Mühendislik Sismolojisinde Yüzey Dalgası Yöntemleri

Abstract

S-dalgası hız bilgisi, deprem yer tepkisinin elde edilmesinde kullanılmaktadır. Bu amaçla sismik kırılma ve yansıma yöntemlerinin kullanımı, yerleşim alanlarında sınırlı olabilir. Bu nedenle, düşük frekanslarda uzun dalgaboylarıyla seyahat eden yüzey dalgaları kullanılmaktadır. S-dalgası hızı, belirli bir geometride yerleştirilen alıcı dizilimleriyle kaydedilen verilerden dispersiyon bilgisinin ters çözümüyle elde edilmektedir. Bu çalışmada, hem yapay hem de arazi verisi kullanarak, dört yüzey dalgası yöntemi, alıcı sayısı, sinyal/gürültü oranının etkisi, birden fazla sinyal ve yüksek modlar ile ilgili yapılan sınamalarla incelenmiştir. Uzamsal özilişki, klasik frekans ortamı ışın biçimlendirme, ışın parametresi-kesme zamanı dönüşümü ve aktif kaynaklı yüzey dalgalarının çok kanallı analizi yöntemi incelenmiştir. Özilişki yönteminde, dört alıcı kullanarak, dispersiyon bilgisi belirlenebilir. Literatürde, en az on alıcı kullanılması gerektiği belirtilen klasik frekans ortamı ışın biçimlendirme yöntemiyle de, dalga alanı tek bir doğrultudan yayınıyor ise, dört alıcıyla faz hızı elde edilebileceği görülmüştür. Özilişki yönteminde, birden fazla sinyal sorun oluşturmazken, klasik frekans ortamı ışın biçimlendirme yönteminde güvenilir sonuçlar, dizilimin boyutlarına bağlı olarak elde edilmiştir. Bu durumda, çözünürlüğü daha yüksek olan ışın biçimlendirme tekniklerinden multiple signal classification (MUSIC) yöntemi kullanılabilir. Doğrusal dizilime uygulanan frekans ortamı ışın biçimlendirme yöntemiyle p- dönüşümü teorik olarak eşdeğerdir ve elde edilen sonuçlar aynıdır. Her iki yöntemle yüzey dalgalarının yüksek modları görüntülenebilmektedir. Ancak, özilişki yönteminde yüksek modlar ayırdedilemez. Yüksek modların aktif kaynaklı yöntemlerle daha iyi ayırdedilebildiği görülmüştür. Yüzey dalgalarının çok kanallı analizi, aktif kaynaklı klasik frekans ortamı ışın biçimlendirme ve p- dönüşümü birlikte incelenmiş, benzer sonuçlara ulaşılmıştır. Daha sonra, arazi verileriyle yapılan analizlerle elde edilen sonuçlar desteklenmiştir.

The S-wave velocity information is used to estimate earthquake site response. The usage of seismic reflection and refraction methods, for this purpose, may be limited in urban conditions. Therefore, surface waves propagating with long periods at low frequencies are used. S-wave velocities are inverted from dispersion information obtained by data recorded with an array of sensors placed in a particular geometry. In this study, using both synthetic and field data, four of the surface wave methods are investigated in terms of the effect of the number of receivers, the existence of multiple signals, higher modes and signal/noise ratio. The spatial autocorrelation method, conventional frequency domain beamforming, ray parameter-intercept time (p- transform and an active source method, multichannel analysis of surface waves, are considered. In spatial autocorrelation method, it is possible to obtain dispersion curve with only four receivers. In the case of a wavefield propagating only in one direction, four receivers can also be used in conventional frequency domain beamforming which is, in literature, recommended to be used with at least ten receivers. When multiple signals exist, correlation method can be used succesively. Meanwhile, in conventional frequency domain beamforming, reliable results can be obtained depending on the array size. A high resolution beamforming method, multiple signal classification (MUSIC), provided more accurate results in such a case. Frequency-wavenumer transform and p- transform are equivalent in theory. The usage of conventional frequency domain beamforming with linear arrays and p- transform results are similar. Higher modes of surface waves can be determined with these methods, according to the array size. On the other hand, higher modes can not be seperated by autocorrelation method. Higher modes can be determined with active source methods more accurately. In the case of active sources, conventional frequency domain beamforming, p- transform and multichannel analysis of surface waves provide similar results. Also, these results are supported by analyzing real field data.