Elastic-Wave-Propagation

Giriş

Elastik dalgaların yayılımı ve davranışı birçok alanda büyük bir öneme sahiptir. Elastik dalgalara dayalı olarak sismoloji, akustik ve malzeme bilimi gibi alanlar incelenir. Sismoloji, deprem dalgalarının yayılması ve davranışıyla ilgilenerek deprem aktivitelerinin izlenmesi ve depremlerin neden olduğu zararın anlaşılmasına yardımcı olur. Akustik, sesin yayılması ve algılanmasıyla ilgilenir ve müzik, ses mühendisliği, konuşma tanıma teknolojisi gibi birçok uygulamada kullanılır. Malzeme bilimi alanında ise elastik dalgalar, malzemelerin mekanik özelliklerini anlamak ve dayanıklılığını belirlemek için kullanılır. Elastik dalgalar ayrıca sinyalizasyon tekniklerinde de kullanılır ve su altı iletişimi gibi alanlarda veri aktarımını mümkün kılar. Elastik dalgaların doğası ve davranışının anlaşılması, farklı alanlarda inovasyonların ve teknolojik gelişmelerin gerçekleştirilmesine katkıda bulunur.

Ders Özeti – 08

Sismik dalga fazlarının adlandırılması için uluslararası bir terminoloji kabul edilmiştir ve bu terminoloji genellikle Latince kökenlidir. İlk ve ikinci sismik dalga fazları "P" ve "S" olarak adlandırılır.

"P" dalgaları, "Primary" (birincil) veya "Pressure" (basınç) dalgaları olarak bilinir. Bunlar, en hızlı yayılan ve genellikle ilk olarak algılanan dalgalar olarak görülür. "P" dalgaları, ortamda bir yayılma yönlü deformasyona neden olan birincil dalgalardır.

"S" dalgaları ise "Secondary" (ikincil) veya "Shear" (kesme) dalgaları olarak adlandırılır. Bunlar "P" dalgalarından daha yavaş yayılan ve daha sonra algılanan dalgalardır. "S" dalgaları, ortamda bir kesme deformasyonuna neden olan ikincil dalgalardır.

Ayrıca, sismik dalga fazlarını tanımlamak için kullanılan bazı diğer terimler de vardır:

● "L" dalgaları, "Long-period" (uzun periyotlu) dalgalar olarak adlandırılır. Bu dalgalar, genellikle büyük depremlerin uzaklara (Uzaklık>300km) yayılan düşük frekans bileşenleridir.

● "M" dalgaları, "Microseism" (mikroseizm) dalgaları olarak adlandırılır. Bu dalgalar, genellikle deniz dalgalanmaları, rüzgar ve diğer doğal etkenlerden kaynaklanan arka plan sismik gürültüyü temsil eder.

● "R" dalgaları, "Rayleigh" dalgaları olarak bilinir. Bu dalgalar yüzey dalgalarıdır ve genellikle yuvarlak hareketlerle ilerler. Yer ve hava arayüzünde sıkışma ve gerilme kombinasyonu ile yayılırlar.

● "L" dalgaları, "Love" dalgaları olarak adlandırılır. Bu dalgalar da yüzey dalgalarıdır, ancak yalnızca yatay hareketlere sahiptirler. Yer yüzeyinde sadece yatay hareketlerle ilerlerler.

Buraya kadar anlatılan temel terminoloji, sismik dalgaların davranışını ve özelliklerini belirtmek için kullanılan standart bir dil sağlar ve uluslararası sismoloji topluluğu tarafından kabul edilir (Şekil 1).

Şekil 1

Cisim dalgaları, deprem dalgalarının bir türüdür ve katı içinde ilerlerler. İki ana tipi vardır: P (Primary) ve S (Secondary) dalgaları. Cisim dalgaları, sismik dalgalardır ve depremin odak noktasından uzaklaşarak sismik istasyonlara ulaşırlar. P dalgaları, S dalgalarından daha hızlı hareket eder, bu yüzden genellikle deprem anında önce P dalgaları algılanır, ardından S dalgaları gelir. Cisim dalgaları, depremin kaynağından yayılan enerjiyi taşıyan ve deprem dalgalarının en önemli bileşenleridir. Bu dalgaların anlaşılması, deprem mekanizmalarının incelenmesi, deprem tehlikesinin değerlendirilmesi ve yapıların depreme dayanıklı hale getirilmesi gibi alanlarda büyük öneme sahiptir.

Şekil 2A

Yüzey dalgaları, deprem sırasında yer kabuğu yüzeyinde yayılan ve en belirgin ve kuvvetli şekilde hissedilen dalgaların bir türüdür. Yüzey dalgaları, içerisinden geçtikleri ortamın sınırlarında (örneğin, yerin yüzeyinde veya okyanus tabanında) meydana gelen etkileşimlerden kaynaklanır. İki yaygın yüzey dalga tipi vardır: Rayleigh dalgaları ve Love dalgaları.

Rayleigh dalgaları, yuvarlak hareketler yapan ve yüzeyde geniş bir alana yayılan dalgalar olarak bilinir. Bu dalgalar, yatay ve dikey salınım bileşenlerinin bir kombinasyonunu içerir. Rayleigh dalgaları, genellikle büyük depremlerin uzaklara yayılan düşük frekanslı bileşenleridir.

Love dalgaları ise yatay hareketlere sahip dalgalardır. Yer yüzeyinde sadece yatay salınımlara sahiptirler ve dikey salınım bileşenleri yoktur. Love dalgaları, Rayleigh dalgalarından daha yüksek frekanslara sahiptir.

Şekil 2B

Yüzey dalgaları, diğer deprem dalgalarından daha yavaş hareket ederler, ancak genellikle daha büyük amplitütlere sahiptirler. Bu nedenle, yüzey dalgaları genellikle depremde en fazla hasara neden olan dalgalar olarak kabul edilir. Yapılar üzerindeki etkileri büyük olabilir ve bu nedenle deprem mühendisliği ve yapısal tasarım süreçlerinde dikkate alınması gereken önemli bir faktördür.

Yüzey dalgaları ayrıca sismik verilerin analizinde ve depremlerin incelenmesinde kullanılan önemli araçlardır. Yüzey dalgalarının özellikleri, depremin kaynağı, enerji dağılımı, yer kabuğu yapısı ve diğer faktörler hakkında bilgi sağlayabilir (Şekil 2A ve Şekil 2B).

Cisim dalgaları ve yüzey dalgaları, depremler sırasında yayılan farklı tipteki sismik dalgalardır ve birkaç önemli farka sahiptirler.

1. Yayılım Yolu: Cisim dalgaları, depremin enerjisinin iç merkezde ki odak noktasından yayılmaya başlamasıyla doğrudan ilerlerken, yüzey dalgaları ise yer kabuğunun yüzeyinde ilerler. Cisim dalgaları yeryüzünün hemen hemen bütün hacminde ilerlerken yüzey dalgaları ise yer kabuğunun üstünde hareket eder.

2. Hız: Cisim dalgaları, yüzey dalgalarından daha hızlı hareket eder. Özellikle P (Primary) dalgaları, en hızlı deprem dalgalarıdır. S (Secondary) dalgaları ise P dalgalarından daha yavaş hareket eder. Yüzey dalgaları ise en yavaş hareket eden deprem dalgalarıdır.

3. Yayılma Yönü ve Salınım Yönü: Cisim dalgaları, yayılma yönüne dik olarak sıkışma ve gerilme deformasyonları üretir. P dalgaları basınç dalgası olarak yayılırken, S dalgaları kayma veya kesme deformasyonları üretir. Yüzey dalgaları ise yüzeyde yayılır ve yuvarlak veya yatay salınımlar yapar. Rayleigh dalgaları, yuvarlak hareketler yaparken, Love dalgaları yatay salınımlar gösterir.

4. Etki ve Hasar: Cisim dalgaları, yapılar içinde yayılmadığından dolayı genellikle daha az hasara neden olurlar. Ancak, yapılar üzerinde dikey titreşimlere neden olabilirler. Yüzey dalgaları ise yapılar üzerinde daha büyük etkiye sahip olabilirler ve bu nedenle hasar riski daha yüksektir.

ÇALIŞMA SORULARI

Kaynak

Hangi sismik dalgalar daha hızlı hareket eder: S dalgaları mı yoksa P dalgaları mı?
Sismik dalgaların hızının 0-670 km derinlikten nasıl değiştiğini açıklayınız?
İlk 670 km derinlikteki hız değişikliğinin nedenini belirtiniz?
Alt mantodaki sismik dalgaların hızı, üst mantodakine kıyasla nasıldır? (Nereye daha hızlı seyahat ederler?
Üst ve alt manto arasındaki hız değişikliğinin nedenini açıklayınız?
D ve E arasındaki dalgalara ne olur? Neden?
Dış çekirdekte neden S dalgası yok?
Dalgalar en hızlı hangi katmanda yol alır ve neden?

Bu farklar, sismik dalgaların davranışını anlamak ve deprem etkilerini değerlendirmek için önemlidir. Deprem mühendisliği, yapısal tasarım ve deprem tehlike analizi gibi alanlarda bu farklılıklar dikkate alınarak yapıların depreme dayanıklı hale getirilmesi ve deprem risklerinin azaltılması amaçlanır.

P dalgasının 3 boyutlu kaydı, deprem dalgalarının hareketlerinin tüm yönlerini içeren bilgileri sağlar. Bu kayıtlar, P dalgasının doğrusal bir hareket yaptığını, yayılma yönüne dik olarak sıkışma ve gerilme deformasyonları ürettiğini ve enerji yaydığını gösterir. Ancak, 3 boyutlu kayıtlar, P dalgasının hareketinin farklı doğrultularda nasıl değiştiğini ve yayılma hızının farklı yönlerde nasıl değiştiğini de ortaya koyar.

Temel farklar şunlardır:

1. Hareket Doğrultusu: P dalgası, yayılma yönüne dik olarak sıkışma ve gerilme deformasyonları üretir. 3 boyutlu kayıtlar, bu hareketin farklı doğrultularda nasıl gerçekleştiğini gösterir. Örneğin, kayıtlar P dalgasının yatay veya dikey hareketini ortaya koyabilir.

2. Yayılma Hızı: P dalgası, deprem dalgalarının en hızlı yayılan bileşenidir. 3 boyutlu kayıtlar, P dalgasının yayılma hızının farklı yönlerde nasıl değiştiğini gösterir. Bu, depremin kaynağından uzaklaşıldıkça P dalgasının hızının nasıl değiştiğini ve bu değişimin doğrultusunu gösterir.

3. Amplitüt Değişimi: P dalgasının 3 boyutlu kaydı, deprem dalgalarının amplitüdünün farklı yönlerde nasıl değiştiğini gösterir. Bu, deprem kaynağından uzaklaşıldıkça P dalgasının enerjisinin nasıl dağıldığını ve farklı doğrultularda nasıl değiştiğini ortaya koyar.

Şekil 3

Bu temel farklar, 3 boyutlu P dalgası kaydının elde edilmesiyle deprem analizlerinin daha ayrıntılı yapılmasını sağlar. Bu kayıtlar, deprem kırılmasının fiziksel mekanizmalarının belirlenmesi, yeraltı yapılarının davranışının anlaşılması ve deprem tehlikesinin değerlendirilmesi gibi alanlarda önemli bir rol oynar (Şekil 3).

S dalgaları, P dalgalarından daha yavaş hareket eder ve genellikle P dalgalarının ardından gelirler. S dalgalarının 3 boyutlu kaydı, deprem dalgalarının hareketlerinin farklı doğrultularda nasıl gerçekleştiğini ve yayılma hızının farklı yönlerde nasıl değiştiğini gösterir. Bu kayıtlar, S dalgalarının yatay hareketlerini, yayılma yönlerini ve enerji dağılımlarını ortaya koyar. Örneğin, 3 boyutlu kayıtlar S dalgalarının yatay hareketinin farklı doğrultularda nasıl gerçekleştiğini gösterebilir. Bunlar, S dalgalarının ileri-geri veya sağ-sol hareketlerini ve bu hareketlerin şiddetini belirlemeye yardımcı olur.

Ayrıca, 3 boyutlu kayıtlar S dalgalarının yayılma hızının farklı yönlerde nasıl değiştiğini gösterir. Bu, S dalgalarının deprem kaynağından uzaklaşıldıkça nasıl yayıldığını ve bu yayılmanın doğrultusunu ortaya koyar. S dalgasının 3 boyutlu kaydı, deprem analizlerinde, yeraltı yapıların davranışının anlaşılmasında ve deprem tehlikesinin değerlendirilmesinde kullanılır. Bu kayıtlar, depremin etkilerinin daha ayrıntılı bir şekilde analiz edilmesini ve ilgili bilgilerin elde edilmesini sağlar.

S dalgaları (Secondary dalgalar) ve P dalgaları (Primary dalgalar) deprem sırasında yayılan iki farklı sismik dalga türüdür ve birbirinden farklı özelliklere sahiptir.

Yayılma Yönü: P dalgaları, sıkışma ve gerilme deformasyonları yoluyla yayılırken, S dalgaları kayma veya kesme deformasyonları yoluyla yayılır. P dalgaları, deprem dalgalarının yayılma yönüne dik olarak hareket ederken, S dalgaları yatay bir harekete sahiptir.
Yayılma Hızı: P dalgaları, diğer deprem dalgalarının en hızlı yayılan bileşenidir ve daha yüksek hızlara sahiptir. S dalgaları ise P dalgalarından daha yavaş hareket eder.
Yayılma Şekli: P dalgaları, malzeme içinde birbirine yakın sıkışma ve gerilme hareketleri üreterek ilerlerken, S dalgaları yatay bir kayma hareketiyle ilerler. Bu nedenle, P dalgaları genellikle bir yayılma ve sıkışma hareketi olarak algılanırken, S dalgaları daha çok yan yatma veya sallanma hareketi olarak hissedilir.
Yayılma Mesafesi: P dalgaları, S dalgalarına göre daha uzak mesafelere yayılabilir. Bu nedenle, bir deprem sırasında genellikle önce P dalgaları algılanır, ardından S dalgaları gelir.
Geçirgenlik: P dalgaları, sıvılar ve katılar gibi farklı ortamlarda yayılabilirken, S dalgaları sadece katı ortamlarda hareket edebilir. Bu nedenle, P dalgaları sıvılar ve gazlar dahil birçok ortamda yayılabilirken, S dalgaları sadece katı ortamlarda algılanır.

Bu farklılıklar, deprem dalgalarının davranışını ve yayılma şeklini anlamamızı sağlar. P ve S dalgaları, depremlerin kaynağından uzakta bulunan istasyonlarda kaydedilen sismogramlarda farklı karakteristiklere sahip olarak görülebilir. Bu özellikler, deprem analizlerinde, deprem tehlikesinin değerlendirilmesinde ve yeraltı yapılarda kullanılan sismik verilerin yorumlanmasında önemlidir.

Ders Özeti – 09:

Yüzey dalgaları, deprem sırasında yer yüzeyinde hareket eden ve iki yaygın türü olan Rayleigh dalgaları ve Love dalgaları olan sismik dalgaları ifade eder. Rayleigh dalgaları, ileri-geri ve yukarı-aşağı hareket eden bir kombinasyonla yer yüzeyinde dairesel bir hareket oluşturur. Love dalgaları ise yatay bir şekilde sallanan ve kayan hareketiyle yer yüzeyini sallar. Yüzey dalgaları, deprem kaynağından uzaklaştıkça genellikle azalır, ancak yerel zemin koşulları ve diğer faktörler hareketlerini etkileyebilir. Yüzey dalgaları, yapıların ve yerleşim alanlarının depreme karşı dayanıklılığını değerlendirmede ve deprem tehlikesi analizlerinde önemli bir rol oynar. Ayrıca, yüzey dalgalarının genlik değişimi ve hareket karakteristikleri, yeraltı yapı tasarımlarında da göz önünde bulundurulur.

Katı ve sıvı ortamların dalga geçişi, hızı ve yayılımı, yer altındaki yapı ve özellikler hakkında bize önemli bilgiler sağlar. Bu bilgiler, yer altı jeolojisini ve yer kabuğunun iç yapısını anlamamıza yardımcı olur ve çeşitli uygulamalarda faydalıdır.

Yer Altı Jeolojisi: Katı ve sıvı ortamların farklı dalga geçiş özellikleri, yer altı jeolojik yapıların tanımlanmasında kullanılır. Ses, elektromanyetik veya diğer türdeki dalgalar, farklı ortamlarda farklı şekillerde yayılır. Örneğin, sismik dalga geçişi, farklı yoğunluk ve elastisiteye sahip katmanlar arasında değişiklikler gösterir. Bu, jeolojik yapıların, yer altı tabakalarının ve kayaç türlerinin haritalanmasına ve karakterize edilmesine yardımcı olur.
Yeraltı Su Kaynakları: Sıvı ortamların, özellikle yeraltı su tabakalarının varlığı ve özellikleri hakkında bilgi sağlar. Sismik dalga geçiş hızı ve yansıması, su geçirgenliği ve su tabakalarının kalınlığı gibi parametrelerin belirlenmesinde kullanılır. Bu bilgiler, su kaynaklarının yönetimi ve suyun etkin bir şekilde çıkarılması için önemlidir.
Madencilik: Katı ve sıvı ortamların dalga geçişi ve hızı, madencilik faaliyetlerinde yararlıdır. Sismik yöntemler, yer altı maden rezervlerinin belirlenmesi ve maden ocaklarının güvenli bir şekilde işletilmesi için kullanılır. Dalga geçişi özellikleri, maden damarlarının, cevher yataklarının ve yer altı boşluklarının karakterizasyonunda önemli bir rol oynar.
Yeraltı Kaynakları Keşfi: Katı ve sıvı ortamların dalga geçişi, enerji ve doğal kaynakların keşfi ve çıkarılmasında da önemlidir. Örneğin, petrol ve gaz rezervlerinin belirlenmesi için sismik görüntüleme teknikleri kullanılır. Dalga geçişi hızı ve yayılım özellikleri, yer altındaki rezervlerin konumunu ve yapısını belirlemek için kullanılır.

Şekil 4

Bu nedenlerle, katı ve sıvı ortamların dalga geçişi, hızı ve yayılımı, yer altındaki yapıların, jeolojik formasyonların, su kaynaklarının, maden rezervlerinin ve enerji kaynaklarının karakterizasyonu ve keşfi için önemli bir araçtır (Şekil 4).

Jeffreys-Bullen yer modeli, dünya içindeki farklı katmanların dalga geçişi özelliklerini açıklamak için kullanılan bir modeldir. Bu model, dünyanın iç yapılarını temsil etmek için dört temel katmanı içerir: kabuk, üst manto, alt manto ve dış çekirdek.

Sismik Dalga Görüntüleyici, tarayıcı tabanlı bir araçtır ve depremlerin neden olduğu sismik dalga yayılımını görselleştirmek için kullanılır. Bu araç, dalga yayılımını hızlandırma, yavaşlatma veya tersine çevirme gibi kontrollerle kontrol edebilme özelliğine sahiptir. Sismik dalga görüntüleyici, depremlerin Dünya'nın iç yapısı hakkında çıkarımlar yapmamızı sağlayabilecek kanıtları gösterme potansiyeline sahiptir.

Jeffreys-Bullen yer modeli, deprem dalgalarının mesafeye bağlı olarak ulaşma süresini gösteren seyahat süresi eğrilerinden türetilen basit katmanlı bir modeldir. Bu model, depremden sonra dalgaların zaman içinde nasıl değiştiğini gösterir. Uluslararası Sismoloji Merkezi, geçmişte Jeffreys-Bullen tablosunu deprem tespiti sürecinde kullanmıştır, ancak daha sonraki incelemelerde tablonun revize edilmesi gerektiği ortaya çıkmıştır. Bu revizyon, kısa mesafelerdeki hızın üst manto heterojenliği nedeniyle daha yavaş olduğunu göstermiştir.

Parçacık hareketinin genliği, bir sismik dalga sırasında parçacığın maksimum genlikte hareket ettiği noktayı ifade eder. Faz dalga cephesi 90 derecelik bir açıyla temsil edilirken, diğer dalga cepheleri pozitif genlikten negatif genliğe (180 derece) ve minimum genlikten maksimum genliğe (270 derece) doğru hareket eder. Dalga cephesi ve ışın yolu, farklı dalga tipleri için ilk dalga cephelerini temsil eder. Dalga cephesinin hızı, ivmesi veya yavaşlaması değiştiğinde, dalga cephesinin tam bir dönüş yapması ve ışın yolunun bükülmesi veya kırılması meydana gelir. Sismik iz, bir sismik dalga kaynaktan alıcıya doğru seyahat ettiği yol olarak tanımlanır. Seyahat süresi, kontrollü kaynak çalışmaları gibi sismik kırılma ve yansıma için genellikle pozitif yönde aşağı doğru gösterilir, olarak, sismik dalga görüntüleyici, depremlerin sismik dalga yayılımını görselleştirmek ve Dünya'nın iç yapısı hakkında bilgi sağlamak için kullanılan bir araçtır. Jeffreys-Bullen yer modeli, deprem dalgalarının seyahat sürelerini temsil eder ve sismik dalga hareketinin karakteristiklerini incelememize yardımcı olur.

Jeffreys-Bullen modeline göre, farklı katmanlarda dalga geçişi hızı ve diğer dalga özellikleri değişir. Örneğin:

1. Kabuk: Yeryüzünün en üst katmanı olan kabuk, jeolojik olarak daha hafif malzemelerden oluşur. Ses ve sismik dalgalar kabukta daha yavaş bir hızla ilerler. Bu, sismik dalga kaynaklarından uzaklaşıldıkça sismik kayıtlarda dalga varış sürelerinde artışa neden olur.

2. Üst Manto: Kabuğun altında yer alan üst manto, daha yoğun ve katı kayaçlardan oluşur. Sismik dalga hızı üst mantoda artar. Bu, sismik dalga kaynaklarından uzaklaşıldıkça dalga varış sürelerinin azalmasına neden olur.

3. Alt Manto: Üst mantonun altında yer alan alt manto, daha da yoğun ve viskoziteye sahip malzemelerden oluşur. Sismik dalga hızı alt mantoda biraz daha artar. Dalga geçişi hızındaki bu artış, dalga varış sürelerinin daha da azalmasına yol açar.

4. Dış Çekirdek: Dış çekirdek, sıvı demir-nikel karışımından oluşur. Sismik dalga hızı dış çekirdekte azalır. Bu, sismik dalga kaynaklarından uzaklaşıldıkça dalga varış sürelerinde bir artışa neden olur.

Jeffreys-Bullen modeli, dalga geçişi hızı değişimlerini ve dalga varış sürelerini açıklamak için kullanılan bir yol sağlar. Bu, deprem kaynaklarının ve yeraltı yapılarının karakterizasyonunda ve deprem tehlikesinin belirlenmesinde önemli bir role sahiptir. Ayrıca, jeolojik yapıların anlaşılmasına ve yer altındaki farklı katmanların özelliklerinin belirlenmesine yardımcı olur.

Dalga cepheleri ve ışın yayımları, sismik dalgaların yayılımının temel prensiplerini açıklamak için kullanılan terimlerdir.

Dalga Cepheleri: Bir deprem kaynağından yayılan sismik dalgalar, dalga cepheleri olarak adlandırılan konsantrik halkalar halinde yayılır. Dalga cepheleri, deprem kaynağından uzaklaştıkça büyüyerek genişler. Bu cephelerdeki dalga yayılımının hızı ve yönü, sismik dalgaların farklı katmanlarda nasıl hareket ettiğini ve yayıldığını gösterir. Dalga cepheleri, sismik dalgaların dalga önleri ve dalga arkaları olarak da bilinen iki bölüme ayrılır.

● Dalga Önü: Dalga önü, sismik dalgalardan önce gelen ve dalga cephelerinin ilerlediği bölümdür. Bu bölgede, sismik dalga hızı ve genlik değişir ve farklı katmanlardan geçiş sırasında yansıma, kırılma ve soğurma gibi fenomenler meydana gelir.

● Dalga Arkası: Dalga arkası, sismik dalgalardan sonra gelen ve dalga cephelerinin gerilediği bölümdür. Dalga arkasında, dalga enerjisi ve genlik azalırken, dalga süreleri ve frekansları da değişir. Dalga arkası, sismik dalgaların kaynak noktasından uzaklaştıkça nasıl zayıfladığını ve değiştiğini gösterir.

Işın Yayımları: Işın yayımları, sismik dalgaların yayılım yönlerini ve hareketlerini temsil etmek için kullanılan kavramlardır. Her bir noktadan yayılan sismik dalgalar, belirli bir yön ve açı ile yayılır. Işın yayımları, dalga cephelerinin düz çizgiler halinde ilerlemesini ifade eder.

● P-Dalgası Işınları: P-dalgası ışınları, P-dalgalarının yayılım yönlerini gösterir. P-dalgası ışınları, sıkışma ve gerilme hareketi ile ilerler ve genellikle katı ve sıvı ortamlarda yayılır. P-dalgaları, en hızlı yayılan sismik dalgalar olduğu için genellikle daha düz ve doğrudan yayılım gösterirler.

● S-Dalgası Işınları: S-dalgası ışınları, S-dalgalarının yayılım yönlerini gösterir. S dalgaları, P dalgalarından daha yavaş hareket eder ve genellikle P dalgalarının ardından gelirler. S-dalgası, yatay bir şekilde kayan harekete sahip olduğu için yüzeyde bükülme hareketi yapar. S-dalgaları, sadece katı ortamlarda P-dalgalarına kıyasla daha yavaş yayılır (Şekil 5)(Ders Özeti - 09)

Ders Özeti – 10

Sismik dalga hızları, Dünya'nın derin yapısını anlamak için önemli bir bilgidir. S dalgaları özellikle bu konuda değerli bilgiler sağlar. S dalgalarının üç geniş varyasyonu vardır: kesme dalgalarının merkez üssünden uzakta her yöne aktığı farklı aşamalar ve Dünya'nın sınırlarıyla karşılaşıldığında ilk S dalgalarının değiştiği farklı aşamalar. Sismik dalga hızının toprak veya kaya içinde ölçülmesi, deprem sırasında ortaya çıkan farklı dalga türlerinin hızlarını belirlememize yardımcı olur.

P ve S dalgalarının hızları, malzemenin yoğunluğuna bağlıdır. Yoğunluğu artırmak, P ve S dalgalarının hızını da artırır. Ayrıca, malzemeler arasındaki farklılık da dalga hızını etkiler. Nafe-Drake Eğrisi, P-dalgası hızı ile yoğunluk arasındaki ilişkiyi gösteren bir grafiktir. Mafik mineral bileşimi, basınç, sıcaklık ve sıvı varlığı da dalga hızını etkileyen faktörlerdir. Sismik hızlar, farklı kaya türleri, mineraller ve yapılar gibi jeolojik yapılardan etkilenebilir.

Sismik hızlar, jeologların ve sismologların yer kabuğunun doğasını ve yapısını anlamalarına yardımcı olan önemli bir araçtır. Birch Yasası, hız ve malzeme yoğunluğu arasındaki ilişkiyi tanımlayan bir fiziksel yasadır ve katı yüzey tabakalaşması, çekirdek yapısı ve diğer jeolojik özellikleri araştırmak için kullanılabilir, sismik dalga hızları ve özellikle S dalgaları, Dünya'nın derin yapısını anlamak ve jeolojik yapılara ilişkin bilgiler elde etmek için önemli bir role sahiptir.

Sismik hız, yoğunluk ve jeoloji birbirleriyle ilişkili önemli kavramlardır ve jeofizik, sismoloji ve jeoloji alanlarında kullanılırlar.

Sismik Hız: Sismik dalgaların bir ortamda yayılırken hızıdır. Sismik dalgalar, P (basınç) dalgaları ve S (yıkıcı) dalgaları olarak bilinen iki temel türü vardır. Bu dalgalar, bir ortamın elastik özelliklerine bağlı olarak yayılır ve sismik hız, bu yayılma hızını ifade eder. Sismik hız, bir ortamın yoğunluğu, elastiklik modülleri ve sıkıştırılabilirlik gibi fiziksel özellikleriyle ilişkilidir. Farklı jeolojik ortamlar farklı sismik hızlara sahip olabilir ve bu özellikler, yeraltı yapısının karakterizasyonunda ve jeofizik araştırmalarda önemli bir rol oynar.

Yoğunluk: Yoğunluk, bir maddenin birim hacimdeki kütlesini ifade eder. Jeolojik açıdan, yoğunluk bir malzemenin birim hacminin ne kadar kütlesel olduğunu belirtir. Jeolojik ortamların yoğunlukları, içerdikleri minerallerin veya malzemelerin türü ve yoğunluklarına bağlı olarak değişir. Örneğin, magmatik kayaçlar genellikle yüksek yoğunluğa sahiptir, sedimentler daha düşük yoğunluklu olabilir ve su gibi sıvılar daha düşük yoğunluğa sahiptir. Yoğunluk, jeolojik ortamların karakterizasyonunda ve yeraltı yapılarının modellemesinde önemli bir parametre olarak kullanılır.

Şekil 6

Jeoloji: Jeoloji, yerkabuğunun yapısını, bileşimini, tarihini ve evrimini inceleyen bilim dalıdır. Jeolojik süreçler, kayaçların oluşumu, değişimi, erozyonu ve tortul çökellerin birikmesi gibi doğal süreçlerle ilişkilidir. Jeoloji, yeraltı yapısını ve tabakalarını anlamak, doğal kaynakları değerlendirmek, volkanik ve deprem aktivitesini anlamak gibi birçok uygulama alanında önemli bir rol oynar. Jeolojik bilgiler, inşaat projeleri, madencilik, petrol ve gaz keşifleri, deprem tehlikesi analizi gibi birçok alanda kullanılır ve sismik hız, yoğunluk gibi jeofizik parametrelerle birlikte değerlendirilir (Şekil 6) (Ders Özeti -10).

Ders Özeti – 11

Sismometre ve sismograf, depremlerin analiz edilmesi ve ölçülmesi için kullanılan cihazlardır. Sismometre, yer kabuğundaki deprem titreşimlerini algılayan ve ölçen bir cihazdır. Genellikle ağırlık veya mıknatıs destekli bir kütleden oluşur. Algılanan titreşimler, elektromanyetik sensörler tarafından yakalanır ve depremin büyüklüğüne, yönüne ve süresine göre analiz edilir. Sismik aktiviteyi izlemek ve tahmin etmek için kullanılır.

Sismograf ise yeryüzünün hareketini ölçen bir cihazdır. Bir sismometre, yer hareketini algılayan sensörler ve bir kayıt sistemi içerir. Bu cihaz, deprem dalgalarının genliğini ve frekansını kaydederek depremin karakteristiklerini belirlemeye yardımcı olur.

Depremler, ~~katı~~ Dünya'nın kırılgan sismik kabuğunda 'seismogenic layer' meydana gelen ~~dalgalardır~~ fiziksel olaylardır. Deprem dalgaları, malzemenin elastik özellikleri nedeniyle yayılabilir. Malzemenin elastikliği, dış kuvvetlere tepki olarak deforme olma ve orijinal şekline geri dönme kabiliyetidir. Sismik dalgaların iletimi, malzemenin yoğunluğu, bileşimi, elastik modülü, heterojenliği, anizotropisi ve zayıflaması gibi faktörlerden etkilenir.

Gerilme tensörü, deforme olabilen katı bir malzemedeki kuvvetlerin matematiksel bir tanımıdır. Bu tensör, malzemenin farklı noktalarındaki gerilmenin büyüklüğü ve yönü hakkında bilgi sağlar. Gerilme tensörü, malzeme davranışı ve uygulanan kuvvetlere verilen tepki hakkında anlayış sağlar.

Şekil 7

Sismik hızlar da önemli bir kavramdır. Young modülü (K), bir malzemenin birim alan başına sıkıştırılması için gereken kuvvetin bir ölçüsü olarak tanımlanır. Kayma modülü (m), malzemeyi deforme etmek için gereken birim alan başına kuvvetin bir ölçüsüdür. P dalgaları genellikle S dalgalarından daha hızlı hareket eder, bu da P dalgalarının her zaman S dalgalarından daha büyük bir hızla yayıldığını gösterir. Sıvıların kayma modülü sıfır olduğundan, S dalgaları sıvılar aracılığıyla yayılamaz. Sismik hızlar, malzemenin özelliklerine bağlı olarak değişir ve genellikle daha yoğun kayalar daha yüksek sismik hızlara sahiptir, sismometre ve sismograf, depremlerin ölçülmesi ve analiz edilmesinde kullanılan önemli araçlardır. Sismik aktiviteyi izlemek ve deprem davranışını anlamak için bu cihazlar ve sismik dalgaların iletimini etkileyen faktörler dikkate alınır (Şekil 7).

Ders Özeti – 12

Erken uyarı sistemi dünyada 3 ülkede bulunmaktadır, Amerika, Japon ve Türkiye. Amerika’da Deprem servisi ve diğer bilimle ilgilenen kurumlar aktif olarak verilerin Twitter’da paylaşım yapılmaktadırlar. Depremlerin erken uyarı sistemi ile ilgili olarak, özellikle sensörlerin belirli bir uzaklıkta yerleştirilmesi ve deprem dalgalarının hızlı bir şekilde işlenmesi gerekmektedir. Depremin merkezinden uzaklık, P ve S dalgaları arasındaki zaman farkını belirler. İzmit depremi örneğinde, İstanbul'a olan uzaklık nedeniyle P dalgası ile binalar ve insanlar uyandıktan sonra 45 saniye sonra S dalgaları gelmiştir. Bu süre, insanların kendilerini güvende alması veya önlemler alması için önemli bir zamandır. Ancak depremler gece veya insanların uyanık olduğu zamanlarda meydana gelirse, 45 saniye uyarı süresi daha etkili olabilir.

Depremlerin erken uyarı sistemi, doğal afetlere karşı önlem almak için kullanılabilir. Örneğin, doğalgaz patlamaları veya alt yapı sorunlarına bağlı felaket durumlarına karşı şehrin emniyetini sağlamak için kullanılabilir. Ayrıca, deprem merkezine olan uzaklık, erken uyarı sisteminin etkinliği açısından önemlidir. Eğer bölgelerde erken uyarı sistemi olsaydı, deprem merkezine daha yakın olan şehirlerdeki doğalgaz veya elektrik sistemlerinin kapatılması gibi önlemler alınabilirdi.

Depremlerin erken uyarı sistemi, dünya genelinde çeşitli ülkelerde kullanılmaktadır. Örneğin, Japonya, Meksika ve Amerika Birleşik Devletleri gibi ülkelerde bu sistemler tam ölçekli olarak kullanılmaktadır. Türkiye'de ise İstanbul'da kısmen bir erken uyarı sistemi bulunmaktadır, özellikle doğalgaz borularının güvence altına alınması için kullanılmaktadır.

Depremlerin erken uyarı sistemi, deprem dalgalarının analizi ve spektral analiz ile çalışmaktadır. Farklı dalgaların ayrı bir şekilde analiz edilmesi, kompleks dalga yayılımının ortaya çıkmasını sağlar. Mühendislik ürünlerinde spektral analiz yöntemleri kullanılarak bu dalgalar ayırt ~~edilebilir~~ ve analiz edilebilir. Depremlerin erken uyarı sistemi, deprem dalgalarının hızlı bir şekilde işlenmesi ve insanlara zamanında uyarı yapılması için önemli bir teknolojidir. Doğal afetlere karşı önlem almak ve insan güvenliğini sağlamak için kullanılabilir.

Depremde ortaya çıkan kırılma sonucunda dalgalar oluşur. Yerin altında gerçekleşen kırılmanın etkisiyle ortaya çıkar. Bu dalgalar farklı türlerde olabilir. ve P dalgası, S dalgası ve yüzey dalgaları gibi farklı hızlarda hareket eden dalgalardan oluşur. P dalgası, diğer dalgalardan daha hızlı bir şekilde yayılır ve ilk olarak varış yapar. Ardından S dalgası, daha yavaş bir hızda P dalgasını takip eder. Son olarak, daha yavaş varış hızına sahip yüzey dalgaları devam eder. Elastik dalga yayılımlarını yakalayabilmek veya izleyebilmek için sensörler kullanılır. Bu yakalama işlemine "detection" veya "algılama" denir. P dalgasının yayılımıyla ilgili bilgilere sahip olduğumuzda, bu veriler "early warning" veya "erken uyarı" adı verilen veri işleme merkezine gönderilebilir. İkinci adımda, deprem dalgasının varlığı kesinleştikten sonra, bu bilginin deprem uyarı merkezine iletilmesi gerekmektedir. Üçüncü adımda ise, erken uyarının olduğu kesinleştikten sonra, bu bilginin yaşayan insanlara erken uyarı mesajı şeklinde iletilmesi önemlidir. Bu adımlar, deprem anında insan hayatını kurtarabilecek önemli aşamaları göstermektedir. Birinci adımda deprem dalgasının varlığı, ikinci adımda uyarı merkezine iletme ve üçüncü adımda ise erken uyarı mesajının insanlara iletilmesi şeklinde sıralanır (Şekil 8).

Şekil 8

Bu şekilde elastik dalga yayılımları kullanılarak, depremler oluştuğunda öncelikle depremin tanınması, ardından depremin şiddetinin riskli ve yıkıcı olduğunun belirlenmesi, verilerin işlenmesi ve P dalgasından alınan doğrulama sonrasında insanlara bu tür mesajların gönderilmesi sağlanır.

Ayrıca, bu verilerin işlenmesiyle, deprem sonrası yıkımların azalması ve afet riskinin azaltılması için yapılması gerekenler belirlenebilir. Örneğin, doğalgaz vanalarının kapatılması veya elektrik ve enerji vanalarının devre dışı bırakılması gibi önlemler alınabilir. Elastik dalga yayılımları, depremlerle ilgili verilerin erken uyarı sistemlerinin temel verileri olarak kullanılır.

Ses dalgaları, zamanla girişim ve darbelerle girişim olmak üzere iki önemli olguya sahiptir. Zamanla girişim, sesin yükselip alçalması olarak ifade edilebilirken, darbelerle girişim, dalgaların belirli bir hacim içinde senkronize olduğunda ortaya çıkan dalga modellerini içerir.

P-Dalgası ve S-Dalgası, bir kayanın deformasyonunu zamanın bir fonksiyonu olarak tanımlar. Kayma hızı (S dalgaları), basitçe şekli değiş~~tir~~irken, sıkıştırma hızı hacmi ve şekli değiş~~tir~~ir. Kayma hızı (S dalgaları), gözenekli kumtaşının deformasyona uğramamış hacmini ifade eder.

Elastik sabitler ve hızlar, bir malzemenin elastik sabiti tarafından belirlenir. Bir malzemenin elastisite modülü yüksekse, yani Young Modülü yüksekse, malzemenin ses hızı da yüksek olacaktır. Bu ses hızı, mühendislik tasarımı, kalite kontrol ve diğer birçok uygulamada kullanılabilir.

Rastgele ortamda dalgalanan sismik dalgalar, rastgele değişen parametrelere sahip bir ortamdan geçerken meydana gelen dağınık sismik dalgalardır. Heterojen veya kırılmış kaya oluşumları gibi rastgele değişen parametrelere sahip ortamlar, dalgalanmaların analizi ve yorumlanması üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Dağınık dalgalar, çözünürlük kaybına neden olabilir ve gerçek yeraltı özellikleri ile jeolojik yapıların gürültü arasında ayrımını zorlaştırabilir.

Bu nedenle, ses dalgalarının davranışı, elastik sabitlerin ve hızların rolü, rastgele ortamlarda dalgalanmanın etkisi gibi konular sismik verilerin analizi ve yeraltı yapısının karakterizasyonu için önemlidir.

Ders Özeti -13

Elastik dalga yayılımı depremlerde ortaya çıkar. Depremler sırasında ortaya çıkan enerji, farklı dalga formlarında olabilir ve bu dalga formlarının değişimi, ortaya çıkan deprem şiddetinde büyük farklılıklara neden olabilir.

Elastik dalga genellikle şehirlerdeki binaların hasarının farklı olmasına sebep olan değişiklikler gösterir. Dalgaların hareket yönleri, örneğin kuzey-güney yönleri gibi, farklı olabilir. Elastik dalgalarla ilgili olarak dikkat etmemiz gereken en önemli nokta, en net ve belirgin şekilde kaydedilmesi gereken en büyük bileşenin nerede ve hangi yönde olduğudur. P dalgası düşey yönde hissedilir ve aslında deprem öncesi uyarı niteliği taşır. P dalgasından sonra S dalgası gelir ve deprem meydana gelir. P ve S dalgaları arasındaki zaman farkı, erken uyarı sistemlerinde kullanılır. Ancak, bazı deprem örneklerinde bu fark 2 saniyeden az olduğu için erken uyarı sistemi kullanmak zor olabilir.

Yerdeki deprem kaynaklı elastik dalgaların izlenmesiyle ilgili son teknoloji, 900 km çapında bir alana yayılan sismik verilere dayanmaktadır. Sismografların, açıklanması zor bir "dinamik aralığı" vardır.

Günümüzde elastik dalgalar, dijital ortamda kaydedilerek dünya genelindeki tüm depremlerin 12 nokta arasındaki mesafenin 0.1 mm'lik bir hassasiyetle kaydedilmesini sağlar. Eski yöntemlerle kağıt üzerinde kaydetme girişiminde bulunmak için gerçekten muazzam bir kağıt gerekecektir.

Elastik dalgalardaki uyum etkileri, farklı yoğunluktaki sıvılara bağlı olarak değişebilir. Bu değişimler, zaman içindeki doygunluğu farklı şekillerde ölçmek mümkündür ve bunu gözlemlemek önemlidir.

Sismik dalga değişimi, ortamdaki heterojen yapıyı ve iç yapının farklılığını belirlememize yardımcı olur. su ve petrol arasındaki farkı ölçmek için saturasyon ve sismik. Suyun yoğunluğu daha azdır, bu yüzden daha yoğun bir sıvı vererek petrol gibi daha az yoğun bir malzemeyi çıkartmak için kullanabiliriz.

Şekil 9

Laboratuvarlarda, Lazer Doppler vibrometresinin temel prensipleri kullanılarak model deneyleri gerçekleştirilmektedir (Şekil 9).

Dalga formu üretici cihazdan elektrik sinyali üreterek PTZ noktasında PZPZO adlandırdığımız transfer noktasında elastik dalgaya çevirerek, kap içerisinde bulunan fırının ortamdan kurutulmuş kayaç numunesine dalga vererek kayda geçirildi, Kap içerisinde bir kayaç, kapın ağızına kadar iki çeşit sıvı kullanıldı bir Su ikincisi Petrol zaman içerisinde verilen elastik dalga değişimini kayda geçirildi. Zamanla değişikler ortaya çıkıyor bu da kayaç suya doymuş oluyor, deneyin başınada sonuna kadar kayaç içinde su doygunluğu değişimine bağlı olarak elastik dalga formlarının genliklerinin yayılma özelliklerinde ki değişimine bağlı olarak sismik hızları tespit etmekle homojen ortamdan sinyali farklı açı veya ağ yönde göndererek, sonuçta ortam homojen ise görüldüğü üzere kaydedilen sinyallerin genlikleri değişmeyecektir hemen hemen aynı olacaktır.

Rastgele ortamda hareket eden dalgaların (2D Sismik Dalga Değişimi) incelenmesi de bu çalışmanın bir parçasıdır. Homojen bir ortamda P ve S dalgaları bulunurken, rastgele bir ortamda her iki dalga türü de bulunur. Sıvı doygunluğu oranının değişimi önemlidir. Petrol sıvısı, su sıvısından daha düşük bir yoğunluğa sahiptir. Sıvı doygunluğunda artış olduğunda, su sıvısının %6,3'ü kadar bir artış olduğu görülebilirken, petrol sıvısının %13'ü kadar bir azalma olduğu belirlenebilir. Gözeneklilik değişimlerinin etkisi olan su doygunluğu oranı, izumi kum taşı için %6,5 iken Shirahama kum taşı için %13'tür. Sismik hız, genellikle 15 ila 30 dakika arasında dalgalanır. Hız değişiminin sismik dalga zaman atlaması için kullanılan formül, "Hız = Seyahat süresi / Mesafe" dir. İzumi kum taşı için %6,3 porozite (su enjeksiyonu) durumunda geçen süre, 5 dakika ile 30 dakika arasında değişir ve 5 dakika sonra 10 dakika, ardından 10 dakika ve son olarak 5 dakika şeklinde devam eder. Shirahama kum taşı için %13 gözeneklilik (su doygunluğu) durumunda ise deney süresi 30 dakikadır. Ayrıca, Shirahama kum taşı için %13 gözeneklilik (yağ doygunluğu) durumunda deney süresi 1 dakika, 3 dakika, 5 dakika ve 7 dakikadır. Shirahama kum taşı %13 gözenekliliğe, İzumi kum taşı ise %6,5 gözenekliliğe sahiptir ve bu, su enjeksiyonunun sismik hızı nasıl etkilediğini gösterir. Akışkan türü de sismik hızı etkiler. Shirahama kum taşı (su enjeksiyonu ve petrol enjeksiyonu) %13 gözenekliliğe sahiptir. Bu araştırma, ultrasonik dalgaları izlemek için yeni bir sistem kullanımını göstermiştir. Petrofiziksel değişiklikler, gözeneklilik ve doygunluk gibi faktörler jeofiziksel özelliklerde zaman atlamalı değişikliklere neden olur. Zaman atlamalı deneysel çalışmalar, 4D enstrümanlı bir petrol sahası araştırması öncesinde Fizibilite Risk Analizi için kullanılabilir. Uzun vadeli hedef, kısmen doymuş gözenekli kayalardaki zayıflama değişikliklerini ve mikroyapısal değişiklikleri açıklamaktır.

Sonuç:

Elastik dalgaların yayılımı ve davranışı birçok alanda büyük bir öneme sahiptir. Bu dalgaların doğru bir şekilde anlaşılması, sismoloji, akustik, malzeme bilimi ve iletişim teknolojileri gibi birçok alanda ilerlemeye ve gelişmelere yol açmaktadır. Elastik dalgaların incelenmesi, deprem aktivitelerinin izlenmesi, deprem dayanıklılığı için yapı tasarımı, sesin yayılması ve algılanması, malzemelerin mekanik özelliklerinin anlaşılması, su altı iletişimi gibi birçok alanda önemli uygulamalar sağlar. Bu bilgiler, güvenli ve dayanıklı yapılar inşa etmek, ses teknolojilerini geliştirmek, malzeme performansını optimize etmek ve iletişim sistemlerini iyileştirmek gibi birçok alanda fayda sağlar. Elastik dalgalar, teknolojik ilerlemelerin temelini oluşturan önemli bir bilgi kaynağıdır ve bu nedenle sürekli olarak araştırılmaya ve anlaşılmaya devam etmektedir. Deprem kaynaklı elastik dalgaların yeryüzündeki takibi için birçok teknoloji ve yöntem bulunmaktadır. Bu teknolojiler arasında sismograflar, istasyon ağları, ulusal ve bölgesel sismik ağlar, sismik izleme uyduları ve ileri uyarı sistemleri yer almaktadır. Bu teknolojiler, deprem aktivitesini izlemek, kaydetmek, analiz etmek ve halkı uyarmak için kullanılmaktadır. Bu sayede deprem hareketleri hakkında daha fazla bilgi edinilebilir, deprem tehlikesi değerlendirilebilir ve gerektiğinde önlemler alınabilir.

Anahtar kelimeler: Deprem. Sismik dalgalar, yer fiziği, dalga yayılımı, dalga hızı

Kaynak:

Ders özeti 08: https://elasticwavepropagation.blogspot.com/p/ders-07-elastik-dalgalarn-yaynm.html

Ders özeti 09: Ders 09: Elastik Dalgaların Yayınımı (elasticwavepropagation.blogspot.com)

Ders özeti 10: Ders 10: Elastik Dalgaların Yayınımı (elasticwavepropagation.blogspot.com)

Ders özeti 11:Ders 11: Elastik Dalgaların Yayınımı (elasticwavepropagation.blogspot.com)

Ders özeti 12:Ders 12: Elastik Dalgaların Yayınımı (elasticwavepropagation.blogspot.com)

Ders özeti 13:Ders 13: Elastik Dalgaların Yayınımı (elasticwavepropagation.blogspot.com)

Şekil 1:Ders 08: Elastik Dalgaların Yayınımı (elasticwavepropagation.blogspot.com)

Şekil 1.2: Deprem Dalgaları (bilimvetekno.com)

Şekil 2.2: Deprem Dalgaları (bilimvetekno.com)

Şekil 3:Ders 08: Elastik Dalgaların Yayınımı (elasticwavepropagation.blogspot.com)