in the collisional regime of eastern Anatolia, as well as the retreat of the slab in the Aegean influence the strength and direction of the mantle flow and anisotropy. Similarities of measured and modelled SWS measurements made it possible to interpret and explain anisotropy data more in detail. SWS splitting parameters are mostly N-S oriented, perpendicular to the movement of the trench, similar to seismological observations, with the highest TDs in the back-arc region due to strong roll-back induced mantle flow. Close to the trench, the transverse isotropy pattern is complex, with vertical and horizontal components parallel and perpendicular to the trench. The influence on mantle flow and FPDs, related to the development of a tear and a break-off in the slab, is significant. The mantle flow appears to be faster through the slab windows and around the edges of the detached parts of the slab, where a circular pattern of strong mantle flow and anisotropy can be observed. At last, a P-wave tomography study of the Eastern Mediterranean region, focusing on the upper mantle, with a large data set was performed. Since strong anisotropy with complicated direction pattern is present in the region, especially due to the active subduction system, a method, first tested on synthetic models, was used to correct the models for anisotropy. The anisotropy of 3D mantle convection simulations and SWS measurements from the literature are taken as a priori constraints to correct P-wave arrival times. Isotropic inversions, as well as the models corrected for anisotropy, show the half-arc shape of the subducting slab in the Aegean, the detached slab in eastern Anatolia, and the slab appears to be fragmented in a few locations. A horizontal tear in western Greece, a deep and pronounced vertical tear in western Anatolia, and a sub-horizontal tear between the eastern and western Cyprian slab can be identified. The steeply dipping Aegean slab flattens around 410 km till the model depth boundary at 750 km and is connected to the Cyprian slab, which does not reach lower than 500 km. Beneath eastern Anatolia, high-velocity anomalies indicate the existence of some Bitlis slab fragments, while a shallow high-velocity anomaly in northern Anatolia (<150 km) might represent a remnant slab from a Neotethyan subduction process. Slow-velocity perturbations beneath volcanic region in central and eastern Anatolia are most probably related to upwelling mantle material. Spatially large first-order velocity perturbations are stable and similar in all three models, but small differences in geometry or strength can be detected when comparing the isotropic model with the anisotropy corrected models. Discrepancies in velocity perturbations reach up to 2% locally; however, the variance reduction only increases minimal, when correcting for anisotropy. It appears that the mostly homogeneous and horizontal anisotropy does not affect the inversion immensely, except in the active slab region, where anisotropy with a dipping and vertical axis of symmetry is present. Adding anisotropy from simple SWS measurements might not influence tomography results immensely due to the horizontal alignments of the splitting parameters. While the anisotropy retrieved from the numerical model allows vertical, multiple layers, and complex anisotropy patterns, the model might not represent the regional settings completely correct. Nevertheless, adding anisotropy enhances P-wave inversions and should be considered when interpreting velocity perturbations in regions with active or fossil subduction slabs.
  • Öge
    Parçacık sürü optimizasyonu ile pareto yaklaşımının birleştirilerek çok amaçlı optimizasyon problemlerinin çözümü ve Çanakkale-Tuzla hidrotermal sistemin manyetotellürik verileri ile modellenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2020-12-11) Büyük, Ersin ; Karaman, Abdullah ; 505142402 ; Jeofizik Mühendisliği ; Geophysical Engineering
    Jeofizik modelleme çalışmalarında veri ile model tepkisi arasındaki farkı optimize eden ve temeli optimizasyon algoritmalarına dayanan ters çözüm teknikleri yıllar geçtikçe ihtiyaca göre değişim göstermiştir. 1980'lerden itibaren genel olarak en küçük kareler yöntemi çoğu jeofizik ters çözüm modelleme çalışmalarında uygulanmaya başlanmıştır. Sonrasında temeli en küçük karelere dayanan birçok yöntem modelleme çalışmalarında kullanılmaya devam etmiştir. Ancak bu klasik ters çözüm modelleme yöntemlerinde doğrusal olmayan karmaşık modellerin doğrusallaştırma problemi de meydana gelmektedir. Son yıllarda doğrusallaştırmadan dolayı ortaya çıkan problemleri gidermek üzere türeve bağlı yöntemler ve türeve bağlı olmayan arama yöntemleri olmak üzere iki yöntem üzerinde durulmaktadır. Türeve bağlı yöntemlerin lokal minimumda kalarak global minimuma ulaşamaması ve karmaşık modellerin türevlerini elde etmede yaşanan sıkıntılar modelleme çalışmalarında her zaman zorluk oluşturmuştur. Ayrıca lokal minimumda tuzaklanma durumu şiddetli bir şekilde başlangıç modelinin doğruluğuna bağlıdır. Meta sezgisel ve akıllı global algoritmalardan biri olan parçacık sürü optimizasyonunun (PSO) karmaşık ve doğrusallaştırılması mümkün olmayan jeofizik modelleme çalışmalarında uygulanabilirliğini görmek adına bu tez çalışması gerçekleştirilmiştir. PSO algoritması kuş ve balık sürülerinin hareketlerinden esinlenerek geliştirilmiştir. Sürüdeki her bir birey parçacık olarak tanımlanmakta ve bu parçacıkların her biri birer modeli temsil etmektedir. Parçacıklar temsil ettiği model tepkisi ile veri arasındaki farkı gösteren amaç fonksiyonu uzayında yer almaktadır. Her parçacık diğerleri ile etkileşim halinde kalarak hız ve pozisyonlarını değiştirerek lokalde tuzaklanmadan global minimuma ulaşmaktadır. PSO'nun karmaşık modellerde dahi kullanılabildiğini görmek adına bir test çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada modeli doğrusallaştırılamayacak bir denklemden hareketle madenlerde ortaya çıkan yer altı su düşüşü ölçümlerinden hidrojeolojik parametrelerin kestirimi gerçekleştirilmiştir. PSO, kendisi gibi global optimizasyon yöntemlerinden biri olan genetik algoritma ile çoğu çalışmada karşılaştırıldığından, test çalışmasından elde edilen sonuçlar her iki yöntemde karşılaştırılmıştır. Bu test çalışması sonucunda her ne kadar model denklemi oldukça karmaşık ve doğrusallaştırılması mümkün olmasa bile PSO ile başarılı bir şekilde sonuca ulaşılmıştır. Ayrıca PSO'dan elde edilen sonuçlar genetik algoritmaya göre daha hızlı yakınsama göstermekte ve parametre kestirimi daha güvenilir bir şekilde sonlandığı görülmektedir. PSO sayesinde başarılı sonuçlar elde ettikten sonra jeofizik birleşik ters çözüm çalışmalarında nasıl bir işlevi olacağı üzerinde durulmuştur. Birleşik ters çözüm modelleme çalışmaları çok çözümlülüğü azaltmak için farklı fiziksel hassasiyetleri olan veri kümelerinden hareketle ortak bir modelin üretilmesine dayanan modelleme yaklaşımıdır. Çok amaçlı optimizasyon olarak da adlandırılan birleşik ters çözümde, birden fazla veri setinin minimizasyonunu sağlanacağından amaç fonksiyonu uzayı da birden fazla eksenle ifade edilmektedir. Bu durumda çözümler arasında ödünleşim denen, bir veri setinde kazanç oluşturan minimizasyon sağlanırken diğerinde kayba sebep olan maksimizasyon durumu gerçekleşir. Bu durumda farklı veri gruplarına uygulanan ağırlıklandırma oldukça sübjektif olmaktadır. Bununla birlikte verilerin kalitesi ile birlikte değişen güvenilirlikten dolayı uygulanacak ağırlıklandırma miktarı da kestirilememektedir. Bu çalışmada Pareto optimalite yaklaşımı ile ağırlıklandırmaya gerek duymadan farklı veri setlerinin hem ortak hem de bireysel en iyi çözümleri elde edilebileceği düşünülmüştür. Bunun için PSO yöntemi Pareto optimalite yaklaşımı ile entegre edilerek Pareto PSO için ikinci bir test çalışması daha gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada farklı hassasiyetleri olan Rayleigh dalgası dispersiyonu ve yatay/düşey spektral oran eğrilerinden oluşan sismolojik veriler kullanılmıştır. Hem sentetik hem de saha verisi üzerinde uygulanan bu çalışmanın sonucunda oldukça uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Ağırlıklandırmaya gerek kalmadan farklı hassasiyetleri olan bu iki veri grubunun hem ortak çözümü hem de veri setlerinin bağımsız en iyi çözümleri başarılı bir şekilde elde edilmiştir. Bu test çalışması literatürde Pareto PSO'nun böyle sismolojik veriler üzerinde uygulandığı ilk çalışma olmuştur. Ayrıca çalışmanın başarılı bir şekilde uygulanması için yeni bir arama uzayı yaklaşımıda tanımlanmıştır. Jeolojisi ve hidrotermal sistemi oldukça karmaşık olan Çanakkale-Tuzla jeotermal sahasında alınan manyetotellürik verilerinin klasik ters çözüm teknikleri ile modellenmenin oldukça sıkıntılı olacağı düşünülmektedir. Çünkü literatürde manyetotellürik verilerinin modellenmesinde kullanılan yöntemler de genellikle türev bazlı, başlangıç modeline bağlı kalan ve lokal minimumda tuzaklanan algoritmalardan oluşmaktadır. Ancak bu çalışma da manyetotellürik saha verisine uygulanacak PSO yöntemi sayesinde de bu sıkıntılardan bağımsız sonuçlar elde edileceği öngörülmüştür. Öncelikle PSO ile bir boyutlu modelleme gerçekleştirilerek çalışma sahasındaki hidrotermal sistemin en iletken yapısı olan örtü kayaç yapısı ortaya koyulmuştur. Sonrasında bir boyutlu PSO modelleme sonuçları referans alınarak Pareto PSO ile farklı hassasiyetlere sahip manyetotellürik TE ve TM modları kullanılarak birleşik ters çözüm ile iki boyutlu modelleme yapılmıştır. Uygulanan iki boyutlu modelleme sonucunda ise çalışma sahasındaki hidrotermal sistemin bir diğer bileşeni olan fay/kontak yapıları belirlenmiştir. Modelleme aşamalarında klasik MT modelleme çalışmalarında kullanılan empedans tensöründen ziyade faz tensörü kullanılmıştır. Böylece empedans tensörlerinde gözlemlenebilen bozunumdan bağımsız faz tensör verileri kullanılarak daha güvenilir model sonuçları elde edilmiştir. Bu tez çalışması sonucunda PSO ve Pareto PSO'nun jeofizik modelleme çalışmalarında rahatlıkla kullanılabileceği görülmektedir. Başlangıç modeline bağlı kalmayarak lokalde tuzaklanmayan, türev ve doğrusallaştırma olmadan global çözüme ulaşan PSO ile tüm jeofizik veriler modellenebilecektir. Ayrıca Pareto PSO sayesinde birleşik ters çözüm çalışmalarında ağırlıklandırmaya gerek kalmadan hem verilerin bağımsız en iyi çözümleri hem de ortak en iyi çözümü güvenilir bir şekilde elde edilebilecektir.