ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Ali Tolga ġEN
Anabilim Dalı : Jeofizik Mühendisliği Programı : Jeofizik Mühendisliği
DEPREM MEKANĠZMA ÇÖZÜMLERĠ VE GERĠLME TENSÖRÜ ANALĠZĠ ĠLE MARMARA BÖLGESĠNĠN SĠSMOTEKTONĠK ÖZELLĠKLERĠNĠN
ĠNCELENMESĠ
HAZĠRAN 2010
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Ali Tolga ġEN
(505071401)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 07 Mayıs 2010 Tezin Savunulduğu Tarih : 14 Haziran 2010
Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. Haluk EYĠDOĞAN (ĠTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Argun KOCAOĞLU (ĠTÜ)
Doç. Dr. Mehmet ERGĠN (TÜBĠTAK)
DEPREM MEKANĠZMA ÇÖZÜMLERĠ VE GERĠLME TENSÖRÜ ANALĠZĠ ĠLE MARMARA BÖLGESĠNĠN SĠSMOTEKTONĠK ÖZELLĠKLERĠNĠN
ÖNSÖZ
17 Ağustos 1999 Kocaeli ve onun tetiklediği 12 Kasım 1999 Düzce depremleri, başta megakent İstanbul olmak üzere Marmara Bölgesindeki yerleşimleri etkilemesi kaçınılmaz olan büyük bir depremin olma olasılığını gündeme getirmiştir. Bilim, ekonomi, sosyoloji ve politika platformlarında yoğun bir tartışma ortamı oluşturan bu konunun Türkiye nüfusunun üçte birini, ekonomisinin yarısını barındıran Marmara Bölgesinin geleceği ulusal ve uluslararası nitelikte önemli bir konu durumuna gelmiştir. Konu tüm yönleriyle gündemdedir. Deprem risklerinin azaltılması ve korunma çok yönlü ve çok disiplinli bir konu olmasına rağmen konunun özellikle yerbilimleri ağırlıklı ve zaman zaman medyaya spekülatif ve bilgi kirlenmesi şeklinde yansımaları tehlikenin ciddiyetini bozabilecek düzeye de gelebilmektedir. 1999 depremleri öncesi Marmara Bölgesinde çok sayıda ulusal ve uluslararası katılımlı projeler yapılmış olsa da 1999 depremleri sonrası araştırmaların sayısı ve niteliği çok artmış ve çok sayıda çeşitli içerikli yerbilimsel veri elde edilmiştir. Sismoloji ağırlıklı bu çalışmada 1912 – 2009 yılları arasında Marmara Bölgesi’nde olmuş depremlerin fay düzlemi çözümleri kullanılarak gerilme tensörü yardımıyla güncel tektonik hareketlerin analizi yapılmıştır. Çalışmada mevcut fay düzlemi çözümlerinin yanı sıra 2006 – 2009 yılları arasında TÜRDEP (Türkiye'nin Deprem Riski Yüksek Jeo-Stratejik "ancak tektonik rejimleri farklı" Bölgelerinde Deprem Davranışının Çok Disiplinli Yaklaşımlarla Araştırılması) projesi çerçevesinde kaydedilen depremlerden 101 tanesinin ilk kez olarak fay düzlemi çözümleri P dalgası ilk hareket yöntemine göre yapılmıştır. Böylece 1912 -2009 yılları arasında olmuş toplam 360 adet depremin fay düzlemi çözümlerinden yararlanarak Marmara Bölgesi’ndeki tektonik gerilme tensörleri tüm bölge ve belirlenen sismo-tektonik alanlar için hesap edilmiştir. Tüm fay düzlemi çözümleri ve bunlardan elde edilen P anlık gerilm eksenleri haritalandırılmıştır. Belirlenen alanlar için elde edilen ana gerilme eksenlerinin (sigma1, sigma2, sigma3, principal stress axis) alansal dağılımları değerlendirilerek Marmara Bölgesi’nde süregiden güncel tektonik faaliyetler yorumlanmıştır.
Çalışmam süresince bana danışmanlık yapan Tez hocam Sayın Prof. Dr. Haluk Eyidoğan’a, İ.T.Ü. Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği bölümünün değerli hocalarına, veri hazırlanması ve bilgisayar alt yapı kurulumu için Jeofizik Müh. Veli Geçgel’e, verileri sağlayan ve kullanımına izin veren TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Yer ve Deniz Bilimleri Enstitüsü’ne, veri işlem laboratuvarının kullanılmasına izin veren Jeofizik Mühendisliği Bölüm Başkanı Prof. Dr. Emin Demirbağ’a ve hiçbir konuda desteklerini esirgemeyen aileme sonsuz teşekkürler ediyorum
Haziran 2010 Ali Tolga Şen
ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖNSÖZ ... v ĠÇĠNDEKĠLER ... vivii KISALTMALAR ... iix ÇĠZELGE LĠSTESĠ ... xi
ġEKĠL LĠSTESĠ ... xiii
SEMBOLLER ... xviii
ÖZET ... xix
SUMMARY ... xxi
1. GĠRĠġ ... 1
2. BÖLGENĠN TEKTONĠĞĠNE GÜNCEL BAKIġ ... 5
2.1 Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun Marmara Bölgesindeki Durumu ... 7
2.1.1 Çek ayır ve ilişikli modeller ... 8
2.1.2 Basamaklı fay segmentlerini birleştiren model ... 9
2.1.3 Marmara denizinin içinden geçen tek bir ana fay ... 9
2.1.4 Marmara bölgesinde birbiriyle ilişkili iki fay sistemi tarafından iki farklı dönemde gelişmiş yapı ... 10
2.2 Deniz Sismiği Çalışmaları ve Güncel Tektonik Tartışmaları ... 11
2.3 GPS Çalışmaları ... 14
2.4 Sismolojik Çalışmalar ... 16
2.4.1 Tarihsel dönem depremselliği ... 16
2.4.2 Aletsel dönem depremselliği ... 18
3. YÖNTEM ... 21
3.1 P Dalgası İlk Hareket Yönüne Göre Fay Düzlemi Saptanması ... 21
3.1.1 Gerilme tensörü ... 24
3.1.2 Asal (principal) gerilme eksenleri ... 26
3.1.3 Maksimum makaslama gerilmesi ve faylanma ... 27
3.2 Gerilme tensörü analizinde kullanılan yöntemler ... 29
4. VERĠLERĠN ANALĠZĠ ... 33
4.1 Marmara Bölgesi Depremleri Fay Düzlemi Çözümleri ... 34
4.1.1 Önceki fay düzlemi çözümleri ... 34
4.1.2 2006- 2009 Marmara bölgesi deprem dağılımı ... 36
4.1.3 P Dalgası ilk hareket çözümleri ... 38
4.2 Gerilme Tensörü Analizi Sonuçları ... 53
4.2.1 Çınarcık bölgesi ... 54
4.2.2 Biga bölgesi ... 56
4.2.3 Gemlik bölgesi ... 57
4.2.4 Kuzey marmara fayı bölgesi ... 58
4.2.8 Genel marmara bölgesi ... 64
5. SONUÇLAR VE DEĞERLENDĠRMELER ... 65
KAYNAKLAR ... 71
KISALTMALAR
EMSC European-Mediterranean Seismological Centre FOCMEC : Focal mechanism
GMT : Global Mapping Tools GPS : Global Positioning System
ISC : International Seismological Center ISS : International Space Station
KAF : Kuzey Anadolu Fayı KMF : Kuzey Marmara Fayı KMFZ : Kuzey Marmara Fay Zonu
KRDAE : Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitüsü LSIB : Least Square Inversion With Bootstrapping MATLAB : Matrix Laboratory
MÖ : Milattan Önce
MS : Milatan Sonra
MTA : Maden Tetkik Arama
NEIS : Nuclear Energy Information Service PQL : Pascal Quick Look
SEISAN : The Earthquake Analysis Software
TURDEP : Türkiye’nin Deprem Riski Yüksek Jeo-Stratejik Bölgelerinde Deprem Davranışının Çok Disiplinli Yaklaşımlarla Araştırılması TUBĠTAK : Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu
MAM : Marmara Araştırma Merkezi USGS : United States Geological Sociaty
WWSSN : World-Wide Standard Seismographic Network ZMAP : Mapping Software
ÇĠZELGE LĠSTESĠ
Sayfa Çizelge 4.1 : Diğer çalışmalardan kullanılan verilerin listesi ... 34 Çizelge 4.2 : Marmara Bölgesinde TÜBİTAK-MAM ve BİB-AİGM tarafından
TÜRDEP projesi kapsamında işletilen geniş-band deprem
istasyonlarının listesi ... 37 Çizelge 4.3 : Tez çalışması kapsamında kullanılan 360 depremin tam listesi... 43
ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa ġekil 2.1 : Türkiye ve etrafındaki bölgelerin genel fay yapıları ve sınırları (Akyol ve
diğ., 2006) ... 5 ġekil 2.2 : Kuzey Anadolu Fay’nın Marmara Denizi içinde devam modelleri
(Yaltırak, 2002) ... 7 ġekil 2.3 : Kuzey Anadolu Fay’nın Marmara Denizi’nde Çek-ayır modelline göre
ilerleyişinin gösterimi (Rangin ve diğ., 2004) ... 8 ġekil 2.4 : Kuzey Anadolu Fay’nın Marmara Denizi’nden geçen tek ana fayın
ilerleyişinin gösterimi (Rangin ve diğ., 2004) ... 10 ġekil 2.5 : Marmara Denizi’ndeki sırt ve çukurlar (LePichon, 2001). ... 13 ġekil 2.6 : Armijo tarafından öngörülen Çek-ayır havzası modeli (Armijo ve diğ.,
2002).. ... 13 ġekil 2.7 : Anadolu Bloğu’nun GPS hız vektörleri (McKlusky, 2002). ... 14 ġekil 2.8 : Marmara Bölgesi’ndeki GPS vektörleri (Ergintav ve diğ., 2009). ... 15 ġekil 2.9 : Marmara Bölgesinde son 2000 yılda olmuş büyük depremlerin dış merkez
dağılımını gösteren harita. Parson 2004 den yeniden düzenlenerek
alınmıştır. ... 18 ġekil 2.10 : Marmara Bölgesi’nde Eylül 2006 – Nisan 2009 ayları arasında oluşan
deprem aktivitesinin dış merkez dağılımı. ... 20 ġekil 3.1 : Deprem dalgalarının istasyon konumuna göre ilk hareket yönleri (Polat
2005 ders notları).. ... 22 ġekil 3.2 : Fay düzlemi ile fay geometrisi arasındaki ilişki.
http://lg.eage.org/free/00071/ sayfasından alınarak yeniden
düzenlenmiştir.. ... 23 ġekil 3.3 : V hacimli bir cisim üzerinde etki eden F ile gösterilen yüzey kuvveti ve n
ile gösterilen yüzey normali (Stein ve Wysession, 2002).. ... 24 ġekil 3.4 : Koordinat eksenlerine dik şekilde cismin üç yüzünde tanımlanan çekme
vektörleri (Stein ve Wysession, 2002).. ... 25 ġekil 3.5 : Çekme kuvvetinin yüzey normali ve makaslama vektörü cinsinden
gösterimi (Stein ve Wysession, 2002)... ... 28 ġekil 3.6 : Silindirik bir kayaç maksimum ana gerilme yönünde sıkıştırıldığında
kırılma bu düzleme 450
açıda olan olası iki düzlemden birinde gerçekleşir (Stein ve Wysession, 2002).. ... 28 ġekil 3.7 : Fay düzlemi üzerinde fay parametrelerinin, makaslama gerilmesi ve
makaslama gerilmesi ile kayma vektörü aradındaki açının gösterimi (Stein ve Wysession, 2002’den alınıp tekrar düzenlenmiştir).. ... 29 ġekil 4.1 : TURDEP projesi kapsamında kullanılan istasyonların Marmara
Bölgesi’ndeki dağılımı. ... 33 ġekil 4.2 : TÜRDEP projesinin Marmara Bölgesi deprem kayıtları kullanılarak elde
edilebilen fay düzlemi çözümleri. Çözümlerde alt yarım küre izdüşümü kullanılmıştır. Çözüm küresi üzerindeki kırmızı renk ilk hareketin
‘kaynakta itme’ (compression), beyaz renk ‘kaynakta çekme’ özelliğini gösterir... 35 ġekil 4.3 : Depremlerin episantırlarının ve fay düzlemi çözümlerinin harita
gösterimleri. Bu haritada 360 adet fay düzlemi çözümü bulunmaktadır. Birbirine yakın koordinattaki çözümler üst üste çakıştığından ayrımı yapılamamaktadır. İleriki bölümlerde bu çözüm balonları ayrık
çizilecektir.. ... 35 ġekil 4.4 : Marmara Bölgesi’nde Eylül 2006 – Nisan 2010 ayları arasında oluşan
deprem aktivitesinin dış merkez dağılımı.. ... 36 ġekil 4.5 : TURDEP projesinde TÜBİTAK tarafından hazırlanan, fay düzlemi
çözümünde kullanılan Marmara Bölgesi’ne ait kabuk modeli (Kocaoğlu ve diğ., 2007, Eyidoğan ve diğ., 2008; 2009; 2010) ... 38 ġekil 4.6 : PQL programında aynı depremin ilk hareket okumalarının istasyonların
azimutalkonumuna göre genliğinin yön ve genlik boyudeğişimi.. ... 39 ġekil 4.7a : Derinlik değeri 5 kilometreye sabitlenmiş depremin çözümü... 40 ġekil 4.7b : Derinlik sabitlemeden elde edilen fay düzlemi çözümü. ... 40 ġekil 4.8a : İterasyon aralığı B ekseni için 5 derece tutulduğunda depremin fay
düzlemi çözümü. ... 42 ġekil 4.8b : İterasyon aralığı B ekseni için 10 derece tutulduğunda depremin fay
düzlemi çözümü. ... 42 ġekil 4.9 : Polat (2002) çalışmasında elde edilen gerilme analizi sonuçları (üstte),
Polat (2002) çalışmasında kullanılan verilerin ZMAP’de Michael (1984) yöntemiyle gerilme analizi sonuçları (ortada) ve Polat (2002)
çalışmasında kullanılan verilerin ZMAP’de Gepfarth(1984)yöntemiyle gerilme analizi sonuçları altta.. ... 52 ġekil 4.10 : Bu tezde gerilme analizinde kullanılan 360 depremin fay düzlemi
çözümleri ve Marmara Bölgesi’ndeki dağılımları. Birçok deprem
birbirlerine yakın koordinatlarda olduğundan üst üste binmiş olduğundan hepsi ayırdedilememektedir. Çözümler alt yarım küre izdüşümüne göre verilmiştir. ... 53 ġekil 4.11 : Deprem kümelenmeleri ve sismotektonik özelliklerine gore bölgeler.
Şekilde gösterilen bölgelendirmeye sadık kalarak her bölge için fay düzlem çözümleri ayrı ayrı çizilmiş, değerlendirilmiş ve yorumlanmıştır ... 54 ġekil 4.12 : Çınarcık bölgesinde fay düzlemi çözümü yapılmış 92 depremin dağılım
haritası (fay çizgiselliği Yaltırak, 2002’den alınmıştır). ... 55 ġekil 4.13 : Sol taraftaki Michael algoritması sağ taraftaki Gephart algoritmasıyla
Çınarcık bölgesinin gerilme analizi.. ... 55 ġekil 4.14 : Güneydoğu Marmara ve Biga bölgesinin deprem dağılım haritası (fay
çizgiselliği Yaltırak, 2002’den alınmıştır).. ... 56 ġekil 4.15 : Üst taraftaki Michael algoritması alt taraftaki Gephart algoritmasıyla
Biga bölgesinin gerilme analizi. ... 57 ġekil 4.16 : Gemlik Bölgesindeki fay düzlemi çözümü yapılmış14 depremin deprem
dağılımı (fay çizgiselliği Yaltırak, 2002’den alınmıştır)... 57 ġekil 4.17 : Sol taraftaki Michael algoritması sağ taraftaki Gephart algoritmasıyla
Gemlik bölgesinin gerilme analizi. ... 58 ġekil 4.18 : Kuzey Marmara Fayı bölgesi 27-29,5 boylamları arasında 175 depremin
fay düzlemi çözümleri ve deprem dağılımı (fay çizgiselliği Yaltırak, 2002’den alınmıştır). ... 59
ġekil 4.19 : Sol taraftaki Michael algoritması sağ taraftaki Gephart algoritmasıyla KMF bölgesinin gerilme analizi.. ... 60 ġekil 4.20 : Doğu Kuzey Marmara Fayı bölgesi 29,5-31 boylamları arasında 28
depremin fay düzlemi çözümleri ve deprem dağılımı (fay çizgiselliği Yaltırak, 2002’den alınmıştır).. ... 60 ġekil 4.21 : Sol taraftaki Michael algoritması sağ taraftaki Gephart algoritmasıyla
doğu KMF bölgesinin gerilme analizi. ... 61 ġekil 4.22 : Doğu Kuzey Marmara Fayı bölgesi 27-31 boylamları arasında 198
depremin fay düzlemi çözümleri ve deprem dağılımı... 62 ġekil 4.23 : Sol taraftaki Michael algoritması sağ taraftaki Gephart algoritmasıyla
genel KMF bölgesinin gerilme analizi. ... 62 ġekil 4.24 : Saros bölgesinde 11 depremin fay düzlemi çözümleri ve deprem
dağılımı (fay çizgiselliği Yaltırak, 2002’den alınmıştır)... 63 ġekil 4.25 : Sol taraftaki Michael algoritması sağ taraftaki Gephart algoritmasıyla
genel Saros bölgesinin gerilme analizi. ... 63 ġekil 4.26 : Bu tezde gerilme analizinde kullanılan 360 depremin fay düzlemi
çözümleri ve Marmara Bölgesi’ndeki dağılımları.. ... 64 ġekil 4.27 : Solda Michael algoritması ve sağda Gephart algoritmasına göre
Marmara Bölgesi’nin bölgesinin gerilme analizi sonuçları. ... 64 ġekil 5.1 : Bu tez çalışmasında kullanılan 360 fay düzlemi çözümü bilgilerinden
SEMBOL LĠSTESĠ
: Fay Doğrultu Açısı (°)
: Fay Dalım Açısı (°)
: Fay Kayma Açısı (°)
D : Fay Üzerinde Ortalama Yerdeğiştirme (cm)
: Kesme (Katılık) Modülü
ρ : Yoğunluk (gr/cm3)
h : Deprem Kaynak Derinliği (km) ML : Yerel (Lokal) Büyüklük (Manyitüd)
nˆ : Fay Yüzeyine Normal Vektörü s : Fay Yüzeyindeki Kayma Vektörü
m
DEPREM MEKANĠZMA ÇÖZÜMLERĠ VE GERĠLME TENSÖRÜ ANALĠZĠ ĠLE MARMARA BÖLGESĠNĠN SĠSMO TEKTONĠK ÖZELLĠKLERĠNĠN ĠNCELENMESĠ
ÖZET
Kuzey Anadolu Fayı’nın batı bölümünde Marmara Bölgesi’nde ve Marmara Denizi içerisindeki devamı konusunda farklı görüşler vardır.
Bu çalışmada Marmara Bölgesi’ndeki gerilme analizi çalışması için 1912 – 2009 yılları arasında olmuş depremlerin fay düzlemi çözümleri kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan fay düzlemi çözümlerinin 101 tanesi 2006 -2009 yılları arasında TÜRDEP (Türkiye'nin Deprem Riski Yüksek Jeo-Stratejik "ancak tektonik rejimleri farklı" Bölgelerinde Deprem Davranışının Çok Disiplinli Yaklaşımlarla Araştırılması) projesi kapsamında kaydedilen, magnitüdü 2,5 ve daha yukarı depremlerdir. Bu depremlerin P dalgası ilk hareket yöntemi kullanılarak fay düzlemi çözümü yapılmıştır. Böylece 1912 – 2009 yılları arasında olmuş 360 depremin fay düzlemi çözümlerinden yararlanarak Marmara Bölgesi’ndeki tektonik gerilme tensörleri tüm bölge ve belirlenen sismotektonik alanlar için hesap edilmiştir. Tüm fay düzlemi çözümleri ve bunlardan elde edilen P anlık gerilme eksenleri haritalandırılmıştır. Belirlenen alanlar için elde edilen ana gerilme eksenlerinin (sigma1, sigma2, sigma3) alansal dağılımları değerlendirilerek Marmara Bölgesi’nde süregiden güncel tektonik etkinlikler yorumlanmıştır.
Bu tez çalışması sırasında fay düzlemi incelemeleri, gerilme tensörü hesaplamaları ve ilgili harita çizimleri SEISAN, ZMAP, MATLAB, EXCEL programları kullanılarak yapılmıştır.
1912 – 2009 yılları arasında kullanılan sismolojik veri bu zaman aralığında çalıştırılan deprem istasyonlarının sayı, dağılım ve yeteneklerine bağlı olarak zaman, mekan ve büyüklükte tek düze (homojen) değildir. Marmara Bölgesi’ndeki küçük depremlerin (M<5) elde edilebilme kapasitesi ancak 1974 yılından sonra gelişen MARNET, İZİNET ve TÜRDEP projelerinin gelişimine bağlı olarak artmıştır. Özellikle 17 Ağustos 1999 Kocaeli depremi hemen sonrasında güvenilir küçük deprem fay düzlemi çözüm olanakları en yüksek seviyeye çıkmıştır.
Bu çalışmada hesaplanan gerilme tensörü değerlerinin alansal dağılımları değerlendirildiğinde şu sonuçlar elde edilmiştir: Marmara Bölgesi’ndeki tüm tensörel değerlere göre Marmara Bölgesi’nde doğrultu atım bileşenli deformasyon (decrochement) baskın bir karakter sergilemektedir. Buna göre Kuzey Anadolu Fayı’nın kuzey Marmara’da baskın karakterini sergilediği söylenebilir. Ayrıca çek – ayır mekanizmasının da kısmen ve tali olarak işlediğine dair kanıtlar bulunmuştur. Mevcut fay düzlemi çözümleri ve diğer sismolojik bulguların Kuzey Anadolu Fayı’nın güney kolunun varlığına dair tatmin edici örüntüyü sunmadığı görülmektedir. Çınarcık ve Gemlik alanları baskın normal faylanma karakterini
THE STUDY OF SEISMOTECTONIC CHARACTERISTICS OF MARMARA REGION WITH FOCAL MECHANISM SOLUTIONS AND STRESS
TENSOR ANALYSES SUMMARY
There are different views on the western continuation of the North Anatolian Fault in the Marmara Region and the Marmara Sea.
In this study, fault plane solutions of the earthquakes occurred between 1912-2009 years were used for stress tensor analysis in the Marmara Region. P wave first motion method was used to find the fault plane solutions for the earthquakes with magnitudes 2.5 and above. 101 earthquakes that were recorded during the implementation of the TURDEP (Multi-Disciplinary Earthquake Researches in High Risk Regions of Turkey Representing Different Tectonic Regimes (TURDEP), project. Thus, tectonic stress tensors were calculated for the whole Marmara Region and the sub-tectonic areas by using the fault plane solutions of total 360 earthquakes that occurred in the time period between 1912-2009. All the fault plane solutions and their instantenous P-axes were mapped. The ongoing evaluation of current tectonic activity in the Marmara Region is interpreted with the spatial distribution of the principal stress axes (sigma1, sigma2, sigma3) for the specified areas. During this study, algorithms such as SEISAN, ZMAP, MATLAB, EXCEL were used for fault plane solution analyses, stress tensor calculations and related mapping. The seismological data is not uniform in time, space and size because of the numbers, locations and capability of the operated earthquake stations in the Marmara Region between 1912-2009 years. Small earthquakes (M <5) in the Marmara Region could have been obtained only after 1974 following the development of MARNET, IZINET, TURDEP projects. Especially, reliable fault plane solutions of small earthquakes with the higher level accureacy has emerged immediately after the 1999 Kocaeli Earthquake.
The following results were obtained when the spatial distribution of the calculated stress tensor is evaluated in this study: The overall evaluation of principal stress values in the Marmara Region shows major strike slip regime (decrochement). It is suggested that the North Anatolian Fault exhibits dominant character in the North Marmara Region. Also, there are evidences for partial activity and occurrence of pull-apart mechanisms in this region. Prevalent seismic fault plane solutions and other findings such as seismicity do not give satisfactory pattern for the existence of the southern branch of the North Anatolian Fault. Çınarcık and Gemlik areas reveal dominant normal faulting character.
1. GĠRĠġ
17 Ağustos 1999 Kocaeli Depremi sonrası Marmara bölgesinin güncel tektonik yapısı, tektonik gelişim hikayesi, Kuzey Anadolu Fayı’nın (KAF) Marmara bölgesindeki yerleşimi ve deprem tehlikesi konuları yer bilimleri toplumunda Marmara bölgesinin en çok tartışılan konuları haline gelmiştir. Bu nedenle Marmara bölgesinde daha önce başlayan ve sürdürülen bilimsel çalışmaların kapsam ve içeriği artmış, çok sayıda yerli ve yabancı bilim insanlarının katılımıyla deniz jeolojisi ve jeofiziği çalışmaları başlatılmıştır (Barka ve Kadinsky-Cade, 1988; Wong ve diğ., 1995; Ergün ve Özel, 1995; Barka 1992; Armijo ve diğ., 2002, 2005; Rangin ve diğ., 2004; Parke ve diğ., 1999; Siyako ve diğ, 2000; Okay ve diğ., 2000; Le Pichon ve diğ., 1999; Aksu ve diğ., 2000; İmren ve diğ., 2001; Demirbağ ve diğ., 2003; Yaltırak, 2002). KAF’ın Marmara Denizi içerisindeki kinematiği, yerleşim şekli ve yaratacağı büyük deprem tehlikesi hala güncel bilimsel tartışma konularıdır. Marmara bölgesinde, günümüzde bir çok gelişmiş sayısal kayıt istasyonları işletilmekte ve mevcut sismik ağlar ile yılda 1000’e yakın küçük depremler kaydedilmektedir. Bu kayıtlar Marmara bölgesinin sismotektoniği, deprem tehlikesi, bölgenin kinematik özellikleri, kabuk yapısı gibi çalışmalarda çeşitli bilim insanları tarafından kullanılmaktadır. Marmara bölgesinde gelecekte oluşacak büyük depremlerin karakterini anlamanın yolu gelişmiş deprem kayıtlarının güncel yöntemlerle incelenmesiyle mümkün olacaktır.
Yukarıda konusu edilen gerekçelerden hareketle bu çalışmada fay düzlemi çözümleri yapılmış, daha önce hesaplanmış ve yeni fay düzlemi çözümleri bir araya getirilerek gerilme analizinde kullanılmıştır. Gerilme analizleri, sismotektonik ortamlarda güncel tektonik deformasyonları ve tektonik ortamı etkisi altına alan kuvvetleri saptama çalışmalarında kullanılmaktadır.
Depremlerde fay düzlemi çözümünün saptanması yer kürenin dinamik karakterinin tanınmasına çok büyük ölçüde yardım eder. Fay düzlemi çalışmaları bize çalışma alanındaki faylanma türleri hakkında bilgiler verir. Küçük depremlerin dışmerkez ve
bilgi edinmemiz oldukça zordur. Ancak duyarlı olarak yapılmış fay düzlemi çözümleri yardımı ile tektonik yapı, hareketler ve aynı zamanda bölgedeki baskın tektonik gerilmeler hakkında bilgi sahibi oluruz. Diğer yandan deprem dalgalarının genlikleri ile ilgili çalışmalarda ve yer içindeki gerilme dağılımının saptanmasında deprem odak mekanizmalarından büyük ölçüde yararlanılır. Yapılan araştırmalar, deprem odak mekanizması ile bu mekanizma sonucu oluşan sismik dalgaların dinamik özellikleri (dalga şekli ve genliği gibi) arasında önemli ilişkiler olduğunu ortaya koymuştur.
Bölgeye ait aktif tektonik modeller, yoğun ve ayrıntılı arazi ve denizaltı çalışmalarının sentezi sonucunda şekillenmiştir. Kuzey Anadolu Fayı’nın kollara ayrılması bölgedeki açılma rejiminin de belli bir oranda etkisi oduğunu açıklamaktadır (Armijo ve diğ., 2005; Gürbüz ve diğ., 2000). Büyük depremlerin fay düzlemi çözümleri bölgedeki gerilme analizi ve şekil faktörünün (R) belirlenmesi adına çeşitli araştırmalarda kullanılmıştır. Ekim-Aralık 1995 yılları arasında Marmara Denizi’nin etrafında 48 istasyondan elde edilen verilerle mikro sismik çalışma yapılmıştır. Bu dönemde elde edilmiş 137 depremin yerbelirlenmeleri yapılmış olup aralarından 23 tanesi fay düzlemi çözümü için kullanılmıştır (Gürbüz ve diğ. 2000). Gürbüz ve diğ., (2000) çalışmalarında hesaplanan sonuç tensörü, makaslama şeklinde (2 düşey), 1, kuzey 1450 yönünde olup bölgede bir miktar açılma hareketi de (R=0.93) gözlenmektedir. Gürbüz ve diğ. (2000)’de yerleri yeniden hesaplanan depremlerin dış merkez dağılımları da gerilme analizinin sonuçlarına destek verecek şekilde, Marmara Denizi’nin kuzeyindeki çek ayır havzalarında bir aktiviteye işaret etmektedir. Sismik aktivite Kuzey Anadolu Fayı’nın kuzey kolu boyunca doğrusal bir yayılım göstermektedir. Fakat Marmara Denizi’nin güneyinde Bursa ve İznik kolları boyunca çok saçılmış bir dağılım gözlenmektedir. Mikro sismik depremlerden elde edilen sonuçlar, büyük depremlerden elde edilen gerilme analizi sonuçlarıyla örtüşmüş olup, makaslama rejimininin aktif olduğunu işaret etmektedir (Gürbüz ve diğ. 2000).
Ayrıca bölgedeki yıkıcı 17 Ağustos 1999 Kocaeli Depremi’nden sonra bu depremin öncül ve artçıl depremleri kullanılarak yapılan gerilme analizi çalışmaları vardır. Polat ve diğ. (2002) tarafından yapılan çalışmada 17 Temmuz – 2 Kasım 1999 tarihleri arasında Marmara Bölgesi’nden elde edilen veriler kullanılmıştır. Çalışmanın amacı 1995 çalışmasını tamamlamak ve dış merkez dağılımları, derinlik
ve fay düzlemi çözümlemelerinden daha ayrıntılı bir bilgi edinmektir. Çalışmada 2 Kasım 1999 tarihine kadar alınan verilerden, 24 Eylül 1999 tarihine kadar olan 2575 depremden 1218 tanesi kullanılmıştır. Bu veriler arasından seçilen 17 Ağustos 1999 – 24 Eylül 1999 arasındaki 60 depremin fay düzlemi çözümleri kullanılarak büyük deprem sonrası gerilme analizi yapılmıştır. Yöntem olarak 1995 çalışmasının aynısı kullanılmıştır. Bu depremlerin çoğu Yalova ve Sapanca Gölü arasında yoğunlaşmışken bir kısmının Marmara Adası yakınında kümelenmiş olduğu görülmüştür. Depremlerin fay düzlemleri incelendiğinde sağ yönlü doğrultu atımlı ve normal faylanma çözümleri gözlemlenirken sadece 2 tane ters faylanma çözümü elde edilmiştir. Yapılan gerilme analizi sonrasında 3 ekseninin yaklaşık olarak kuzey
320 ile konumlandığı ve R değerinin bir açılma rejimini işaret eden 2.0±0.3 değeri olarak elde edildiği gözlenmiştir. 1 ve 2değerleri 450‘lik eğimle konumlandığından hangisinin düşeye daha yakın konumlandığını söylenmesi zordur. Fakat 1995 çalışmasının sonucunun sağ yönlü doğrultu atımlı fay olduğunu bildiğimizden ve çalışmada sonuç olarak sağ yönlü doğrultu atımlı faylanma ile açılma rejimi arasında bir sonuç bulunduğundan ortalama gerilme değişimin Kocaeli Depremi’nden sonra olduğunu ve eğer öyleyse doğrultu atım bileşeninin zamanla artıp kırılmadan önceki halini alacağı beklenebilir (Polat ve diğ. 2002).
Pınar ve diğ. (2003) tarafından yapılan bir başka çalışmada ise Marmara Deniz’i ve çevresinde 64 depremin fay düzlemi çözümleri tek istasyon dalga şekli ters çözümü yöntemi yardımıyla bulunmuştur. Bölgedeki gerilme analizi, fay düzlemi çözümü yapılan depremlerin P ve T eksenlerinin ters çözüm yöntemi ile bulunarak yapılmıştır. Gerilme alanı çalışması sonucu Marmara Deniz’i ve çevresinde doğu kısmında gerilme alanının homojen olduğu, batı kısmında ise heterojen olduğu gözlenmiştir. Bu heterojenliğin sebebinin, batıda Kuzey Anadolu Fayı’nın atımının doğu-batı doğrultusundan batıgüneybatı-doğukuzeydoğu şeklinde sapması olarak düşünülmektedir. Maksimum sıkıştırma kuvvetinin ekseninin azimutu (1) , Marmara Denizi’nin doğusunda ve batısında sırasıyla 1280
ve 1120 bulunmuştur (Pınar, ve diğ., 2003).
Bu tez çalışmasının ikinci bölümü, Marmara bölgesinin güncel tektoniğine güncel bir bakış niteliğindedir. Bölgede daha önce yapılmış deniz jeofizi çalışmaları, Kuzey
Anadolu Fayı’nın Marmara Denizi içindeki yapısı hakkındaki çalışmalar, sismolojik çalışmalar, küresel yer belirleme sistemi (GPS) çalışmaları anlatılmıştır.
Bu tez çalışmasının üçüncü bölümünde ise gerilme analizinde kullanılan yöntemlerden ve yöntemlerin fiziksel esaslarından bahsedilmiştir. Gerilme analizi hesabında iki farklı yöntem kullanılmıştır. Bunlardan biri fay düzlemi ters çözümü diye isimlendirilen ağ üzerinde arama yöntemi (Gephart and Forsyth, 1984), diğeri ise ‘bootstrapping’ yöntemiyle doğrusal ters çözüm diye isimlendirilen yöntemdir (Michael, 1984, 1987). İki yöntemi doğrudan birbiriyle karşılaştırmak dayandıkları kuram ve yöntem anlayışı, kullandıkları girdi değiştirgenleri ve hesaplama teknikleri açısından çok tercih edilecek bir yol değildir (Hardebeck et al, 2001).
Bu tez çalışmasının dördüncü bölümünde kullanılan verilerden, beşinci ve son bölümde ise sonuç ve bulgulardan bahsedilmiştir. 1912 – 2009 yılları arasında Marmara Bölgesi’nde olmuş depremlerin fay düzlemi çözümleri kullanılarak gerilme tensörü yardımıyla güncel tektonik hareketlerin analizi yapılmıştır. Çalışmada mevcut fay düzlemi çözümlerinin yanı sıra 2006 – 2009 yılları arasında TÜRDEP (Türkiye'nin Deprem Riski Yüksek Jeo-Stratejik "ancak tektonik rejimleri farklı" Bölgelerinde Deprem Davranışının Çok Disiplinli Yaklaşımlarla Araştırılması) projesi çerçevesinde kaydedilen depremlerden 101 tanesinin ilk kez olarak fay düzlemi çözümleri P dalgası ilk hareket yöntemine göre yapılmıştır. Böylece 1912 -2009 yılları arasında olmuş toplam 360 adet depremin fay düzlemi çözümlerinden yararlanarak Marmara Bölgesi’ndeki tektonik gerilme tensörleri tüm bölge ve belirlenen sismo-tektonik alanlar için hesap edilmiştir. Tüm fay düzlemi çözümleri ve bunlardan elde edilen P anlık gerilme eksenleri haritalandırılmıştır. Belirlenen alanlar için elde edilen ana gerilme eksenlerinin (1, 2 ve 3) alansal dağılımları değerlendirilerek Marmara Bölgesi’nde süregiden güncel tektonik faaliyetler yorumlanmıştır.
2. BÖLGENĠN TEKTONĠĞĠNE GÜNCEL BAKIġ
Kuzey Anadolu Fayı (KAF), 1500 km uzunluğunda ve Avrasya ile Anadolu levhaları arasında sınır olarak duran, sağ yanal atımlı bir dönüşüm fayıdır. Anadolu’nun doğusunda Karlıova da başlayan Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun (KAFZ) sağ yönlü, doğrultu atımlı bir fay olduğu ilk kez 1948 yılında Jeoloji Profesörü İhsan Ketin tarafından açıklanmıştır ( Şengör ve diğ., 2005).
Kuzey Anadolu Fay Zonu Doğu Anadolu sıkışma bölgesiyle batıda Ege açılma sistemi arasında yer alır. Oluşumu geç Miosen zamanlı Afrika Levhası’nın Arap Kıtası diye tabir edilen bölgesinin Doğu Anadolu’da Karlıova üçlü birleşme bölgesinde sıkışması ile başlar ve batıda Yunanistan ana karasına kadar devam eder (Barka,1992). Bölgedeki deformasyon Arap Levhası’nın (2,5cm/yıl) Afrika Levhası’na (1,0cm/yıl) göre Ölü Deniz Fay Zonu’ndan kaynaklanan hareketiyle oluşmuştur. Arap Levhası’nın kuzeye doğru hareketi Anadolu’yu saat yönünün tersine hareket etmeye zorlar. Avrasya ile Arap Levhası arasında kalan Anadolu Bloğu saat yönünün tersine bir hareket ile batıya doğru doğrultu atımlı faylanma şeklinde hareket eder (şekil 2.1). Bu sağ yanal yönlü atım Türkiye’nin batısına, açılma rejimin daha etkin olduğu yöne doğru ilerler ( Şengör ve diğ., 1985).
Kuzey Anadolu Fayı Marmara Bölgesi’ne 0
31 doğu boylamı civarında Bolu’nun batısından girişiyle daha karmaşık ve farklı bir tektonik yapı ortaya çıkar. Yaklaşık 1500 kilometre uzunluğundaki Kuzey Anadolu Fayı’nın Marmara Bölgesi’nde kaç kola ayrıldığı tartışmalı bir konudur. Birçok yayında üç ana koldan bahsedilmektedir. Bunlar sırasıyla kuzey, orta ve güney kollarıdır (Barka,1992, 1997, 1999; Hubert-Ferrari ve diğ., 2000, 2002).
Bu üç kolda, Kuzey Marmara Fayı (KMF) farklı kinematik ve deprem dağılımları sergilerler. İlk olarak Kuzey Anadolu Fay Zonu batıda yaklaşık olarak 30.5E boylamında iki kola ayrılır. Bu kollardan kuzeyde olanı Bolu-İzmit arasında bir açılım gösterir (Şengör 1979; Barka 1992; Bozkurt 2001). İkici kol ise Bolu’dan güneye doğru ilerler ve Pamukova’da yaklaşık olarak 30E boylamında bir kez daha ayrılır (Koçyiğit, 1988). İkinci kez ayrılmış kollardan kuzeyde olanı Kuzey Anadolu Fayı’nın orta koludur ve yaklaşık olarak doğu-batı yönünde İznik Gölü, Gemlik Körfezi ve Bandırma Körfezi boyunca açılım sergiler. Bandırma Körfezi’nin batısı civarlarında yönünü güneybatıya doğru değiştirerek birçok fayın bulunduğu fay zonuna yönelir. Kuzey Anadolu Fayı’nın güney kolu ise kuzeydoğu-güneybatı açılımlı, Pamukova boyunca uzanım gösterir. Kuzey Anadolu Fayı’nın güney kolu, kuzeye doğru olan bir diğer fay ile Yenişehir çek ayır havzasını oluşturur. Bu fay Manyas Gölü’nün güney batısına doğru yönünü güney45batı olarak değiştirerek Manyas ve Edremit boyunca uzanır ve süreksiz birçok fay segmentine dönüşür (Yaltırak, 2002).
Bu tez çalışması kapsamında, daha önceki araştırmalarda Marmara bölgesinde bulunan fay düzlemi çözümleriyle beraber bu çalışma için ilk kez hesaplanan fay düzlemi çözümleri birleştirilmiş ve bu yeni veri tabanı kullanılarak tektonik gerilme analizi yapılmıştır. Gerilme analizi sonuçları değerlendirilerek ve yorumlanarak Marmara bölgesinde güncel tektonik olgular incelenmiştir. Yeni fay düzlemi çözümleri için gerekli veri tabanı, İstanbul Teknik Üniversitesi ile TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi arasında yapılan sözleşme gereği yürürlülüğe giren ‘Türkiye’nin Deprem Riski Yüksek Jeo-Stratejik Bölgelerinde Deprem Davranışının Çok Disiplinli Yaklaşımlarla Araştırılması (TÜRDEP) projesi kapsamında Marmara Bölgesi’nde kurulu sismolojik gözlem istasyonlarında kaydedilen mikro depremler tarafından sağlanmıştır.
2.1 Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun Marmara Bölgesindeki Durumu
Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun (KAFZ) Marmara Denizi’ndeki pozisyon ve karakteriyle ilgili birçok tartışma vardır. Kuzey Anadolu Fayı’nın kollarından biri olduğu belirtilen Kuzey Marmara Fayı’nın (KMF), Marmara Denizi boyunca nasıl uzandığı uzun süredir tartışılmaktadır. Kuzey Anadolu Fayı’nın Marmara Deniz’i içindeki konum ve karakteriyle ilgili dört ana grupta sınıflandırma yapılmıştır (Şekil 2.2; Yaltırak, 2002).
1) Çek ayır ve ilişikli modeller (Barka ve Kadinsky-Cade, 1988; Wong ve diğ., 1995; Ergün ve Özel, 1995; Barka 1992; Armijo ve diğ., 2002, 2005; Rangin ve diğ., 2004).
2) Basamaklı fay segmentlerini birleştiren model (Parke ve diğ., 1999; Siyako ve diğ, 2000; Okay ve diğ., 2000).
3) Marmara Denizi’nin içinden geçen tek bir ana fay modeli (Le Pichon ve diğ., 1999; Aksu ve diğ., 2000; İmren ve diğ., 2001; Demirbağ ve diğ., 2003). 4) Marmara Bölgesi’nde birbiriyle ilişkili iki fay sistemi tarafından iki farklı
dönemde gelişmiş yapı (Yaltırak, 2002).
ġekil 2.2 : Kuzey Anadolu Fayı’nın Marmara Denizi içinde devam modelleri (Yaltırak, 2002).
2.1.1 Çek ayır ve iliĢikli modeller
Marmara Denizi içerisinde çek-ayır ve ilişkili modeller başlıca Barka ve Kadinsky-Cade, (1988); Wong ve diğ., (1995); Ergün ve Özel, (1995); Barka (1992); Armijo diğ., (2002); ve Rangin ve diğ., (2004) tarafından savunulmaktadır (Şekil 2.3).
ġekil 2.3 : Kuzey Anadolu Fay’nın Marmara Denizi’nde çek-ayır modelline göre ilerleyişinin gösterimi (Rangin ve diğ., 2004).
Marmara Denizi’nin oluşumuna dair 1930’dan beri yapılan çalışmalara rağmen ilk modern çalışma deniz topografyası ve sismik sektörleri içeren Barka ve Kadinsky-Cade (1988) tarafından oluşturulan çek ayır modelidir (Yaltırak 2002). Bu model oluşturulurken karada, yüzey morfolojisinden ve bazı büyük tarihi depremlerin yüzeyde bıraktığı izlerden, denizde ise batimetri haritası, depremlerin dış merkez dağılımları ve depremlerin fay düzlemi çözümü dağılımlarından yararlanılmıştır. Buradan çıkışla karada yapılan gözlemler sonucunda oluşan fayların doğrultu atımı esnasında atlamalar ile oluşturdukları açılma havzalarının ekstra-polasyon yöntemi ile denizde de bu şekilde davranması gerektiği sonucuna varılmıştır (Barka ve Kadinsky-Cade, 1988).
Bir diğer yazar ise (Wong ve diğ, 1995) sismik yansıma çalışmaları sonucunda Marmara Denizi’nde 2 tane kuzey ve güney sınırı boyunca uzanan normal faya,
yaklaşık bir eşkenar dörtgen oluşturacak şekilde toplamda 4 tane sağ yanal ve sol yanal atımlı faylar olduğunu söylemiştir. Ve sonucunda Barka ve Kadinsky-Cade (1988) çalışmasına ek fay yerleştirerek Marmara Denizi’nde çukur ve sırtların bu fayların aralarındaki ilişkiler sonucunda oluştuğu görüşünde bulunmuştur.
2.1.2 Basamaklı fay segmentlerini birleĢtiren model
Marmara Denizi içerisinde basamaklı fay segmentlerinden oluşan modeli başlıca Parke ve diğ., (1999), Siyako ve diğ, (2000), Okay ve diğ., (2000) savunmaktadır. Marmara Denizi’nde oluşan basen, sırt ve adaların morfolojik konumları bu yapıların Kuzey Anadolu Fayı’ndan daha önce oluştuğuna işaret eder. Fayın aktivite kazanması sonucu Marmara Denizi şekillenmeye başlamış, sedimanların daha fazla çökelebileceği alanlar oluşmuştur.Böylece, Marmara Denizi’nde bulunan ve KAF ile ilişkilendirilen çukurlukların çoğunun, faydan daha yaşlı olmasına karşın, aynı zamanda fayın aktivite kazanmasıyla, en fazla çökme ve en çok sediman birikme alanları olduğu ortaya çıkar. Bu model Barka ve Kadinsky-Cade (1988)’in ortaya koyduğu görüşün aksinedir (Siyako ve diğ., 2000). Birbiriyle ilişkili 4 fay segmentinden oluşan bu yapının 15 km uzunluğunda en batıdaki Ganos segmentinde kuzeydoğu-güneybatı atımlı Ganos fayı, orta Marmara segmentinde 27.30 ile 28.45 boylamları arasında yaklaşık olarak 105 kilometre uzunluğunda bir fay, 45 kilometre uzunluğunda kuzey sınırı segmenti ve İzmit Körfezi’nin girişinde 17 ağustos 1999 yılında kırılan İzmit segmentinden oluşur ( Okay ve diğ., 2000).
2.1.3 Marmara denizinin içinden geçen tek bir ana fay
Marmara Denizi içerisinden geçen tek bir ana fay modelini savunan başlıca yazarlar, Le Pichon ve diğ., (2001); Aksu ve diğ., (2000); İmren ve diğ., (2001) şeklindedir (Şekil 2.4).
Marmara Denizi’ndeki yapılar bu bölgeden elde edilen 2200 kilometrelik çok kanallı sismik yansıma verileriyle analiz edilmiştir. Bu veriler kuzeydeki basenlerin ekseninde çok kanallı batimetrik verilerle analiz yapma imkânı sunmuştur. Sonuç olarak bu veriler ışığında Marmara denizi’nin kuzey kısmının Marmara Fayı diye isimlendirilen(Le Pichon ve diğ., 2001), aktif olan bir doğrultu atımlı sağ yönlü bir fay sistemi ile kesildiği sonucuna varılmıştır.
ġekil 2.4 : Kuzey Anadolu Fay’nın Marmara Denizi’nden geçen tek ana fayın ilerleyişinin gösterimi (Rangin ve diğ., 2004).
Kuzey Anadolu Fayı’nın kuzey kolunun İzmit kesiminde 270 derecelik açıyla girip batıda 245 derecelik açıyla Ganos Fayı’yla sonlanmaktadır. Marmara Fayı kendi içinde iki tane bölüm içermektedir; batı kısmı 80 kilometre uzunluğunda bir fay ile daha karmaşık olan 65 kilometre uzunluğunda ve 280 derecelik açıyla yönelim yapan doğu kısımlarından oluşmaktadır (İmren ve diğ., 2001).
2.1.4 Marmara bölgesinde birbiriyle iliĢkili iki fay sistemi tarafından iki farklı dönemde geliĢmiĢ yapı
Marmara Bölgesi iki farklı dönemde ve iki farklı fay zonu tarafından oluşmuş bir yapıya sahip olduğunu öne süren bir diğer çalışma da Yaltırak (2002) tarafından yapılmıştır. Bu yapılar, erken neotektonik dönemde Trakya – Eskişehir Fay Zonu ve bunun yayılımları ile geç tektonik dönemde Kuzey Anadolu Fay Zonu ve bunun yayılımları şeklindedir. Bu çalışmaya göre Kuzey Anadolu Fay Zonu sayesinde Marmara Bölgesi’nde oluşan bütün basenler erken neotektonik dönem özelliği göstermektedir. Bu yüzdendir ki, bütün bu basenler farklı tektonik işlemler sonucu oluşmuş olsa da hepsi beraber birbirleriyle bölgenin tektoniğine göre ilişkiye sahiptir. Marmara Denizi’nin şekillenmesi kuzeydoğu-güneybatı sağ yönlü yırtılma mekanizması sonucu oluşan sıkışma ile (Gelibolu-Biga yarımadası) Bandırma ve Bursa arasındaki kuzey güney açılma kuvvetleri etkisi altında hala devam etmektedir.
Orta Marmara Denizi’ndeki sırt ve sıkışma çukurları fay segmentleri arasındaki atlamalar sonucu oluşmuştur. Marmara şelflerini sınırlandıran ve işlevliğine erken neotektonik dönemde başlayan normal faylar bloklar arası dönüş etkisiyle oluşan açılmalar ile hala aktifliğini sürdürüyor olabilirler (Yaltırak, 2002).
2.2 Deniz Sismiği ÇalıĢmaları ve Güncel Tektonik TartıĢmaları
Marmara Denizi, kuzeyinde derin kıyı şelfleri ile güneyinde sığı kıyı şelfleri ile sınırlanır. Doğuda İzmit Körfezi’yle başlayan deniz, batıda Çanakkale Boğazı ile son bulur. Marmara Denizi’nin kuzey tarafında bulunan 160 kilometrelik doğu-batı uzanımı boyunca olan bölge üç basen ve iki ana sırttan oluşmaktadır. Bunlar Marmara Denizi’nin doğusundan batısına doğru sırasıyla Çınarcık Havzası, Orta Sırt ve üzerinde Kumburgaz Havzası, Orta Havza, Batı Sırtı ve Tekirdağ Havzası’dır (Şekil 2.5. Le Pichon ve diğ., 2001).Bu yapıların en doğusunda olan Çınarcık Havzası K1100D uzanımında olup uzunluğu yaklaşık 50 kilometre ve genişliği 15-18 kilometreye varmakta, en derin noktası ise 1270 metredir (Carton ve diğ., 2007). Çınarcık Havzası ile Orta Havza arasındaki orta sırtının uzanımı kuzeydoğu-güneybatı yönlü olup, üzerinde bulunan Kumburgaz Havzası’nın genişliği 10 kilometreye kadar ulaşmaktadır. Kumburgaz Havzası’nın yönelimi ise doğu-batı şeklindedir.(İmren ve diğ., 2001). Orta Havza Marmara Denizi’nin en derin noktası olan 1250 metre derinliğe sahiptir. Orta Havza ile Tekirdağ Havzası’nı birbirinden ayıran batı sırtı 10 kilometre genişliğindedir (İmren ve diğ., 2001). En batıda olan Tekirdağ Havzası kenar uzunluğu 15 kilometre olup en derin noktası 1150 metre ve yüzey alanı yaklaşık olarak 220 2
km dir. Kocaeli Depremi’nden önce ve sonra olmak üzere farklı kurum ve kuruluşlarca yapılan deniz jeofiziği çalışmalarından yayınlar yapılmıştır. Bu çalışmaların ana amacı Kuzey Anadolu Fayı’nın Marmara Denizi’nde nasıl davrandığına dair sonuçlar ortaya koymak olmuştur. Şengör ve diğ. (1985), Nuriye Pınar (1953) ile aynı görüşte olup KMFZ’nin tek bir fay hattı olarak Kuzey Marmara’yı geçip Ganos Dağı üzerinden Saros Körfezi’ne uzandığı tezini savunmuştur. 1990’da yapılan bazı deniz çalışmalarıyla (Ergün ve Özel,1995; Wong ve diğ., 1995) oldukça fazla sayıda tek-kanallı sismik yansıma verisi elde edilmiş ve bu fay hattının yapısal özellikleri tartışılmaya başlanmıştır. O çalışmalarda fay zonunun kısa uzunluklu (ortalama 50 km), sürekli olmayan doğrultu atımlı fay
çukurluk içerdiği öne sürülmüştür . Aksu ve diğ. (2000) ise, bütün Marmara Denizi’ni kapsayan tek-kanallı sismik verilerine dayanarak son derece karmaşık transtansiyonel (çekme gerilmeli) çiçek yapısının bu tektonik yapıyı izah ettiği sonucuna varmıştır.
Marmara Denizi’ndeki aktif fayların belirlenmesi ihtiyacı doğrultusunda, 1997’den itibaren MTA, İTÜ, Cambridge Üniversitesi işbirlikleri ve TÜBİTAK desteğinde çok-kanallı sismik yansıma çalışmalarına başlanmıştır (Parke ve diğ., 1999; Okay ve diğ., 1999, 2000; Demirbağ, 2000; Okay ve diğ., 2004). Şubat 1999’da Alman araştırma gemisi Meteor, Marmara Denizi’nde ilk çok ışınlı derinlik çalışmasını gerçekleştirmiştir. Batı Marmara Sırtı’nı kapsayan bu araştırma, sırtın güney bölümü boyunca D-B doğrultulu bir izin varlığını göstermiş ve Marmara Denizi’nin batısında bulunan doğrultu-atımlı Ganos Fayı’nın doğusunda devam ettiğini ortaya koymuştur. Kocaeli Depremi’nden sonra, 1999’un sonlarında, T.C. Deniz Kuvvetleri Komutanlığı Seyir Hidrografisi ve Oşinografi Dairesi (SHOD)-İTÜ’nün işbirliğiyle derin Marmara Çukurluğu’nu örtecek şekilde çok-ışınlı derinlik çalışması yapmıştır (Okay ve diğ., 2000). Eylül 2000’de Fransız araştırma gemisi Le Suriot araştırmalarına başlamış ve o tarihe kadar üretilmemiş ayrıntıda önemli bir veri grubu ( çok-ışınlı derinlik, tek-kanallı sismik yansıma, saçılma, yandan tarayıcılı sonar, dipten çekmeli sismik yansıma ve yüksek frekanslı chirp verisi) oluşturmuştur. Bu verilere dayanarak ve çok kanallı araştırma sonuçlarıyla karşılaştırarak İmren ve diğ. (2001), Le Pichon ve diğ. (2000, 2001), Rangin ve diğ. (2001) Kuzey Marmara Denizi’nin doğu-batı doğrultusunda boylu boyunca kesen sürekli bir fayın varlığını öne sürmüşlerdir. Bu fayı, İzmit Körfezi’nden Ganos Fayı’na kadar Kuzey Anadolu Fayı’nın devamının bir izi olarak yorumlamışlar ve Kuzey Marmara Fay Zonu olarak adlandırmışlardır (Şekil 2.5).
ġekil 2.5 : LePichon tarafından öngörülen tek ana fayın gösterimi (Le Pichon ve diğ., 2001).
Armijo ve diğ., (2005) modelinde 1912 Mürefte-Şarköy Depremi fay zonu ile 1999 Depremi’nin fay zonunun konumlarını ve üzerlerindeki doğrultu atımlı sağ yönlü hareketleri işaret ederek , bu iki fay arasında 1200 metre derinliklere kadar ulaşan Tekirdağ, Merkez ve Çınarcık Çukurları (Barka ve Kadinsky-Cade, 1988; Wong ve diğ., 1995; Armijo ve diğ., 2002; Okay ve diğ., 1999, 2000; Carton, 2007) geliştiğini ileri sürmüşlerdir (Şekil 2.6).
ġekil.2.6 : Armijo tarafından öngörülen Çek-ayır havzası modeli (Armijo ve diğ., 2002).
Bu üç tektonik çukurun Kuzey Marmara Havzası’nın 70 km genişlikteki ‘step over-basamaklı’ mekanizma ile oluştuğunu ileri sürmüşlerdir. Armijo ve diğ. (2005), Marmara Denizi’nin bu tektonik gelişiminin sürdüğünü, GPS verilerine göre sağ yönlü doğrultu atımlı hareketin 18-20 mm/yıl, kuzey-güney genişlemenin
2.3 GPS ÇalıĢmaları
Marmara Bölgesine ait yapılan son GPS çalışmalardan biri Reilinger ve diğ. (2006) tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada 1988 yılından 1999 yılı Kocaeli Depremi’ne kadar olan dönemde alınan veriler kullanılmış ve Marmara Bölgesi’nde Anadolu Bloğu’nun Avrasya Bloğu’na göre GPS vektörleri ile hareketi belirlenmiştir. Çalışma McClusky (2000) ve Straub ve diğ. (1997) çalışmalarıyla aynı vektörel hareketleri öngörmektedir (şekil 2.7).
ġekil 2.7 : Anadolu Bloğu’nun GPS hız vektörleri (McClusky, 2002).
McClusky (2000) tarafından yapılan çalışma doğuda Kafkaslar’dan batıda Adriyatik denizine kadar olan bölgeyi 1988 – 1997 yılları arasında yapılan kayıtlarla incelemeyi öngörmüştür. Bu çalışma sonucunda Anadolu Bloğu’nun Kuzey Anadolu Fay hattı ile sınırlanan Avrasya Plakası’na göre görece yıllık hareketi 241 mm/yıl şeklindedir (McClusky ve diğ., 2000). Tezin çalışma alanı olan Marmara Bölgesi’nin de yapılan bir diğer çalışma (Straub ve diğ., 1997) ile de örtüşen sonuçlar göstermektedir.
Marmara Bölgesi’nde Kuzey Anadolu Fay hattının yapısını incelemek için yapılan çalışmalardan en önemli GPS çalışması ve yorumları Straub (1997) tarafından yapılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen veriler daha sonra Marmara bölgesinde
yapılan KAF çalışmalarına da referans olmuştur. Çalışma Marmara Bölgesi’ne dağılmış 52 GPS alıcısının ikişer yıllık aralarla 1990-1996 yılları arasında dört kere ölçülmesiyle gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda elde edilen GPS sonuçları ve ayrıntılı jeolojik karşılaştırma ile şu sonuçlara varılmıştır;
ġekil 2.8 : Marmara Bölgesi’ndeki GPS vektörleri (Ergintav ve diğ., 2009). Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun batıdaki açılımı sabit Trakya-Karadeniz Bloğu ile Batı Anadolu arasında bir sınır olarak görülmektedir. Marmara Bölgesi’nde alınan ölçüler ışığında Anadolu Bloğu’nun referans alınan Avrupa (İstanbul) ya göre batı yönlü bir hareket gerçekleştirdiği ve bu hareketin Marmara Bölgesi’nin en güneyinde yıllık 22±3 milimetre olduğu sonucuna varılmıştır (şekil 2.8). KAFZ’nin Marmara Bölgesi’nin kuzey zonu diye tabir edilen bölgesinin Marmara Denizin’deki en aktif birim olduğu gözlenmiştir. Bu bulgu Marmara Bölgesi’ndeki 2000 yıllık deprem dağılımıyla (Ambraseys ve Finkel, 1991) da örtüşmektedir. Paleo jeolojik çalışmalar kuzey zonundaki ortalama kabuk hareketinin son 3-4 milyon yıldır yıllık 14-20 milimetre olduğunu söylemektedir (Straub, 1997) ve bunlar yapılan GPS çalışmalarıyla örtüşmektedir. Bu çalışmada, Marmara Bölgesi’nde güney zonu diye tabir edilen yerdeki hareket ise kuzey zonuna göre daha azdır. Jeolojik çalışmalar ile birlikte varılan sonuca göre 3-4 milyon yılda toplam atım en fazla 20 km dir. Çalışmada İstanbul/Bursa sektöründe, güney Gemlik’te kuzey-güney yönlü bir açılım gözlemlenmiş olup bu sonuçta jeolojik çalışmalarla örtüşmektedir. KAFZ’nin batısında Mudurnu/Akyazı segmentinde oluşan deformasyon ise tipik bir sağ yönlü doğrultu atım yapısı göstermektedir. Bütün bunlar ışığında Marmara Bölgesi’nde
normal faylanma yapılarıdır. Doğuda doğu-batı doğrultulu olan doğrultu atımlı faylanma batıya doğru gidildikçe yönünü güneybatıya çevirmektedir. GPS çalışması, Marmara Bölgesi’ndeki yapılan çalışmada İstanbul noktasına göre bağıl hareketin 6 yıl içinde ortalama 22±3 mm/yıl olduğunu göstermektedir.
2.4 Sismolojik ÇalıĢmalar
Günümüze kadar, Marmara Bölgesi’nde gerek ulusal gerekse uluslararası kaynaklardan elde edilen veriler ile yapılan çalışmalarda gerek tarihsel döneme ait, gerekse aletsel döneme ait bölgenin deprem aktivitesi ve dağılımları, fay düzlemi çözümleri ve gerilme analizi üzerine çok sayıda çalışma yapılmıştır (Pınar ve Lahn, 1952; Karnik, 1969; Ergin ve diğ., 1967; Ambraseys, 1988; Ambraseys ve Finkel, 1990, 1991, 1995; Ambraseys,2002; Parsons ve diğ., 2000; Hubert-Ferrari, 2000; Eyidoğan ve diğ., 1991; Gürbüz ve diğ., 2000; Taymaz ve diğ., 1991; Jackson, 1992; Eyidoğan 1988; Zanchi ve Angelier, 1993; Kalafat, 1996; Pınar ve diğ., 2003; Polat ve diğ., 2002; Karabulut ve diğ., 2003; Bekler ve Gürbüz, 2005; Tan ve diğ., 2008). Deprem kayıtçıları 1890’lı yıllarda kullanılmaya başlandığından dolayı bu tarihlerden önceki tüm deprem bilgileri gözlemsel ve duyumsal verilere dayanmaktadır. Bu nedenle, 1900 öncesi döneme ait deprem bilgilerinin kalitesi ve özelliklerini ifade etmek için ‘tarihsel dönem depremselliği’ denmektedir. 1900 sonrası dönem ‘aletsel dönem’ olarak ifade edilir. Ancak, bazı durumlarda ilgili araştırmanın yapıldığı tarihten önceki tüm dönem depremleri ‘tarihsel depremler’ başlığı altında da incelenebilmektedir. Ayrıca aletsel dönem depremselliği de bazı araştırmalarda 1900-1960 arası ve 1960 ve sonrası olarak kendi içinde bölümlenmektedir. Bunun nedeni, 1960 yıllarında ‘Uluslararası Standart Deprem İstasyonları’nın kurulmaya başlanması dolayısıyla yeryüzündeki depremlerin yerlerinin ve mekanizmalarının 1900-1960 arasındaki dönemdekilere kıyasla daha duyarlı olarak bulunmasıdır.
2.4.1 Tarihsel dönem depremselliği
Türkiye Cumhuriyeti’nin bugünkü sınırları içerisinde ve çevresinde kalan topraklar Alp-Himalaya deprem kuşağı üzerindedir. Bu topraklar çeşitli kültürlerin mirasını ve belgelerini barındırmakta, çok eski yüzyıllara kadar uzanan yazılı ve görsel belgeler burada yaşayan nesillerin depremlerle birlikte yaşadığını göstermektedir. Pınar ve
Lahn (1952); Ergin ve diğ. (1967); Shebalin (1974); Soysal ve diğ. (1981); Ambraseys (1988); Ambraseys ve Finkel (1990, 1991, 1995); Guodobani (1994) ve Ambraseys (2002) tarafından yayınlanan eserlerde, her ne kadar eski yüzyıllara doğru gidildikçe veri kalite ve güvenirliği azalsa da ve daha fazla arşiv araştırmalarına ihtiyaç duyulsa da, Türkiye ve çevresinde M.Ö. 2000 yılına kadar olmuş depremlerle ilgili önemli bilgilerimiz bulunmaktadır.
Yukarıda söz edilen yayınlar ve bu yayınlardaki diğer kaynaklar gözden geçirildiğinde, bazı depremler için katalogların birbirlerine göre önemli farklılıklar içerdiği anlaşılmaktadır. Bunun nedeni, tarihsel depremlerin bir bölümünün dışmerkez dağılımlarının ve büyüklüklerinin yeterli duyarlıkta bilinmemesi ve ayrıca büyüklüğü 6’dan küçük depremlerle ilgili yeterli ve güvenli veri bulunmayışıdır. Bu durum bölgenin sismo tektonik modelini, deprem kaynak yapısı kararlarını ve deprem tehlikesi yorumunu etkilemekte (Parsons ve diğ., 2000; Atakan ve diğ., 2002), giderek değişik spekülasyonlara neden olabilmektedir. Bu farklılıkların özellikleri ve nedenleri konusunda objektif bir analiz Ambraseys ve Finkel (1995)’de verilmiştir. Farklılıklar depremlerin yer, zaman ve büyüklük gibi değerleri ve makro sismik değerlendirmelerle ile ilgili olmaktadır. Ayrıca tarihsel deprem kataloglarının tamlık nitelikleri de tartışma konusudur. Bazı depremler, takvim sistemlerinin farklılıkları nedeniyle ya da benzer isimli yerleşimlerin karıştırılması nedeniyle de yanlış tanımlanabilmektedir. Araştırmacılar yeni bulgulara eriştiğinde deprem katalogları güncelleştirilmektedir.
Ambraseys (1988); Ambraseys ve Finkel (1990, 1991, 1995) ve Ambraseys (2002) daha önceki tüm katalogları ve yeni belgeleri tarayarak, özellikle MS. 1 – 1899 yılları arasında Marmara bölgesindeki hasar yapıcı depremleri içeren güvenilir katalog çalışmaları yapmışlardır. Yazarlar, kataloğun ancak 1770 yılından sonraki yıllarda orta ve büyük depremler için tam olduğunu vurgulayarak Marmara bölgesinde hasar yapıcı 600 adet depremin varlığından söz etmektedirler. Ambraseys (2002) tüm Marmara bölgesinde MS. 32-1894 yılları arasında büyüklüğü M=6.8 ve daha büyük depremlerin sayısının 46 adet olduğunu belirtmiştir. Ambraseys tarafından hazırlanan ve Marmara Bölgesi’nin son 2000 yılda yüzey dalgası büyüklüğüne göre 6.8 ve daha fazla olan depremlerin çizelgesi hazırlanmış, bu depremler deprem tehlikesi hesabı için Parsons (2004) tarafından kullanılmıştır
ġekil 2.9 : Marmara Bölgesinde son 2000 yılda olmuş büyük depremlerin dış merkez dağılımını gösteren harita. Parson 2004 den yeniden düzenlenerek alınmıştır.
2.4.2 Aletsel dönem depremselliği
Aletsel dönem depremlerinin katalogları bazı ülkelerin deprem inceleme ve araştırma merkezlerinin ürünleridir ve periyodik olarak yayınlanmaktadır. Örneğin ISS, ISC (International Seismological Center) (International Seismological Center), USGS (United States Geological Survey), NEIS, CSEM, Harvard ve Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitisü (KRDAE) kataloglarına günümüzde CD-ROM ya da Internet üzerinden erişilebilmektedirler. Verilerin yeniden gözden geçirildiği ve bazı düzeltmelerin yapılarak yayınlandığı kişisel deprem katalogları da bulunmaktadır. Türkiye ve çevresi ile ilgili olarak Pınar ve Lahn (1952), Karnik (1969), Shebalin ve diğ. (1974), Ergin ve diğ. (1967), Alsan ve diğ. (1975), Crampin ve Üçer (1975), Eyidoğan ve Jackson (1991), Guidoboni (1994), Tan ve diğ., (2008), Ambraseys ve Finkel (1995) tarafından yapılan çalışmaları bu tür kataloglar sınıfında sayabiliriz. Türkiye’de var olan deprem istasyonlarının sayısının zaman içinde arttığı bilinmektedir ve bunun sonucu olarak yerleri saptanan küçük deprem sayısı ve deprem parametrelerindeki duyarlık da artmaktadır. İTÜ ve BÜ Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsünün (KRDAE) Marmara bölgesinde bulunması Marmara bölgesindeki depremlerin daha duyarlı olarak saptanmasını sağlamıştır. Özellikle İTÜ’nün 1960 sonrası İstanbul WWSSN istasyonunu kurması ve KRDAE’nin 1973 sonrası MARNET ve IZINET deprem ağlarını hizmete sokması ile Marmara bölgesindeki depremlerin parametreleri çok duyarlı olarak verilmeye başlanmıştır. Bu nedenle bölgedeki depremlerin özelliklerini araştırırken aygıtsal
kayıt dönemini 1900–1972 ve 1973–2005 yılları arasında bölmek sonuçların istasyon sayısındaki artıştan etkilenmesini en aza indirecektir.
Crampin ve Üçer (1975)’nin çalışmasına göre 1918-1928 arasında deprem episantırlarındaki hata miktarı 140 km’ye çıkmaktadır. Hata miktarı 1948-1958 yılları arasında 45 km, 1959-1963 yılları arasında 10 km kadar olmaktadır. Günümüzde bu hata miktarı Marmara bölgesinde 1 km ye yaklaşmıştır. Ancak derinliklerdeki hata miktarı daha fazladır. Marmara Denizi içinde ‘deniz tabanı sismografı’ kurmanın ekonomik açıdan zor olması nedeniyle deniz çevresinde ve adalarda kurulan deprem istasyonları ile özellikle küçük depremlerin yerlerini ve derinliklerini çok duyarlı bulmak oldukça zordur.
Üçer (1990)’in yaptığı tamlık analizine göre Marmara Bölgesinde M=6.0 ve daha büyük depremlerin 1900 yılından sonra, M = 4.5’ten daha büyük depremlerin ise ancak 1960 yılından sonra kaybedilmeden kataloglanabildiği ortaya çıkmıştır.
KRDAE’nin kurduğu MARNET ve İZİNET istasyonları ile 1970 yılı sonrası Marmara bölgesinde kaydedilen deprem parametrelerinin duyarlılıkları da artmış bulunmaktadır. Ayrıca TÜBİTAK MAM Yer Bilimleri Enstitüsü’nün Kocaeli çevresinde kurduğu istasyonlarla Doğu Marmara’da büyüklüğü M=2.0 ve daha büyük olan depremlerin yerleri duyarlı olarak bulunmaktadır. Batı Marmara ve Saros Körfezi bölgesinde deprem istasyonu sayısı az olduğundan büyüklüğü M=4.0 den küçük olan depremlerin yerlerinin duyarlı olarak saptanması günümüzde hala zordur. Saros körfezi doğusunda kalan ve Yunanistan’ ait olan adalarda deprem istasyonları kurulmasıyla buradaki küçük depremlerin duyarlı olarak kaydedilmesi mümkün olacaktır. Üçer (1990)’in çalışmasına göre 1976-1995 yılları arasında Marmara Bölgesinde yerleri bulunan deprem sayısı 20.000 civarındadır. Bu dönem içersinde büyüklüğü M=3.0 ve daha büyük olan deprem sayısı 4.900 kadardır.
Marmara bölgesinin güncel depremselliğinin incelenebilmesi amacıyla çeşitli projeler yapılmış ve yeni projeler devam etmektedir (Sellami ve diğ., 1997; Gürbüz ve diğ., 2000; Eyidoğan ve diğ., 2000; KRDAE ve TÜBİTAK MAM araştırmaları). 1995 yılında yapılan bir proje çalışması sırasında (Gürbüz ve diğ., 2000), KOERI verileri ve diğer çalışmalardan elde edilen veriler bir araya getirilerek bulunan 9700 adet depremden nitelik ayrımı yapılmıştır. Yerleri en duyarlı 929 adet depremin
Gaziköy-İzmit arasında uzanan depremlerin ortaya koyduğu geometri, bu depremlerin KAF’nın Marmara Denizindeki batı uzantısı ile ilgili olabileceği tezini güçlendirmektedir. Çınarcık-Prens Adaları ve Marmara adası kuzeyinde K-G yönlü saçılmalar ise KAF’nın kuzey Marmara’daki devamı açısından dikkatle yorumlanması gereken episantır dizilimleridir. Marmara Denizinin güney bölümlerindeki deprem episantırları ise daha dağınık bir geometri sergilemektedirler (şekil 2.10).
ġekil 2.10 : Marmara Bölgesi’nde Eylül 2006 – Nisan 2009 ayları arasında oluşan deprem aktivitesinin dış merkez dağılımı.
3. YÖNTEM
Jeolojik ve Sismolojik araştırmalarda gerilme analizi, arazide fay, çatlak ve kırıklardan elde edilen bulgular veya deprem fay düzlemi çözümleri kullanılarak yapılmaktadır. Bu işlem grafik yöntemlerle yapılabildiği gibi, ters çözüm tekniği ile de yapılmaktadır. Tektonik gerilme analizinde ters çözüm yönteminin temeli, hesaplanan makaslama gerilmesi yönleri ile bütün depremlerde oluşan kayma yönü arasındaki farkı minimize etmektir. Sadece geometrik veriler kullanıldığından izotropik ve deviatorik gerilme değerlerini belirlenmesi mümkün değildir. Genel olarak konumları belirleyen 4 tane bağımsız parametre vardır. Bunlardan üç tanesi ana gerilme eksenleri ve dördüncüsü de R değeridir. R değeri şekil faktörü değeri olup aldığı değere göre bölgedeki kuvvetlerin etki yönlerini ve sonucu olarak oluşan jeolojik yapıları ifade etmektedir.
3.1 P Dalgası Ġlk Hareket Yönüne Göre Fay Düzlemi Saptanması
Cisim dalgalarının ilk hareketi kayıt edildikleri istasyonun azimutsal konumuna bağlıdır. P dalgası ilk hareket yönleri, P/S dalgalarının oranları ve cisim-yüzey dalgalarının dalga şekillerinin modellenmesi günümüzde bu amaçla kullanılan yöntemlerdir. Her yöntemin sismik dalga türü, kayıt cihazı, frekans bandı özellikleri ve modelleme yöntemleri nedeniyle avantaj ve dezavantajları vardır. P dalgası ilk hareket yönü tekniğinde istasyonların deprem dış merkezi çevresinde azimutsal yoğunluğunun ve sayısının mümkün olduğunca fazla olması arzu edilir. Azimutsal boşluk 0
90 den büyük olduğunda hata miktarı artmaktadır. Odak derinliğindeki duyarlılık da çok önemlidir. Odak derinliği, geliş açısını, dolayısıyla çözüm yapıldığı iz düşüm ağındaki istasyonun konumunu belirlediğinden olması gerekenden küçük ve büyük derinlikler farklı fay düzlemi çözümleri ortaya çıkarabilmektedir. Depremin odak derinliği fazla ise iz düşüm ağı üzerindeki istasyonlar yakın konumlanır, odak derinliği az ise istasyonlar iz düşüm ağında daha geniş bir alana yayılır.
gerçeğinden yola çıkar. Şekil 3.1’deki gibi doğrultu atımlı bir faylanma yaratan depremi ele alırsak, fayın hareket yönündeki blok kısmında konumlanmış istasyonlarda deprem kaydının ilk hareket yönü yukarı doğrudur ve sıkışma hareketi denir. Aynı şekilde hareketin istasyona göre ters olacak şekilde konumlanmış istasyonlarda ise ilk hareket aşağı doğrudur ve açılma hareketi olarak tanımlanır. Bu nedenle, P dalgası düşey bileşen sismogramlarda ilk hareketi yukarı yönlü ya da aşağı yönlü olarak kaydedilir. Ayrıca azimutsal dağılımdan dolayı dalgaların ilk hareket genlikleri çok belirgin veya daha az belirgin olabilir. Bunun için çok belirgin olan genliklere ‘impetus ‘ kelimesinin ilk harfi olan ‘i’, ilk hareket yönü çok az bir genlikle belli olanlara ‘emersius’ kelimesinin ilk harfi olan ‘e’ konur.
ġekil 3.1 : Deprem dalgalarının istasyon konumuna göre ilk hareket yönleri (Polat 2005 ders notları).
İlk hareket yönü iki sıkışma ve iki açılma olmak üzere dört çeyrek dairede tanımlanır. Bu çeyrek daireleri birbirinden ayıran iki düzlem, fay düzlemi ve bu düzleme dik düzlemdir. Bu sınırlarda hareket sıkışmadan açılmaya ya da tam aksi şekilde değiştiğinden kayıtlar çok küçük genlikli bir ilk hareket yönü veya düz bir çizgi gösterir. Bu birbirine dik düzlemelere düğüm düzlemleri denir. Eğer bu düzlemler bulunursa fay geometrisi bilinebilir. Buradaki problem gerçekleşen ilk hareketin gerçek fay düzlemi veya ona dik yardımcı düzlemdeki kaymadan
kaynaklanıyor olmasıdır. Bu yüzden sadece ilk hareket ile hangi düzlemin gerçek fay düzlemi olduğunu söylemez. Fakat ek bilgilerle sorunun çözümüne ulaşılabilir. Tam doğrultu atımlı bir faylanma ele alındığında iki düzlemden birine göre sağ yanal atımlı faylanma çözümüne ulaşırken diğer düzleme göre sol yanal atımlı faylanma çözümü elde edilir. Hangisinin gerçek fay geometrisini temsil ettiğini fay düzlemi çözümünden söyleyemeyiz, bunun için jeolojik çalışmalar ya da bölge hakkında bilinen bilgiler ışığında birçok fay düzlemi çözümünün trendine göre yorum yapılabilir. Tam eğim atımlı bir faylanma 0
45 dalım gösterir. Daha basit bir ifadeyle üç ana tip faylanma geometrisi kabul edilir. Bunlar tam normal fay, tam ters fay ve doğrultu atımlı faydır (şekil 3.2). Ama doğada her zaman böyle ideal faylanma tipleri gözlemlenemez. Normal bileşenli veya ters bileşenli doğrultu atımlı fay şeklinde oblik faylanma olarak tanımlanan kombinasyonlar da oluşabilir. Ancak, hiçbir zaman ters ve normal faylanmanın aynı anda etkili olduğu bir fay geometrisi gözlemlenmez.
ġekil 3.2 : Fay düzlemi ile fay geometrisi arasındaki ilişki.
http://lg.eage.org/free/00071/ sayfasından alınarak yeniden
düzenlenmiştir.
P, T ve B eksenleri anlık (instantenous) gerilme eksenleridir. Çünkü depremler genellikle jeolojik ortamın en zayıf noktalarında faylanma yaratırlar ve nadiren asal
P eksenlerine dik sıfır eksenini temsil eder. Bu istikamet aynı zamanda kayma ve normal vektörlerine dik, iki düğüm düzleminin kesişme noktasıdır.
3.1.1 Gerilme tensörü
Cisim üzerinde iki tane ana kuvvet vardır. Bunlardan ilki cisme her zaman hacmi ile doğru orantılı olarak etki eden cisim kuvveti ve ikincisi cismin hacmine oranla azalan yüzey kuvveti.
ġekil 3.3. V hacimli bir cisim üzerinde etki eden F ile gösterilen yüzey kuvveti ve n ile gösterilen yüzey normali (Stein ve Wysession, 2002).
Bizim burada göz önünde bulunduracağımız kuvvetler V hacimli ve S yüzeyine sahip cisimlerdir (şekil 3.3). Eğer F yüzey kuvveti yüzeyin her bir elemanı dS ve birim vektörü nˆ olan etkirse çekme vektörü,
dS F ) nˆ ( T
lim
0 dS (3.1)olarak tanımlanır. Cismin hacmine etki eden yüzey kuvvetleri sistemi, üç tane çekme vektörü ile tanımlanır (şekil 3.4).
