Yeraltı özelliklerinin incelenmesi bilim ve sanatın özenle biraraya getirilmesini gerektirir. Örneğin, yapısal jeoloji, yer altındaki oluşumlarla ilgili bilgilere yeryüzünden toplanan verileri değerlendirerek ulaşır. Jeologlar bu bilgileri, yeraltındaki kayaçları inceleyerek veya arazi buna uygun değilse uydular ve radarlardan alınan resimleri inceleyerek elde ederler. Petrol araştırmada arama yapılan bölge ve alanlara göre uygulanan çok çeşitli temel ve yardımcı metotlar vardır; bunlardan bazıları veya tümü kullanılarak sağlıklı bilgilere ulaşılması sağlanır.
Örneğin, uzaktan kumanda metotları (uydu aracılığıyla alınan görüntülerin analizleri, havadan alınmış jeofizik ve havacılık fotoğraflarının analizleri), yüzey jeolojik haritaları, yüzey jeokimyasal incelemeler (toprak, kayaç parçaları veya drenaj sistemler), yüzey jeofiziksel incelemeler, elektrokimyasal incelemeler, keşif ve hedef sondajları, örnek alma ve inceleme, v.s., gibi. Farklı kaynaklardan toplanan pek çok “ham veri” araştırmacılar tarafından bir model içinde düzenlenir, değerlendirir ve sonuçlandırır.
1. Jeolojik Araştırmalar
Jeolojik çalışmalar jeoloji harita alımı, stratigrafi kesitlerinin ölçülmesi, yapısal ve tektonik araştırmalar, fasiyes araştırmaları, porozite ve permeabilite tayini, organik jeokimya, yeraltı haritalarının yapılması gibi saha ve laboratuar araştırmalarını içerir.
Çalışmalara yer yüzeyinin yüzey yapısının incelenmesi ve jeolojik yönden petrol depozitlerinin bulunma olasılığı olan alanların saptanmasıyla başlanır. Bunun için çok çeşitli sahalarda çalışılır; örneğin, yer altı kayaçlarından ve diğer oluşumlardan, su, gaz ve petrol kuyularından örnekler alınır, akışkanların özellikler, kayaçların porozite ve geçirgenlik dereceleri incelenir. Toplanan veriler diğer araştırma dallarının bilgileriyle de desteklenerek belirlenen alanın yüzey ve yüzey altı özelliklerinin içeren haritası çıkarılır ve ekstrapolasyon teknikleri kullanılarak en yüksek olası rezerv bölgeleri belirlenir. Jeolojik değerlendirmeler aşağıdaki gibi şematize edilebilir.
2. Jeofiziksel Araştırmalar
Jeofizik çalışmaları arama, sondaj ve saha geliştirme araştırmalarını içeren çeşitli araştırmaları kapsar; örneğin, gravitasyonal, magnetik ve sismik incelemeler gibi. Toplanan tüm veriler birarada değerlendirilerek sonuçlandırılır.
2.1. Gravimetreler
Yeryüzünün gravitasyonal alanlarındaki çok zayıf ve anlaşılması güç değişiklikler de yeraltındaki yapılarla ilgili bilgiler verir. Bu değişiklikleri ölçmek için jeofizikçiler gravitemetre denilen hassas enstrümanlarla havadan keşifler yaparlar. Yer yüzeyinin gravitesi hemen hemen sabit olasına rağmen yüzeye yakın yüksek yoğunluklu kayaçların bulunduğu alanlarda biraz artar. Bu nedenle gravitasyonal kuvvet, antiklinal oluşumların üstlerine gelen yerlerde yükselirken, tuz domu oluşumların bulunduğu alanlarda ise düşer. Farklı yer altı oluşumları ve kayaç tipleri, yeryüzünü saran gravitasyonal alan üzerinde küçük fakat farklı etkiler yapar. Gravitasyonal kuvvet ölçümünde kullanılan standart metot gravite nedeniyle oluşan ivmenin ölçülmesidir. İvme, yere düşen bir maddenin birim zamandaki hızıdır (ivme=hız/zaman). Yeryüzünün farklı yerlerinde ivme değerlerinin değişik olmasının nedenleri arasında ölçümün yapıldığı yerin enlemi, yüksekliği, topoğrafik ve jeolojik özellikleri sayılabilir.
İvme ölçümü gravimetre denilen cihazlarla yapılır (Şekil-1A). Cihazda bir yaya bağlı olan bir kütle vardır; gravitenin artması veya eksilmesi durumunda kütle, dolayısıyla yay aşağı veya yukarı doğru hareket eder, yayın aldığı yol çok hassas bir skalada okunur; verilerde gerekli düzeltmeler yapılır.
2.2. Magnetometreler
Yer altı oluşumlarının magnetik özellikleri ölçülerek çeşitli jeolojik ve jeofizik bilgiler toplanır; kayaların mıknatıslanma özelliklerindeki farklılıklardan kaya türleri saptanır. Magnetik alan şiddeti, magnetometre denilen ve arz küresindeki çok küçük magnetik alan değişikliklerini ölçebilen hassas cihazlarla ölçülür (Şekil-1B).
Bir bölgede magnetik alan şiddetindeki farklılıklar yerin magnetik alanındaki değişimlerle o bölgedeki kayaların hacim ve magnetik geçirgenliklerinin bir sonucudur. Magnetometrik verilerin değerlendirilmesiyle yeraltındaki kayaç oluşumları ve tektonik tabakaların hareketleriyle, petrol, doğal gaz ve diğer değerli minerallerin yerleri saptanabilmektedir.
Magnetik araştırmalar karadan, gemiden veya uçakla yapılabilir. Önceleri oldukça büyük ve taşınması zor olan bu cihazlar belirli küçük alanlarda kullanılabilmekteydi. 1981 yılından bu yana magnetometre teknolojisiyle donatılmış uydular aracılığıyla ölçümlerin bir kıtayı kapsayacak kadar geniş alanlarda yapılması sağlanmıştır.
Magnetik araştırmalar petrol aramalarının ilk aşamalarında gerçekleştirilir; Havza temelinin topografyasını belirlemede, fayları belirlemede, magmatik veya metamorfik kayaların çökel kayalardan ayrılmasında, volkanik kayaları, dayk ve enjeksiyonları, lav akıntılarını belirlemede kullanılır. Ölçülen magnetik alan şiddeti bileşeni değerlerine göre gerekli düzeltmeler yapıldıktan sonra bu değerler bir harita üzerine konarak münhanili bir harita yapılır. Magnetik alanın yatay ve çoğunlukla da düşey bileşeni ölçülür.
Şekil-1: Basit bir gravimetre (A) ve magnetometre (B)
2.3. Sismografik Metotlar
Sismik metotlar petrol araştırmada kullanılan jeofizik metotlardan en fazla kullanılanıdır; çünkü, yer altı tabakaları geometrisini en doğru şekilde tanımlar. Tek dezavantajı diğer yöntemlere göre daha pahalı bir inceleme yöntemi olmasıdır.
Sismolojik inceleme yer altına gönderilen şok dalgaların çeşitli kayaç tabakaları (antiklinal, fay, v.s.) tarafından geri yansıtılmasına dayanır.
Sismik metot doğal ya da suni olarak yaratılan titreşimlerin kayalar içerisinden geçerken uğradıkları değişimlerin incelenmesi esasına dayanır. Şok dalgalar yaratılması için çeşitli yöntemler kullanılır, örneğin, karada vibratörlü bir araçla zeminde darbeler yaparak, veya küçük miktarlarda patlayıcı patlatarak, denizde sıkıştırılmış hava tabancalarıyla, veya gemiden denize patlayıcı maddeler atarak.yaratılır (Şekil-2).
Şok dalgalar yüzey altında yol alır ve çeşitli kayaç tabakaları tarafından yansıtılarak geri döndürülür. Kayaçların tipi ve yoğunluklarına bağlı olarak yansımaların yol alma hızları değişik olur. Şok dalgaların yansımaları çok hassas mikrofonlarla ölçülür; bunlar su üstünde hidrofonlar ve karada sismometrelerdir. Geri yansıyan dalgalar jeofonlarda toplanır ve bilgisayarlarla değerlendirilir. Yer bilimciler elde edilen verilerden yer altı kayaçlarının üç-boyutlu modellerini çıkarırlar.
Sismik metotlar kayaç tabakalarının sismik hızlarını ölçer; yatay ve düşey yönlerde yapılan ölçümlerden tabakaların litoloji ve geometrileri saptanır.
Bir sismik dalga, bir şok dalga (elastik dalga) veya yeraltında yol alan vibrasyon gibi düşünülebilir. Dalganın yol alma hızı (veya hızı) kayacın yoğunluğuna bağlıdır. Oluşan elastik dalgalar iki tiptir; P dalgalar (primer veya “compressional” dalgalar) ve S dalgalar (shear dalgalar). (Şekil-3).
Şekil-2: Sismometre ve bir vibratör aracından üretilen ses dalgaları ve sismik dalgalar (Institute of Petroleum)
Şekil-3: P dalgalarının (A) ve S dalgalarının (B) geçişi
Sismik refleksiyon, petrol birikiminin (antiklinaller, tuz domları, reefler ve faylar gibi) izlenebileceği çizelgelerin veya haritaların hazırlanmasında kullanılır. Farklı kayaçlar şok dalgaları farklı hızlarda geçirdiklerinden ortalama hız kayaç bileşimi hakkında önemli bilgiler verir.
Örnek olarak değişik bölgelerden toplanan veriler (alt ve üst değerler olarak) Tablo-2‘de gösterilmiştir.
Tablo-2: Bazı farklı litolojik örneklerde
sismik dalga hızları
sismik dalga hızları
Kayaç tipi
|
Hız, km/s
|
Kayaç tipi
|
Hız, km/s
|
Granit
|
5.0-5.1
|
Kumtaşı
|
4.0-4.3
|
Bazalt
|
5.5-5.7
|
Shale
|
2.1-3.3
|
Kireçtaşı
|
5.9-6.0
|
Sismik metotların iki temel türü vardır; sismik yansıma (refleksiyon) ve sismik kırılmadır (refraksiyon). Sismik refleksiyon metodunda, yer altı oluşumlarından (veya yapıların) yansıyan sismik dalgalar veya pulsların yol alma zamanı ölçümleri kullanılır; elde edilen bilgiler arasında malzemenin yoğunluğu ve yansıma yüzeyine olan derinliği bilgileri de bulunur.
Sismik refraksiyon esas olarak sismik hızın saptanmasında kullanılır; sismik dalgaların yol alma süresinden şok merkezine olan mesafe ve tabakanın yoğunluğu hesaplanır (Şekil-4).
Şekil-4: P ve S dalgaların hareketleri
Sismik Yansıma (Refleksiyon)
Yansıma Kanununa göre, bir yüzeye çarpana ışının normalle yaptığı gelme açısı yansıma açısına eşittir. Yöntem, sismik dalgaların ulaşma (varış) zamanının analizine dayanır; sensörün (algılayıcı) hassas olarak ölçtüğü dalganın ulaşma zamanından hiperbolik eşitlikle (Şekil-5) dalga hızı hesaplanır. Dalga hızı kayacın yoğunluğuyla ilişkili olduğundan elde edilen verilerden Kayaç Ünitesi !’in litolojik özellikleri saptanır.
Sismik Kırılma (Refraksiyon)
Sismik refraksiyon metodunda kullanılan cihazlar ve şok dalga kaynakları sismik yansıma yönteminde kullanılanlarla aynıdır. Burada ölçülen şok dalgaların, yer altı oluşumlarından (veya yapılardan) geçerken uğradıkları kırılmadır (Şekil-6). Kırılma, Snell Kanunuyla tanımlanır; hız, gelme açısı ve yansıma açısı arasındaki bağıntıdan hesaplanır. Bu yöntemle elde dilen sonuçlar refleksiyon metoduna kıyasla daha az hassastır, fakat hız verileri, dolayısıyla litolojik bulgular daha güvenilirdir.
Şekil-5: Bir sismik dalganın refleksiyonu
Şekil-6: Sismik dalgaların refleksiyon ve refraksiyonunun kıyaslanması
3. Yüzey Jeokimyasal Metotlar
Jeolojik keşifler, genellikle jeolojik ve jeofizik datalarla entegre edilerek en güvenilir bulgular elde edilir; bunlara yüzey ve yüzey altı keşif metotlarının katkısı oldukça azdır.
Tüm yüzey jeokimyasal metotlar, derinlerde oluşan ve kapanlarda tutulan hidrokarbonların, değişik fakat algılanabilir miktarlardaki sızıntılarının saptanmasına dayanır. Jeokimyasal keşif teknikleri doğrudan veya dolaylı yollardan yapılabilir. Doğrudan tekniklerde yüzeye yakın yerlerdeki ve sığ sulardaki çökeltiler, toprak ve su çeşitleri analizlenir, hidrokarbon bileşikleri içerip içermedikleri incelenir. Dolaylı jeokimyasal keşif yöntemlerinde ise toprak, çökeltiler ve bitkilerde hidrokarbon sızıntıları nedeniyle olabilecek farklılaşmalar saptanır.
Petrol sızıntılarının belirtileri çeşitli şekillerde olabilir: a. Çökeltiler, toprak, su ve hatta atmosferde anormal seviyelerde hidrokarbon konsantrasyonu, b. Mikrobiyolojik anormallikler ve parafin kirliliği, c. Anormal seviyelerde helyum ve radon gibi hidrokarbon olmayan gazlar, d. Kalsit, pirit, uranyum, elementel sülfür ve bazı magnetik demir oksitler ve sülfürler oluşumu gibi mineralojik değişiklikler, e. Kil mineralinin değişmesi, f. Radyasyon anormallikleri, g. Jeotermal ve hidrolojik anormallikler, h. Jeobotanik anormallikler, ı. Kırmızı yatakların renginin solması, j. Toprak ve sedimentlerin akustik, elektrik ve magnetik özelliklerinde değişiklikler.
Bakteri ve diğer mikroplar göç eden hidrokarbonların oksitlenmesinde önemli rol oynarlar. Petrol sızıntılarının doğrudan veya dolaylı olarak ortaya çıkışını mikrobik maddelerin aktiviteleri sağlar; bunlar, hidrokarbonlarla etkileşerek yüzey yakınında bir oksitlenme-indirgenme bölgesi (zon) oluşmasına ve gelişmesine yol açar. Bu oluşumlar hidrokarbonlar etkisiyle kimyasal ve mineralojik değişimlerin gerçekleşmesine yol açan temel kaynaklarıdır.
Yüzey (ve yüzeye yakın) elemanlarında hidrokarbon sızıntısıyla meydana gelen değişim veya başkalaşım mekanizmaları çok karmaşık olduğundan pekçok etkinin incelenmesini sağlayabilecek değişik jeokimyasal keşif teknikleri geliştirilmiştir; bunlardan bazıları yüzeyden alınan örneklerde hidrokarbon analizlerine bazıları sızıntı-ilişkili mikrobiyal aktivite ölçümlerine ve bazıları da sızıntıların neden olduğu ikincil etkilerin incelenmesine dayanır. Şekil-7‘deki model, hidrokarbon sızıntını ve toprak ve çökeltilerde hidrokarbon-dolayı etkileri gösteren genel bir modeldir.
Şekil-7: Microseepage Model
4. Diğer Metotlar
4.1. Uzaktan Algılama Yöntemleri
Petrol aramada bilhassa başlangıç aşamasında kullanılan ve son derece ucuz ve verimli bir yöntem olan uzaktan algılama yöntemleri, yeryüzünden birkaç metre yükseklikten başlayarak üst atmosfer yüksekliğine kadar yapılabilir. Petrol aramacılığında görsel, radar ve multispektral yöntemler kullanılmaktadır.
- Görsel Metot: Belli hatlar boyunca ve belli bir yükseklikten uçan özel donanımlı bir uçakla çalışma alanının hava fotoğrafları çekilir. Bunlar üç boyutlu bir görüntü oluşturacak şekilde aşmalı olarak çekildikleri için stereoskoplarla incelenir ve yorumlanarak çalışılan bölgenin jeoloji haritası oluşturulur
- Radar Metodu: Uçak veya bir uydudan yeryüzüne mikrodalga radyasyonları gönderilip bunların yansımalarının resmedilmesi esasına dayanır. Bu yöntemde bulut, sis vb. gibi atmosfer olayları resim kalitesine etki etmez, gece ve gündüz kullanılabilir. Radar görüntülerinin sıhhat ve detayı çekimi yapan uçağın altına yerleştirilen antenin özelliklerine bağlı olarak değişmektedir
- Multispektral Metod: Bu yöntemde yeryüzündeki termal radyasyon hassas aletlerle ve bilgisayar yardımı ile sayısal olarak kaydedilir. Değerler diğer yöntemlerdeki gibi optik olarak kaydedilmediği için bilgisayarlar yardımı ile işlenerek çeşitli şekillerde değerlendirilebilir
4.2. Keşif Kuyuları
Jeolojik ve jeofizik ipuçları önemlidir ve ümit vericidir, ancak bir hampetrol veya gaz bölgesinin varlığının kesin olarak saptanması için bir keşif sondajı yapılması gerekir. Açılan delikten kayaç ve akışkan örnekleri alınır, uygun ölçme aletleri sarkıtılarak kayaç tipleri ve bulunan sıvı ile ilgili gerekli data toplanır. Keşif kuyusu açılması pahalı ve zaman harcayan bir işlemdir; bu nedenle, diğer araştırma verilerinin bir alanda petrol olasılığının yüksek olduğunu göstermesi halinde uygulanır. Keşif kuyularında Logging yapılarak yüzey altı oluşumları hakkında temiz ve detaylı bilgiler edinilir (Bak. Kuyu Logları).
4.3. Koku İzlemesi
Gözlem ve ses incelemelerinden dışında bir de koku izlemesi yapılır; bu amaçla geliştirilmiş olan ve “burun (sniffer; koklayıcı) denilen bir yüksek teknoloji ürünü yüzey altındaki birikintilerden sızan eser miktarlardaki gaz hidrokarbonları algılar.
