Sismik dalgaların sönüm karakterinden zemin özelliklerinin belirlenerek sınıflandırılması

Abstract

Bu çalışmanın amacı, genlik azalım, spektral oran, Wiener süzgeç ve Yapay Sinir Ağları (YSA) yöntemleri kullanılarak, zemin içerisinde yayılan sismik dalgaların soğrulmasının kestirilmesi, kestirim yöntemlerinin karşılaştırılması ve kestirim sonuçlarıyla zemin özelliklerinin incelenmesidir. Bu amaca yönelik olarak, bahsi geçen yöntemleri kullanarak soğrulma parametresinin kestirimini sağlayacak MATLAB ortamında programlar yazılmıştır. Kullanılan yöntemlerin performansları ilk olarak çeşitli miktarlarda gürültü içeren yapay sismogramlar üzerinde incelenmiş ve karşılaştırmaları yapılmıştır. Gürültü içermeyen yapay verilerde kestirim yöntemlerinin başarı yüzdesi oldukça yüksektir. Gürültü miktarı arttıkça kestirim yöntemlerinde başarı yüzdesi azalmaktadır. YSA yönteminin uygulamasında toplam 480 model incelenmiştir. İncelenen modellerin performanslarına göre girdi parametresi olarak dalgacıkların genişliğinin, enerjilerinin ve kat ettikleri mesafelerin farkları, çıktı olarak ise sismik kalite faktörü (Q) kullanılmıştır. Bu çalışmada Yapay Sinir Ağları metodolojisi kullanılarak dalga formundan soğrulma parametresinin kestirilmesi sismik uygulamalar alanında yapılan ilk çalışmalar arasında yer alacaktır. Çalışmada kullanılan kestirim yöntemleri TÜBİTAK projesi kapsamında İstanbul İli, Arnavutköy ilçesi, Yeniköy mahallesinde toplanmış 5 numaralı yüksek ayrımlı sismik yansıma hattının verilerine uygulanarak zeminin fiziksel özellikleri ve litolojisi incelenmiştir. Yöntemlerin Q kestiriminde aynı veriler kullanılmış olup her bir yöntem için 424 tane Q kestirimi, toplamda ise 1696 tane Q kestirimi yapılmıştır. Kestirim sonuçlarının ve istatistik çalışmaların (standart sapma ve güven aralığı) değerlendirilmesi neticesinde YSA, Wiener süzgeç ve spektral oran yöntemlerinin birbirlerine oldukça yakın sonuçlar verdiği görülmüştür. Genlik azalım yönteminin gürültüye olan duyarlılığından dolayı nispeten kestirimde daha yüksek risk göstermektedir. Çalışma alanında önceden yapılan çalışmalara göre zemin, killi ve kumlu birimlerden oluşan, suya doygun, güncel ve eski heyelanlar neticesinde heterojenitenin gözlemlendiği oldukça zayıf bir zemin özelliği göstermektedir. Bu çalışmaya göre bu fiziksel şartlar altındaki zeminlerin Q değerinin 7,9 ile 13,6 arasında olması beklenebilir.

The aim of this study is to estimate the attenuation of the seismic waves which propagate in soil by using amplitude decay, spectral ratio, Wiener filter and Artificial Neural Networks (ANN). Comparison of the estimation methods and investigation of soil properties by using the estimation results are alternative purposes of this study. For this purpose, programs which provide the estimation of the attenuation parameter by using the above mentioned methods have been developed using MATLAB. The performances of the used methods were examined and compared firstly by using synthetic seismograms which includes various amounts of noise. The percentage of success of the estimation methods is quite high for noiseless synthetic data. As the amount of noise increase the percentage of success of the estimation methods decrease. Total 480 models were examined in the application of the ANN methods. Depending on the performances of the examined ANN methods, the difference between two wavelets depending on their widths, energy, and the traveling distance is used as input and as output Q parameters are used. The estimation of the attenuation parameter from waveform by using ANN presented in this study is one of the first studies made in the field of seismic application. Estimation methods used in this study were applied to the high resolution seismic reflection data which was collected from Yeniköy district of Arnavutköy, İstanbul within the scope of a TÜBİTAK Project. The physical properties and the lithology of the soil were examined by using the results of Q estimations. The same data were used for Q estimations of all the methods. For each method 424 and in total 1696 Q estimations were made. As a result of the evaluation of the estimation results and statistical analysis, it was seen that ANN, Wiener filter and spectral ratio methods produced quite similar results. According to the previous studies carried out in the study area, the soil consists of clay and sandy units and is water saturated. Also heterogeneity is observed as result of the past and current landslides. Because of these conditions the soil shows a weak soil property. According to results obtained in this study, under physical conditions it is expected that the soil’s Q values were between 7,9 and 13,6.