Jeofizik aramacılığın önemli uygulama alanlarından biri de yüzeye yakın sığ yapıların aranmasında yaygın olarak kullanılan elektrik resistivite tomografi (ERT) çalışmalarıdır. Çalışma alanları; arkeolojik yapılar, katı ve sıvı atık alanları, yüzeye yakın gömülü askeri malzemeler, mühendislik ve inşaat yapıları, hidrojeolojik ortamların belirlenmesi, fay, heyelan, karstik boşluk gibi çok sayıda jeolojik sorunun belirlenmesi, büyük inşaat yapılarının kurulacağı zeminin jeofizik özelliklerin elektriksel ilkelere bağlı incelenmesi, jeotermal alan incelemeleri gibi çok yaygın bir inceleme alanını kapsamaktadır. Bu sorunların belirlenmesinde elektrik rezistivite tomografi (ERT) yöntemi yaygın kullanılan ve etkili sonuçlar veren bir yöntemdir.
Son yıllarda araziden 2 ve 3 boyutlu değerlendirmeye uygun resistivite verisi toplayabilecek çok kanallı cihaz ve ekipmanların ortaya çıkmasıyla, sığ yapıların incelenmesi daha da yaygınlaşmıştır. Sığ jeolojik yapılar, mühendislik, çevresel ve hidrojeolojik sorunlar ile arkeolojik kalıntıların belirlenmesine yönelik araştırmalarda günümüzde yaygın olarak ERT tekniği kullanılmaktadır. Bu amaçla, yeryüzü üzerinde iki noktadan akım verilerek ve diğer iki noktadan ise bu akım yoluyla ortamda oluşan potansiyelin ölçüldüğü ve Ohm yasasına dayanarak görünür resistivite değerinin hesaplandığı yöntem yardımıyla yeraltı ortamı iki ya da üç boyutlu olarak tanımlanabilmektedir. Böylesi bir ortamı tanımlamanın ilk koşulu, ortamı yeryüzünden başlamak üzere, arzu edilen derinliğe değin araştırmak ve bu amaçla veri toplamaktır. Daha sonra toplanan bu veriler ters-çözüm işlemine sokularak yeraltının iki ya da üç boyutlu modelleri oluşturulur.
Jeoelektrik, jeofiziğin uzun yıllardan beri kullanılan popüler yöntemlerinden biridir. Resistivite, uygulama alanı çok geniş bir yöntem olduğundan, birçok araştırıcı tarafından temel araştırma yöntemlerinden biri olarak görülmektedir. Ancak rezistivite yönteminde; anomalinin belirlenmesi sırasında gömülü yapının özelliklerinin yanı sıra kullanılan elektrot dizilimlerinin de büyük önemi vardır. Böylece herhangi bir yer modeli için hesaplanan ya da ölçülen görünür resistivite değerleri farklı elektrot dizilimlerine göre değişik sonuçlar verecektir. Bu nedenle araştırmanın amacına uygun elektrot diziliminin seçimi araştırmanın başarısı açısından önem taşımaktadır (Şekil 1).
Sığ yapıların araştırılmasında genellikle yatay resistivite taraması olarak adlandırılan profilleme ölçüm tekniği kullanılır. Bu teknikte; seçilen elektrot diziliminin türüne bağlı olarak her bir derinlik düzeyi için yapılan ölçümlerle yeraltının görünür resistivite yapma kesiti (pseudo-section) elde edilir. Bu tür bir ölçümün tek kanallı bir resistivite cihazıyla yapılması oldukça büyük bir zaman alır. Oysa sığ yapıların araştırılmasında hızlı, duyarlı ve kısa sürede ölçüm yapacak cihazlara gereksinim vardır. Tanımlanan özelliklere sahip olarak üretilen çok kanallı (multi-electrode) cihazlar, bu amaçlar doğrultusunda son yıllarda yaygın biçimde kullanılmaktadır (Dahlin, 2001).
Jeoelektrik yöntemde bilgisayar denetimli veri toplama sistemleri son 15 yıl içinde çok gelişmiştir. Bu tür sistemler; resistivite cihazı, bilgisayar, elektrotları denetleyen bir anahtar devre, elektrot kabloları, bunların bağlantıları ve elektrotlardan oluşur (Van Overmeeren ve Ritsema, 1988; Griffiths vd., 1990; Griffiths ve Barker, 1993; Dahlin, 2001). Bu tür bir cihaz ve gerekli yazılım yardımıyla; dizilim türleri, akım ve potansiyel elektrotları ile ölçülecek noktalar arası uzaklıklar adreslenebilmektedir. Bu tür cihazlarda elektrot kanal sayısı 25 ya da daha fazladır. Elektrot aralıkları da araştırmacının gereksinimine bağlı olarak istenilen aralıklarda düzenlenebilmektedir. Genelde 1 ile 25 m arasında değişen aralıklar birçok araştırmada yeterliyken, daha geniş aralıklı düzen kurma olanağı da vardır. Çalışmalar sırasında elektrotların bağlandığı kablolar çalışma alanına serildikten sonra, elektrotlar yere çakılır ve kablolar elektrotlara bağlanarak sistem ölçüme hazır duruma getirilir. Ölçümler istenilen dizilim türleri için kısa süre içinde gerçekleştirilir ve ölçüm hattı bir sonraki hatta kaydırılır. Böyle bir sistemi oluşturan ana elemanlar ve ölçüm sistemi Şekil 2’de verilmiştir.
Son yıllarda yüksek duyarlıklı ve hızlı veri toplayabilen elektrik resistivite cihazlarının ortaya çıkması, verilerin değerlendirilmesi aşamasında sayısal yöntemlerin kullanılmasını kaçınılmaz kılmıştır ve böylece daha sofistike yorum yapma olanağı ortaya çıkmıştır. Bu gelişimde sonlu farklar ve sonlu elemanlar gibi sayısal yöntemlerin önemi büyüktür. Çözüm tekniklerindeki bu gelişim, değişik birçok elektrot dizilimi için 2 ve 3 boyutlu düz ve ters-çözüm modellemesinin etkili bir biçimde yapılmasını olası kılmıştır.
Bilindiği gibi jeofizik verilerin değerlendirilmesinde düz ve ters-çözüm kullanılan temel algoritmalardır. Parametreleri bilinen bir yeraltı modelinden hareketle, bu modelin neden olacağı tepkinin hesaplanması olarak tanımlayabileceğimiz düz-çözüm jeofiziğin en temel değerlendirme yaklaşımıdır. Bu özelliğinden dolayı ters-çözüm algoritmalarının temel adımlarından da biridir. Böylece yeryüzü üzerinden değişik derinlik düzeyleri için yapılacak ölçümler yoluyla yeraltının iki- ve üç-boyutlu olarak tomografi görüntüleri bu yaklaşımlar yoluyla oluşturulmaktadır. Bu yöntemler ile değerlendirmenin en önemli avantajı, ortama ait heterojenliğin bir sadeleştirilmeye ihtiyaç duyulmadan çözüme katılabilmesidir. Böylece kompleks yeraltı yapılarının modellenmesi olanaklı olabilmektedir. Elektrik resistivite tomografi yöntemi özellikle iki boyutlu anlamda son yıllarda dünyada yaygın uygulama alanına sahip olmaya başlamıştır. Özellikle mühendislik ve çevresel sorunlarla birlikte, değişik jeolojik sorunların çözülmesine yönelik uygulamaların ağırlığı her geçen gün artmaktadır.
Şekil 1: Sığ aramacılıkta yaygın olarak kullanılan elektrot dizilimleri.
Şekil 2: a) İki-boyutlu (Griffiths ve Barker, 1993) ve b) üç-boyutlu elektrik resistivite tomografi verisinin toplanması.
Elektrik rezistivite yöntemi arkeolojik araştırmalarda yaygın kullanılan ve genelde yüzeye yakın yapılar dışında yüksek ayrımlılık vermemesine karşın, toprak koşullarının ve gömülü arkeolojik hedefler arasında yeterli bir elektriksel zıtlığın var durumlarda gömülü yapıların belirlenmesi açısından etkili sonuç veren bir yöntemdir. Yöntem özellikle tomografik anlamda oldukça yararlı sonuçlar üretmekte ve yorumlamaya önemli katkılar sağlamaktadır. Yöntemin ilk uygulamaları 20. yüzyılın başlarında Wenner tarafından gerçekleştirmiştir ve 1940’lı yılların ikinci yarısından beri de arkeolojik prospeksiyonda kullanılmaktadır. Arkeolojik konteks genelde çok karışık bir durumda olmasına karşın, gömülü arkeolojik yapılar ile bunları örten toprak birimi arasındaki elektriksel zıtlık, yapıların resistivite yöntemi ile belirlenmesini olanaklı kılar (Aitken, 1974). Arkeolojik ortamlarda, en önemli olguların toprağın genel özellikleriyle birlikte su ve nem içeriği, hedef yapıyı oluşturan materyalin elektriksel özellikleri, bu yapının boyutları ve gömülü olduğu derinlik, kullanılan dizilim türü ve hedef yapının ana kayada bulunup bulunmadığı gibi değişik etkenlerden oluştuğu görülmektedir (Clark, 1996). Yöntem, kullanılan bir güç kaynağından çıkan akımın iki elektrot yardımıyla yere verilmesi ve yere verilen bu akımın yeraltında oluşturacağı potansiyelin farklı iki elektrot yardımıyla ölçülmesi ve gerekli hesaplamaların yapılması ilkesine göre çalışmaktadır. Resistivite yönteminde anomalinin belirlenmesi sırasında gömülü yapının özelliklerinin yanı sıra, kullanılan elektrot dizilimlerinin de büyük önemi vardır. Böylece herhangi bir yer modeli için hesaplanan ya da ölçülen görünür resistivite değerleri farklı elektrot dizilimlerine göre değişik sonuçlar verecektir. Bu nedenle araştırmanın amacına uygun elektrot diziliminin seçimi araştırmanın başarısı açısından önem taşımaktadır. Bu elektrotların yüzeydeki dağılımlarının ve birbirlerine göre olan uzaklıklarının değiştirilmesi ile farklı düzenlerde dizilimler elde edilebilmektedir. Szalai ve Szarka (2008) yaptıkları çalışmada literatürde tanımlanan yüzden fazla elektrot dizilimini süperpozisyon, odaklanma ve doğrusallık özelliklerini inceleyerek sınıflandırmıştır.