Uygulamalı Sismoloji
advertisement
UYGULAMALI SİSMOLOJİ Prof. Dr. Oğuz Özel Araş. Gör. Berrak Fırat 1. Hafta >> Tanışma, Genel Konuşma 2. Hafta >> Genel Hatırlatma Snell Kanunu, Işın Parametresi, Hooke Kanunu, Elastik Rebound Teorisi, Elastik Parametreler, 3. Hafta >> Sismik Dalgalar ve Tabakalı Ortamda Yayınım Dalga Dönüşümü 4. Hafta >> Levha Tektoniği, Kabuk İçi Sismik Dalga Fazları 5. Hafta >> Yeriçi Sismik Dalga Fazları 6. Hafta >> Deprem Dış Merkez Belirlemesi 7. Hafta >> Magnitüd Belirlemesi, Magnitüd-Frekans İlişkisi, Şiddet 8. Hafta >> Deprem Odak Mekanizması 9. Hafta >> Deprem Kayıt İstasyonu; yer seçimi, kurma 10. Hafta >> Deprem Kaynak Parametreleri Uygulamalı Sismoloji Yararlanılan Kaynaklar • Oto Kulhanek, (1990), Anatomy of Seismograms, (Elsevier) • Stein, S. and M. Wysession, (2003) Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure, Blackwell Publishing. • Båth, M. (1979). Introduction to seismology, Birkhauser Verlag. Basel. • Lay and Wallace (1995), Modern Global Seismology. (Elsevier) Yararlanılan Web Siteleri www.earth.ox.ac.uk/research/ seismology.htm rayfract.com www.exploratorium.edu/ls/ pathfinders/earthquakes/ www.okgeosurvey1.gov www.fcs-net.com/biddled/myths_legend.htm www.eas.slu.edu/ www.uic.edu/classes/geol/eaes102/Lecture%2021-22.ppt earthquake.usgs.gov/image_glossary/ crust.html www.nap.edu/readingroom/books/ biomems/bgutenberg.html www.exploratorium.edu/faultline/earthquakescience/fault_types.html www.geophysik.uni-muenchen.de/Institute/Geophysik/obs_seis.htm www.earthquakes.bgs.ac.uk/ www-geology.ucdavis.edu/~gel161/sp98_burgmann/earthquake1.html seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/class/100/seismic-waves.html earthquake.usgs.gov/ www.iris.washington.edu Depremler • Deprem, yer içinde biriken enerjinin açığa çıkmasıdır. • Dünya üzerinde her yıl bir milyonun üzerinde deprem olmaktadır ancak bunların çoğu önemli değildir. • Bunların yaklaşık 20 tanesi önemli hasara ve can kaybına neden olmaktadır. • Yaklaşık olarak her yıl 10.000 insan depremlerde yaşamını yitirmektedir. Deprem oluş nedenleri • Tektonik – Plakalar arasında (örn. Himalayan Fay Zonu) – Plaka içinde (örn. India Yarımadası) • Volkanik (örn., Chile, Peru, Hawaii) • Boşlukların çökmesi nedeniyle (örn., tuz ocaklarının çökmesi) Dünyada ki büyük depremler 22 Mayıs 1960 Şili Depremi (9,5) • 22 Mayıs 1960’da meydana gelen Şili Depremi yeryuvarında kayıt altına alınmış en büyük deprem olarak tarihe geçti. Saat 19.10: 11 de meydana gelen depremin büyüklüğü Richter ölçeğine göre 9,5 idi. Dünyada ki büyük depremler • Merkez üssü Şili’nin başkenti Santiago de Hile’nin yaklaşık 700 km güneyinde yer alan Valdivia Kenti olan depremden sonra Pasifik Okyanusunda meydana gelen tsunami dalgaları merkeze binlerce kilometre uzaklıktaki kıyıları vurdu. Bu dalgalar Havai ve Güney Afrika sahillerinde büyük maddi hasarlara yol açtı. Bu depremde yaklaşık 5000 kişi yaşamını kaybetmiştir. Evsiz kalan insan sayısı ise 2 milyon kişiyi geçmiştir Dünyada ki büyük depremler • Günümüzden tam 50 yıl önce meydana gelen dünyanın en büyük depreminde sadece 5000 kişinin yaşamını kaybetmesi hem yerleşimin fazla olmamasına hem de Şili’nin depreme dayanıklı yapılar konusunda daha o zamanlar bile büyük adımlar attığını gösteriyor. Bu depremden tam 39 yıl sonra meydana gelen ve büyüklüğü bu depremden tam 700 kat daha küçük olan 17 Ağustos Gölcük depreminde ise yaklaşık 18.000 kişinin yaşamını kaybetmesi Şili’nin depreme yönelik çalışmaları çok ciddiye aldığının en önemli göstergesidir. Şili’de 28 Şubat 2010 tarihinde meydana gelen 8,8 büyüklüğündeki depremde ise yaklaşık 800 kişinin yaşamını kaybetmesi deprem konusunda çok ileri çalışmalar yaptıklarının göstergesi Dünyada ki büyük depremler 28 Mart 1964 Alaska Depremi (9.2) • Büyüklüğü 9,2 olan ve 28 Mart 1964 yılında meydana gelen Alaska depremi, Alaska ile Batısında bulunan Yukon bölgesinde etkili olmuştur. Yerleşimin az olması nedeniyle böylesine büyük bir deprem için oldukça az sayılacak bir yaşam kaybı olmuştur. Üç dakika süren depremde sadece 125 kişi yaşamını kaybetmiş ve maddi hasar da 311 milyon dolar olarak saptanmıştır. Ölenlerden sadece 13 ü enkaz altında kalmıştır. Diğer 113 kişinin ölüm nedeni ise tsunamidir. Dünyada ki büyük depremler • Bu deprem sırasında jeoloji tarihinin en büyük tektonik yükselmesi de tarihe geçmiştir. Deprem sonrasında Prince William Boğazında bulunan Montague adasının Cleare burnunda yaklaşık 10 metrelik bir deniz tabanı yükselmesi meydana gelmiştir. Bu depremde meydana gelen Tsunami dalgaları kıyıdaki balıkçı teknelerini kıyıdan 100 metre kadar içeriye sürüklemiştir. Dünyada ki büyük depremler 26 Aralık 2004 Endonezya Depremi (9.1) : • Büyüklüğü 9.1 ve derinliği 37 km olan deprem yaklaşık 160 saniye sürmüş, deprem sonrasında meydana gelen 10 metre yüksekliğindeki büyük Tsunami dalgaları bölgedeki tüm ülkelerin sahil şeridini vurmuş ve USGS verilerine göre 283.100 kişi yaşamını kaybetmiş 14.000 kişi kaybolmuş ve yaklaşık 1.260.900 kişi yer değiştirmiştir.. Dünyada ki büyük depremler • Bu büyük depremin etkisi bölge ülkelerinde halen devam etmektedir. Bu depremden alınacak en büyük ders büyük bir deprem bölgesi içinde yer almasına rağmen bu konuda hiçbir çalışmanın yapılmamış olmasıdır. Ölümlerin çok büyük bir bölümü depremden değil tsunamiden olmuştur. Bölgede bir tsunami erken uyarı sistemi bulunmadığı için 20-30 bin kişinin öleceği depremde ölü sayısı kayıplarla birlikte 300 bini aştı Dünyada ki büyük depremler 9 Mart 1957 Alaska Depremi (9.1) Alaska – Andreanof Adası'nda meydana gelen depremin büyüklüğü Richter ölçeğine göre 9.1 civarında idi. Bölgede deprem sonrasında meydana gelen tsunami dalgalarının boyu 15 metreye kadar ulaşmıştır. Dünyada ki büyük depremler 17 Ocak 1995 Kobe Depremi (7.2) • Japonya’nın Kobe kentinde meydana gelen 7.2 büyüklüğündeki depremde 6427 kişi yaşamını yitirdi onbinlerce kişi yaralandı milyarlarca dolar zarar oldu. Ölümlerin büyük çoğunluğu depremden sonra meydana gelen yangınlar yüzünden oldu. Japonya bu depremden büyük dersler çıkardı. Hem binaların dizaynı yeniden yapıldı hem de afetlere müdahale konusunda büyük adımlar atıldı. Dünyada ki büyük depremler • Yapılan çalışmalar sonunda 2 yıl içinde Kobe ‘de yaşam eski haline döndü ama Japonya bu olayı hiç unutmadı. Her yıl depremin yıldönümünde bu olaylar yeniden hatırlatılıyor. Kobe depreminden çıkardığı derslerle Japonya daha sonra maydana gelen 7 büyüklğündeki depremi çok az bir can kaybı vererek atlatmayı başardı. Dünyada ki büyük depremler 28 Temmuz 1976 Çin depremi (8.2) • Büyüklüğü 8.2 olan bu deprem belki en büyük deprem olarak değil ama tarihe yüzyılın en çok can kaybına yola açan depremi olarak geçti. Merkez üssü Tangshan olan deprem Çinin doğu kıyılarında büyük can ve mal kaybına yola açtı. Dünyada ki büyük depremler • Büyüklüğü 8.2 olan bu deprem belki en büyük deprem olarak değil ama tarihe yüzyılın en çok can kaybına yol açan depremi olarak geçti. Merkez üssü Tangshan olan deprem Çin’in doğu kıyılarında büyük can ve mal kaybına yola açtı Ölü sayısının 500 bin ile 850 bin arasında verilmesi Çin’in bu konuda tam bir açıklama yapmamasından kaynaklanmaktadır. Çin tarafından açıklanan resmi rakam ise 655 bin kişidir. Dünyada ki büyük depremler 17 Ağustos 1999 Gölcük Depremi(7.4) • Büyüklüğü 7.4 olan Gölcük depremi Türkiye üzerinde maddi ve manevi büyük bir yük bırakmıştır. Merkezi üssü Gölcük Donanma olan Deprem sadece Marmara bölgesini değil İç Anadolu ve Batı Karadeniz Bölgesini de etkilemiştir. Resmi makamların açıklamalarına göre depremde 17.781 kişi yaşamını yitirmiş, 23.781 yaralanmış, 505 kişi de sakat kalmıştır. Dünyada ki büyük depremler • Deprem sonrasında her konuda büyük aksaklıklar meydana gelmiştir. Bu depremden sadece İzmit, İstanbul, Sakarya ve Yalova değil, Marmara ve komşu bölgelerdeki illerde yaşayan yaklaşık 16 milyon insan da etkilenmiştir. Ekonomi milyarlarca dolarlık bir kayba uğramıştır. Dünyada ki büyük depremler • Tüm bu özellikleriyle Gölcük depremi belki dünyanın en büyük depremlerinden biri değildir ama gerek çok büyük bir alanı etkilemesi gerekse büyük maddi kayıpların olması nedeniyle dünyanın etkisi en büyük depremlerinden biri durumuna gelmiştir. Gölcük depreminden sonra durumun ciddiyetini gören yerel yönetimler ciddi çalışmalar yapmaya başlamış ve kısmen de olsa yol alınmıştır TÜRKİYE’NİN TİPLERİNE GÖRE AFET İSTATİSTİKLERİ (1950-2007) Ekonomi k kayıp Afetzede sayısı Zarar gören yerleşim birimi Afetler Afet olay sayısı Heyelan 13494 21 59345 5472 Kaya düşmesi 2956 7 19422 1703 Su baskını 4067 8 22157 2924 Deprem 5318 55 158241 3942 Diğer afetler 1175 3 9237 992 Çığ 731 2 4384 605 Çoklu afetler 2024 4 12210 - Tasnif edilmemişler 42 - 0 - TOPLAM 29807 Yüzdesi (%) 284996 Deprem olay sayısı 1950 yılından sonrasını içermektedir Çoklu afetler bir yerleşim alanında birden fazla afet olayını göstermektedir Kaynak : Gökçe ve diğ, 2008’den değiştirerek alınmıştır. Levhaların buluştuğu yer Türkiye 70,000+ ölü (% 0.8) 5,000 bina tamamen çökecek 50,000 ağır hasarlı bina 120,000+ ağır yaralı 2,000,000 geçici evsiz 60 ± 20 milyar dolar kayıp İSKİ; 7,568 km boruda, 1600 noktada hasar 480 köprüden 20 sinde ağır hasar olasılığı İGDAŞ; 4670 km boruda, %13 hasar 185,000 servis kutusunda, 29,000 hasar (%16) Depremler Depremler Depremler Derinlik Sismik Dalgalar Genişband - Sismoloji Gel-Git etkisi Ses dalgaları Serbest Salınımlar Yüzey Dalgaları Cisim Dalgaları Telesismik olaylar Lokal olaylar Sismolojinin ilgilendiği Frekans aralığı Hatırlama Yandaki şekilde dalga genlik ve periyod ile tanımlanır. Genlik, sıfır seviyesinden pik noktasına kadar olan b ü y ü k l ü k t ü r. P e r i o d i s e b i r d a l g a h a r e k e t i n i tamamlayıncaya kadar geçen süredir. Bir diğer parametre ise frekanstır ve periyodun tersidir. Eğer periyod saniye ile ölçülürse, frekans birimi Hertz (Hz) olur yani 1/s olur. Dalga yüksekliği Sismik Dalgalar Dalga yüksekliği Zaman Periyod ile dalga boyu arasında, sismik dalganın ortamda ki yayınım hızı dolayısıyla bir ilişki vardır. Sismik dalga hızı, dalga boyunun periyoda bölünmesine eşittir. Uzaklık Harmonik dalga parametreleri ve aralarında ki ilişkiler Hatırlama Sismik Dalgalar Snell Kanunu Sismik dalgalar Snell Kanunu’na göre kırılırlar ve yansırlar. • Kırılan ve Yansıyan dalgalar yüzeye dik ve gelen dalgayı da içine alan bir düzlemde bulunur. • P P P Yukarı giden Sin i1 / V1 = sin i2 / V2 • Geliş açısı yansıma açısına eşittir. Eğer v2 > v1 ise i2 > i1 olur ve ışın normalden uzaklaşır. Benzer olarak yukarı doğru giden ışınlar normale yaklaşarak kırılırlar. P P Aşağı giden P Hatırlama Sismik Dalgalar a1 a２ q1 Yavaş q2 a1 < a2 Hızlı a1 a２ q1 q2 Hızlı Yavaş a1 > a2 Hatırlama Sismik Dalgalar Tabaka sınırına gelen bir P-dalgası için Kritik Açı Ortam 1 Ortam 2 Sismik Dalgalar Snell Kanunu Düz bir Arz yüzeyi için Snell Kanunu sin i1 / v1 = sin i2 / v2 = s1 sin i1 = s2 sin i2 Hatırlama Sismik Dalgalar Snell Kanunu Küresel Arz yüzeyi için Snell Kanunu s.r.sin i = r.sin i / v ≡ p, s1 = 1 / v1 ve s2 = 1 / v2, Hatırlama Sismik Dalgalar Snell Kanunu Küresel Arz yüzeyi için Snell Kanunu Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Işın Parametresi Tanımı Sabit Işın Parametresi Tanım: Işın parametresi, bir sismik ışının katettiği yol boyunca değişmeyen geometrik bir özelliğidir.Bu özellik, yansıma, kırılma ve dönüşüm durumlarında da değişmez. Farklı bir ışın parametresinden bahsedilirse farklı bir ışından bahsediliyor demektir. Sismik Dalgalar Hatırlama Hooke Kanunu Yer içinde ki materyallerin elastik davranışları Hooke Kanunu ile açıklanır. Strain stress arasında doğrusal bir ilişki vardır. Elastik limitin ötesinde ya kırılgan bir özellik (brittle) ya da esnek-plastik bir özellik (ductile) gösterir. Sismik Dalgalar Hatırlama Elastik Rebound Teorisi Fay Tahta perde Orijinal pozisyon Kırılma ve enerjinin açığa çıkması Deformasyon Kayaçların orijinal duruma geri dönmesi Hatırlama Sismik Dalgalar Elastic rebound (geri sekme) teorisi yeriçinde ki enerjinin depremler esnasında nasıl yayındığını gösterir. Fayın iki tarafındaki plakalar, etkiyen kuvvet sonucu farklı yönde hareket ederken enerjiyi biriktirirler ve bu biriken enerji plakaların iç direncini aşıncaya kadar yavaş-yavaş deformasyona uğrarlar. Biriken enerjinin plakanın iç direncini aştığı anda ani bir hareket oluşurak biriken enerji açığa çıkar ve kayaçlar deformasyon öncesi orijinal durumlarına geri döner. ElasticReboundDemo.mov Sismik Dalgalar Hatırlama Elastik materyaller ‘stress’e farklı şekilde tepki verirler ve bu tepki de çeşitli parametrelerle ifade edilir. Bulk Modülü (Sıkıştırabilirlik) (κ): Hidrostatik basıncın, neden olduğu hacim değişikliğine oranıdır. κ = ΔP / (ΔV/V), Shear modülü (μ) (veya rigidity): Materyalin kesme kuvvetine karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanır. Hacim değişimi yoktur şekil değişir. Uygulanan kesme kuvvetinin shear strain’e oranının yarısına eşittir. μ = τxy / 2 exy veya μ = (ΔF/A) / (ΔL/L) Sıvılar için μ = 0, ve çok güçlü bir dirence sahip bir materyal için ise μ → ∞ dur. Young Modülü (E): Bir silindirin her iki ucundan çekildiği zaman ki davranışıdır ve boyuna gerilmenin silindirin boyunda neden olduğu uzamaya oranıdır. E = (F/A) / (ΔL/L) Poisson oranı (σ): Bir silindir her iki ucundan çekildiğinde enine genişlemenin boyuna uzamaya oranıdır. σ = (ΔW/W) / (ΔL/L) Sismik Dalgalar Hatırlama Young modülü, Bulk modülü ve Shear modülü aynı fiziksel birime sahiptir. 1 Pa = 1 N m-2 = 1 kg m-1 s-2 ( 1 N = 1 Newton = 1 kg m s-2). Hatırlama Sismik Dalgalar Sismik Dalgalar Cisim Dalgaları Body Waves P - Dalgaları Yüzey Dalgaları Surface Waves Rayleigh Dalgaları S - Dalgaları Baş Dalgaları Love Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Cisim Dalgaları Cisim Dalgaları arz içinde yayınırlar Deprem kaynağı Cİsim dalgaları yayınırken, yayındıkları ortamda ki kayaçların yoğunluğu derinlikle arttığı için hızı da arttığından eğrisel bir yol izlerler. Dışmerkez uzaklığı (derece) Sismometre artıyor Yarıçap Dünya merkezi Sismik Dalgalar Sismik hızlar kayaçların • Kimyasal bileşimlerine • Sıcaklığa • Basınca bağlı olarak değişirler Hızı artıran faktörler Hızı azaltan faktörler • Düşük sıcaklık • Yüksek basınç • Katı hal • Yüksek sıcaklık • Düşük basınç • Sıvı hal Sismik Dalgalar Cisim Dalgaları Cisim Dalgaları (Body waves): • Yer içinde yayınan elastik dalgalardır. • Yer içi’nin görüntülenmesinde temel bilgi kaynağıdır. • Yer içinde hızı değişmeyen bir ortamda kaynak etrafında bir daire oluştururarak yayınırlar. Dairenin yarıçapı zamanın fonksiyonu olarak giderek büyür. • Cisim dalgaları aynı materyal içinde materyalin katı halinde sıvı halinden daha hızlı yayınırlar. Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Cisim Dalgaları P-Dalgaları : • En önce varırlar yani en hızlı sismik dalgadır. • Materyalin hacminde değişikliğe neden olurlar • Birincil (Primary) veya Basınç (Pressure) Dalgaları olarak adlandırılır. • Ses dalgaları ile aynı özellikleri taşırlar. • Parçacık hareketi dalga yayınımı yönündedir. S – Dalgaları: • Deprem odağından her yöne doğru yayılırlar. • İkinci olarak varırlar. • Katı, sıvı ve• Materyalin gaz ortamlarda yayınabilirler. şeklinde değişikliğe neden olurlar. • P-Dalgalarından daha yavaş bir hızla yayınırlar. • İkincil (Secondary) veya Kesme (Shear) Dalgaları olarak adlandırılır. • Parçacık hareketi dalga yayınım yönüne diktir. • Ortogonal olarak ayrılırlar (yani yatay ve düşey bileşenleri vardır) • Sıvılar ve gazlar makaslama kuvvetine sahip olmadıkları için bu dalgalar bu ortamlar içinde yayınamazlar Sismik Dalgalar Cisim Dalgaları sıkışma açılma dalga boyu çift genlik Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Cisim Dalgaları P-Dalgası parçacık hareketi Kayıt İstasyonuna Geliş açısı D=112 km uzaklıkta M=5.5 olan bir depremin 3-bileşen Geniş Band kaydı (0.1-5 Hz) Geniş band (Broad band- BB) P- ve Sdalgaları, homojen ve izotropik bir ortamda lineer-çizgisel bir polarizasyon gösterirler. Aynı depremin 3-bileşen kısa periyod kaydı (1-5 Hz filtrelenmiş)) Fakat yüksek frekanslı P- ve S-dalgaları homojen olmıyan ortamlardan daha fazla etkilendiklerinden eliptik veya düzensiz parçacık hareketi gösterirler. Sismik Dalgalar Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Üstteki şekil derin odaklı telesismik bir depremde oluşan P-dalgalarının KGDB bileşenlerindeki parçacık hareketini göstermektedir. Parçacık hareketi nekadar doğruya yakın olursa deprem dış merkezinin “backazimut”u okadar iyi tahmin edilebilir. Alttaki şekilde ise Düşey-Radyal bileşenlerdeki Rayleigh dalgasının parçacık hareketini göstermektedir. (+) işareti incelenen zaman penceresi içinde ki hareketin başlangıcını göstemektedir. Görüldüğü gibi parçacık hareketi elips şeklinde ve geriye doğrudur (retrograde). Sismik Dalgalar Cisim Dalgaları 5 km uzaklıkta ki bir depremin 3-bileşen Hız kaydı Hatırlama Sismik Dalgalar Örnekleme Aralığı (Sampling Frequency) 1 saniye Örnekleme Aralığı 50 Hz 0.1 saniye Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Sismik Dalgalar Seyahat Zamanı (dak.) Cisim Dalgaları Deprem Odağından uzaklık (km) Hatırlama Hatırlama Sismik Dalgalar Cisim Dalgaları 103 105oo 143o P- Dalgası GÖLGE ZONU • S- dalgaları deprem odağından belli uzaklıklarda herzaman kaybolurlar mı? • Niye kaybolurlar? Manto (Katı) Dış Çekirdek (Sıvı) S- Dalgası GÖLGE ZONU Sismik Dalgalar Hatırlama İleriye doğru Sismik Dalgalar Hatırlama İleriye doğru Hatırlama Sismik Dalgalar İleriye doğru Geriye doğru Hatırlama Sismik Dalgalar İleriye doğru Gölge Zonu İleriye doğru Geriye doğru Hatırlama Sismik Dalgalar İlerleyen grup Gölge Zonu Geri giden Grup PKP İlerleyen grup İlerleyen Grup Geriye giden grup PcP P İlerleyen Grup Gölge Zonu Sismik Dalgalar Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Sismik Dalgalar Manto Dış Çekirdek Hatırlama İç Çekirdek • Basınç ve sıcaklık derinlere doğru artar. • Bu iki parametre sismik hızlar üzerinde ters etkiye sahiptir. • Sismik hızlar derinlkle artar (artan basınç etkisi) Sismik Dalgalar Hatırlama • Mantoda ve İç çekirdekte, cisim dalgalarının hızları derinlikle artar dolayısıyla ışınlar normalden uzaklaşarak yayınırlar. • Manto-Dış çekirdek (sıvı) sınırında sismik hızlarda ki azalış ışınların normale doğru bükülerek iç çekirdeğe doğru kırılmalarına neden olur. Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Deprem Odağı Sismometre Bir yüzey dalgasının izlediği yol büyük bir dairedir. Yer yüzeyine yakın yayınırlar Yüzey dalgalarının hızı cisim dalgalarından daha düşüktür ve bu nedenle de cisim dalgalarından sonra varırlar. Başlıca iki tür Yüzey Dalgası vardır; 1. Love Dalgası 2. Rayleigh Dalgası Sismik Dalgalar Hatırlama Yüzey Dalgaları Yüzey dalgaları yer yüzeyine yakın yayınırlar Derinlik z Yüzeyde ki Genlik Yüzey dalgalarının genlikleri derinlikle eksponensiyel olarak azalır Karakteristik nüfus etme derinliği Yani karakteristik nüfus etme derinliğindeki genlik yüzeydeki genliğin yaklaşık yarısıdır. Sismik Dalgalar Hatırlama Yüzey Dalgaları Yüzey Dalgaları Derinlik (m) • Yüzey dalgaları yerin yüzeyi boyunca yayınan dalgalardır. • Genlikleri yüzeyde çok büyük olabilir fakat derinlikle ters orantılı olarak derinlik arttıkça azalır. • Bununla beraber Yüzey dalgaları genlikleri kaynaktan uzaklaştıkça cisim dalgalarında gözlenenden daha yavaş olarak sönümlenirler. • S- dalgalarından daha yavaş bir hızla yayınırlar. Uzaklık (m) Şekilde hızı değişmeyen bir ortamda ilerleyen yüzey dalgalarının genliklerinin zamanla değişimleri görülmektedir. Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Love Dalgası Dalga yayınım yönü Rayleigh Dalgası Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Love Dalgaları Love Dalgaları sadece yayınım doğrultusuna dik yatay bileşene sahiptir. Tamamıyla S-tipi dalgalardır. SH dalgalarının yüzeyde ardışık yansımalarından ve dolayısıyla dönüşümünden oluşur ve tabakalı bir ortam olması gerekir Genlikleri derinlik arttıkça üstel olarak söner. Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Rayleigh Dalgaları Deniz dalgalarına benzer. Tabakalı ortam gerekli değildir Sismometre Genlikleri derinlik arttıkça üstel olarak söner. Parçacık hareketi retrograde elips (Öne-Yukarı-Geriye-Aşağıya hareket) Eğer yüzey dalgası düşey bileşene sahipse mutlaka Rayleigh dalgasıdır. Düşey ve boyuna (Longitüdinal veya Radyal) bileşen P- ve SV dalgalarının kombinasyonu Hatırlama Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Rayleigh Dalgaları’nın parçacık hareketi Yuvarlanan yüzey dalgası Retrograde elips (Geriye doğru giden elips) Genlikleri derinlik arttıkça üstel olarak söner. Karakteristik nüfusetme derinliği yüzey dalgasının Dalga Boyu ile orantılıdır. Daha büyük dalga boylu Rayleigh dalgası daha derine nüfus eder. Örn: T = 20s. V = 4 km/s. >>> Dalga Boyu = 80 km. (Litosferik kalınlık) Hatırlama Sismik Dalgalar January 26, 2001 Gujarat, India Earthquake (Mw7.7) Rayleigh Dalgaları Düşey Radial Love Dalgaları Transverse Japonyada 57o (6300 km) uzaklıkta elde edilen sismogram Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Love ve Rayleigh Dalga hareketlerinin Geometrisi Kaynak Alıcı ! ! Düşey Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları 112 km uzaklıktaki bir depremin 3-bileşen geniş band kayıtları ve 3 düzlemde ki (N-E, Z-N ve Z-E) Rayleigh dalgalarının parçacık hareketleri Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Yüzey Dalgaları P, S, LQ ve LR dalgalarının parçacık hareketleri (küçük oklar) ve yayınım doğrultuları (büyük ok). Yayınım hızlarında ki farklılıklarından dolayı sismogramlarda da aynı sıra ile görünürler yani en önce P sonra S sonra LQ ve en sonra da LR alıcılara ulaşır. Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Yüzey Dalgaları Sismik Dalgalar Basınç Dalgaları (Cisim Dalgaları) Kesme Dalgaları Yüzey Dalgaları Hatırlama Sismik Dalga Tipleri Yüzey Dalgaları F Büyük genlik F Uzun dalgaboyu F Çok geniş bir frekans bandı F Yavaş seyahat etme F Derin depremlerde oluşmazlar Cisim Dalgaları F Küçük genlik F Kısa dalga boyu F Dar bir frekans bandı F Daha hızlı seyahat etme F Her tür depremde oluşurlar Ref: EASA-130 Seismology and Nuclear Explosions Hatırlama Sismik Dalgalar Derinlik (m) Derinlik Dalga cephesi ve Işın yolu Işın yolu Dalga cephesi Uzaklık (m) Uzaklık Işın Yolu – Sismik dalganın yayındığı yönde kaynaktan başlıyarak çizilen doğrudur. Verilen bir dalga için sonsuz sayıda ışın yolu vardır. Dalga Cephesi – Aynı zamanda aynı hareketi yapan dalga parçacıklarının pozisyonlarının birbirine bağlanmasıdır. Şekilde görüldüğü gibi dalga cephesi bir daire oluşturmaktadır ve bu cephe dalga parçacıklarının belli bir anda ki en büyük genlikleri (pozitif veya negatif) birbirine bağlar. Hatırlama Sismik Dalgalar Derinlik Model: (1) Düşük hızlı tabaka yüksek hızlı tabaka altında 150 m derinlikte bir süreksizlik Derinlik Dalgalar ve Tabaka Sınırları 25 ms Uzaklık Uzaklık 50 ms Derinlik Kırılan dalgayı tanımlayan dalga cephesi hala bir daire şeklindedir fakat bu dairenin merkezi direk dalganın ki gibi ‘kaynak’ değildir. Yani yarıçap değişmiştir. Kırılan dalganın dalga boyu direk dalganın dalga boyundan çok daha kısadır. Bu dalga cephesinin eğriselliğindeki değişim, dalganın yayınım yönünü belirleyen ışınların süreksizliği geçerken yönünü değiştirmesi demektir. Işın yönünde ki bu değişim Snell Kanunu olarak tanımlanır. Derinlik Önemli Çıkarımlar: 75 ms Uzaklık Hatırlama Sismik Dalgalar Dalgalar ve Tabaka Sınırları Yer yüzeyindeki bir sismograf istasyonunda yer hareketi kaydedildiğinde iki önemli dalga görülür; İlki, büyük genlikli Direk Dalga’dır. İkinci olarak, bir zaman sonra, daha küçük genlikli Yansıyan Dalga’lardır. Bu dalgaların varışları arasında ki zaman farklılığı; • Deprem kaynağının uzaklığına • Dalga hızına • Süreksizliğin derinliğine bağlıdır. Varış zamanları arasında ki bu zaman farklılıkları yer altı yapılarının ortaya çıkarılmasında önemli rol oynarlar. Derinlik Önemli Çıkarımlar (Devam): Uzaklık Genel olarak, bir P-dalgası bir süreksizliğe çarptığında sadece yansıyan ve kırılan Pdalgaları değil aynı zamanda yansıyan ve kırılan S-dalgaları da üretir. Tersine olarak bir S-dalgası da yansıyan ve kırılan P-dalgaları üretir. P-den S-dalgasına ve S-dalgasından Pdalgasına olan dönüşümler dalga dönüşümü olarak adlandırılır. Sismik Dalgalar Derinlik Dalgalar ve Tabaka Sınırları Direk Yansıyan Kırılan Uzaklık Önemli: Yüksek hızlı tabakanın daha düşük hızlı bir tabaka üzerinde olması durumunda, şekilde görülen dalgalardan sadece direk gelen dalgaları ve yansıyan dalgaları sismogramlarda kayıt edebiliriz. Bu durumda, asla kırılan dalgaları sismogramlarda göremeyiz. Çünkü kırılan dalgalar normale yaklaşarak derinlere doğru yayınırlar ve asla yüzeye dönmezler. Hatırlama Hatırlama Sismik Dalgalar Derinlik 0 ms dan yaklaşık 70 ms’ye kadar dalga üst tabakada yayınır.70 ms’den sonra dalga süreksizliğe ulaşır ve önceki durumda olduğu gibi dalga enerjisinin bir kısmı süreksizlikte kırılarak yüksek hızlı tabakaya geçer ve diğer bir kısmı da aynı tabaka içinde yansıyarak yayınıma devam eder. Burada da önceki modelde olduğu gibi benzer bir dalga cephesi görülmektedir. Arada ki fark; Kırılan dalgaların eğriselliği ve dalga boyunun direk dalgaların ve yansıyan dalgalarınkilerden farklı olmasıdır. Derinlik Model: (2) Yüksek hızlı tabakanın düşük hızlı tabakanın altında olması durumu Derinlik Dalgalar ve Tabaka Sınırları Uzaklık Hatırlama Sismik Dalgalar Derinlik 50 ms Derinlik Derinlik Derinlik 25 ms Bu durumda, sismik ışının Snell Kanunu’na göre süreksizlikte normalden uzaklaşarak yayınması nedeniyle kırılan dalga cephesi direk dalga cephesinden daha eğriseldir. Çünkü tabaka sınırında hızların artması nedeniyle kırılan dalga, yüksek hızlı tabaka içinde, direk ve yansıyan dalgalarınkinden daha uzun dalga boyuna sahiptir. Derinlik Derinlik Dalgalar ve Tabaka Sınırları 75 ms Uzaklık Uzaklık Sismik Dalgalar Hatırlama Dalgalar ve Tabaka Sınırları Eğer dalgaların ilerlemesini izlersek kırılan dalga ile ilgili ilginç bir olay gelişir. Kırılan dalga süreksizlik boyunca ilerlerken Baş Dalgası (head wave) denen yeni bir dalga tipi üretir. Önce ki modelde bu dalga tipi asla oluşmaz. Sin i1 / V1 = sin i2 / V2 Yukarıda ki Snell Kanunu ifadesinde i1 açısını kritik açı (ic) ile yer değiştirildiğinde i2 açısı 90o olur. Bunun anlamı Baş dalgası derinlere nüfus etmeden süreksizlik boyunca yayınır. Baş dalgaları direk dalgalardan daha uzun bir yol almasına rağmen, belli bir uzaklıktan sonra, daha yüksek hızlı tabaka içinde yol aldığından sismogramlarda direk dalgalardan daha önce görünür. Sismik Dalgalar Düşük hız tabakalı bir ortamda ışınlar ve seyahat zamanları Vo > V1 < V2 < V3 Hatırlama Sismik Dalgalar Hatırlama Dalga Dönüşümü Dalga dönüşümü sismoloji’ye özgü bir olaydır. Ne ses ne ışık ve ne de su dalgaları için böyle bir özellik yoktur. Bu özellik, elastik dalgaların süreksizlikleri geçerken neden olduğu bir özelliktir. Bir açı (incident angle) ile süreksizliğe Kırılan “S” çarpan bir P-dalgası sadece sıkışma (compression) değil aynı zamanda Kırılan “P” makaslamaya (shear) da neden olur. Aynı şekilde SV-dalgası da bir açı ile süreksizliğe geldiğinde yansıyan ve kırılan P- ve SV-dalgaları oluşturur. Yansıyan “P” Ancak, bir SH-dalgası bu durumda sadece yansıyan ve kırılan SH dalgaları Gelen “P” oluşturur. P-dalgası normal açı ile (90o) Yansıyan “S” süreksizliğe geldiğinde sadece yansıyan ve kırılan P-dalgaları oluşturur. Bu dönüşümler karmaşık bir duruma neden olmasına karşın sismoloji bilimi sayesinde bu durum avantaja çevrilir. Hatırlama Sismik Dalgalar Dalga Dönüşümü Snell Kanunu gelen, yansıyan ve kırılan ışınların açılarını belirler gelen sin i / vp1 = sin j / vs1 = sini´/ vp2 = sin j´/ vs2 Gelen SH SV SH SV P Yansıyan Yansıyan P SH Kırılan SV Kırılan Hatırlama Sismik Dalgalar Sabit hızlı tabakalı ortamda dalga yayınımı V1 V1 V2 V3 V4 V2 V3 V4 Hatırlama Sismik Dalgalar Sabit hızlı tabakalı ortamda dalga yayınımı V1 V1 V2 V3 V4 V2 V3 V4 Hatırlama Sismik Dalgalar Sabit hızlı tabakalı ortamda dalga yayınımı V1 V1 V2 V3 V4 V2 V3 Sonuç olarak, ….. V4 Hatırlama Sismik Dalgalar Sabit hızlı tabakalı ortamda dalga yayınımı V1 V1 V2 V3 V4 V2 V3 ………...ardışık kırılmalardan sonra, V4 Hatırlama Sismik Dalgalar Sabit hızlı tabakalı ortamda dalga yayınımı V1 V1 V2 V3 V4 V2 V3 V …………………………………………. Işınlar yeryüzeyine geri dönerler4 Sismik Dalgalar Hatırlama Sabit-hızlı tabakalara karşılık hız gradienti olan tabakalarda ki ışın yayınımı arasındaki fark V1 V1 V1 constant V1 V0 mZ “Her tabaka ışın yolu boyunca ışını büker.”
