DOĞAL KAYNAKLAR VE EKONOMİ BÜLTENİ · ler, SBP), Çok Işınlı Batimetri (Multibeam Echosounder, MBE) ve Yandan Taramalı Sonar (Side Scan Sonar, SSS) gibi çok yüksek çözünürlüklü

MADEN TETKİK VE ARAMAGENEL MÜDÜRLÜĞÜ

YIL : 2012SAYI : 14

MTA DOĞAL KAYNAKLAR

VEEKONOMİ BÜLTENİ

35

GAZ HİDRAT ARAMA VE ARAŞTIRMA YÖNTEMLERİ

Emine AKARSU*

Gaz hidrat arama ve araştırma çalışmalarında amaca ve derinliğe bağlı olarak başlıca Sismik ve Akustik Yöntemler (Çok Işınlı Batimetri, Yandan Taramalı Sonar) kullanılır. Ayrıca Kuyu Logları, Ok-yanus Dibi Sismogramlar (OBS-Ocean Bottom Seismograms), Elektromagnetik (EM), Doğru Akım Elektrik Özdirenç (DCR) ve Kontrollü Kaynak Elektromanyetik Yöntemler (CSEM) de gaz hidrat da-ğılımı belirlemede kullanılmaktadır. Jeolojik örnekleme yöntemleri (garavity core, piston core), sondaj gemileri, uzaktan kumandalı araçlar ve mini denizaltılar ile elde edilen gaz hidrat örnekleri üzerinde jeokimyasal çalışmalar ile sıcaklık, gaz bileşimi, gözenek suyu analizleri yapılmaktadır (Şekil 1).

Sismik yöntemler, deniz sedimanlarında gaz hidrat arama ve rezerv belirlemede en yaygın yakla-şım olarak kullanılmaktadır. Sismik yansıma kesitlerinde “Tabana Benzeyen Yansıtıcı” (BSRs, Bot-tom Simulating Reflections) yansımaları, metan hidrat tabanından, hidrat ve altındaki serbest gaz zonu arasındaki sınırdan alınan yansımalar olup gaz hidratların varlığını gösterir (Shipley ve diğerleri, 1979). BSRs’ler genellikle eş sıcaklık eğrilerini takip edecek şekilde deniz tabanına paraleldir. BSRs derinlikleri deniz derinliği arttıkça artar, sıcaklık- basınç denge fazını takip eder. Yerel BSRs değişim-leri bu alandaki ısı akışından kaynaklanır (Hyndman ve diğerleri, 1993). Deniz tabanı yansımasına göre ters polariteli ve yüksek yansıma katsayısına sahiptirler. (Shipley ve diğerleri,1979; Hyndman ve Spence, 1992; Paull ve diğerleri, 1997). Ters polariteli BSRs yansımaları, gas hidrat içeren yapılardaki yüksek P dalga hızı nedeniyle ve/veya gas hidrat tabanında bulunan serbest gazın P dalga hızını dü-şürmesi nedeniyle olabilir (Hyndman ve Spence, 1992) (Şekil 2).

* Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Deniz ve Çevre Araştırmaları Dairesi, Ankara.

Şekil 1- Denizlerde gaz hidrat aramalarında kullanılan yöntemler (Hyndman ve diğerleri, 2007).

36

Şekil 2- (a) 00GH-25 sismik hattında yatay BSR örneği, Ulleung Baseni, Doğu Denizi (b) Hız analizinde 50 m/s civarında RMS hızında bir azalma göstermekte (c) band sınırlı empedans dönüşümü (Ryu ve diğerleri, 2009).

37

Gaz hidratların diğer bir göstergesi de, gaz hidrat zonu altında düşey yönde oluşan sismik yansıma genliğinde azalma, “sismik örtü veya bulanıklık” (seismic blanking zones) olarak tanımlanmaktadır (Ri-edel ve diğerleri, 2002). Bu bulanıklık zonları genellikle soğuk sıvı akışı ve gaz çıkışları ile bağlantılıdır (Şekil 3). Şekil 4, Güney Kore Doğu Denizi Ulleung Baseninden toplanan sismik hatlar üzerinde gaz hidrat belirtilerine örnekler verilmiştir (Kim ve diğerleri, 2011).

Şekil 3- (a) Sismik örtü/bulanıklık zonu (blanking zone) yapılarına örnekler (00GH çalışma alanı). (b) Yüksek sismik hıza sahip hidrat nedeniyle hızda yukarı çekme etkisi net biçimde yorumlanabilmektedir. (c) Çevre sedimanlar içerisinde 1600–1700 m/s olan hızların blanking zonunda 2000 m/s’nin üzerinde olduğu görülmektedir (Ryu ve diğerleri, 2009).

38

Okyanus dibi sismogramlar (OBS-Ocean Bottom Seismograms)

Çok bileşenli sismik veri, P dalgası ve S dalgasını içeren tüm dalga alanının kaydedilmesini sağlar. S dalga hızı (Vs), gaz hidrat doygunluğunun (Sgh) hesaplanmasında kullanıldığından gaz hidrat çalış-malarında önemli bir bileşendir (Westbrook ve diğerleri, 2008; Kumar ve diğerleri, 2007).

Deniz çalışmalarında, S- dalgaları deniz suyu içerisinde ilerlemez, bu nedenle çok bileşenli veri deniz tabanından alınmalıdır (Şekil 5). Çok bileşenli veri ile nitelenebilen sismik anizotropi, gaz /gaz hidrat sistemleri ile ilişkili faylanma, kırık gibi yapıların doğru yorumlamasında çıkışları ile ilişkili kulla-nılır (Haacke ve diğerleri, 2005; Exley ve diğerleri, 2010) (Şekil 6).

Şekil 4- Çalışma alanından sismik belirtilere örnekler (Kim ve diğerleri, 2011).

Şekil 5- OBS sistemi (http://www.peakseismic.com/content/ocean-bottom-seismic.asp).

39

Akustik yöntemler

Akustik yöntemler, gaz hidratların araştırmalarında su kolonunda oluşan gaz çıkışlarını gözlemle-mek amacıyla kullanılmaktadır. Bu amaçla kullanılan deniz tabanı altı görüntüleme (Subbottom Profi-ler, SBP), Çok Işınlı Batimetri (Multibeam Echosounder, MBE) ve Yandan Taramalı Sonar (Side Scan Sonar, SSS) gibi çok yüksek çözünürlüklü akustik yöntemler deniz tabanı altını, deniz tabanı ve su ko-lonunu görüntüleyerek oluşan sıvı ve gaz akış işlemini detaylı bir şekilde verebilmektedir (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

MES sistemleri deniz tabanı batimetrisini çıkarmayı sağlar (Şekil 7). Deniz tabanı topoğrafyası/eğimi, sediment yoğunluğu gibi bilgilerini kullanarak deniz tabanı özellikleri geri yansıma verilerinden elde edilebilir.

Şekil 6- OBS verisinden Vp and Vs hızları ve BSR gösteren sismik kesit, Norveç (Bunz ve diğerleri, 2004).

Şekil 7- Çok Işınlı Batimetri (Multibeam Echosounder, MBE) (http://www.charts.gc.ca/about-apropos/hwd-cfn-eng.asp).

40

Akışkan ile ilişkili yapılar deniz tabanı özelliklerini değiştirebileceğinden hareketle sığ sediment de-rinliklerinde gaz hidrat, gaz, suthigenic karbonatlar geri yansıma haritalarında belirlenebilir. Derinden çekilen SSS verilerinden gaz hidrat ve karbonatlar yüksek geri yansımaya sebep olduğundan kolayca ayırt edilebilir (Şekil 8). Buna ilâveten MES sistemleri su kolonundaki akustik sinyalleri kayıt etmeyi sağlamasıyla gas çıkış noktaları haritalanabilir (Şekil 9). Gaz ve su arasındaki yüksek akustik yansı-ma farkı nedeniyle gaz kabarcıkları yüksek yansıma sinyallari gösterir. Gaz kabarcıkları su kolonunda yükselirken MES kayıtlarında alev şeklinde görülmesi nedeniyle “flare ” olarak adlandırılmıştır. Flare 19 kHz SBP sistemi, MBE sistemine nazaran daha düşük çözünürlüklü görülebilir. 19 kHz sinyali ile su kolonu, 4 kHz ile deniz tabanı altı, özellikle sinyal soğrulmasına (blanking) neden olan gaz hidrat/karbonat içeren sedimentlerin görüntülenmesini sağlayabilme avantajına sahiptir (Bohrmann ve diğer-leri, 2011).

Şekil 8- Yandan Taramalı Sonar (Side Scan Sonar, SSS) (http://www.personal.psu.edu/aws5032/Project3.html).

Şekil 9- MES sisteminde deniz tabanı ve flare görüntülerinin su kolonu verilerinde (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

41

Bu hidro akustik sistemlerin kullanılma amacı batimetri haritaları ve sedimentlerdeki gaz, gaz hid-rat, su kolonundaki gaz çıkışları gibi gaz çıkışları ilişkili yapıların haritalanmasıdır. R/V Meteor araş-tırma gemisi, 84/2b sayılı bilimsel araştırması kapsamında 19 Mart – 2 Nisan 2011 tarihleri arasında Karadeniz’de gaz hidrat inceleme amaçlı çalışmasında, SBP ve MES sistemleri kullanarak toplanan verilerden örnekler şekil 10, 11, 12, 13’te verilmiştir (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

Şekil 10- Archangelski Sırtı gaz cepleri ve gaz çıkışları, 19 kHz SBP (üst sağda), 4 kHz SBP (alt solda) ve MES sistemlerinden geri yansımalar(alt sağda) (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

Şekil 11- Ordu Sırtı üzerinde MBE verisinde gözlenen tümsek yapılar (mounded structures) (solda), SSS verisinde yüksek geri yansımalar görülmektedir (sağda) (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

42

Şekil 12- SBP verisinde sedimentler içinde gaz oluşumu (blanking) (sağda) yanı sıra gaz kabarcıkları flare olarak görüntüsü (solda) (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

Şekil 13- Ereğli Sırtı. (A) SSS verisi , (B) MBE batimeri (C) MBE su kolonu verisinde geri yansıma ve flare, (D) MBE (renkli ve gölgeli), sediman içerisinde akustik perdeleme (sarı) ve SBP verisinden flare görüntüsü (kırmızı) (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

43

Electro-Manyetik (EM) yöntemler

Hidrat yapılarının dağılımı her zaman stratigrafiye bağlı olmadığından sismik yöntemler kullanı-larak hacimsel miktarının tahmin edilmesi zordur ve sondaj yöntemleri sadece belirli noktalardan ör-nekler sağlamakta olup bölgesel dağılımı hakkında çok az bilgi içermektedir. Bununla birlikte, gaz hidratlar çevreleyen sedimanlarla karşılaştırıldığında elektriksel özdirençleri yüksek olması nedeniyle Elektrik ve Elektromanyetik (EM) araştırma yöntemleri kullanılmaktadır. Elektrik yöntemlerle gaz hidrat dağılımlarının araştırılmasında kullanılan CSEM yöntemi, düşük frekanslı EM sinyallerinin bir kaynak cihazdan oluşturulması ve ayrı bir alıcı cihazla toplanmasıdır (Şekil 14). DCR Doğru Akım Rezistivite Yöntemi ile iki kaynak elektrot arasında oluşturulan doğru akımın alıcı elektrotlar ile elektrik potansiyeli (voltaj) ölçülmesidir. Masif gaz hidrat yüksek elektrik resistiviteye (100 Ωm)sahiptir ve gözenek boş-luklarında hidrat bulunan sedimanlar (2 to 100 Ωm) çevrelerindeki gözenek boşlukları tuzlu sıvı içeren sedimanlara (≤ 1 Ωm) nazaran rezistiftir (Dunbar, 2008) (Şekil 15).

Deniz tabanına yerleştirilmiş alıcılar ve yeni bir teknik olan sabit offset çekmeli alıcı kullanılarak Meksika Körfezi Mississippi Kanyonundan yapılan CSEM çalışmasına örnek şekil 15’te verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi EM verilerinde hidrat ve karbonat arasında ayırım belirgin olarak görülmekte, chirp verisinde de gözlenen akustik blanking authigenic carbonate yanında serbest gaz ve gaz hidrat olarak nitelendirilmektedir ( Weitemeyer ve Constable, 2010).

Şekil 14- Deniz tabanı elektro-manyetik alıcılar (ocean bottom electromagnetic, OBEM), derinden çekmeli elektrik alan vericisi, “Vulcan” çok bileşenli, fixed-offset alıcı.( Weitemeyer ve Constable, 2010).

44

Kuyu logları

Diğer araştırma yöntemleri ile belirlenen gaz hidrat bölgelerinde Derin Deniz Sondajları ile alınan kuyu logları gaz içeriklerinin, elektrik özdirenç değişimleri, P ve S dalgaları yayılım hızları gibi paramet-relerin ölçülmesini sağlar (Şekil 16).

Farklı log kayıtları, hidrat yapılarında farklı parametreler sağlar. Örnek olarak, Pasifik açıkları Gua-temala kıyılarında DSDP 570 alanından elde edilen bir metrelik hidrat kütlesi karotu sonic log kaydın-da 4m, yoğunluk kaydında 2.7m ve laterolog kaydında 0.6m kalınlığında çeşitli şekilde yorumlanabilir. Bu farlılıklara rağmen loglar gaz hidratların düşük gamma ray, düşük yoğunluk, yüksek netron poro-zite, yüksek sonic hız (düşük ara hız geçişi) ve yüksek rezistivite sonuçlarını açıkça göstermektedir (Şekil 16) (Worthington, 2010).

Şekil 15- Görünür resistivite frekans-derinlik kesitleri, “Vulcan” çok bileşenli, fixed-offset alıcı kullanılarak yapılan çalışma ve chirp verileri (sağda), deniz tabanı elektromanyetik alıcılar kullanılarak toplanan veriler(solda) (Weitemeyer ve Constable, 2010).

Şekil 16- Gaz Hidratı kütlesinden geçen kuyu logları, DSDP Alan 570, Pasifik açıkları Guatemala kıyıları (Worthington, 2010).

45

Sediment örneklemesi

Gravitycorer (GC), Minicorer (MIC), Dynamic Autoclave Piston Corer (DAPC) kullanılarak gaz hid-rat örneklemesi, gözenek suyu, jeotermal gradyan ölçülmesi ve sedimentolojik çalışmalar için yüzeye yakın sedimentler örnekleme çalışmaları yapılmaktadır (Şekil 17).

DEĞİNİLEN BELGELER

Bohrmann, G. ve gezi katılımcıları, 2011. Report and preliminary results of RV METEOR Cruise M84/2, İstanbul-İstanbul, 26 February – 02 April, 2011. Origin and Distribution of Methane and Methane Hydrates in the Black Sea.164 sayfa, Bremen 2011.

Dunbar, J., 2008. Electrical resistivity investigation of gas hydrate distribution in Mississippi Canyon Block 118, Gulf of Mexico, De-fc26-06nt42959, DOE/NETL Methane Hydrate Projects.

Exley RJK., Westbrook GK., Haacke RR. ve Peacock S. 2010 Detection of seismic anisotropy using ocean bottom seismometers: a case study from the northern headwall of the Storegga Slide. Geophysical Journal International; 183/188-210.

Haacke RR., Westbrook GK., Peacock S. ve Long C. 2005. Seismic anisotropy from a marine gas hydrate system west of Svalbard. In: Proceedings of the Fifth International Conference on Gas Hyrates, Trondheim, 2005.

Hyndman, R.D. ve Davis, E.E., 1992. A mechanism for the formation of methane hydrate and seafloor bottom - simulating reflectors by vertical fluid expulsion. J. Geophys. Res. 97, 7025–7041.

_______ ve Spence, G.D., 1992. A seismic study of methane hydrate bottom simulating reflectors. J. Geophys. Res. 97, 6683–6698.

_______, Wang, K., Yuan, T. ve Spence, G.D., 1993. Tectonic sediment thickening: fluid expulsion and the thermal regime of subduction zone accretionary prisms: the Cascadia Margin off Vancouver Island. J. Geophys. Res. 98, 21865–21876.

Hyndman, G.D., Spence, R., Chapman, M. R. ve Hyndman, G.D., 2002, Marine Gos Hydrates on the Northern Cascadia Margine. Methane Hydrates hteragency R&D Conference, March 20-22, 2002.

Şekil 17- (A) Massive ~2cm kalınlığında beyaz gaz hidrat (~168-170 cm derinlikten) Ordu Sırtı 2 numaralı yansıma parçasından Gravitycorer (C) ile örnek alınır alınmaz likid nitrojende saklanmıştır (B) (Bohrmann ve diğerleri, 2011).

46

Kim GY., Yi BY., Yoo DG., Ryu BJ. ve Riedel M., 2011. Evidence of gas hydrate fromdownhole logging data in the Ulleung Basin, East Sea. Marine and Petroleum Geology http://dx.doi. org/10.1016/j.marpetgeo.2011.01.11.

Kumar D., Sen M. ve Bangs N., 2002, Gas hydrate concentration and characteristics within Hydrate Ridge inferred from multicomponent seismic reflection data. Journal of Geophysical Rsearch 112:B12306.

Paull, C.K., Matsumoto, R., Wallace, P.J., et al., 1997. Proc. ODP, Init. Repts, vol. 164.Ocean Drilling Program, College Station, TX, 623.

Shipley, T.H., Houston, M.H., Buffler, R.T., Shaub, F.J., McMillen, K.J., Ladd, J.W. ve Worzel, J.L., 1979. Seismic reflection evidence for the widespread occurrence of possible gas-hydrate horizons on continental slopes and rises. AAPG Bull. 63, 2204–2213.

Riedel, M., Hyndman, R.D., Spence, G.D. ve Chapman, R., 2002. Seismic investigations of an apparent active vent field associated with gas hydrates, offshore Vancouver Island. J. Geophys. Res. 107, 5-1–5-16.

Ryu, B.J., Riedel, M., Kim, J. H., Kim, Hyndman, R.D., Lee, Y.J., Chung, B.H. ve Kim, S., 2009. Gas hydrates in the western deep-water Ulleung Basin, East Sea of Korea. Marine and Petroleum Geology, 26, 1483–1498.

Weitemeyer, K. ve Constable, S. 2010: Mapping shallow geology and gas hydrate with marine CSEM surveys. First Break, 28, 97-102.

Westbrook GK., Chand S., Rossi G., Long C., Bünz S., Camerlenghi A., Carcione JM., Dean S., Foucher JP., Flueh E., Gei D., Haake RR., Madrussani G., Mienert J., Minshull TA., Nouzé H., Peacock S., Reston TJ., Vanneste M., ve Zillmer M. 2008. Estimation of gas hydrate concentration from multi-component seismic data at sites on the continental margins of NW Svalbard and the Storegga region of Norway. Marine and Petroleum Geology, 25,744-758.

Worthington, P. F., 2010. Petrophysical evaluation of gas-hydrate formations Petroleum Geoscience, 16, 53-66.

http://www.charts.gc.ca/about-apropos/hwd-cfn-eng.asp

http://www.personal.psu.edu/aws5032/Project3.html