Cihazlar

Manyetotelürik (MT) cihazları hakkında kısa bilgiler (geliştirilmektedir)

1. Giriş

Yer - elektrik arama/araştırma metodlarından biri olan manyetotelürik (MT) yöntemi doğal kaynakların araştırılması, jeotermal sahaların incelenmesi, yeraltı sularının/sıvılarının konumlarının tespiti, çevre jeofiziği uygulamaları, arkeo-jeofizik uygulamaları, depremsellik ile ilgili çalışmalar, yanardağların araştırılması, okyanus tabanlarının araştırılması gibi uygulama alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

En basit haliyle MT yönteminde amaç yerin farklı derinliklerdeki elektriksel özellikleri bir, iki ve üç boyutlu olarak resmetmektir. Bunu sağlamak için yeryüzeyinde herhangi bir noktada yatay elektrik alan bileşenleri (Ex ve Ey) ile yatay ve düşey manyetik alan bileşenleri (Hx, Hy ve Hz) zaman serileri olarak kaydedilirler. Kaydedilen zaman serilerinin miktarına/süresine bağlı olarak farklı frekanslarda empedans tensörü, faz tensörü, görünür özdirenç, faz, transfer fonksiyonu (tipper) gibi büyüklükler hesaplanabilir. Manyetotelürik yönteminin 50’li yılların başlarında teorik temellerinin (Tikhanov, 1950; Rikitake, 1950; Cagniard, 1953) atılmasından bu yana bahsi geçen zaman serilerini kayıt altına almak için çeşitli cihazlar geliştirilmiştir.

2. Manyetotelürik (MT) cihazların tarihçesi

Yerin ve uzayin manyetik alaninin siddetini ve yonunu olcmeye yariyan cihazlara manyetometre adi verilir.

3. MT cihazlarını oluşturan birimler

Günümüzün modern MT cihazları kayıtçı, manyetik sensör (algılayıcı), elektrotlar (pot veya fincan), çeşitli tipte ve uzunlukta kablo (manyetik sensör ve telürik alan için kullanılan kablolar), güç kaynağı gibi birimlerden oluşmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte MT yönteminde çok önemli bir konu olan bileşenler arasındaki zaman senkronizasyonu GPS (Global Positioning System) cihazları kullanılarak gerçekleştirlimektedir.

Kullanılan kaynağa göre sınıflamanın yanı sıra MT cihazları sensor (algılayıcı) tiplerine, uygulamada hedeflenen derinliklere ve uygulamanın gerçekleştirilidiği ortamlara göre sınıflandırılabilirler.

Kaynağa göre sınıflama:

- Kontrol kaynaklı ses frekansı MT cihazı (Controlled Source Audio Frequency Magnetotellurics-CSAMT)

- Doğal kaynakla çalışan MT cihazi (Natural Source Magnetotellurics)

Kontrol kaynaklı MT cihazları genellikle bir bölgedeki sığ (yaklaşık yer yüzeyinden bir - iki km derinliğe kadar) yapıyı hedefleyen çalışmalarda kullanılırlar. Kaynağın kontrollü olması özellikle elektromanyetik açıdan gürültülü bölgelerde (şehir, otoyol, demiryolu vb. gürültü kaynaklarının yakınlarında) avantaj sağlar. Kontrol kaynaklı MT cihazlarının alternatifi doğal kaynakla çalışan MT cihazlarıdır. Doğal kaynağı kullanan MT yönteminde atmosfer tabakalarından biri olan iyonosferin bir düzlem dalga kaynağı olarak davrandığı kabul edilir (Vozoff, 1972; Jiracek, 1990; Jones, 1996, Bedrosian, 2004). Prensipte manyetosferdeki alan değişimleri düşük frekans kaynağı olarak (<1 Hz) ve Dünya genelindeki yıldırım aktivitesi ise yüksek frekans kaynağı olarak (> 1 Hz) davranırlar. Doğal kaynağı kullanan cihazların kontrol kaynaklı cihazlar karşısında derine bakabilme, pratik olma ve hesaplı olma gibi üç önemli avantajı olduğu söylenebilir.

Sensör tipine göre sınıflama:

- Endüksiyon tipi manyetik sensörlu MT cihazı

- Fluxgate tipi manyetik sensörlu MT cihazı

Kullanılan manyetik sensöre göre iki ayrı MT cihazi geliştirilmiştir. Endüksiyon tipi manyetik sensör kullanan MT cihazlarında yer manyetik alanını üç bileşenini kaydetmek için kullanılan algılayıcılar üç ayrı endüksiyon bobininden oluşur. Bu bobinler etrafı bakır tel ile sarılı yüksek manyetik geçirgenliğe sahip bir çekirdekten ibarettir. Pratikte kullanılan bobinlerin (kesit) boyutları ve sarım sayıları ölçümü hedeflenen frekans aralığına göre farklılık gösterir. Yöntemin arazide uygulanması aşamasında üç bileşenin yönelimleri ve düzeçleri hassas bir şekilde yapılmalıdır. Bobinler araziye yerleştirilirken iki referanstan birisi tercih edilmelidir. Bobinler manyetik veya coğrafik kuzey referans alınarak dikkatlice yerleştirilmelidirler. Manyetik alanın yatay bileşenleri, manyetik kuzey referans olarak alındığında doğru deklinasyon açısı (ülkemizde yaklaşık olarak 4 derece doğu) kullanılarak döndürülmeleri gerekir. Uygulama sırasında sıkca yapılan hatalar arasında yatay bileşenlerin ters yerleştirilmeleri gelir. Bu konuda dikkat edilmesi gereken husus şudur: Hx bileşeninin pozitif tarafı daima Kuzey’e, Hy bileşenin pozitif tarafı ise Doğu’ya bakmalıdır. Bobinlerin aralarına birbirlerini etkilemeyecek kadar mesafe bırakılmalıdır (yaklaşık 3 - 5 m). Arazideki olası gürültü kaynakları düşünülerek konumlandırılmalılardır. Endüksiyon bobinleri (gündüz ve gece arasındaki) sıcaklık değişimlerinden kolaylıkla etkilenirler. Bu yüzden ve diğer dış etkilerden korunmak için genellikle yere açılan bir hendeğin içine gömülürler. Üzerlerinden veya yakınlarından telürik kabloların geçmemesine dikkat etmek gerekir. Endüksiyon bobinlerini kullanan MT cihazları ses frekansı MT (AMT) ve geniş-bant MT gibi daha çok yüksek frekansı hedefleyen uygulamalarda kullanılırlar.

Fluxgate tipi sensörlerin kullanıldığı MT cihazlarında ise üç bileşen tek bir Fluxgate algılayıcı biçimindedir. Fluxgate algılayıcısı üç adet halka-çekirdekten oluşur. Fluxgate manyetometreleri birer varyometre’dirler. Manyetik alanın üç bileşenini mutlak (absolute) olarak ölçemezler. Yalnızca alandaki değişimlere duyarlıdırlar. Piyasada bulunan uzun periyot (derin yapıya duyarlı) MT cihazları Fluxgate manyetometrelerinin MT uygulamalarına uyarlanmış halleridir. Fluxgate tipi manyetik sensörler araziye yerleştirilirken düzeci ve yönelimi hassas bir şekilde ayarlanmalıdır. Bobin tipi sensörlerde olduğu gibi fluxgate sensörünü yere gömmek olası dış etkileri azaltacaktır. Bu tip sensör kullanan MT cihazları uzun periyot ölçümlerinde yaygın olarak kullanılırlar.

Hedeflenen derinliğe göre sınıflama:

- Radyo MT cihazları

- Ses frekansi MT cihazları (10 kHz - 0.1 Hz) - (0.0001 - 10 saniye)

- Genis-bant MT cihazları (400 Hz - 0.0005 Hz) - (0.001 - 2000 saniye)

- Uzun periyot MT cihazları (1 Hz - 0.00005 Hz) - (1 - 20000 saniye)

Tüm elektromanyetik yöntemlerin prensibinde olduğu gibi kullanılan kaynak hangisi olursa olsun (iyonosfer veya kontrol kaynaklı) elektromanyetik dalga difuzyon prensibine uygun davranarak yerin içerisine nüfuz eder. Sinyalin nüfuz derinliği kullanılan frekansa ve ortamın iletkenliğine bağlıdır. Maxwell denklemlerinden elde edilen formul ile kolaylıkla hesap edilebilir. Buna göre yüksek frekanslar (kısa periyotlar) sığ yapı hakkında bilgi taşırlarken, alçak frekanslar (uzun periyotlar) derin yapı hakkında bilgi verir. Çözüm üretilmeye gayret edilen probleme göre hedeflenen derinlik ve buna bağlı olarak kullanılan cihazlar farklılık gösterirler.

- Radyo MT: Sığ, mühendislik amaçlı çalışmalarda kullanılırlar.

- Ses frekansi MT cihazları: Yerin ilk bir-iki km’sine duyarlıdır. Nisbeten sığ çalışmalarda kullanılır. Doğal kaynakların tespitinde, jeotemal sahalarda, yanardağlarla ilgili çalışmalarda kullanılırlar.

- Genişbant MT cihazları: En yaygın kullanılan cihazlardır. Ortamın iletkenliğine göre 15-20 km gibi derinlikler hakkında kolaylıkla bilgi sağlayabilir. Üst-kabukla ilgili çalışmalarda, sismojenik zon araştırmalarında yaygın olarak kullanılırlar.

- Uzun periyot MT cihazları: Derin yapının çıkarılmasında etkin bir araçtır. Tektonik yapıların tanınmasında, bölgesel çalışmalarda kullanılırlar.

Araştırma yapılan ortama göre sınıflama:

Araştırma yapılan ortama göre sınıflama yaparsak MT cihazlarını iki ana başlık altında toplamak mümkündür. Bunlar:

- Kara çalışmalarında kullanılan MT cihazları

- Okyanus tabanında kullanılan MT cihazları

4. Sonuç

Kaynaklar