Alaşehir grabeninde sismik modelleme çalışması
Seismic modeling study in the Alaşehir graben
Yazar: NİGAR GÖZDE OKUT
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA EMİN DEMİRBAĞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering
Dizin: Gediz grabeni = Gediz graben

Özet:
Tez çalışması kapsamında Batı Anadolu'da yer alan ve önemli graben sistemlerinden
birisi olan Alaşehir grabenine ait derinlik modelinin yapay sismik yansıma kesitleri
şeklinde sunulması amaçlanmaktadır. Bu amaç için jeofizikte modellemede düz
problem çözümü kullanılarak, ışın izleme yöntemiyle kesitler zaman ortamında,
yığma ve göç kesitleri şeklinde elde edilmiştir. Jeofizikte düz çözüm yöntemiyle
jeolojik modele ait jeofiziksel cevap elde edilmektedir. Sismik yansıma yönteminde
de genel olarak düz problem çözümü kullanılmaktadır. Bu çalışmada da Alaşehir
grabenine ait derinlik modelinin sismik cevabı, yapay yığma ve göç kesitleri şeklinde
sunulmuştur.
Alaşehir grabeni özellikle sahip olduğu jeotermal potansiyel kaynağı açısından son
zamanlarda daha fazla dikkat çeken ve araştırılan bir alan olmuştur. Tez çalışmasında
genel olarak önceki çalışmalar ve sonuçları ile birlikte en güncel yazılan kaynaklar
kullanılmıştır. Bu kaynaklardan grabeni oluşturan ana yapılar, formasyonlar,
formasyonlara ait sismik hızlar, grabeni dolduran birimlerin evrimi gibi temel bilgiler
elde edilmiştir. Bu temel bilgiler ışığında grabeni temsil eden bir derinlik modeli
öngörülmüştür. Alaşehir grabeni için formasyon bilgileri N.B.Çiftçi (2007)
tarafından yazılan doktora tezinden, formasyonlara ait sismik hızlar ise D.
Demircioğlu-Kolenoğlu (2009) tarafından yazılan yüksek lisans tezinden bölgede
TPAO tarafından açılan Alaşehir-1 sondaj kuyusunda yapılan kuyu atışları (check-
shot) ve sondaj bilgileri dikkate alınarak kullanılmştır. Alaşehir-1 sondaj kuyusu,
bölgede açılan diğer sondaj kuyularına nazaran grabeninin temeline inen kuyu olması
nedeniyle ayrı bir önem taşımaktadır. Kaynaklarda grabeni oluşturan ana yapısal
unsurlar, formasyonlar ve bunların geometrileri sismik kesitler şeklinde de
desteklenmiştir. Bu bilgiler dikkate alınarak Alaşehir grabenini temsil eden bir
derinlik modeli oluşturulmuştur.
Derinlik modelinde grabeninin güney kenarını sınırlayan, eğimi derinlere doğru
düşen listrik fay özelliği gösteren ana fay, grabeninin en önemli yapısıdır. MGBF
olarak adlandırılan bu fay aynı zamanda "yokuş-düzlük" geometrisine sahiptir.
Grabeni oluşturan bir diğer önemli yapı ise, kuzey kenarını sınırlayan ve MGBF' nin
antitetik fayı olma özelliğini gösteren Kuzey sınır fayıdır. Bu fay, ana faya nazaran
daha dik bir eğime sahiptir. Alaşehir grabeni beş farklı formasyon içeren sedimanter
örtü kayaçlarından ve metamorfik temel kayaçlardan oluşmaktadır. Grabeni dolduran
sedimanter örtü kayaçları rollover geometrisine sahip olup, ana faya doğru yelpaze
şeklinde uzanan ve kalınlıkları güneyden kuzeye doğru incelen tabakalanma
göstermektedirler. Formasyonlara ait sismik hız değerleri kuyu atışları sonucu elde
edilen sismik ara hız değerleridir ve her bir formasyon için ayrı ayrı belirlenerek
derinlik modelinde gösterilmiştir. Metamorfik temel için de sismik ara hız 5000 m/
sn olarak belirtilmiştir. Derinlik modelinin oluşturulmasından sonraki adım, bu
modelin sismik cevabının yapay yığma ve göç kesitleri şeklinde elde etmektir. Düz
çözüm yöntemiyle ışın izleme modellemesi kullanılarak derinlik modeli iki boyutlu
yapay sismik yansıma kesitleri şeklinde sunulmuştur. Yığma kesitinin oluşturulması
için öncelikli bölgeye ait hız/derinlik modelinin tanıtılması gerekmektedir. Burada
grabeni oluşturan ve derinlik modelinde gösterilen bütün yapılar yüzeyden derine
doğru sismik ara hız ve derinlik bilgileri kullanılarak veri işlem paketindeki ilgili
modüllerce tanıtılmış ve veri tabanına kaydedilmiştir. Bu adım bir veri işlem adımı
değildir. Sadece modellemede kullanılmak üzere gerekli olan bir ön işlemdir. İki
boyutlu hız/derinlik modelinin tanıtılmasıyla ışın izleme yöntemi kullanılarak
belirtilen ışın tipine göre ışın yolları üretilmiş, yansıma katsayıları ve çift-yol seyahat
zamanları hesaplanmış, süzgeçleme ile dalgacık biçimi kazandırılarak Alaşehir
grabenine ait derinlik modelinin yapay yığma kesiti elde edilmiştir. Işın tipi olarak
difraksiyon üreten ışın yolu seçilmiştir. Bunun nedeni ilk olarak derinlik modelinde
faylar gibi keskin köşelerin bulunduğu yapıların olması bir diğer nedeni ise, yığma
kesitine uygulanılacak olan göç işleminin bu saçılma enerjisi üzerindeki etkisini
ortaya koymaktır. Yığma kesitinde fayların formasyonlarla kesiştikleri yerlerde,
antitetik ve sintetik faylanmaların olduğu yerlerde saçılma enerjisinin baskın olduğu
görülmüştür. Grabenin tabanını oluşturan Alaşehir formasyonu ise yığma kesitinde
derinlik modelinde olduğundan daha dar görülmektedir. Ayrıca güney kenarını
sınırlayan ana fay ile kuzey sınır fayının kesiştikleri yansıma yüzeyi düşük hız
farkından dolayı zaman ortamında arayüzeyi sanki yukarı yükseltilmiş gibi
metamorfik temele ait arayüzeye yakın yansıma yüzeyi şeklinde görülmüştür. Bu
etkilerin giderilmesi adına yığma sonrası zaman migrasyonu ile göç veri işlemi
uygulanmıştır.
Göç veri işleminde pseudo-hız analizi ile derinlik modeli dikkate alınarak belirli
CDP noktalarında hız analizi değerleri çift/tek yol seyahat zamanlarına karşılık hız
değerleri kullanılarak yapılmıştır. Kuyu atışından elde edilen sismik ara hız
değerlerinden ortalama ve RMS hız değerleri matematiksel bağıntıları dikkate
alınarak hesaplanmıştır. Genel olarak bu farklı üç sismik hız için göç veri işlemi test
edilmiştir. Elde edilen göç kesitlerinde difraksiyonlara bağlı olarak meydana gelen
saçılma enerjileri tamamen ortadan kalktığı görülmüştür. Fayların yerleri daha
belirgin hale gelmiş, eğimli olaylar gerçek yerlerine taşınmıştır. Üç farklı hız için göç
kesitleri karşılaştırıldığında, ara hızlar kullanılarak elde edilen göç kesitinin derinlik
modeline göre daha iyi sonuç ürettiği gözlenmiştir. Ortalama hızlarda özellikle güney
kenarını sınırlayan ana fayın eğimi derinlere doğru değişirken, tortullar içerisinde
bulunan antitetik fayların eğimlerinin ve yerlerinin ara hız sonuçlarına göre değişim
gösterdiği sonucu elde edilmiştir. RMS hızları kullanıldığında ise, grabeninin kuzey
kenarında gözlenen ana yapıların derinlere doğru tamamen bozulduğu,
arayüzeylerden gelen yansımaların ve fayların yerleri hakkında yorum yapılmasının
güçleştiği sonucu elde edilmiştir. Bu çalışmada hız analizi veri tabanına
tanımlanırken, derinlik modeli dikkate alınarak yapılardaki değişimlere göre CDP
aralıları dar/geniş olarak seçilmiştir. Ancak veri üzerinden yapılan hız analizinde
doğru hız değerlerinin seçilmesi, doğru yığma ve göç kesitlerinin elde edilmesinde
önemli bir veri işlem adımını oluşturmaktadır.

Abstract:
In this thesis study, synthetic stacked section and corresponding migrated sections
with different velocity models are generated by seismic modeling method for a depth
model which refers to Alasehir graben in western Turkey. For this purpose, sections
were obtained in time domain as stacked and migrated sections by using forward
modeling, ray tracing method. Forward problem in geophysics, begins with an
estimate of the subsurface-model and derives the seismic response. It is also possible
to do the opposite. It is to define the seismic response in time and directly derive the
subsurface structure in depth. Generally in seismic methods forward problem
solution is much more preferred.
Studying area, the east-west trending Alasehir graben, is one of the prominent
structures in western Turkey and proved to have hydrocarbon, geothermal energy
potentials by lots of researchers. In this study, previous studies in the literature and
the most current references were used. Main informations such as main structures
that forms Alasehir graben, formations, seismic velocities for formations, evolution
of Alasehir graben, geometries of main structures were acquired from these
references. The depth model of Alasehir graben was composed under these
circumstances. For Alasehir graben formations were used from master thesis, written
by N.B.Çiftçi (2007), seismic velocities related to formations were used from
graduated thesis written by D. Demircioğlu-Kolenoğlu (2009). In the study area three
wells have been drilled by TPAO. All three boreholes intersect the Alasehir
formation which is the deeper part of the graben, but only Alasehir-1 borehole
reached to the base of the Alasehir formation by cutting Evrenli member of Alasehir
formation. From check-shots were carried out in Alaşehir-1 borehole and thus
seismic interval velocities were obtained from these check-shots related to the
formations. Alasehir graben is one of the best-developed graben system in western
Turkey. Outcrop observations are supported by not only subsurface data but also
drilled wells and a two-dimensional (2D) seismic survey. Detailed analysis of the
deformation and depositional chracteristics of the surface data were presented in
Çiftçi and Bozkurt 2009a,b, 2010 papers.
In response to continental extension, graben basins are dominated neotectonic units
of western Turkey. Basins are filled with Neogene to recent strata. Alasehir graben is
bounded by two major fault systems at its southern and northern margin and extends
more than one hundred kilometer along Gediz River floodplain. The most important
structure is master graben bounding fault (MGBF) in the southern margin of the
Alasehir graben. The second main structure is northern bounding structure, called the
antithetic fault to the MGBF, has a high angle normal fault characteristic. The graben
evolved as a half graben with an active southern margin during Miocene and graben
phase during post-Miocene. MGBF is a crucial contact between sedimentary cover
uni and metamorphic basement. It is documented that approximately N-S oriented
extension controlled faulting during accumulation of graben fill. MGBF geometry
also can be defined as "flat-ramp" geometry. This interpretation is also considered
from seismic sections. Seismic sections also emphasize the asymmetric nature of the
graben that depocenter is located close to MGBF, fault pattern and depositional
geometry of the graben. Generally, it is considered that the thickness distribution of
the sedimentary units represents a thinning towards the north. MGBF is still most
predominant structure while the northern margin structure remains its second order
antithetic structure. "Flat-ramp" geometry also generates "roll-over" on the hanging
wall. Ramp folding is a consequence of listric faulting and "roll-over" occurs. To thin
the section in the roll-over and to generate the roll-over geometry leads to the
formation of antithetic faults with a variety of dip geometries. Migration of the
antithetic faults towards hanging wall occurs synthetic fault. In the depth model of
Alasehir Graben, MGBF and its antithetic fault (northern margin bounding fault)
geometries are shown as considered under these informations.
The litostratigraphic units represent the graben fill exposed along the southern
margin where the most active graben bounding structures. The rock units in Alasehir
graben is classified into two groups as a basement and sedimentary units. Metamorfic
rocks belongs to Menderes massif. The cover units of the Alasehir graben comprise
Miocene to recent continental clastic rocks which were acumulated in lacustrine,
alluvial and fluvial depositional enviroments. From basement to the surface, five
different stratigraphic units constitute graben fill which are called Alaşehir
Formation, Çaltılık Formation, Gediz Formation, Kaletepe/Bintepeler Formation and
Quaternary Alluvium. The Alaşehir formation is the oldest Neogene unit along the
southern margin of the graben with Evrenli and Zeytinçay members. Çaltılık
formation overlies the Alaşehir formation with more than 1000 m. thick sediments.
The Gediz formation overlies Çaltılık formation with approximately 700 m. As
Bintepeler formation is the sedimentary unit along the northern margin, Kaletepe
formatin is exposed extensively along southern margin of the Alasehir graben. The
Quaternary deposits are dominated by fluvial sediments of the Gediz River. All the
sedimentary units thicknesses get thinner from the southern margin to the northern
margin of the Alasehir graben with roll-over geometry. Seismic interval velocities
that related to formations were determined from check-shots in Alasehir-1 borehole.
Interval velocity of metamorfic basement is 5000 m/sn, Alaşehir formation is 3553
m/sn, Çaltılık formation is 3048 m/sn,
Gediz formation 2966 m/sn,
Kaletepe/Bintepeler formation 2324 m/sn and Quaternary Alluvium is 1839 m/sn.
With available seismic data had provided further informations about the evidence to
depositional geometries of the graben fill. Three different seismic stratigraphic units
were interpreted from these seismic sections. Interpretations of 2D seismic sections
provided to understand the geometries, lateral variations, contact relations,
depositional pattern and deformations of the stratigraphic units. According to the
results of borehole, check-shots and seismic reflection sections, such as main
structures, their geometries, formations and formation geometries were taken into
consideration when depth model of the Alasehir graben was created.
The purpose of the thesis study is to present depth model as a synthetic seismic
reflection section such as stacked section and migrated sections. For this purpose,
Disco/Focus (v.5.0) seismic software were used at Istanbul Technical University,
Geophysical Engineering Department. Before generating a stack section, 2D
velocity/depth model should be defined. This step is not processing step. It should be
identified before ray tracing method. The module which is called "Velmod", is used to define velocity/depth model of the Alasehir Graben. The most important
parameter in this module is "Horizon". According to depth model which is the
representative of Alasehir graben, all the structures were introduced from surface to
the basement with their depth and seismic interval velocity values in the data base.
The second step is ray trace modeling. Ray tracing modeling in the software is
carried out with "Modray" module. In this step, considering selected raypath,
raypaths are produced, reflection coefficients and two-way travel times are calculated
and wavelet shaping is gained with band-pass filtering and so stacked section of the
Alasehir graben is obtained. In this study, raypath is chosen as a diffraction with
parameter "Dıffract". Diffractions occur where reflectors are truncated. The most
common association is with faults. In the depth model, we have two main faults and
antithetic and synthetic faults. And also this study aims to exhibit the result of
migration process on the diffractions.
The stacked section is obtained by using seismic interval velocities. However,
migration sections are generated with different velocity models by seismic modeling
method. From interval velocities, average velocities and RMS velocities were
calculated for the formations. So that, how the general features of the geological
model may change against different seismic models, can be examined after the
migration. Post-stack time migration method is used with "Migratx" module in the
software. By using this module for post-stack migraiton, finite-difference migration
method is applied. For the migration, pseudo-velocity analysis is applied for
approximately 25 CDP points which expose the variations in the depth model.
According to the these variatios, pseudo-velocity analysis is identified more
frequently especially along northern margin for antithetics and southern margin for
synthetics and MGBF. General interpretation have been made after getting migrated
sections that obtained by using three different velocities and stacked section that
obtained by using interval velocity.
Such as faults, slopped events in the depth model are not seen in their real locations
in the stacked section. Also as comparing stacked section and depth model, dominant
diffractions occur with faults and formations corner points that intersect MGBF. So,
it is not easy to make an interpretation about fault planes in the stacked seismic
section. Alasehir formation seems much more narrow than depth model. It is
because of less reflections are acquired from structures hollow parts. In the depth
model, MGBF and northern-bounding fault intersect each other at deeper. It is
thought that reflection of northern margin-bounding fault interface can not be
recognized in the seismic reflection section. Because it lies through the metamorfic
basement. That's why little velocity contrast is introduced between metamorfic
basement and northern- margin bounding fault. In the stacked section, it seems like
seismic pitfall. Because, this little velocity contrast constitute little variation in time
domain. So it can be stated that there are too many differences between depth model
and stacked section. To remove these effects, post-stack time migration is applied to
the stacked section by using three different seismic velocities.
Seismic migration moves events to their correct spatial locations and collapse energy
from diffractions back to their scattering points. This features of migration can be
distinguished in the migrated sections. All the diffractions are removed and fault
planes can be seen more clear and noticable. This result is acquired by using interval
velocities which are obtained from check-shots. In the migrated section, used average
velecities, MGBF plane extends to the depth. Also in the northern margin of the
graben, slopes and locations of antithetic fault planes changes considering migrated section,used interval velocity. The other migrated section, used RMS velocities, to
make an interpretation quite hard about especially main structures along northern
margin of the graben and reflections related to formations. For the comparision of the
Alasehir graben's depth model in the depth domain, to apply a depth conversion is
suggested after the migration step.