GRAVİTE ANOMALİLERİ

ve Tektonik Birlikler Üzerinde Karakteristik Değişimi

Gravite Yöntemi
Gravite aramalarının temeli yerin çekim alanındaki değişimlerin incelenmesi, yer çekimi ivmesi'nin ölçülmesi ve ölçülen değerlerden yer altındaki durumun elde edilen sonuçların yorumlanmasıyla saptanmasıdır. Özetle ölçülen değerlerdeki değişimler yer altındaki cisimlerin yoğunlukları arasındaki farklardan ortaya çıkar. Yoğunlukları eş kayaçlar veya yer altındaki yatay tabaklar gravite aramalarıyla bulunamaz.(Blakely, R.J. 1995).

Kayaçların yoğunluklarındaki değişimler yerin çekim alanında yerel değişimlere neden olur. Bundan yararlanarak gravite ölçümleriyle yer yapısı hakkında bilgi toplanması amaçlanır. Örneğin, mantonun kabuktan daha yoğun olmasını göz önüne alırsak; gravite çalışmalarıyla kabuk yapısındaki kalınlık değişimlerinin gözlemlenebileceğini fark edebiliriz. Ayrıca Litosfer'in Astenosfer den daha yoğun olduğu bilgisinden litosfer kalınlığındaki değişimler de gözlemlenebilir. Böylelikle belirli bir bölgenin eş-dururluk dengesi(isostatic equilibrium) de gravite çalışmalarıyla elde edilebilir.(Lillie, R.J. 1999).

Gravite gözlemleri sonucunda elde edilecek verilerle kalın kabuk yapısı varlığı veya ince kabuk yapısı varlığı belirlenebilir. Kalın kabuk yapılı bölgeler genellikle dağlık alanlarla çakışık sonuçlar verirken, ince kabuk yapılı alanlar özellikle denizlerin(okyanusların) olduğu bölgelerde gözlemlenmiştir. Gravite ölçümlerinin yorumlanmasıyla elde edilen verilerle okyanus ortası sırtı veya kıtasal sırtların topografik yapısını destekler biçimdedir.


Gravite Ölçmeleri
Gravite verileri genellikle karalarda yapılan ölçmelerle toplandığı gibi, denizden, havadan ve son zamanlarda uzaydan yapılan çalışmalarla da toplanır. Her ölçüm türüne göre değişik özellikler ve türe göre değişen özel koşullar vardır. Ancak genel bir gravite çalışması sırasında tüm araştırma yöntemlerinde dikkat edilmesi gereken bazı ortak özel durumlar vardır.

Bir gravite aleti belli bir noktaya yerleştirildiğinde belirli aralıklarla ölçü alındığında bir süre sonra verilerde zamanla değişimler olduğu gözlemlenir. Bu değişimler aletin yapısından ve dünyanın hareketinden oluşan değişimlerdir. Bu değişimler için gravite aletlerinde değişim gösteren kayma kat sayıları yardımıyla düzeltilebilir. Bu tür bir düzeltme işlemi için ölçümlerin zamanlarıyla birlikte kayıt edilmesi gerekir. Ayrıca kayma eğrisine bağlı olarak başlama istasyonları belirlenip düzenli ölçüler yardımıyla giderilir. Kayma değişimlerine ek olarak gün içerisinde gravite ölçmeleri Dünya'nın hareketinden kaynaklanan gel-git etkisi de giderilmesi gerektiğinden ölçümlerin zamanının kaydedilmesi gerekmektedir.(Lowrie, W. 1997).

Gravite çalışmalarında amaç yer altındaki yapıların değişiklik gösteren yoğunluklarından yararlanarak belirlenmesi ve tanımlanması olduğundan ölçmelerin noktaları düzenli ve planlı kurulumlarla sağlanması değerlendirmede yararlı olur. Ölçü noktalarının aralıkları küçük çaplı araştırmalarda birkaç metre ile tanımlanırken, büyük çaplı araştırmalarda kilometrelere varan ölçü noktası aralıkları olabilir. Bundan dolayı ölçümlerde küçük alanlı çalışmalarda tek bağlama noktası, büyük alanlılarda birkaç bağlama noktasından yararlanılır.(Lowrie, W. 1997).


Gravite Anomalileri
Gravite ölçümleri, yeryüzünde değişik bölgelerde kütle değişimlerinin yorumlanması için kullanılabilir olduğundan, kütle değişimlerini ortaya çıkarmak için ekvatordan kutuplara farklılık gösteren gravite değerlerini ölçümlerden çıkarmak gerekmektedir. Bu işlem enleme bağlı olan teorik gravite değerinin ölçülen gravite değerinden çıkarılmasıyla gerçekleştirilir. Elde edilen değere Gravite anomalisi denir.(Lillie, R.J. 1999).


Teorik Gravite
Teorik gravite değeri belirli bir enlem için hesaplanmış ortalama gravite değeridir. Bu değer, gt enleme bağlı teorik gravite değeri, ge ekvatordaki gravite değeri(978,012.85 mGal), Φ ölçüm noktasının enlemi olmak üzere;
gt= ge [1 + 0.005278895Sin²Φ + 0.000023462(Sin²Φ)²]
formülüyle bulunur. Hesaplama da dünyanın basıklığı ve ekvator çevresindeki şişikliği eklenmiş durumdaki hali kullanılmıştır. (Lillie, R.J. 1999).

Gravite anomalileri jeodezi ve jeofizik'te yaygın olarak kullanılır. Ölçülen değer ile teorik olarak sferoid yüzeyinde olması gereken hesaplanmış değer arasındaki fark olduğundan ölçülen değerlerin yerleri ortak bir noktaya, jeoid seviyesine indirgenmelidir. Bunun için; jeoid seviyesinden olan yükseklik, yükseklikle gravite değerinin değişiminin oranı ve bölgenin yükselti haritası gereklidir. (Wikipedia, 2005).


Serbest Hava Gravite Anomalisi
Serbest hava anomalisi yerin merkezinden olan uzaklığın değişimine yol açan ve böylelikle anomali oluşturan yükseklik değerleriyle ilgilidir. Yükseklik değişimiyle meydana gelen sapma, gravite değerinin ölçme noktasından yer merkezinin olan uzaklığının eldesiyle giderilebilir. Yükseklik artmasıyla oluşan ortalama gravite değeri(dg/dR); g, ortalama yer çekim ivmesi ve R, Dünya'nın yarıçapı'na bağlı olarak hesaplanır.
dg/dR = -2g/R = -0.308(mGal/m)

Yukarıdaki denklemden de görüleceği gibi her 3 metre yükseklik değişimi için gravite değeri 1mGal değişmektedir. Böylece yükseklikleri farklı olan istasyonlar arasında anomaliler meydana gelebilmektedir. Bu tür oluşabilecek yalancı anomalileri giderip farklı yükseklikteki ölçü noktalarının verilerini doğru olarak karşılaştırmak için serbest hava indirgemesi ölçülen verilere eklenmelidir. Serbest hava indirgemesi, yükseklik değişimine bağlı ortalama gravite değeri(0.308mGal/m) ile h, deniz seviyesinden olan yükseklik değerine bağlı olarak hesaplanır.
SHİ = h * (0.308 mGal/m)

Serbest hava anomalisi ise ölçülen değerlerin enlem bilgisi ve yükseklik bilgisi ile işlenmesidir. Bu işleme ölçülen gravite değerinden, enleme ve yerin şekline bağlı olan teorik gravite değerinin çıkarılması ve yükseklik farkından meydana gelen gravite değişiminin düzeltilmesi (Not: Deniz seviyesine göre her zaman indirgeme olur.) ile olur. ΔgSH serbest hava anomalisini temsil etmek üzere, g ölçülen gravite değeri ve gt, teorik gravite değeri ve SHİ, serbest hava indirgemesini temsil etmek üzere aşağıdaki eşitlikle hesaplanır. (Lillie, R.J. 1999).
Δ gSH = g – gt + SHİ

Serbest hava anomalileri jeodezi araştırmaları için kullanışlı kaynaklardır. Bu yöntemle verilerin geniş düzgün alanlarda alındığı durumu kabul edilir, bu yüzden topografik ve bouguer düzeltmeleri yapılmaz.


Bouguer Gravite Anomalisi
Gravite ölçümleri yükseklikten kaynaklanan etkinin çıkarılmasından sonra bile noktadan noktaya yalancı anomaliler gösterebilir. Bu anomaliler ölçü yapılan nokta ile deniz seviyesi arasında kalan kitle farkından meydana gelir. Bu durum deniz seviyesine yakın bölgelerde gözlenen gravite değerlerinin dağlık alanlarda gözlenen gravite değerinden düşük olması gibi durumlarla gözlenebilir. Dağlık bölgedeki kütle fazlalığı nedeniyle yüksek gravite değerleri oluşur.(Lillie, R.J. 1999). Bu tür durumlarda Bouguer indirgemesi deniz seviyesinden yukarıda olan kütlelerin etkisinin ölçülerden giderilmesi için kullanılır.
Bİ =( 2* Π * ρ * G * h) = 0.0419ρh (mGal)

Bouguer indirgemesi(Bİ), yukarıdaki eşitlik yardımıyla h sonsuz uzunluklu yatay dilimin kalınlığı ve ρ dilimin yoğunluğu olmak üzere hesaplanılabilir.


Karalarda Bouguer Gravite Anomalileri
Basit bouguer anomalisi deniz seviyesinden yüksekte bulunan bölgelerde serbest hava anomalisinden Bouguer indirgemesinin çıkarılmasıyla elde edilir. Bouguer indirgemesinde kullanılacak yoğunluk değeri 2,67 g/cm³ (Yerkabuğu kayaçlarının ortalama yoğunluğu) olarak kullanılır. Bouguer indirgemesi formülünde 2,67 g/cm³ değeri yerine koyulursa her 9m. yükseklikli kütle için gravite anomalisine 1 mGal yapay gravite anomalilerinin ekli olduğu görülebilir.

Bouguer gravite anomalisi serbest hava anomalisine benzer şekilde yer altındaki kütle değişimlerini yansıtır. Ancak Bouguer anomalisi serbest hava anomalisine göre deniz seviyesi üstündeki kütle için oluşan anomalilerin giderilmiş olduğu şekilde olur.


Denizlerde Bouguer Gravite Anomalileri
Gravite ölçmeleri yeryüzündeki sularla kaplı bölgelerde genellikle su yüzeyinde yapılır. Bu tür durumlarda Bouguer anomalileri Serbest Hava anomalileriyle benzer olur. Bu benzerliğin nedeni ölçü noktasının yüksekliğinin 'sıfır' olmasıdır.
Δ gB = Δ gSH – 0.0419ρh (h=0)
Ancak denizlerde yapılan ölçümlerde de suyla kaplı alanlardaki kütle noksanlığının anomali üzerinde etkisi vardır. Bu yüzden deniz seviyesinden olan derinliğe ve ortalama yoğunluk değerine bağlı olan kütle ile doldurarak oluşan bu yapay anomali giderilir.
BİSU = 0.0419ρh = 0.0419 (ρSU -ρORT) hSU
Denizlerde bouguer indirgemeleri (BİSU), su yoğunluğu (ρSU,) ortalama kabuk yoğunluğu değeri ρORT, ve su yüzeyinden olan derinliği temsil eden hSU, değerlerine bağlı olarak yukarıdaki formül ile hesaplanır. Elde edilen bouguer indirgemesi değeri ile denizlerdeki bouguer anomalisi değeri serbest hava anomalisinden bouguer indirgemesinin çıkarılmasıyla bulunur.


Tam Bouguer Gavite Anomalisi
Gravite anomalilerinden basit bouguer anomalisi deniz seviyesinden yukarı ölçü noktalarında normal durumlarda yeterlidir. Ancak topografik yapıda çok fazla değişimlerin gözlendiği durumlarda kütle olmayan vadilerin verilerden çıkarılması ya da dağlık bölgelerde çekim etkisinin çıkarılmasından dolayı topoğrafya etkisinin ölçümlerde işlenmesi gerekir.
Δ gBC = Δ gB +TD
Tam bouguer anomalisi basit bouguer anomalisine ek olarak topografik düzeltmenin işlenmiş halidir. Tam bouguer anomalisi(Δ gBC), karalarda bouguer anomalisi değeri (Δ gB) ve topoğrafya düzeltmesi (TD) değerlerinin toplanması olarak elde edilir.

Özet olarak yapılan düzeltmeler ile gravite anomalileri hakkında genel yorumlar yapılırsa;

Deniz seviyesinin üstündeki ölçümler için Bouguer anomalisi her zaman serbest hava anomalisinden düşüktür. Serbest hava anomalisinde deniz seviyesi üzerindeki kütlenin neden olduğu anomali değerlerde ekli durumdadır.
Serbest Hava anomalisindeki topoğrafyadan kaynaklanan kısa dalga boylu anomaliler bouguer anomalisinde yuvarlatılmış durumdadır.
Gravite anomalilerinde, hem serbest hava anomalileri hem de Bouguer anomalilerinde; yüksek yoğunluklu yer altı yapıları artım, düşük yoğunluklu yer altı yapıları azalım şeklinde ölçülen değerlere yansır.


Tektonik Birlikler ve Gravite Anomalileri
Yapısal özellikleri ve evrim tarihi açısından birbirlerine benzeyen ve/veya mekanda süreklilik gösteren kaya toplulukları farklı aşamalarda tektonik birlikler olarak sınıflanabilir. Tektonik birlik sınıflaması elde edilen verilere bağlı olduğundan yeri verilerin elde edilmesiyle sınıflama değişim gösterebilir. Ayrıca sınıflama yorumlama tarzı olduğundan görüşler kişiden kişiye değişim gösterir. Böylelikle sınıflamalarda görüşlerle birlikte değişim gösterebilir.

Türkiye'de birlikler eş uzanımlı faylar boyunca yüzeye doğru yükselen magma kuvveti etkisinde olduğu düşünülmektedir. Bu görüş Von Humboldt'un yorumlamasıdır.(Türkiye Jeolojisi 2005.)


Karakteristik Gravite Anomalileri
Gravite yönteminde değişik hacimler ve derinliklere sahip kütleler benzer anomaliler üretebildiğinden diğer yöntemler tarafından da desteklenmesi gerekmektedir. Yüzey jeolojisi bilgisi veya sismik kırılma verileri modelleme ve anomalilere anlam kazandırmak açısından gereki ve yararlı bilgilerdir.

Ancak bazı özel durumlarda gravite anomalilerinin ayırıcı-niteleyici(karakteristik) özellikleri yer yüzünün önemli bölgelerinde tanımlama için yeterlidir. Ayrıntılı modelleme çalışmaları dışında, genel yapı tanımlamalarında gravite anomalileri tanımlayıcı özellikler gösterir.


Okyanussal ve Kıtasal Gravite Anomalileri
Serbest hava anomalilerinden bilindiği kadarıyla bazı özel durumlar haricinde(deniz dibi yayları, okyanus ortası sırtları vb.) kıtalar ve okyanuslar eş-dururluk dengesindedir. Bu durum okyanus ve kıtasal bölgeler üzerindeki anomalilerden gözlenebilir. Genellikle bouguer anomalileri kıtalar üzerinde özellikle dağlık bölgelerde kabuk kalınlığının fazla olması nedeniyle negatif ve okyanus bölgelerinde kabuk kalınlığının az olması nedeniyle kıtalardaki durumun aksine pozitif anomali gösterir.


Sıradağ Bölgelerinde Gravite Anomalileri
Dağlık bölgelerde var olan gravite anomalileri negatif değerliklidir. Bu dağların buz dağlarına benzer şekilde düşük yoğunluklu köklerinin üzerinde olmasından oluşan bir anomalidir. Dağlık bölgelerde yapılan gravite çalışmalarında oluşturulan anomali haritalarında eş değerlikli noktaların oluşturduğu çizgilerinin sıra dağ oluşumlarına paralel şekilde olduğu gözlenir.


Okyanus Ortası Sırtı Bölgelerinde Gravite Anomalileri
Okyanus ortası sırtı 3 km.'ye varan yükseklikle iki tarafa yayılmış yüzlerce km.'lik geniş alanlarıyla deniz altında büyük sıra dağ bölgeleri olarak düşünülebilir. Serbest hava anomalileri okyanus ortası sırtı bölgelerinde 50 mGal veya daha fazla derecede yükselme gösterir. Bu değişim deniz dibi topoğrafyasına bağlıdır. Bouguer gravite anomalisi ise oldukça düşük değerler gösterir. Sırttan 1000km uzaklıklara kadar 350 mGal'e varan anomaliler gösterir. Ancak sırtın olduğu noktaya gelindiğinde 150 mGal kadar düşmeler gerçekleşir.

Bu bilgilerden yola çıkarak sırtın ve eteklerin eş-dururluk olarak karşıladığı gözlenir. Düşük yoğunluklu bölgenin tanımlanması gerekirse sırt altında astenosferden yükselen sıcak magmanın neden olduğu birikim söylenebilir.


Dalma-Batma Bölgelerinin Gravite Anomalileri
Dalma-batma bölgeleri dar ve şiddetli serbest hava anomalilerinin gözlendiği kıta sınırlarında ve ada yaylarıyla birlikte görülen yapılardır. Dalma-Batma bölgelerinin etkisiyle oluşturulan Serbest Hava anomalisinde dağlık alanlarda 50 mGal kadar artımlar gözlenir. Serbest hava anomalisinde gözlenen büyük anomaliler düşük yoğunluklu sırt sistemine bağlı olarak oluşur.

Okyanus ortası sırtları etkisiyle oluşan yaylar çevresinde ortalama deniz tabanı seviyesinin yükselmesi görülür. Bu tür yükselmeler okyanussal kabuğun kıtasal kabuk altına dalmasından dolayı oluşan bükülmelerin göstergesidir. Bu bükülme ile serbest hava anomalisinde yay önünde yükselme görülür. Bu yükselme bükülme etkisiyle litosfer'in altındaki daha yüksek yoğunluklu olan magma'nın yükselmesi nedeniyle olur.

Kaynaklar
Blakely, R. J. 1995, Potential theory in gravity and magnetic applications, Cambridge University Press.
Lillie, R. J. 1999, Whole Earth Geophysics: An İntroductory Textbook for Geologist and Geophysicists, Prentice Hall.
Lowrie, W. 1997, Fundalamentals of Geophysics, Cambridge University Press.
Wikipedia,2005, http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_anomaly
Türkiye Jeolojisi 2005. http://www.eies.itu.edu.tr/dersnotlari/notlar/Lisans/Turkiye Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü .