Anabilim Dalı: Katı Yer Bilimleri Programı: Jeodinamik
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ AVRASYA YER BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
17 AĞUSTOS 1999 İZMİT VE 12 KASIM 1999 DÜZCE DEPREMLERİYLE OLUŞAN YÜZEY
DEFORMASYONLARININ İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Emre EVREN
Tez Danışmanları: Doç.Dr. Semih ERGİNTAV Prof.Dr. Okan TÜYSÜZ
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ AVRASYA YER BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
17 Ağustos 1999 ve 12 Kasım 1999 depremleriyle oluşan yüzey deformasyonlarının incelenmesi
YÜKSEK LİSANS TEZİ Emre EVREN
601001003
MAYIS 2002
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 13 Mayıs 2002 Tezin Savunulduğu Tarih :
Tez Danışmanı : Doç.Dr. Semih ERGİNTAV Prof.Dr. Okan TÜYSÜZ Diğer Jüri Üyeleri
İÇİNDEKİLER KISALTMALAR iv TABLO LİSTESİ v ŞEKİL LİSTESİ vı SEMBOL LİSTESİ vıı ÖZET vııı SUMMARY ıx 1. GİRİŞ 1 1.1. Giriş ve Çalışmanın Amacı 1
2. KÜRESEL KONUMLANDIRMA SİSTEMİ (GLOBAL POSITIONING
SYSTEM – GPS) 3
2.1. GPS’e genel bir bakış 3
2.2. GPS ile konum belirleme 4
2.2.1 Statik Konum Belirleme Yöntemleri 3
2.2.2. Hızlı Statik (Fast Static) Yöntemler 5
2.2.3. Tekrarlı Yöntemler 5
2.2.4. Kinematik Yöntemler 5
2.2.4.1. Hassas Kinematik Yöntem 6
2.2.4.2. Dur ve Git Yöntemi 6
2.2.4.3. Devamlı Kinematik Gözlemler 6 2.2.4.4. Sıçramalı Kinematik Gözlemler 7
2.2.5. Diferansiyel Yöntem (Kodlarla) 7
2.3. GPS'in yer bilimlerinde kullanım alanları 7 2.3.1. Levha Hareketleri ve Levha Sınırı Deformasyonları 8
2.3.2. Volkan Deformasyonları 10 2.3.3. Deprem Çalışmaları 11 2.3.3.1. Deprem Anı (Coseismic) Deformasyonlar 11
2.3.3.2. Deprem Sonrası (Postseismic) Deformasyonlar 12 2.3.3.3. Ara (Interseismic) Deformasyonlar 13
2.3.4. Buzul Kaynaklı Deformasyonlar 14
2.3.5 Heyelan 14
2.3.6. Barajlar 14
2.4. Türkiye’de Yapılan Çalışmalar 14 3. MARMARA BÖLGESİ GPS VERİSİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ 17
3.1. Program Kısmı 17
3.1.1 RINEX 18
3.1.2. GAMIT 18
3.1.3. GLOBK 21
3.2. 17 Ağustos 1999 İzmit Depremi 22
3.2.1. Data Analizi 22
3.2.2. Kosismik GPS datasının modellenmesi 25
4. MARMARA BÖLGESİ COULOMB GERİLİM DAĞILIMI HESAPLARI 33
4.1. 17 Ağustos 1999 İzmit depremi 33
4.2. 17 Ağustos 1999 İzmit depreminin Düzce fayı üzerinde meydana getirdiği
gerilim 36 5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 40 KAYNAKLAR 42 EKLER 45 KATKI BELİRTME 52 ÖZGEÇMİŞ 53
KISALTMALAR
RAW : Ham GPS verisi
GPS : Global Positioning System
NAVSTAR : Navigation System with Time and Ranging SAR : Synthetic Aperture Radar
EOP : Earth Orbital Parameters MAGNET : Marmara Sürekli GPS Ağı
INSAR : Interferometric Synthetic Aperture Radar VLBI : Very Long Baseline Interferometry
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo C.1 Model fay parametreleri ... EkC Tablo D.1 17 Ağustos 1999 depremi artçı şokları ... EkD
ŞEKİL LİSTESİ Sayfa No Şekil 1.1 Şekil 1.2 Şekil 2.1 Şekil 2.2 Şekil 2.3 Şekil 2.4 Şekil 2.5 Şekil 2.6 Şekil 3.1 Şekil 3.2 Şekil 3.3 Şekil 3.4 Şekil 3.5 Şekil 3.6 Şekil 3.7 Şekil 3.8 Şekil 3.9 Şekil 3.10 Şekil 3.11
: 17 Ağustos 1999 İzmit depreminden sonra meydana gelen artçı şok odak mekanizma çözümleri... : Ağustos 1999-Kasım 2001 arası Marmara Bölgesi’nde meydana
gelen artçı şoklar... : GPS uydularının dağılımı... : IGS ağının kalıcı GPS istasyonlarına ait yatay hızlar... : Avrasya referans çerçevesine göre GPS hızları ve % 95 güven elipsleri... : 1994 Northridge depreminin GPS bazlı dislokasyon modeli... : M=7.5 Sanriku-Haruka-Oki, Japonya depremini takip eden
deprem sonrası deformasyon... : Marmara Bölgesi’nde yürütülen GPS ölçümlerinde kullanılan
istasyonlar... : Ham haldeki GPS verisinin standart RINEX formatına
dönüşümü... : GAMIT akış diyagramı... : MAGNET ağı üyesi TUBI ve DUMT istasyonları ... : TUBI istasyonuna ait deprem anını gösteren zaman serisi... : DUMT istasyonuna ait deprem anını gösteren zaman serisi... : İzmit depremi öncesi için kayma dağılımları... : 17 Ağustos 1999 İzmit depremi sonrası yapılan arazi
çalışmalarında ölçülen yüzey atım miktarları... : Gözlemlenen GPS yer değiştirmeler ve bunlardan hesaplanan
model yer değiştirme vektörleri... : Gözlem ve model arasındaki farklar... : İzmit depremi yüzey kırığının lokasyonu ve model fay ile yüzey
gözlemlerinin karşılaştırılması... : Model fay parametrelerinin örnek bir fay üzerinde gösterimi..
2 2 4 10 11 13 14 17 19 20 24 25 26 27 28 29 30 31 32
Şekil 3.12 Şekil 4.1 Şekil 4.2 Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil A.1 Şekil B.1
: Model sonuçlarına göre İzmit depreminin bölgede meydana getirdiği yatay ve düşey yöndeki deformasyon……….. : 1900’den itibaren Marmara’da gerçekleşen depremlerden
hesaplanan Coulomb gerilim dağılımları... : İzmit depreminin 10 km derinlikte meydana getirdiği statik
gerilme haritası... : Düzce fayı üzerinde meydana gelen Coulomb gerilim
değişiminin üç boyutlu gösterimi... : Düzce fayı üzerinde meydana gelen Coulomb gerilim
değişiminin kontürlü gösterimi... : İzmit ve Düzce depremlerinin her ikisinin birden bölgede
oluşturduğu statik gerilim dağılımı... : Rejyonel gerilimi de içeren kesme geriliminin çözümü... : Okada formülasyona göre hesaplanan fay geometrisi...
33 34 36 39 39 40 Ek A Ek B
SEMBOL LİSTESİ
σf ...: Coulomb Gerilimi τ ...: Kesme (shear) gerilimi µ ...: Etkili sürtünme katsayısı σn ...: Normal Gerilme
ui ...:Yerdeğiştirme alanı
Σ...: Fay kırığının oluştuğu yüzey U…………..: Kayma vektörü
ÖZET
Bu çalışma, 17 Ağustos 1999 tarihinde gerçekleşen ve binlerce kişinin ölümüne ve bir o kadar kişinin de evsiz kalmasına yol açan İzmit depreminin meydana getirdiği yüzey deformasyonlarının incelenmesi amacıyla gerçekleştirildi. Yapılan çalışma üç ana kısımdan oluşmaktadır. Bu ana kısımlar; (1) depremlerde meydana gelen yer değiştirmelerin incelenmesinde GPS tekniği ile elde edilen verinin işlenmesi, (2) bu verinin modellenmesi, ve (3) bulunan bu modelin Coulomb gerilim dağılımlarının belirlenmesinde kullanılması olarak özetlenebilir. 17 Ağustos 1999 İzmit depremine ait kosismik GPS verilerinin elastik yer değiştirme yöntemi ile modellenmesi sonucunda model ile yüzey gözlemleri arasında uyum olduğu gözlenmiştir. Bulunan model fay parametreleri kullanılarak 17 Ağustos 1999 İzmit depreminin 12 Kasım 1999 Düzce depremine olan etkileri ortaya çıkarılmış ve İzmit depreminden sonraki statik gerilimin Düzce depremini tetikleyebilecek büyüklükte olduğu anlaşılmıştır. Her iki depremin yine Coulomb modeli ile modellenmesi sonucunda Doğu Marmara Bölgesi’nde gerilimin 2 barın üzerinde arttığı gözlenmekte ve buradan bu bölgenin deprem riskinin arttığı sonucuna varılmaktadır.
SUMMARY
In this study the surface deformation of the August 17, 1999 Izmit earthquake that caused tens of thousands casualties and homelessness was investigated. The study can be summarized in to three main sections; (1) reprocessing some of the coseismic GPS data, (2) modelling of GPS data, and (3) using the model to investigate earthquake interactions between Izmit and Duzce earthquakes.
1. GİRİŞ
17 Ağustos 1999 yılında yaşadığımız, binlerce kişinin ölümüne ve yaralanmasına, çok sayıda kişinin de evsiz kalmasına neden olan İzmit depremi, arkasında telafisi kolay olmayan ekonomik kayıplar ile psiko-sosyal sorunlar bırakmıştır. Ancak yer bilimleri açısından, depremden öncesine göre, bu konudaki çalışmaların sayısını ve veri kalitesini arttırdığı da göz ardı edilemez bir gerçektir. 17 Ağustos 1999 depremi ve sonrasında meydana gelen 12 Kasım Düzce depremlerinden günümüze kadar gerçekleştirilen ve yer bilimleri bünyesinde barınan farklı disiplinler arası kaynaşmaya iyi birer örnek sayılabilecek bir çok çalışma ile Marmara Bölgesi’ndeki deprem sorusuna cevap bulunmaya çalışılmıştır.
Deprem sonrası gerçekleştirilen arazi gözlemlerinde yüzey kırığı boyunca fayın hem geometrisinde hem de üzerindeki atım miktarında ani değişikliklerin meydana geldiği arazi gözlemlerinde ortaya çıkmaktadır (Barka vd., 2000,2002). Bölgenin genel sismisitesi, 17 Ağustos 1999 İzmit depremini izleyen yaklaşık 1,5 yıl süresince meydana gelen artçı şok bilgileri kullanılarak Örgülü ve Aktar (2001) tarafından incelenmiştir (Tablo D.1. ve Şekil 1.1). Bölgedeki genel deprem aktivitesi ise, Kandilli Rasathanesi verilerinden derlenen ve yakın tarihe kadar (Kasım 2001) meydana gelen artçı şokları gösteren Şekil 1.2’de verilmiştir. Örgülü ve Aktar (2001) ‘de de belirtildiği gibi, 17 Ağustos 1999 İzmit depreminden sonra meydana gelen 40 güçlü artçı şok (4.0 ≤ M ≤ 6.2.) ve bunlara ait odak mekanizma (focal mechanism) çözümleri Şekil 1.1.’de görülebilir. Buna göre rejyonel moment tensörü (RMT) inversiyonu ile hesaplanan kaynak mekanizmaları, 17 Ağustos 1999 İzmit ve onu takip eden 12 Kasım 1999 Düzce depremlerinin oldukça baskın olarak görülebilen sağ yanal atım karakterini doğrulamaktadır. Bu artçı şokların doğusunda yer alan Düzce bölgesinde, yaklaşık 60º’lik (kuzey yönünde) bir dalım ile oluşan yanal atımlar görülmektedir (Şekil 1.1). 17 Ağustos 1999 İzmit depremine ait artçı şoklarda olduğu gibi, 12 Kasım Düzce depreminin artçı şokları da ana şoklara benzer geometri özelliklerini taşımaktadır.
Şekil 1.1. 17 Ağustos 1999 İzmit depreminden sonra, bölgede meydana gelen 40 artçı şokun odak mekanizma çözümleri. Toplar üzerinde yer alan numaralar, Tablo D.1.’de verilen artçı şok listesindeki numaralardır (Örgülü ve Aktar, 2001’den uyarlanarak).
Şekil 1.2. 17 Ağustos 1999 İzmit depreminden itibaren Kasım 2001 tarihinin sonuna kadar Marmara Bölgesi’nde meydana gelen artçı şoklar (Kandilli verilerinden derlenmiştir).
Dolayısıyla, Gölcük Depremi'nin neden olduğu artçı depremlerin, çoğunlukla doğrultu-atımlı hareketlere bağlı olarak gerçekleştiği ortaya konulmuştur. Marmara Denizi'nin doğusundaki fay geometrisi çok iyi bilinmese de, burada meydana gelen
artçı depremlerin çözümlemelerinin de, bu artçı şokların bir çoğunun daima doğrultu-atımı karakteri gösterdiği ve bu doğrultuların Kuzey Anadolu Fayı'nın Marmara Denizi içinde yer alan kısmında kalan kollarına paralel olduğu şeklinde yorumlanmaktadır.
Bu çalışma dahilinde, elde bulunan bir çok parametrenin birleştirilmesi ile Marmara Bölgesi’nde ortaya çıkarılan bu sonuçların da yardımıyla, 17 Ağustos 1999 İzmit ve 12 Kasım 1999 Düzce depremleriyle oluşan yüzey deformasyonlarının GPS ve Coulomb yöntemleri ile incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ilk önce, depremlerde meydana gelen yer değiştirmelerin incelenmesinde de kullanılabilen ve bu yönüyle artık kendini depremlerin araştırılmasında jeodetik bir yöntem olarak kabul ettirmiş olan GPS (Global Positioning System) tekniği ile elde edilen verinin işlenmesi gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın içerisinde GPS’in yer bilimlerinde deprem dışında kullanım alanları da örneklerle bulunmaktadır. Daha sonra ise bu verinin modellenmesi safhasına geçilmiştir. Bu aşamada 17 Ağustos 1999 İzmit depremine ait kosismik GPS verilerinin elastik yer değiştirme yöntemi ile modellemesi yapılmıştır. Sonuçta ise, bu elde edilen modelin Coulomb gerilim dağılımlarının hesabına kullanılması gerçekleştirilmiştir.
2. KÜRESEL KONUMLANDIRMA SİSTEMİ (GLOBAL POSITIONING SYSTEM – GPS)
2.1. GPS’e genel bir bakış
GPS (Global Positioning System-Küresel Konum Belirleme) çalışmalarının yer bilimlerinde kullanılmaya başlanıldığı 1980'li yılların ikinci yarısından itibaren geçirdiği önemli değişim ve gelişme sonucunda ulaşılan son nokta, araştırmacıları tatmin edici nitelikler taşımaktadır. Çoğunlukla Amerikalı araştırmacıların çalışmalarıyla, GPS ölçüm ve değerlendirmeleriyle ulaşılan sonuçlardaki olası hataların birkaç milimetre bazına indirilmiş olması, tektonik levha hareketleri ve bunların sınırlarındaki kabuk deformasyonlarını; volkan deformasyonlarını; deprem anı (kosismik), deprem öncesi (postsismik) ve depremler arası deformasyonlarını araştıran bir çok bilim adamına önemli ip uçları sunmaktadır.Yeryüzünden yaklaşık 20200 km. yukarıda bulunan 24 uyduluk bir coğrafik konumlandırma sistemi olarak tanımlanabilecek olan GPS sistemi, uydulardan gelen zaman ve konum bilgisi içeren radyo sinyalleri ile alıcının yeryüzündeki konumunun bulunmasını temel almaktadır. Uyduların yörüngeleri ve yörüngedeki yerleri dünyanın her yerinde günün 24 saatinde ufkun üzerinde aynı anda en az 4 uydu görülecek Şekilde planlanmıştır (Şekil 2.1).
Şekil 2.1. GPS uydularının dağılımı
GPS’in temel prensibi kullanıcı ve uydular arasında Pseudorange (kestirilmiş uzaklıklar) olarak adlandırılan ölçmelere dayanmaktadır. Pseudorange, uygun bir
koordinat sisteminde bilinen uydu koordinatlarından yararlanılarak kullanıcı antenin koordinatlarının belirlenmesini sağlamaktadır.
2.2. GPS ile konum belirleme
Günümüzde GPS teknolojisinin geldiği noktada, yeryüzünde kullanılan alıcılar ile GPS uyduları arasındaki mesafe (HUAM - Ham Uydu Alıcı Mesafesi) binlerce km. iken bile 3 boyutlu bağıl konum belirlemek mümkündür. Konum belirleme işlemi iki yolla olmaktadır. Bunlar “Mutlak konum belirleme” ve “Bağıl (Relative) konum belirleme” olarak ikiye ayrılmaktadır.
Mutlak konum belirlemede, tek bir alıcı yardımıyla 4 veya daha fazla uydudan kod ölçümleri alınarak noktaların istenilen koordinat sisteminde 3 koordinat değeri (X,Y,Z) belirlenmektedir. Yöntem sinyalin uydudan çıkışından alıcıya varışına kadar geçen zaman ve ışığın hızı çarpılarak elde edilen uzaklıklar ve uyduların uzayda bilinen koordinatları ile hesaplama esasına dayanmaktadır.
Bağıl konum belirlemede koordinatları bilinen bir noktaya göre bir başka noktanın koordinatlarının belirlenmesi söz konusudur. Diğer bir ifadeyle bağıl konumlanma ile iki nokta arasındaki baz vektörü belirlenmektedir. Bağıl konumlamada iki ayrı noktada kurulmuş olan iki alıcı ile aynı uydulara eşzamanlı kod veya taşıyıcı faz gözlemleri söz konusudur.
Bağıl konumlama ile elde edilen doğruluk, mutlak konumla elde edilen doğruluktan daha fazla olmaktadır. Elde edilen doğruluk alıcı tipi, ölçü süresi, gözlenen uydu geometrisi, uydu sayısı ve kullanılan yörünge bilgisine bağlı olarak değişmektedir. GPS ölçüleri ile konum belirleme için kullanılan birkaç teknik vardır: kullanıcılar eldeki alıcılara, istenilen duyarlık derecesine, finansmana ve zamana göre bu yöntemlerden birisini ve/veya birkaçının kombinasyonunu seçmektedir. Bu yöntemler aşağıda açıklanmıştır.
2.2.1 Statik Konum Belirleme Yöntemleri
Sabit bir istasyonda genellikle 15 saniye ile 120 saniye arasında değişen aralıklarla statik modda bir saatten birkaç saate kadar GPS ölçümleri alınır. Sadece bir istasyondaki ölçülerin değerlendirilmesiyle konum belirlemeye Statik Nokta Konum
Belirlemesi (Static Point Positioning) adı verilmektedir. Bu yaklaşımda, yörünge bilgilerine ve gözlem süresine bağlı olarak 0,5-10 m. arasında bir duyarlılıkla 3 boyutlu mutlak konum belirlemek mümkündür.
2.2.2. Hızlı Statik (Fast Static) Yöntemler
Çift frekanslı (L1, L2) alıcılarla gözlem gerektiren hızlı statik teknik, bir çeşit statik/kinematik teknik olarak düşünülebilir. Burada alıcılardan birisi koordinatı bilinen sabit bir noktada (referans noktası) sürekli gözlem alırken diğer alıcı yeni noktalarda 5-30 dakika sürelerle gözlem yapmaktadır. Her yeni noktadaki gözlemler referans istasyonundaki gözlemlerle ayrı ayrı değerlendirilir. Hızlı statik teknik sonuçları, baz uzunluğuna, uydu sayısına ve uydu geometrisine bağlı olarak değişmektedir.
2.2.3. Tekrarlı Yöntemler
Bu yöntem statik ile kinematik yöntem arasında bir teknik olarak düşünülebilir. Bir alıcı referans noktasında (Base Receiver) sürekli gözlem yaparken diğer alıcılar hareket halinde olup her yeni noktada, her biri yaklaşık 10 dakika olmak üzere en az 2 kez gözlem yapmaktadır. Tamsayı belirsizliğinin (Integer Ambiguity) çözümünü kolaylaştırması nedeniyle, aynı noktaya ait her yeni gözlem bir öncekine göre bir saatten dört saat sonrasına kadar olan süre içinde yapılmalıdır. Alıcı hareket halindeyken alıcının açık olması ve gözlem yapması zorunluluğu mevcuttur.
2.2.4. Kinematik Yöntemler
Her türlü GPS alıcıları, kodlar ölçen navigasyon amaçlı alıcılar veya taşıyıcı fazlar ölçen jeodetik alıcılar, kodlara ait en az 4 uyduya yapılan uzaklık ölçülerinden anlık konumu hesaplayabilirler. Buna Mutlak Kinematik Nokta Belirlemesi denir. Bu yöntemin duyarlılığı, yörünge bilgisi inceliğine bağlı olarak ± 20-30 m. aralığında değişmektedir.
GPS ile mutlak konum belirlemesi birkaç saatlik ölçü ve hassas yörünge bilgisi ile ancak 0,5 m. düzeyinde olabilmektedir. Daha duyarlı sonuçlar ancak eş zamanlı ölçülerin birlikte değerlendirilmeleri ile elde edilebilmektedir. Kinematik konum
belirlemede de aynı şekilde hareket edilir. Alıcılardan biri (veya daha fazla) koordinatı bilinen noktada sürekli gözlem yaparken (kinematik modda) hareket halindeki diğer alıcılar da anlık veya birkaç dönemlik (epoch) ölçü yapar. Sabit istasyondaki ölçüler ile yeni noktalardaki her bir eşzamanlı ölçü birlikte değerlendirilerek sabit noktadan yeni noktalara giden vektörler hesaplanır. Hesaplamalarda kodların veya taşıyıcı fazların kullanılmasına bağlı olarak duyarlık değişmektedir. Taşıyıcı fazların kullanılması halinde bu yönteme “Hassas Kinematik Yöntemi” ve kodların kullanılması halinde de “Diferansiyel GPS Yöntemi” olarak adlandırılır. Kinematik gözlemler topografik ölçüler ve kontrol noktaları tesisi için yaygın olarak kullanılır. Bazı kinematik yöntemlere aşağıda örnekler verilmiştir.
2.2.4.1 Hassas Kinematik Yöntem
Bu yöntemde alıcılardan biri (veya daha fazla) koordinatı bilinen noktada, sürekli gözlem yaparken hareket halindeki diğer alıcılarda koordinatları bilinen başka bir noktadan başlayarak her bir yeni noktada anlık veya birkaç dönemlik ölçü yapılır. Başlangıçtaki bilinen baz sayesinde tamsayı belirsizlikleri (Integer Ambiguity) hesaplanır ve sürekli gözlem yapılması ve uydu sayısının 4’ün altına inmemesi şartıyla ilk noktadaki belirsizlik değerleri diğer noktalara da taşınır ve böylece her dönemdeki tamsayı belirsizlikleri de hesaplanmaktadır.
2.2.4.2 Dur ve Git Yöntemi
Burada sürekli gözlem yapan bir referans istasyonu ve bir de bilinen bir bazdan başlayan (0 m. baz dahil) gezmekte olan bir alıcı vardır. Gezicinin gözlem yaptığı ve bilinen ilk noktada faz başlangıç belirsizliklerini (Initial Integer Ambiguities) çözmek için 2 dakika kadar gözlem yapılır. Sonra gezici alıcı en az 4 uyduyu izlemeye devam ederek diğer noktaları sırayla ziyaret eden ve her bir noktada 2-3 dönemlik ölçüler alır. Gerekiyorsa, her yeni noktada anten yüksekliği ve nokta numarası girilmektedir.
2.2.4.3 Devamlı Kinematik Gözlemler
Bu yöntem, dur ve git kinematik yöntemden pek farklı değildir. Durup kayıt yerine gezici alıcının her dönemdeki konumu hesaplanmaktadır. Yol güzergahını belirlemek, profil çıkarmak, kesit çıkarmak, eş yükselti eğrilerini çizmek v.b. uygulamalarda bu yöntem tercih edilmektedir.
2.2.4.4. Sıçramalı Kinematik Gözlemler
İlk baz ölçüldükten sonra 2. noktadaki alıcı yerinde kalırken, 1. noktadaki alıcı 3. noktaya gider. İkinci baz ölçüldükten sonra, 3. noktadaki alıcı yerinde kalırken 2. noktadaki alıcı 4. noktaya gider. Gözlemlere tüm şebeke tanımlanıncaya kadar bu şekilde devam edilmektedir.
2.2.5. Diferansiyel Yöntem (Kodlarla)
Eğer milimetre düzeyinde hassasiyet isteniyorsa, iki alıcı gerektiren diferansiyel GPS ölçümünü kullanılmalıdır. Bu yöntemde her bir alıcının pozisyonunun bulunması yerine, birbirlerine göre bağıl pozisyonları hesap edilmektedir.
Bilindiği gibi her ölçümde belli sayıda hata mevcuttur ve bu hatalar zamana bağlı olarak değişir ve biz bu değişimi bilinmemektedir. Ancak aynı gözlem için, aynı zamanda iki alıcı kullanılıyorsa, bu alıcılar yaklaşık olarak aynı hatalardan etkilenirler. Bu hatalar uydu ve alıcı saat hatası, uydu yörünge hatası ve atmosfer (İyonosfer ve Troposfer) hatalarıdır.
Sonuç olarak, konumu bilinen bir referans istasyonundan tespit edilen hata miktarları aynı uyduları gören diğer alıcılarda hata düzeltme miktarı olarak kullanılır ve milimetre mertebesinde sonuçlar elde edilebilmektedir .
2.3. GPS’in yerbilimlerinde kullanım alanları
Küresel ölçekle jeodezik problemler, yeryüzünün herhangi bir yerinde bulunan GPS istasyonlarının hareketleri, yani yöneltme ve dönüşüm sırasındaki değişimleridir (Herring, 2001). Tüm bu tanımlar için ise yeryüzünün tamamını çevreleyecek şekilde planlanmış küresel bir jeodezik ağa ihtiyaç duyulmaktadır. Dünyada bu amaçla oluşturulmuş en büyük GPS gözlem ağı olarak IGS'in önderliğinde işletilen genel
ağdan bahsetmek mümkündür (Çakmak,2001). IGS bünyesinde toplanan ve arşivlenen GPS veri setleri, GPS uydu yörünge bilgileri, yerin dönme parametreleri, IGS sürekli GPS istasyonlannın koordinat ve hızları, GPS uydularının ve IGS sürekli GPS istasyonlannın saat bilgileri gibi ürünlerin elde edilmesinde kullanılmaktadır. Elde edilen bu ürünler sayesinde, yerel bir ağda jeodinamik amaçlı bir uygulama yapmak isteyen araştırmacılar, kendi ağlarını referans sisteminde tanıtmak için IGS ürünlerinden; IGS sürekli GPS istasyonlannın verilerinden; koordinatlanndan ve hızlarından; ayrıca sonuç yörünge bilgilerinden yararlanarak kendi yerel ağlarında gerekli doğruluğa ulaşabilmektedirler. IGS ağı sadece GPS uydu yörünge bilgilerinin hesaplanması için değil ayrıca yeryüzü dinamiğini anlayabilmek için de kullanılmaktadır. Yeryüzü dinamiğinin çalışılmasında temel teşkil eden konular ise istasyonların ağ içindeki hareketleri, ağın yöneltilmesindeki değişiklikler ve ötelenmesi olarak ifade edilebilmektedir. (Herring, 2001). Bu konularda yapılan uygulamalarda; levha hareketlerine yönelik gerçekleştirilen GPS çalışmaları ile elde edilen sonuçların, jeolojik önceden kestirimleri doğruladığı görülmektedir (Segall ve Davis, 1997, Larson ve diğ, 1997, Argus ve Heflin, 1995).Bu çalışmada da 17 Ağustos 1999 İzmit depremine ait zaman serileri hesaplanırken IGS’e ait H-dosyaları (igs1,igs2 ve igs3) kullanıl-mıştır.
Son yıllarda birçok bilim dalında kullanılmaya başlayan GPS, yer bilimlerinde de yoğun olarak kullanılmaya başlanan bir jeodetik metot haline gelmiştir. GPS ölçümleri şu anda, levha hareketleri ve levha sınırı deformasyonları, volkan deformasyonları, deprem çalışmaları, buzul deformasyonları, heyelan ve barajlarda oluşan deformasyonlarını tespit etmek için kullanılmaktadır. Takip eden alt bölümlerde GPS’in yer bilimlerdeki bu kullanım alanları,örnekler ile açıklanmaya çalışılmıştır.
2.3.1. Levha Hareketleri ve Levha Sınırı Deformasyonları
Levha Hareketi modeli, IGS’nin dünyanın çeşitli yerlerine dağılmış olan istasyonlarında yapılan ölçme verilerine dayanmaktadır. IGS’nin 43 istasyonundan alınan veriler kullanılarak 6 ana levhanın hareketi (Şekil 2.2.) Argus ve Heflin (1995) tarafından hesaplanmıştır. Zaman içinde değişik araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalar birbiri ile örtüşmektedir.
Şekil 2.2. : International GPS Service for Geodynamics (IGS) ağının kalıcı GPS istasyonlarının yatay hızları. Referans frame ITRF94’tür. Küçük hata elipslerine sahip istasyonlar 1991 yılında çalışmaya başlamışlardır ve ölçüm süreleri ortalama 3 yıldır. (Argus ve Heflin, 1995)
Levha içi hareketler, ölçümlerin gerçekleştirildiği kısa zaman aralığı içinde çok ayrıntılı bir değişiklik göstermemektedir. Çünkü sonuca varılabilmesi için milimetre duyarlılığında ölçüm yapılması gerekmektedir. Levhalarında bir yılda birkaç milimetre hareket ettiği düşünüldüğünde ölçüm zamanının çok uzun olması gerektiği ortaya çıkmaktadır.
Noomen ve diğ. 1996’da güney Fransa’dan doğu Türkiye’ye kadar olan bölgedeki 19 istasyonun hareketini belirlemek için 1983-1992 yılları arasında yapılan SLR ve 1989-1992 yılları arasında yapılan GPS ölçülerini değerlendirmişlerdir (Segall ve Davis, 1997).
Çalışma sonucunda içinde bir adet istasyonun bulunduğu Arap levhasının, Avrasya Levhasına göre 20 mm/yıl hızla kuzeye doğru hareket ettiği bulunmuştur. Orta Anadolu’da bulunan istasyonların ise Avrasya levhasına göre yaklaşık 20 mm/yıl hızla batıya doğru hareket ettikleri gözlenmiştir. Dört adet istasyonun bulunduğu Helenik Yay Bölgesi, Avrasya levhasına göre 29 mm/yıl hızla güney batıya doğru hareket etmektedir (Segall ve Davis, 1997). Reilinger ve diğ. (2000) yaptıkları
çalışmada Afrika ve Avrasya Levhaları çarpışma bölgesinin sismik açıdan aktif kısmının kinematiğini araştırmak için Batı Türkiye ve Yunanistan’daki GPS istasyonlarının verilerini kullanmışlardır (Şekil 2.3).
Şekil 2.3. Avrasya referans çerçevesine göre GPS hızları ve % 95 güven elipsleri (Reilinger vd., 2000)
2.3.2. Volkan Deformasyonları
GPS, günümüzde, volkan deformasyonları çalışmalarında yoğun olarak kullanılmaktadır ve volkanların zararlarının tahmini konusunda önemli bir yer tutmaktadır. Örneğin, asıl püskürmeden önce meydana gelen ufak püskürmelerin yarattığı deformasyonların belirlenmesinde GPS kullanılmaktadır.
Japonya’da, Izu Peninsula kıyısında gerçekleşen denizaltı volkan patlaması, GPS monitörlenmesi yardımıyla kaydedilmiştir. Bölgede Mayıs-Temmuz 1989 tarihleri arasında sismik fırtına gözlenmiş, 9 Temmuz 1989’da M=5.5 büyüklüğünde bir deprem kaydedilmiş ve 11-12 Temmuz 198’da harmonik titreşimler gözlenmiştir. Sonunda 13 Temmuz’da püskürme gerçekleşmiştir. Bölgede biri Izu Peninsula diğeri Hatsushima Adasında olmak üzere iki adet GPS istasyonu bölgeyi çevrelemiştir. Günümüzdeki şartlara göre oldukça sınırlı şartlarda (gün başına yanlızca 4 uydu ve 4
saat toplam data biriktirilmesi ile) yapılan ölçümlerde iki istasyon arasında 14.5 cm yer değiştirme (açılma) gözlenmiştir (Segall ve Davis, 1997).
2.3.3. Deprem Çalışmaları
Günümüzde GPS, deprem çalışmalarında da jeodetik yöntem haline gelmiştir. Zira deprem çalışmalarında önem verilmesi gereken bir konu da kabuk deformasyonlarıdır. Çünkü kabuk deformasyonları ölçümlerinin sismolojik verileri tamamlar özellikte olduğu âşikardır. Gerçekleştirilecek olan GPS bazlı kabuk deformasyonu ölçümleri deprem döngüsü boyunca üç kısımda incelenebilir. Bunlar deprem anı (coseismic), deprem sonrası (postseismic) ve ara (interseismic) deformasyonlardır (Segall ve Davis, 1997). Örneğin yavaş yavaş izlenen ara deformasyonlar bir sonraki depremin oluş yerinin tahmin edilmesinde büyük rol oynamaktadır. Çünkü depremden önceki deformasyon hareketleri, gerilmeleri doğurmaktadır. Bu tez çalışmasının ilk kısmında gerçekleştirilen GPS data analizlerinin de bu ana fikir göz önünde bulundurulmuştur. GPS ile elde edilen yer değiştirme miktarlarının doğruluğunun incelenmesinde ise daha sonraları gerçekleştirilen Coulomb gerilimleri analizleri kullanılmış, her iki uygulama arasında birbirini oldukça yüksek oranda destekleyen sonuçlar elde edilmiştir.
2.3.3.1. Deprem Anı (Coseismic) Deformasyonlar
GPS’in, kaynak geometrilerini belirlemek amacıyla kullanılması durumu, “sismik veri ve/veya direkt olarak gerçekleştirilen yüzey araştırmaları halihazırda mevcut iken neden GPS tekniğine ihtiyaç olduğu” sorusunu akla getirebilmektedir.Ancak unutulmamalıdır ki sismik veya jeolojik veriler tek başına her zaman fay geometrisini tamamen verememektedir. Ayrıca, GPS verileri, deprem sonrası ve ara deformasyonların belirlenmesi problemlerinde, yöntem geliştirmede kullanılmaktadır. Çünkü deprem sonrası ve ara deformasyonlar her zaman deprem anı deformasyonlardan daha düşük olmakta;hatta bazen sismik açıdan hiç anomali vermemektedirler (Segall ve Davis, 1997).
GPS yüzey yer değiştirme vektörleri, deprem kırıklarının geometrisinin belirlenmesi için dönüştürülebilmektedir. Bu belirleme işlemi, depremlerin yüzeyde kırık
göstermediği durumlarda veya artçı deprem dağılımlarını içeren sismik verilerle geometrinin belirlenemediği zamanlarda çok büyük önem kazanmaktadır.
Geçmişte GPS istasyonları tarafından iyi bir Şekilde çevrilmiş ve fay geometrisi belirlenmiş depremler olmuştur. Bunlara örnek olarak Ocak 1994 M=6,7 Northridge depreminde 66 GPS istasyonu ile çalışılmıştır. Hudnut ve diğ.’nin yaptığı çalışmada sismik ve GPS ile bulunan kayma düzlemleri (Şekil 2.4.) birbirine yakın ve uyumlu çıkmıştır.
Şekil 2.4. : 1994 Northridge depreminin artçı şok konumları, GPS yer değiştirmelerinden modellenen dislokasyon düzlemi (Kalın Çizgi) ve artçı depremler ile modellenen dislokasyon düzlemi (İnce Çizgi) (Segall ve Davis, 1997’den değiştirilerek)
2.3.3.2. Deprem Sonrası (Postseismic) Deformasyonlar
Bilindiği gibi sismik aletler sarsıntıya duyarlıdır ve bir sismik aletin deprem sonrası deformasyonu belirleyebilmesi için deformasyonun beraberinde artçı sarsıntılar olması gerekmektedir. Bu noktada GPS, artçı sarsıntının olmadığı deprem sonrası deformasyonda önemli bir rol oynamaktadır. Deprem sonrası gerilmenin belirlenebilmesi için çok uzun süreler gözlem yapılması gerekmektedir. Bu da ancak GPS yöntemi ile mümkün olmaktadır.
Sürekli GPS ağlarının artmasıyla, daha önceden sadece streyn ölçerler (strain-meter) ve tiltmetreler yardımıyla ölçülen süratli deprem sonrası sinyaller ölçülebilecektir.
Şekil 2.5. : M=7.5 Sanriku-Haruka-Oki, Japonya depremini takip eden deprem sonrası defor-masyon. Grafikte Japonya kalıcı GPS ağından, Honshu kıyısının doğusundaki Kuji istasyonunun yer değiştirmesinin doğu bileşeninin 75 dakikada bir alınan değerleri gösterilmiştir. Grafikte gö-rüldüğü gibi deprem sonrası yer değiştirmeler deprem anı yer değiştirmelerin %25-40’ı kadardır (Segall ve Davis, 1997’den değiştirilerek).
Bu uygulamaya iyi bir örnek, Japonya sürekli GPS ağı tarafından gözlenmiş Sanriku- Haruka-Oki depremidir (Şekil 2.5.).
2.3.3.3. Ara (Interseismic) Deformasyonlar
Ara deformasyon çalışmaları ilk olarak Kaliforniya’da yapılmıştır. Feigl ve diğerleri (1993), 1986-1992 arasında toplanmış GPS verilerini ve 1984-1991 arasında toplanmış VLBI (Very Long Baseline Interferometry) verilerini çok amaçlı olarak tekrar incelemişler ve 40 GPS istasyonuyla yaptıkları çalışmada yatay hızı 2-3 mm/yıl olarak bulmuşlardır. Buna göre Kuzey Amerika Pasifik levhasına göre sağ yanal bir hareket göstermektedir. San Diego kıyısı yakınlarındaki San Clemente ve San Nicolas adalarının Pasifik Levhası hızıyla hareket ettiği belirlenmiş ve adalar ile anakara arasında kalan kısmın hızı yaklaşık 6±2 mm/yıl olarak ölçülmüştür (Segall ve Davis, 1997).
2.3.4. Buzul Kaynaklı Deformasyonlar
GPS, günümüz su seviyesini hesaplamak için de kullanılmaktadır. Karaya göre su seviyelerini ölçmek için gel-git ölçek istasyonları vardır. Kabuk deformasyonlarının tespiti için deniz seviyesinin gerçek değerine ihtiyaç vardır. Düşey kabuk hareketi, izostatik denge gibi tektonik hareketler sonucu olmaktadır (Segall ve Davis, 1997). Örnek olarak Fennoscandian bölgesi verilebilir. Bu bölgede şimdiye dek alınan en uzun gel-git kayıtları alınmıştır. Ancak yine bölgede var olan büyük ölçekli buzul izostatik denge sinyalleri, bu verilerin günümüz su seviyesinin tahmininde kullanımını zorlaştırmaktadır. Kalıcı GPS istasyonunun kullanıldığı birçok projenin amacı buzul izostatik denge düzeltmelerini bulmaya çalışmaktır.
2.3.5 Heyelan
Heyelan tehlikesini birinci derecede önlemek ve yatıştırmak konusunda GPS önemli bir rol üstlenmektedir. GPS ile kayan bloğun sınırlarını ve hareket hızını tespit etmek olasıdır (Segall ve Davis, 1997).Sokobiki ve diğerlerinin (1995) Japonya yaptıkları çalışmada, Nuta heyelanının hareketi tespit edilmiştir. Bu hareketin hızı 2-5 cm/yıl olarak saptanmıştır.
2.3.6. Barajlar
Önceki bölümlerde de bahsedildiği gibi GPS yönteminin kullanım alanları oldukça yaygınlaşmıştır. Deformasyon miktarının çok düşük olmasının dahi sorun oluşturabileceği barajlarda da GPS kullanılmaya başlanmıştır. Burada asıl incelenen baraj yapısının olabilecek büyük bir depremde nasıl davranış göstereceğidir. Bunlara ek olarak, su yüklemesi, sıcaklık etkisi ve zamanla, rüzgarla vs. malzemenin yapısının değişikliğe uğraması gibi değişkenlerde araştırılmaktadır.
2.4. Türkiye’de Yapılan Çalışmalar
Türkiye’de uydu tekniklerine ilişkin gelişmelerin dikkatle izlenmesi ve uygulamaya konulması 1980’li yılların sonlarına rastlamaktadır. Bu kapsamda çeşitli zamanlarda değişik ağlar kurulmuş ve işletilmiştir. GPS tekniğinin gelişmesi sonucu, 1988 yılından itibaren Wegener-Medlas (Working Group of European Geo-Scientists for
the Establishment of Networks for Earthquake Research-Mediterrenean Laser Ranging / Avrupa Yerbilimcileri Çalışma Grubu - Akdeniz Bölgeleri Lazer Ölçmeleri) çerçevesinde çeşitli yabancı kurum ve kuruluşun da katılımıyla proje çalışmaları yürütülmüştür (Aksarı, 2001). Bu proje iki yılda bir tekrarlanan GPS kampanyaları şeklinde planlanmıştır. Bu kampanyalar sonucunda yapılan analizlerde Kuzey Anadolu Fayı’nın yaklaşık 23±2 mm/yıl’lık bir kayma miktarına sahip olduğu saptanmıştır (Çakmak, 2001).
Türkiye’de yapılan tektonik amaçlı GPS çalışmalarının en önemlisi, Massachussetts Institute of Technology (M.I.T.), TUBİTAK, İTÜ ve Harita Genel Komutanlığı (H.G.K.) işbirliği ile yapılan Eastern Mediterrenean GPS Project’dir. Türkiye’de 1988 yılında başlatılan bu proje, her yıl yapılan GPS ölçümleri ile oldukça güvenilir bir GPS bilgi bankası oluşturmuştur ve halen oluşturmaya devam etmektedir.
Ayrıca Türkiye’de şu anda bir adet kalıcı GPS ağı bulunmaktadır. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi tarafından takip edilen “Marmara Bölgesi Sürekli GPS Gözlem Ağı” (MAGNET) çalışmasına devam etmektedir (Şekil 2.6.). Bu gözlem ağının amacı, Marmara Bölgesi’ndeki, Kuzey Anadolu Fay sistemi ile ilişkili olan tektonik deformasyonun, sürekli gözlem yapan GPS istasyonları ile gözlenmesi ve olası deprem yerleri ile büyüklüklerinin saptanarak ayrıntılı sismik risk analizlerinin oluşturulmasıdır (Çakmak, 2001). İçinde bulunduğumuz 2002 yılı itibariyle, bu amaçla çalışan 6 adet kalıcı, 6 adet geçici istasyon bulunmaktadır. Bu çalışmada, ileride bahsedilecek olan deprem (17 Ağustos 1999, İzmit) anına ait yer değiştirmelerin çözümünde kullanılan GPS data setleri de MAGNET ağı üyesi olan TUBİ ve DUMT sabit GPS istasyonlarından elde edilen verilerden oluşmuştur.
Şekil 2.6. : MAGNET GPS gözlem ağına ait istasyonlar (Kaynak: http://www.nemrut.mam.gov.tr/ gruplar/yerdefor/TEMELGPS.html)
3. MARMARA BÖLGESİ GPS VERİSİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
3.1. PROGRAM KISMI
Kabuk deformasyonlarının belirlenmesinde önemli bir araç olarak kullanılabilecek GPS ölçmelerinin analizinde ticari yazılımlar olduğu gibi üniversitelerin ve araştırma merkezlerinin yazdığı ve sürekli olarak geliştirdiği yazılımlar da kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında GPS verilerinin analizi için kullanılan ana program grubu GAMIT/GLOBK (Massachusetts Institute of Technology-MIT, ABD) adlı yazılım grubudur. Bu yazılım grubunun dışında BERNESE (Astronomical Institute University of Berne, İsviçre) ve GIPSY (NASA Jet Propulsion Laboratory, ABD) adlı yazılımlar da diğer araştırmacılar tarafından kullanılmaktadır. Bölüm 3.2.1.’de yer alan uygulama kısmında açıklanan Marmara Bölgesi’ne ait GPS verilerinin analizinde GAMIT/GLOBK yazılımları, Unix işletim sistemi altında çalışan bir Sun Ultra Sparc10 üzerinde kullanılmıştır.
Daha önceden belirlenmiş istasyonlar üzerinde toplanmış GPS datasının GAMIT/GLOBK ile işlenmesi genel olarak üç kısımda gerçekleştirilmektedir. İlk önce, değişik özellikteki alıcılarla toplanan GPS verilerinin belli bir standarta indirgenmesi sağlanmaktadır. Zira RAW olarak tanımlanan ve gözlemci tarafından bir alıcı yardımıyla arazideki bir GPS noktasında (istasyon) belli bir zaman aralığında toplanan veri, o an kullanılan alıcıya ait anten ve alıcı tipi bilgilerini içerecek şekilde depolanmaktadır. Ancak RINEX (The Receiver Independent Exchange Format) adı verilen ve verileri belli bir standartta saklamayı sağlayan veri formatı dünyada en yaygın olarak kullanılan formattır. RINEX formatına dönüştürülen verilerle ilk adımda, her gün için gerçekleştirilen çift farklı faz gözlemlerinden nokta koordinatları hesaplanmaktadır. Bu koordinatlarda yer alan her nokta için ayrı ayrı atmosferik gecikme, yörüngesel dönme ve dünya dönme parametrelerinin (EOP) hesabı gerçekleştirilmektedir. İkinci olarak ise, ilk adımda hesaplanan parametreler (günlük koordinatlar, yörünge ve EOP değerleri) ile bunların kovaryans (yayılım) değerlerine, koordinat ve hız değerlendirmesi için
Kalman filtresi uygulanmaktadır. Üçüncü adımda ise,ikinci adımda hesaplanan koordinat ve hız değerlerinin bir referans sistemine tanıtılması gerçekleştirilmektedir. Takip eden başlıklarda bu üç evre ve GAMIT/GLOBK program grubunun bu adımlarda nasıl kullanıldıkları hakkında detaylı bilgi verilmektedir.
3.1.1. RINEX
İstasyonlardan toplanan ham verinin analize hazır hale gelmesindeki ilk ever, verinin standart bir format olan RINEX’e dönüştürülmesi ile başlar. RINEX, ham (RAW) GPS verilerinin alıcı, zaman ve anten farkı gözetilmeden standart olarak tek tip halde dosyalanmasına olanak verir. Her alıcı için üretici firmaların hazırladığı RINEX'e dönüştürücü programların yanısıra UNAVCO (University NAVSTAR Consortium, ABD)'nun değişik işletim sistemleri altında çalışmak üzere geliştirdiği ve sürekli yenilediği TEQC programı bulunmaktadır.Bu çalışmada da ham bilgilerin RINEX formatına dönüştürülmesi TEQC ile gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.1.) .
3.1.2. GAMIT
GAMIT, M.I.T. 'de geliştirilmekte ve her zaman sürekli geliştirilmekte olan bir GPS veri işlem yazılım paketidir (Herring, 2001). Değişik alıcılardan toplanmış ölçmeler üzerinde işlemler yapmak, uydu yörüngelerim sayısal olarak integre etmek ve faz ile HUAM ölçmelerini modelleme gibi özelliklere sahiptir. Asıl kullanım alanı, taşıyıcı fazlardaki tamsayı belirsizliği ile atmosferik etkileri ve saat hatalarım da hesaba katarak, gözlenen ve teorik olarak elde edilen ölçmelerin farklarına göre, uydu yörüngelerim ve nokta konumlarım doğrusal kestirimle dengelemektir.
GAMIT'de veri işlem en basit haliyle Şekil 3.2.’de gösterilen akış şemaları mantığında yürümektedir. Program işleyişi şekilden de görüldüğü üzere iki ana kısımda gerçekleştirmektedir, ilk kısımda alt programlar kullanarak, program girdileri (çeşitli analiz merkezlerinin ürünleri olan tablolar ve dosyalar, istasyonların
Ham Data (RAW) TEQC RINEX Format Data
ve oturum özelliklerinin tanımlandığı dosyalar ve GPS istasyonlarına ait RINEX veriler) üzerinde çeşitli analizler yapılarak, programın ikinci kısmında kullanılmak üzere GAMIT formatında hazırlanmış gözlem dosyaları oluşturulur. Bu aşamada kullanılan programların en önemlileri, MAKEXP ve MAK-EX'dir. Kullanılan gözlem dosyaları, genel ve yerel GPS istasyonlarına ait RINEX veriler ile, bu istasyonların anten ve GPS alıcısı bilgilerini içeren dosyalardan oluşmaktadır. Programın bu ilk aşamasında uydu saatleri ve uydu ön yörünge bilgileri elde edilmekte ve HUAM bilgileri ile dengeleme öncesi nokta koordinatlanna dayalı olarak ilgili istasyon saat düzeltmeleri hesaplanmaktadır. Bu aşamada kullanılan programlardan biri olan MAKEXP, günlük GAMIT çözümlerin planlanmasını sağlamaktadır.
GAMIT çıktıları:
GLOBK çıktıları:
Şekil 3.2. : GAMIT ve GLOBK ile gerçekleştirilen GPS veri işleminin şematik gösterimi
Şekil 3.2.’deki akış diagramından da anlaşılacağı gibi MAKEXP ait programının girişlerini, RINEX veriler, bu verilerin ait olduğu istasyonlara ait alıcı, anten ve zaman bilgilerini içeren dosya ve oturumda kullanılacak olan uydu numaralarını içeren dosya oluşturmaktadır. Program sonrasında MAKEX dosyasına girdi olacak sonuç dosyası oluşmaktadır. MAKEX programı, sonuç dosyasını, analize girecek
İstasyondan gelen veriler
GAMIT
GLOBK
1- Duyarlı istasyon koordinatları 2- Kontrol dosyaları
1- Zaman serileri
olan istasyonlara ait dengeleme öncesi koordinatları ve RINEX verileri girdi alarak GAMIT programının kullanabileceği formatta ölçme anındaki tüm bilgileri içeren gözlem dosyalarını (X-dosyalarını) ve alıcı saat bilgilerini içeren “K-dosyalarını” oluşturur. X ve K-dosyalan, GAMIT programının ikinci aşamasına girdi olacak dosyalardır.
İkinci aşamada, amaç veri işlem sırasında kullanılan tüm parametrelerin kestirimidir. Bu amaçla, devir kesiklikleri saptanır ve ortadan kaldırılır. Uydu yörüngeleri ve nokta koordinatlarının dengeleme öncesi değerleri, faz ve HUAM ölçmeleri ile karşılaştırılan teorik gözlemlerin hesaplanmasında kullanılır. Devir kesiklikleri, ölçme sonucu elde edilen değerlerle teorik değerler arasındaki farkların hesaplanması ve faz gözlemlerinin kombinasyonlannın değerlendirilmesi ile saptanır.
Bu aşamada kullanılan en önemli programlar, FIXDRV, MODEL, AUTCLN ve SOLVE' dür. Birinci aşamada elde edilen GAMIT formatındaki gözlem dosyaları ve saat dosyaları bu aşamada FIXDRV programı için girdileri oluştururlar. Bu program sırasında her istasyon ve oturum için saat farklarıını ve oranları içeren “I-dosyası” ve analiz boyunca kontrolü sağlayan “B-dosyaları” oluşturulur. FIXDRV'dan sonraki aşama MODEL programının çalışması ile sağlanır. MODEL programı ile analiz sırasında gözlenen ve teorik olarak elde edilen ölçme değerlerinin farkları ile X-dosyalarındaki her bir ölçmenin kısmi türevi hesaplanır ve X-dosyalarının mantığında “C-dosyaları” oluşturulur. Yeni gözlem dosyaları (C-dosyaları), AUTCLN programınca kullanılarak, HUAM ve çift-fark faz gözlemlerinde ki muhtemel devir kesikliği ve kaba hata içeren ölçmeler belirlenmeye ve veriden uzaklaştırılmaya çalışılır. Üzerinde çalışılmış olan C-dosyaları, indisleri değiştirilerek yine C-dosyası formatında saklanır. Daha sonra, tüm parametreler (istasyon koordinatlarına ve uydu yörüngelerine ait) en küçük kareler yöntemi ile dengelenir. Bu adımda SOLVE programı kullanılır. Dengeleme sonuçlarına göre dengeleme öncesi değerlere düzeltmeler getirilir ve tekrar MODEL, AUTCLN ve SOLVE programları aynı mantıkla çalıştırılır.
GAMIT sonucunda elde edilen sonuç dosyaları, “Q” ve “H-dosyalarıdır”. Q-dosyalarında, SOLVE programı sonucu elde edilen tam sayı belirsizliklerinin çözümü ve sonuçların hataları bulunur. Bu dosya sayesinde veri işlemin nasıl gerçekleştirildiği adım adım rahatlıkla incelenebilmektedir. H-dosyalarında ise
dengeleme sonrası türetilmiş ölçüler ve kovaryans matrisleri (yayılım matrisleri) bulunmaktadır. Dengeleme sonrası elde edilen bu türetilmiş ölçüler farklı iki sonuç şeklinde de ifade edilebilmektedir. Bu dosyalar veri işlemin diğer bir kısmı olan GLOBK için girdi oluşturmaktadır. Tüm bu veri işlem sırasında; atmosferik gecikmeleri, uydu hareketlerim ve yörüngelere etkiyen kuvvetleri de hesaba katmak gerekmektedir. Bu amaçla GAMIT, farklı fiziksel modeller kullanmaktadır. Bu modellerle ilgili geniş bilgi King ve Bock (2001)'de yer almaktadır.
3.1.3. GLOBK
GLOBK temel olarak uydu-jeodezisi yardımı ile elde edilmiş ölçmelerin (VLBI, GPS) değerlendirilmesi sonucu elde edilen çözümlerin bir araya getirilerek, Kalman Filtresi uygulanması işlemini içermektedir. GLOBK, nokta koordinatları, yörünge parametreleri ve yerin dönüş parametreleri ile ilgili kovaryans matrislerini veri olarak kabul eder (Herring, 2001).
Kalman fıltresi, parametrelerin ardışık olarak kestirimini sağlayan bir yöntemdir. Genel olarak iki tip Kalman fıltresi dengelemesi gerçekleştirilir;
a. ölçmelerin ağırlıklı ortalamalarınm ve hız gibi diğer model parametrelerinin ardışık kestirimlerini veren "ileri" çözüm,
b. ileri çözüme göre ölçme düzeltmelerinin saptanmasını sağlayan bir "geri" çözüm.
Kalman filtresi kullanılarak elde edilen ve her bir istasyona ait koordinat bileşenlerini belirleyen zaman serileri incelenirken göz önüne alınması gereken en önemli nokta, olası hataların bu zaman serileri boyunca yayılabileceği gerçeği olarak karşımıza çıkmaktadır. Zira Kalman filtresine ait geri çözümler ile, ileri çözümlere tabi tutularak ardışık kestirimleri sağlanan parametrelere gore hesaplanan düzeltmeler tüm ölçmelere yayılmaktadır.
Veri işlemin GLOBK aşamasında, GAMIT ile her bir oturum için elde edilen H-dosyalan, küresel çözümlerle birleştirmek için genel veri merkezlerince oluşturulmuş günlük H-dosyaları ile beraber analiz edilmekte ve her bir istasyon için zaman serileri oluşturulmaktadır. Elde edilen zaman serileri yardımıyla her bir istasyonun
kuzey-güney, doğu-batı ve düşey koordinat bileşenleri ve gerektiğinde baz bileşenlerinin zamana bağımlı değişimi incelenebilmektedir. Bu aşamayı GLRED programı sağlamaktadır. Bu programın çıktısını, uydu yörünge bilgileri ile istasyonların koordinatları ve baz bileşenleri oluşturur. GLRED programı ile zaman serilerinin izlenip, verilerde meydana gelebilecek uyuşumsuzluklar kontrol edildikten sonra, yerel ve genel ağlara ait H-dosyalarının birleştirilerek her bir oturum için tüm detayları içeren tek bir H-dosyasının oluşturulmasına gidilir. Bu amaçla GLOBK programı kullanılır. Elde edilen günlük birleştirilmiş H-dosyaları, amaca göre haftalık veya aylık olarak da birleştirilerek tek bir H-dosyası elde edilebilmektedir. Geniş bir zaman aralığı için elde edilen birleştirilmiş H-dosyaları, GLRED ve GLORG programlarına girdi olurlar. Bu aşamada, her bir istasyon için koordinat ve hız değerleri saptanmaktadır. GLORG programı yardımıyla, GLOBK programıyla birleştirilmiş sonuçların, belirlenmiş bir referans sisteminde tanımlanması gerçekleştirilmektedir (Herring, 2001).
3.2. 17 Ağustos 1999 İzmit Depremi
3.2.1. Data analizi
17 Ağustos 1999 İzmit depremi öncesinde yapılan çeşitli bilimsel çalışmalar Marmara bölgesinde bir sismik boşluk (seismic gap) olduğu göstermiştir (Toksöz vd., 1979; Barka, 1997; Stein vd., 1997; Nalbant vd., 1998). Bu görüşün en temel dayanağı ise son yüzyılda 1939’da Erzincan’dan başlayıp batıya doğru göç eden ve 1967 Adapazarı’da son bulan 7’den büyük depremler zinciri ve tarihsel deprem kataloglarıdır (Ambraseys ve Finkel, 1991). İşte bu nedenle 1988 yılından beri Marmara bölgesi TÜBİTAK tarafından yoğun bir GPS ağı ile donatılmış durumda idi ve 50 adetin üzerinde GPS noktası çeşitli periyodik olarak (genellikle her yıl) ölçülmekte idi (Reilinger vd., 1997; Barka ve Reilinger, 1997). MAGNET olarak isimlendirilen bu GPS ağında, 17 Ağustos 1999 İzmit depreminde sürekli kayıt yapan 4 istasyon mevcuttur: KANT, TUBI, DUMT ve ULUT (Şekil 3.3).
Bu çalışmada Bölüm 3.1’de ayrıntılı olarak anlatılan GAMIT ve GLOBK programları kullanılarak TUBI ve DUMT noktalarına ait veriler günlük çözüme dayalı zaman serileri olarak hesaplanmış ve incelenmiştir (Şekil 3.4. ve 3.5).
Zaman serilerinde gösterilen her bir nokta o istasyonun o güne ait konum bileşenini, noktaların üzerinde yer aldığı çubuklar ise hesaplanan bu konumun belirsizliğini göstermektedir. 17 Ağustos 1999 İzmit depremine ait GPS datasının analizi sonucu zaman serilerinin oluşturulmasındaki amaç, deprem öncesi ile sonrasında seçilen belli bir zaman aralığında, faylanmanın neden olduğu hareketin kuzey–güney, doğu– batı ve düşey yöndeki bileşenlerini incelemektir. Bu amaçla TUBI istasyonuna ait yer değiştirmeler hesaplanarak, deprem anında gerçekleşen yatay ve düşey hareketin açık bir şekilde incelenebildiği Şekil 3.4 oluşturulmuştur.
Şekil 3.3. MAGNET ağı bünyesinde 17 Ağustos 1999 İzmit depremi öncesi ve sonrası sürekli GPS datası toplayan TUBI ve DUMT istasyonları (Tüm istasyonlar Şekil 2.6.’da görülebilir). Diğer noktalar ise 1988 yılından beri GPS kampanyalarında kullanılan istasyonlardır.
Buna göre KAF’ın kuzeyinde kalan söz konusu TUBI istasyonunda 17 Ağustos 1999 İzmit depreminin neden olduğu yer değiştirme yatay düzlemde güneye doğru yaklaşık 33.5 cm, batıya doğru yaklaşık 54.5 cm ve düşey düzlemde ise yaklaşık 8,5 cm. (çökme: subsidence) olarak görülmektedir. Şekil 3.5’te yer alan ve KAF’a göre güneye konumlandırılmış olan DUMT istasyonunda ise 17 Ağustos 1999 İzmit depreminin neden olduğu yer değiştirme yatay düzlemde güneye doğru yaklaşık 30 cm, faya göre güneyde kalmasının getirdiği bir sonuç olarak ise batıya doğru yaklaşık 35 cm olarak görülmektedir. Düşey düzlemde ise yaklaşık olarak bir yeğiştirme miktarından söz etmek zor görünmektedir.
3.2.2. Kosismik GPS datasının modellenmesi
İzmit depreminin ardından kısa süre içinde GPS noktalarında ölçümler alınarak depremin neden olduğu yer değiştirmeler belirlenmiştir (Reilinger vd., 2000).
Reilinger ve diğerleri bu gözlemleri ters çözümleme yöntemi ile modelleyerek fayın geometrisini ve derindeki kayma dağılımını ortaya çıkarmışlardır (Şekil 3.6). Bu araştırmacıların modeline göre kayma 4 bölgede yoğunlaşmaktadır ; Gölcük, batı Sapanca, doğu Sapanca ve Karadere bölgeleri. Batı Sapanca hariç bu kayma dağılımı arazi gözlemleri ile uyuşmaktadır. Buradaki yüksek kaymanın faya çok yakın olan iki GPS noktasına bağlı olarak oluştuğu düşünülebilir. Kayma genelde çok sığ derinliklerde meydana gelmekte ve 12 km'den sonra azalarak sıfırlanmaktadır.
Şekil 3.6. İzmit depremi öncesi için kayma dağılımları (Reilinger vd., 2000).
Bu çalışmada ise bu GPS yer değiştirmeleri yeniden modellenmiştir. Modellemede, Reilinger ve diğerleri gibi, EK-B'de ayrıntılarının bulunabileceği homojen ve elastik yarı uzayda olduğu varsayılan dikdörtgen düzlemler üzerinde meydanana gelen dislokasyon yöntemi uygulanmıştır (Okada, 1985).
Modelleme çalışmalarında öncelikle bir model fay oluşturulmuştur ve bu fayın mümkün olduğunca yüzey kırığının geometrisine ve konumuna uygun olmasına özen gösterilmiştir. Ancak Gölcük'ün batısında fay kırığı deniz altında devam ettiğinden fayın bu uçta nerede sonlandığı direk olarak gözlemlenememektedir. Kırığın batıya doğru ne kadar devam ettiğini ortaya çıkartmak için, model fay, doğrultusu boyunca 5 km'lik parçalara bölünerek (30x5 km) deneme yanılma yöntemi (forward modelling) kullanılmıştır. Ayrıca fayın deniz icindeki konumu belirlenirken çeşitli deniz içi ve sismolojik çalışmalardan da faydalanılmıştır (Kuşçu vd., 2002; Le Pichon vd., 2002, Karabulut vd., 2002). Çeşitli testlerden sonra fayın Hersek
burnunun 15-25 km batısında sonlandığı anlaşılmaktadır. Bu sonuç daha önce yapılan çeşitli disiplenlerdeki çalışmalarla da uyumludur (Armijo vd., 2000; Reilenger vd., 2000; Wright vd., 2001; Çakır vd., 2001, 2002, 2003, Feigl vd., 2002). Model fay 150 km uzunlukta ve 16 km genişlikte olup arazi gözlemlerine, doğrultu atımlı fayların genel geometrisine ve fokal mekanizma çözümlerine (Harvard CMT, Örgülü ve Aktar, 2001) uygun şekilde düşey eğimli olarak belirtilmiştir. Bu derinlik de yine deneme yanılma yoluyla bulunmuştur. Diğer bir şekilde, fay parçalarına belirli bir miktarda atım verilmiş ve derinlik miktarlari değiştirilerek en uygun derinlik belirlenmiştir. Fayın gemoetrisi yukarıda anlatıldığı şekilde belirlendikten sonra, lokal normal atımlar dikkate alınmayarak her bir fay parçası için tamamen sağ yönlü doğrultu atımlı kaymalar (pure right-lateral slip) verilmiş ve Okada (1985) tarafından verilen formüller kullanılarak (bakınız EK-B) bu kaymaların GPS gözlem noktalarında ne kadar ve hangi yönde yer değiştirmelere neden olduğuna bakılmıştır. Bu şekilde GPS gözlemleri ile aynı noktalarda Okada formulasyonu ile belirlenen yerdeğiştirmeler tutturulmaya (fit) çalışılmıştır. Bir diğer deyişle, GPS vektörleri simüle edilmiş, yani modellenmişlerdir. Bu model vektörlerle GPS gözlemlerinin uyumu hem görsel hemde sayısal olarak (rms – ortalama kare kök) kontrol edilmiş ve uyumun mümkün olan en iyi seviyeye indirilmesine çalışılmıştır. Kayma miktarları verilirken arazi gözlemleriyle uyumlu miktarlar verilmesine son derece önem verilmiştir (Şekil 3.7.). Bunun nedeni ise GPS, InSAR, üçgen ağı ölçümü ve benzeri gözlemler çok farklı fay parametreleri (yani atım miktari, fayın eğimi ve doğrultusu vs) ile açıklanabilmektedir (Çakır vd., 2003). Diğer bir deyişle çözüm tek değildir. Dolayısı ile jeolojik gözlemlere uyumlu bir çözümün bulunabilmesi arzu edilmiştir.
Şekil 3.7. 17 Ağustos 1999 İzmit depremi sonrası yapılan arazi çalışmalarında ölçülen yüzey atım miktarları (Barka vd., 2002)
Şekil 3.8’de GPS verileri ve bu çalışmada bulunan en iyi modelin (4.4 cm rms hata payı ile) bu noktalarda tahmin ettiği yer değiştirmeler gösterilmektedir. Bu şekilde siyah renkle gösterilen vektörler GPS yer değiştirmelerini, kırmızı vektörler ise modelleme sonucu bulunan yer değiştirmeleri göstermektedir. Kullanılan model fay ise mavi çizgi ile gösterilmektedir. Bulunan bu fay modeli Şekil 3.8’de görüldüğü gibi GPS gözlemlerini oldukca iyi bir şekilde tahmin etmektedir. Ancak faya yakın bazı vektörlerde hata payı 10 cm’ye kadar ulaşmaktadır (Şekil 3.9). Bu noktada hatırlanması gerekir ki, yüzey kırığı boyunca fayın hem geometrisinde hemde üzerindeki atım miktarinda ani değişikliklerin (Şekil 3.7.) meydana geldiği arazi gözlemlerinde ortaya çıkmaktadır (Barka vd., 2002). Dolayısı ile model fayın yüzey kırığına göre çok daha basit olarak belirlenmesinin, faya yakın kesimlerdeki bazı GPS noktalarının arzu edilen şekilde modellenememesine yol açtığı söylenebilir.
Şekil 3.8. Gözlemlenen GPS yer değiştirmeler (Reilinger vd., 2000) ve bunlardan hesaplanan model yer değiştirme vektörleri. Siyah renkle gösterilen vektörler GPS yer değiştirmelerini, kırmızı vektörler ise modelleme sonucu bulunan yer değiştirmeleri göstermektedir.
Şekil 3.9. Gözlem ve model arasındaki farklar.
Bulunan model fay parametreleri EK C’de yer alan Tablo C.1’de verilmektedir ve kullanılan parametrelerin açıklaması ise Şekil 3.11.’de görülebilir. Bu model fay topoğrafya üzerinde 17 Ağustos 1999 ve 12 Kasım 1999 depremlerinin yüzey kırıkları ile beraber Şekil 3.10.a’da gösterilmektedir. Bu şekilde görüldüğü gibi bulunan model fay yüzey kırığı ile örtüşmektedir, ancak yüzey kırığının tersine uç etkisi problemini kaldımak için model fay sürekli ve yumuşak (smooth) bir şekilde belirlenmiştir. Fay geometrisindeki bu güzel uyum modelleme ile elde edilen kayma miktarlarıyla arazide gözlenen ve Barka ve diğerleri (2002) tarafından verilen kayma miktarları arasında da mevcuttur (Şekil 3.10.b). Model parametrelerinden hesaplanan sismik moment, Mo, 1.91x1020 Nm (Mw=7.5) sismik çalışmalarla elde edilen momentle uyumludur (1.7-2.0, Yagi ve Kikuchi, 2000, Toksöz vd., 1999).
Ş eki l 3.10. (a) 17 A ğust os 1999
İzmit depremi yüzey k
ır ığ ın ın (mavi ) l okasyonu. K ırm ız ı ile g ös terilen çizg i ise k os ismik GPS y er de ği ştirmelerin in mo de llemesi için k ullan ıla n fayd ır. (b) GPS veri le ri ni n model le nmesi nden el de edi le n yüzeydeki at ım miktarlar ı
ile arazide ölçülen at
ım miktarlar ın ın (B arka vd.,2002) kar şı la şt ır ılmas ı.
Şekil 3.11. : Tablo C.1’de kullanılan model fay parametrelerinin örnek bir fay üzerinde gösterimi.
Yukarıda anlatılan sonuçlardan bu modelin oldukca makul bir model olduğu söylenebilir. Ancak bu modelde her bir parça üzerindeki kaymanın yüzeyden 16 km derinliğe kadar aynı olması elbette gerçekci değildir. Derinlerde değişen kayma modelleri GPS datasını daha iyi bir şekilde açıklamaktadır (örneğin Reilinger vd., 2000; Çakır vd., 2003). Fakat burada elde edilen model ve gözlem arasındaki uyum (fıt) açısından diğer sözü edilen modellerle elde edilen sonuçlar arasında çok büyük bir fark yoktur. Buradan anlaşılmaktadır ki yapılan modellemenin hassasiyeti GPS datasının alansal dağılımına bağlıdır. Yani eldeki GPS datasının çözünürlüğü boylesi basit bir modele imkan tanımaktadır. Burada elde edilen modelin oldukca basit olmasına rağmen, fay doğrultusu boyunca bulunan atımların dağılımı açısından ana hatları ile daha önce aynı data ile ve diğer statik data ile elde edilen modellerle benzerlik göstermektedir (Reilinger vd,. 2001, Şekil 3.6; Çakır vd., 2003). En önemli ortak nokta ise arazide gözlenen kayma dağılımın modelle benzerlik göstermesidir. Burdan da fay segmentasyonunun bir dereceye kadar derinlerde de mevcut olduğu anlaşılmaktadır.
Bulunan modele göre 17 Ağustos 1999 Izmit depreminin bölgede meydana getirdiği yatay ve düşey yöndeki deformasyon Şekil 3.12’de gösterilmeye çalışılmıştır. Şekilde yatay yöndeki yerdeğiştirmeler belirli noktalarda vektörlerle gösterilirken düşey yöndeki deformasyon alansal olarak haritalandırılmıştır. Doğrultu atımlı faylara tipik olarak düşey yöndeki deformasyon çapraz bir şekilde (2 yükselme, 2 çökme olarak) 4 ana lop halinde oluşmaktadır. Model sürekli kayıt yapan TUBI noktasına meydana gelen 8.5 cm’lik çökmeyi iyi bir şekilde (6.5 cm) tahmin etmektedir (Bölüm 3.2.1 ).
Şekil 3.12. : Hesaplanan model sonuçlarına göre 17 Ağustos 1999 Izmit depreminin bölgede meydana getirdiği yatay ve düşey yöndeki deformasyon.
4. MARMARA BÖLGESİ COULOMB GERİLİM DAĞILIMI HESAPLARI
Coulomb çalışmalarında 17 Ağustos 1999 İzmit depremi ve 12 Kasım 1999 Düzce depremleri modellenmiştir. Coulom hesaplamaları ile ilgili detay bilgiler EK-A’da verilmiştir. Bu çalışmada öncelikle 17 Ağustos 1999 İzmit depreminin Marmara bölgesinde meydana getirdiği statik gerilim ortaya çıkartılmış ve bu değişimin deprem sonrası meydana gelen artçı şokların lokasyonlarının bu modelle uyum gösterip göstermediği araştırılmıştır. İkinci aşamada Izmit depreminin meydana getirdiği gerilimin Düzce fayı üzeride oluşturduğu gerilim araştırılmıştır. Daha sonra her iki deprem birden modellenerek bölgedeki gerilim ortaya çıkartılmıştır.
4.1. 17 Ağustos 1999 İzmit depremi
1900’den 1999 İzmit depremi öncesine değin bölgede meydana gelen ve büyüklükleri M.6 olan depremlerin neden olduğu gerilme değişimi Ferrari vd., (2000) tarafından ortaya çıkartılmıştır (Şekil 4.1). Bu çalışmaya göre 1999 İzmit depremi öncesi meydana gelen bu depremlerın Izmit episantırı civarında 0.5-2 barlık bir gerilim artışına neden olduğu anlaşılmaktatır.
Şekil 4.1. 1999 İzmit depremi öncesi meydana gelen ve büyüklüğü, M>6 olan depremler için hesaplanan Colomb gerilimi dağılımları (derinlik 6 km.’dir). Çalışılan alan sol üst köşede gösterilmiştir. Modellemede kullanılan fay parçaları sarı renkte, episantırları ise içi kırmızı dolgulu daireler ile ifade edilmiştir.Colomb gerilimlerinin birimi bar’dır (Ferrari vd.2000’nden).
Fay geometrisi ve kayma miktarı Coulomb modellemesinin temelini oluşturmaktadır. Dolayısı ile fay parametreleri nekadar doğru ise ortaya çıkartılan gerilim değişimide o kadar doğru olmaktadır. Örneğin Stein ve diğerleri (:::) daha sonraki Coulomb çalışmalarında jeodezik yöntemlerle elde edilen fay parametrelerini kullanarak 1992 Landers depremi artçı şoklarını çok daha iyi bir şekilde tahmin etmişlerdir. Izmit depreminin meydana getirdiği gerilim değişimi bugüne değin bir çok araştırmacı tarafından ortaya konmuştur (Ferrari vd., 2000; King vd., 2001; Papadimitriou vd., 2001; Pınar vd., 2001; Parsons vd., 2000). Ancak bütün bu çalışmalarda kullanılan fay parametreleri çok detay olmayıp yaklaşık olarak alınmıştır. Detay olmayan böylesi parametrelerle artcı şoklar ve Marmara bölgesi deprem tehlikesi ortaya konulmaya çalışılmıştır. Bu çalışmada ise kullanılan parametreler kosismik GPS verilerinin modellenmesi ile ortaya çıkartılan modelden elde edilmiştir. Daha önceden de belirtildiği gibi bu fay arazi gözlemleri ile de iyi bir uyum göstermektedir. Kullanılan bu fay parametreleri Izmit depremi kosismik SAR verilerini 2.4 cm’lik bir hata (rms) ile tahmin etmektedir (Ziyadin Çakır, kişisel görüşme). Bu çalışmada kullanılan fay parametrelerinin bir çok gözlemle uyum içinde olması, gerilim dağılımı hesaplamalarının daha doğru bir şekilde ortaya konmasına yol açmaktadır.
GPS ve arazi gözlemleri ile elde edilen bu fay parametrelerini kullanarak hesaplanan İzmit depreminin optimum konumlu doğrultu-atımlı fay düzlemlerinde 10 km derinlikte meydana getirdiği statik gerilme haritası, Düzce depremine kadar meydana gelen artçı şoklarla birlikte Şekil 4.2’de gösterilmektedir. Hesaplamada sürtünme katsayısı daha önce yapılan çalışmalarla uyumlu bir şekilde 0.4 olarak alınmıştır (Stein vd., 1997; Nalbant vd., 1998). Bu şekilde görüldüğü gibi artçı şokların büyük çoğunluğu (> % 80) gerilimin arttığı alanlarda yer almaktadır. Doğrultu atımlı faylara tipik olarak maksimum gerilme fay uçlarında meydana gelmektedir. Yani doğu Marmara (Yalova ve Çınarcık baseni civarı) ve Duzce ovası civarında gerilim 2 barın üzerine çıkmaktadır, ki bu miktar bir depremin tetiklenmesi için gerekli minum değer olarak kabul edilen 0.5 barın çok üzerindedir. Zaten 3 ay sonra oluşan Düzce depreminin episantırı civarında gerilimin 2 barın üzerinde artması İzmit depreminin Düzce depremini tetiklediği sonucuna varılabilir.
Ş eki l 4.2. İzmi t depremi ni n opt im um konuml u do ğrultu-at ıml ı fay düzl eml eri nde 10 km deri nl ik te meydana get ir di ği statik g erilme h aritas ı. K ırm ız ı çizgiler sa ğ yanal at ıml ı fa ylar ı, be yaz çiz giler ise so l y anal at ıml ı fa yla rı temsil etmek ted ir
Coulomb çalışmalarıyla genel olarak artçı şokların yerleri başarı ile tespit edilebilmektedir ancak civardaki büyük bir depremin tetiklenme zamanı konusunda bir yorum yapılamamaktadır. Bu zaman periyodu bir kaç saniyeden aylar ve yıllar mertebesinde değişmektedir (King ve Cocco, 2001). Buradan deprem tetiklemelerininde statik gerilme artışının yanı sıra diğer bir çok faktörlerinde etkili olduğu anlaşılmaktadır. Örneğin Düzce depreminin ayrıca İzmit depremi sonrası oluşan ve doğuya doğru hareket ettiği düşünülen vizkoelastik deformasyonlar tarafından tetiklenmiş olabileceği deprem sonrası yapılan GPS çalışmalarıyla ortaya konulmaktadır (Bürgman vd., 2002; Ergintav vd., 2002). Ayrıca genel olarak deprem sonrası kabuk icindeki sıvıların hareketlenmesininde depremlerin tetiklenmesine neden olduğu düşünülmektedir (Wood,1994).
Yalova ve Çınarcık baseni civarında gözlemlenen yoğun sismik aktiviteye, bu bölgede meydana gelen yüksek gerilim artışının neden olduğu söylenebilinmektedir. Fay uçlarınının yanı sıra, yüksek sismisitenin meydana geldigi bir diğer bölge ise Doğu Sapanca ve Karadere segmentleri arasında kalan Akyazı civarında yer almaktadır. Bu sıçrama bölgesinde (step-over) gözlenen ve GPS modellemesinden de ortaya çıkartılan düşük kaymanın deprem sonrası aktivite ile dengelendiği düşünülmektedir. Coulomb modeli bu düşünceyi doğrulamaktadır.
4.2. 17 Ağustos 1999 İzmit depreminin Düzce fayı üzerinde meydana getirdiği gerilim
12 Kasım 1999 Düzce depremi sonrası yapılan arazi çalışmalarında 5 metreye varan sağ yönlü doğrultu atımlı yer değistirmeler ölçülmüştür (Barka vd., 2002; Şekil 3.7). Bunun yanı sıra lokal olarak Eften Gölü civarında 4 metreye varan düşey atımlar da meydana gelmiştir. Ancak çeşitli fay odak mekanizmaları çozümleri (Harvard CMT; Kandilli Rasathanesi; USGS) ve detay sismoloji, GPS ve SAR interferometrisi çalışmalarından düzce fayının 50-60° kuzeye doğru eğimli olduğu anlaşılmaktadır (Ayhan vd., 2001; Yagi ve Kikuchi 2001; Bürgmann vd., 2002; Örgülü ve Aktar, 2001 - Ek D ).
1999 Izmit depreminin Düzce bölgesi civarinda statik gerilimi arttırdiği Şekil 4.2’de açıkça görülmektedir. Ancak bu gerilim değerleri optimum konumlu düşey doğrultu-atımlı fay düzlemleri üzerinde hesaplanan gerilmelerdir. Şekil 4.2’de görüldüğü gibi
Düzce fayı optimum fay düzlemlerine paraleldir. Fakat fay kuzeye doğru eğimli olduğu için hesaplanan bu gerilmeler tamamen Düzce fayı üzerine düşen gerilmeler değildir. Bu nedenle Düzce fayı üzerine düşen gerilimleri ortaya çıkarmak için daha önceki çalışmalara uygun olarak kuzeye doğru 60° eğimli bir model fay düzlemi oluşturuldu (Bakınız Ek D). Yaklaşık olarak yüzey kırığına paralel bir şekilde alınan model fay 42 km uzunlukta olup 15 km derinliğe kadar inmektedir. İzmit depreminin Düzce fay düzlemi boyunca neden olduğu gerilim değişimi dağılımı ayrıntılı bir şekilde ortaya çıkartmak için model fay 3x3 km’lik dikdörtgen parçalara bölününerek (toplam 80 parça) her bir parça üzerine düşen gerilim (resolved stress) hesaplanmıştır. Hesaplanan bu gerilimler daha sonra interpole edilmiştir. Örneğin Şekil 4.3’de Düzce fayı üzerinde meydana gelen Coulomb gerilim değişimi üç boyutlu olarak gösterilmektedir. Mavi vektörler kesme gerimesinin yönün ve büyüklüğünü vermektedir. Şekilde görüldüğü gibi batıdan doğuya doğru ve de yüzeyden derinlere doğru gerilme 16 bardan 1 bara düşmektedir. Ancak bu noktada hatırlanması gereken 16 barlık bu gerilmenin gerçeği yansıtmayıp fay ucu etkisinden kaynaklandığıdır (edge effect). Düzce depremi hiposentırı civarına meydana gelen gerilim artışı ise yaklaşık 1.4 bardır (Şekil 4.4). Bu değer bir depremin tetiklenmesi için yeterince büyük bir gerilim artışıdır (King ve Cocco, 2001).
İzmit ve Düzce depremlerinin her ikisinin birden bölgede oluşturduğu statik gerilme Şekil 4.5’de gösterilmektedir.Düzce fayı üzerinde verilen kayma miktarları arazi Barka ve diğerlerinden (2002) uyarlanmıştır. Düzce kırığının doğu ucu ile 1944 Mudurnu depremi arasında kalan ve bu yüzyılda kırılmayan bölgede gerilim artışı mevcuttur. Arada kalan mesafe düşünüldüğünde ve bölgede Barka ve diğerleri (2002) tarafından yapılan detay peleosismoloji çalışmalarından bu bölgede yakın gelecekte M=6’dan daha büyük bir depremin meydana gelme olasılığın düşük olduğu ortaya çıkmaktadır. Diger taraftan İzmit kırığının batı ucundaki gerilme artışı Marmara denizi altında devam eden Kuzey Anadolu fayı üzerinde deprem tehlikesi riskini arttırmış bulunmaktadır (Şekil 4.4) (Ferrari vd., 2001; Parsons vd 2000).
Şekil 4.4. Düzce fayı üzerinde meydana gelen Coulomb gerilim değişiminin kontür haritası Şekil 4.3. Düzce fayı üzerinde meydana gelen Coulomb gerilim değişiminin üç boyutlu olarak gösterimi.
Ş
eki
l 4.5.
İzmit ve Düzce depremlerinin her
ikisinin birden bölgede olu
ştu rd uğ u statik g erilim d ağ ılı m ı. K ırm ız ı çizgiler sa ğ yanal at ıml ı faylar ı, mav i çizg iler ise so l y an al at ıml ı faylar ı temsil etmek ted ir.
