Giriş

Dağların oluşumu, depremler ve yanardağ etkinlikleri gibi jeolojik olayları inceleyen yerbilimciler, bu olayların nedenleri ve oluşum mekanizmaları ile ilgili çok çeşitli varsayım ve teori ortaya atmışlardır. Bugün hemen hemen tüm yerbilimciler tarafından benimsenmiş olan teori levha tektoniği teorisidir. Yerkabuğunu oluşturan okyanus ve kıta parçalarına levha (plaka) denilmektedir. Levha tektoniği teorisine göre yerkabuğu birkaç parçadan oluşmakta ve levhalar birbirine göre hareket etmektedir. Bu hareket sırasında levhalar ya birbirlerinden kopmakta, ya birbirlerini sıyırmakta ya da birbirlerine çarpmaktadırlar. Hareket hızları yılda 3cm. ile 15cm. arasındadır (Şimşek 1999, Barka vd. 2000, Celep ve Kumbasar 2000).

Deprem, yer içinde fay denilen kırıklar üzerinde biriken biçim değiştirme enerjisinin aniden boşalması sonucunda meydana gelen yer değiştirme hareketinin neden olduğu karmaşık dalga hareketleri olarak tanımlanmaktadır (Şimşek 1999, Barka vd. 2000, Pampal 2000). 1906 San Fransisco Depreminden sonra depremlerin oluşumuna ilişkin Reid tarafından ortaya atılmış olan teoriye göre, belli bölgelerde biriken elastik deformasyon yani şekil değiştirme enerjisinin, yerkabuğunu oluşturan katı kayaçların kırılma dayanımını aşması sonucu ortaya çıkan ani kırılma ya da yırtılma hareketi sonunda depremler oluşmaktadır (Pampal 2000, Mertol ve Mertol 2002).

Depremlerin neden ve nasıl oluştuğu, nerede, hangi büyüklükte ve ne zaman deprem olacağı gibi sorulara cevap bulabilmek için çok disiplinli çalışmalardan elde edilen verilerin birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmaların başında, bir depremin tanımlanması ve anlaşılmasını sağlayan deprem parametrelerinin tespit edilmesi gelmektedir. Bu parametreler,

i. Deprem enerjisinin yerin içinde ortaya çıktığı nokta (hypocenter),

ii. Bu noktaya yeryüzü üzerindeki en yakın nokta (epicenter),

iii. Bu iki nokta arasındaki uzaklık (derinlik),

iv. Depremin yeryüzünde hissedildiği noktadaki doğal ve yapay objeler ile insanlar üzerindeki etkisi (şiddet),

v. Deprem sırasında açığa çıkan enerji (büyüklük)

olarak sıralanabilir. Tanımlanan bu parametrelerin belirlenmesi dışındaki çalışmalar ise,

i. Yerkabuğu yapısının araştırılması,

ii. Yerkabuğu hareketlerinin araştırılması,

iii. Meydana gelmiş depremlerin tarihsel ve konumsal dağılımlarının araştırılması,

iv. Depremlerin önceden belirlenmesi çalışmaları,

v. Deprem hasar tespit çalışmaları,

vi. Depremin ardından onarım çalışmaları

dır. Bu çalışmalar ışığında, depremlerin neden ve nasıl oluştuğu konusunda anlamlı bilgilere ulaşılabilmekte fakat, nerede, hangi büyüklükte ve ne zaman deprem olacağı konusuna kesin olarak bir açıklık getirilememektedir. Bu konudaki cevaplara ulaşabilmek için yeryüzü üzerindeki geniş alanlardan, çeşitli ölçü aletleriyle elde edilmiş uzun süreli verilere ihtiyaç duyulmaktadır (Doğru 2005).

Bir bölgede yer alan bir fayda deprem olma ihtimalini en güvenilir şekilde tahmin etmek deprem çalışmalarının başlıca amacıdır. Bu amaçla deprem mekanizmaları anlaşılmaya çalışılmış ve farklı deprem tahmin modelleri geliştirilmiştir (Barka vd.

2000, Ercan 2001). Türkiye’de de 1999 depremlerinin ardından Marmara Denizi ve

çevresinde ulusal ve uluslararası birçok araştırma projesi başlatılmış ve bölgenin jeolojisiyle ilgili daha çok parametre elde edilmesi amaçlanmıştır (Karaesmen 20002).

Arabistan levhası kuzey-kuzey doğu doğrultusunda GPS (küresel pozisyon sistemi) ’e göre her yıl ortalama 18 ±2 mm hızla ilerleyerek Anadolu levhasını devamlı sıkıştırmaktadır. Türkiye’de meydana gelen depremlerin esas nedeni de Arabistan levhasının bilinen bu hareketidir. Avrasya levhası tarafından hareketi engellenen, Suudi Arabistan, Irak ve Suriye’nin bulunduğu Arabistan levhasının hızı azalmış ve bunun sonucunda Kuzey Anadolu ve Doğu Anadolu Fayları oluşmuştur. Anadolu levhası Kuzey Anadolu Fayı boyunca yılda ortalama 24±2 mm, Doğu Anadolu Fayı boyunca ortalama 9±2 mm batıya hareket etmektedir. Batı Anadolu ise yılda ortalama 30±1 mm güney batıya hareket etmektedir (Şimşek 1999, Celep ve Kumbasar 2000, Mertol ve Mertol 2002). Yerkabuğundaki levhaların bu hareketi, stresi kritik noktaya çıkarttığında kaya aniden kırılacak ve sonra yeni bir konuma yerleşip sessizleşecektir. Fayın bu bölümünde en son kırılmanın yani depremin ne zaman olduğuna ve gerçekleşen yeni depremin ne kadar stres boşalttığına bakılarak yılda ne kadar stres biriktiğini ölçmek mümkün olabilmektedir. Böylece bir sonraki depremi oluşturacak büyüklükteki stresin birikmesi için geçecek zaman tahmin edilerek depremin ne zaman olabileceği hakkında bir bilgi edinilebilecektir (Barka vd. 2000). Bu nedenle yerkabuğunun hareket hızlarındaki değişimin gözlenmesi büyük önem taşımaktadır.

Bu çalışmada, yerkabuğu hareketlerinin araştırılmasından yola çıkılarak, depremi oluşturan, seyrek aralıklarla belirlenmiş yerkabuğu hareket hızlarının kullanılması ile bilinmeyen diğer koordinat noktalarında hareket hızlarının kestirilmesi amaçlanmıştır.

Yerkabuğu hareket hızlarına ilişkin veriler mekansal bir bölge üzerinden alındığı için bu tür verilerin analizinde mekansal istatistiğe ihtiyaç duyulmaktadır. Buradan hareketle, mekansal istatistik konusu ve mekansal kestirimde kullanılan kestirim yöntemleri incelenmiştir.

Deprem tehlikesi oluşturacak aktif fayların sismik özelliklerinin belirlenmesi, sınırlı gözlem ve ölçümlere dayanarak yapılabilmektedir. Fayların yerkabuğu derinliklerindeki kısımlarının gözlenmesi ve yüzeyden ölçümler alınması için yeterli teknoloji

üretilememiştir. Yapılan ölçümlerde pek çok belirsizlik vardır (Celep ve Kumbasar 2000, Mertol ve Mertol 2002). Bu bilgiler ışığında yerkabuğu hareket hızlarına ilişkin ölçümlerde bulanıklığın söz konusu olduğu düşünülmüştür. Bu nedenle çalışmada yerkabuğu hareket hızlarının kestiriminde bulanık mantığa dayanan bir yaklaşım kullanılması önerilmiştir.

Bulanık mantık, sinir ağları, genetik algoritmalar ve uzman sistemler gibi bütün yapay zeka tekniklerinin her birinin kendisine özgü yetenekleri bulunmaktadır. Örneğin, yapay sinir ağları öğrenme ve örnekleri tanımlamada iyi iken kararların nasıl alındığı konusunda iyi değildir. Bulanık mantık yaklaşımı karar almada çok iyi sonuçlar verir fakat karar alma sürecindeki kural oluşturmayı kendiliğinden gerçekleştiremez.

Bulanık sinir ağları yaklaşımı, yapay sinir ağlarının öğrenme yeteneği, en uygunu bulma ve bağlantılı yapılara sahip olması gibi, bulanık mantığın insan gibi karar verme ve uzman bilgisi sağlama kolaylığı gibi üstünlüklerinin birleştirilmesi fikrine dayanmaktadır. Bu yolla, bulanık denetim sistemlerine, sinir ağlarının öğrenme ve hesaplama gücü verilebilirken, sinir ağlarına da bulanık denetimin insan gibi karar verme ve uzman bilgisi sağlama yeteneği kazandırılmaktadır (Elmas 2003a).

Çalışmanın amacı doğrultusunda, mekansal istatistikte bulanık uyarlamalı ağ yaklaşımının kullanılabilmesi için bir algoritma oluşturulmaya çalışılacaktır. Bu yaklaşımın etkinliğini test edebilmek için mekansal istatistikte kullanılan kestirim yöntemleri içerisinde en iyi kestirim olarak bilinen kriging yöntemi ile karşılaştırılması amaçlanmıştır.

Çalışmanın yapısı, Şekil 1.1’ de verilmiştir. İlk Bölüm giriş ve önceki çalışmaları kapsamaktadır.

Şekil 1.1 Çalışmanın Yapısı

İkinci Bölüm’ de mekansal istatistik konusu incelenerek, variogram fonksiyonu, variogram modelleri, mekansal kestirim ve kriging yöntemi ayrıntılarıyla açıklanacaktır.

Üçüncü Bölüm’ de uyarlamalı ağlara dayanan bulanık çıkarım sistemi açıklanacaktır.

Sinir ağları, yapay sinir ağı modelleri ve geri beslemeli ağ sistemleri; bulanık mantık ve bulanık küme teorisi ve bulanık çıkarım sistemi verilerek bulanık uyarlamalı ağ modeli sunulacaktır.

Çalışmanın özgün yanını oluşturan Dördüncü Bölüm, İkinci ve Üçüncü Bölümün birleşmesiyle oluşmaktadır. Bu bölümde mekansal istatistikte bulanık sinir ağları yaklaşımının kullanılması ile kestirim konusu incelenecektir. Kriging yöntemi ve geliştirilen bulanık uyarlamalı ağ modeli ile gerçek veriler üzerinde uygulama yapılarak, bu yöntemlerin yerkabuğu hareket hızlarının kestiriminde uygulanabilirliği sorgulanacaktır.

Beşinci Bölüm’ de iki yöntemden elde edilen sonuçlar değerlendirilecektir.