1
ÇİZGİSEL VE MEKANSAL DÜZLEŞTİRİLMİŞ SİSMİK KAYNAK
MODEL KULLANILARAK TÜRKİYE OLASILIKSAL DEPREM
TEHLİKE ANALİZİ
Mine Betül DEMĠRCĠOĞLU
1, Karin ġEġETYAN
2, Tamer DUMAN
3, Tolga ÇAN
4,
Senem TEKĠN
5, Semih ERGĠNTAV
6, Sinan AKKAR
7ÖZET
Türkiye ve çevresindeki yoğun sismik aktivite, güncel levha hareketleri etkisi altında gelişmiş çok sayıda levha içi aktif faylar, transform fay sistemleri ve dalma-batma kuşağı gibi ana tektonik yapılar tarafından kontrol edilmektedir. Bölgedeki deprem tehlikesi daha önce birçok çalışmada farklı yöntemlerle ele alınmıştır. Ancak, deprem tehlike hesaplamalarına ilişkin son yıllarda geliştirilen yeni yaklaşımlar ile hesaplamalarda kullanılan temel parametrelerinden ulusal dirifay veri tabanı ve aletsel deprem kataloğunun yenilenmesi, beraberinde Türkiye deprem haritalarının da güncellenmesi ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu kapsamda, Ulusal Deprem Stratejisi ve Eylem Planı gereği, ulusal katılımlı proje grubunca, Türkiye Deprem Tehlike Haritaları yeniden değerlendirilmiştir. Olasılıksal deprem tehlike analizleri i-) alansal kaynak model ve ii-) çizgisel ve mekânsal olarak düzleştirilmiş sismik kaynak modelleri için ayrı ayrı ele alınmıştır. Bu çalışmada çizgisel ve mekânsal olarak düzleştirilmiş sismik kaynak modelin parametrelerinden ve modelden elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Söz konusu modellerde çizgisel sismik kaynaklar boyunca, düzlem konumları da dikkate alınarak 15-km genişliğinde kuşaklar oluşturulmuştur. Bu kuşaklar içerisinde kalan 6.0’dan büyük depremlerin doğrudan çizgisel sismik kaynak tarafından üretildiği, dışında kalan depremlerin ise mekânsal olarak düzleştirilmiş sismisiteden geldiği kabulü yapılarak deprem aktivitesi hesaplanmıştır. Mekansal düzleştirilmiş sismisite deprem kataloğunun derinlik bilgisine göre sığ ve derin olarak iki ayrı kategoriye ayrılması ve her bir kategori için tamamlılık analizlerinin yapılmasıyla hesaplanmıştır. Sonuç olarak, 50 yılda sırasıyla %50, %10 ve %2 aşılma olasılıklarına karşılık gelen 72, 475, 2475 yıllık tekarlanma aralıklarına ilişkin yer hareketi (maksimum yer ivmesi, 0.2 sn ve 1.0 sn’deki spektral ivme) dağılımları elde edilmiştir Anahtar Kelimeler: Deprem Tehlikesi ve Senaryoları
ABSTRACT
The high seismic activity around Turkey is controlled by the main tectonic structures containing the active shallow crustal faults, transformed fault systems and subduction fault systems under the effect of the current plate movement. The regional hazard has been worked in a several studies with different method. Recently , new techniques used in the last years about the seismic hazard assessment has brought the necessity to review the national active fault database and compiled earthquake catalogue with turkey's hazard maps. In this concept the national earthquake strategy and plan f action are reassessed by national participation project group. The two seismic sources are modelled separately in the probabilistic earthquake hazard analysis: 1-Area source model 2- Fault and spatial smoothing seismic
1 Dr., Boğaziçi Üniversitesi, Ġstanbul,betul.demircioglu@boun.edu.tr 2
Yrd. Dr., Boğaziçi Üniversitesi, Ġstanbul, karin@boun.edu.tr
3 Jeoloji Etütleri Dairesi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, tduman@mta.gov.tr 4Doç. Dr., Çukurova Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği, Adana, tolgacan@cukurova.edu.tr
5 Çukurova Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği, Adana, senemtekin01@gmail.com.tr 6
Prof. Dr., Boğaziçi Üniversitesi, Jeodezi , Ġstanbul, semih.ergintav@boun.edu.tr
2
source model. In thıs study, we will further focus on definition and delineation of the Fault and spatial smoothing seismic source model and intrinsic uncertainty on the earthquake occurrence rates estimation. Based on the surface projection along this faut model, the buffer zone with 15km are generated. The earthquakes with magnitude greater than 6.0 are assumed to occur inside this 15 km buffer zone, the rest of the seismicty are assumed to obtain from the smoothed seismicty, and the earthquake activity are calculated according to this assumption. The depth knowledge in the seismicty database are also considering into two categories: Shallow and Deep. The completeness analysis are also computed for each of them. Finally, PSHA results obtained for the fault and spatial smoothed seismic source model wll be presented for 72, 475 and 2475 years return periods (corresponding to 50%, 10%, and 2% probability of exceedance in 50 years) according to PGA, spectral acceleration at 0.2 sec. and 1.0 sec.
Keywords: Earthquake Hazard and Scenarios
GİRİŞ
Deprem tehlikesi, hasar ve can kaybı yaratabilecek büyüklükte bir depremden kaynaklanan yer hareketinin belli bir yerde ve belli bir zaman periyodu içerisinde meydana gelme ihtimali olarak tanımlanır ve deprem nedeni ile hasar, mal ve can kaybı ihtimali olarak tanımlanan, deprem riski kavramının önemli bir öğesini oluĢturur. Gelecek depremlerin konumu, oluĢ zamanı, büyüklüğü ve diğer özellikleri belirsizlik arzettiği için deprem tehlikesi tayinlerinde olasılık hesaplarına dayalı tahmin ve kararlar önemli araçlardır. Türkiye ve çevresindeki yoğun sismik aktivite, güncel levha hareketleri etkisi altında geliĢmiĢ çok sayıda levha içi aktif faylar, transform fay sistemleri ve dalma-batma kuĢağı gibi ana tektonik yapılar tarafından kontrol edilmektedir. Bölgedeki deprem tehlikesi daha önce birçok çalıĢmada farklı yöntemlerle ele alınmıĢtır.
Deprem Tehlikesi’nin belirlenmesinde kullanılan iki ana veri bölgede meydana gelen depremlerin aletsel ve tarihsel dönemi içeren kataloğu ile analizde kullanılacak kaynak modelleridir. Alansal kaynaklar bir veya daha fazla fayı içerebilen, sınırları genellikle sismisite dağılımı ile belirlenen ve sınırları dahilinde deprem oluĢumlarının homojen olarak dağıldığı kabul edilen kaynaklardır. Çizgisel kaynaklar fay veri tabanı bağlı olarak tanımlanan ve parametreleri ilgili fay özelliklerine bağlı olarak belirlenen kaynak tipleridir. Arka plan sismisitesi ise bölgedeki herhangi bir ana sismik kaynak ile iliĢkilendirilemeyen sismik etkinlik, depremselliğin bir biçimli ya da mekansal olarak yaygınlaĢtırılmıĢ olduğu kabul edilen homojen sismisitiye sahip arka plan alan kaynak veya mekansal olarak düzleĢtirilmiĢ sismisite (spatially smoothed seismicity) modelleri kullanılabilir (Frankel, 1995 ve Frankel ve diğerleri., 2000).
Deprem tehlike hesaplamalarına iliĢkin son yıllarda geliĢtirilen yeni yaklaĢımlar ile hesaplamalarda kullanılan temel parametrelerinden ulusal dirifay veri tabanı ve aletsel deprem kataloğunun yenilenmesi, beraberinde Türkiye deprem haritalarının da güncellenmesi ihtiyacını ortaya çıkarmıĢtır. Bu kapsamda, Ulusal Deprem Stratejisi ve Eylem Planı gereği, ulusal katılımlı proje grubunca, Türkiye Deprem Tehlike Haritaları yeniden değerlendirilmiĢtir. Olasılıksal deprem tehlike analizleri i-) alansal kaynak model ve ii-) çizgisel ve mekânsal olarak düzleĢtirilmiĢ sismik kaynak modelleri için ayrı ayrı ele alınmıĢtır. Bu makalede sadece çizgisel ve mekânsal olarak düzleĢtirilmiĢ sismik kaynak modele geniĢ yer verilecektir.
Deprem tehlikesi sadece incelenen yerde olabilecek depremlere bağlı değildir. Ele alınan bölgenin aynı zamanda yakın çevresinde meydana gelebilecek depremlerden de etkileneceği düĢünülmelidir. Ġncelenen alanın belli mesafaye kadar civarında bulunan kaynakarın da göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Bu çalıĢmada Türkiye sınırlarının 200 km (ġekil 1) yakınlığında bulunan tüm kaynaklar dikkate alınmıĢtır.
3
ġekil 1. Deprem kaynakları modellemesinde kullanılan Türkiye sınırlarınından itibaren 200 km’yi kapsayan çalıĢma alanı
DEPREM MAGNİTÜD- YİNELENME MODELLERİ
Gelecekteki depremlerin konum, büyüklük ve oluĢ zamanlarında belirsizlikler mevcuttur. Deprem oluĢumlarını modellemede kullanılan stokastik modeller bu belirsizliği yansıtır. Deprem tehlikesi hesaplarında kullanılan deprem oluĢum modelleri: probabilistik (hafızalı veya hafızasız), deterministik ve prediktif olmak üzere üç grupta toplanabilir. En yaygın olarak kullanılan probabilistik model Poisson Modelidir. Bu model deprem oluĢumlarının hafızasız olduğunu ve bir kaynak bölgesi içinde depremlerin gerek konum ve gerekse zaman açısından birbirinden bağımsız olarak meydana geldiğini kabul eder. Zaman-bağımsız modellerden birisi de jeolojik bilgilerdeki belirsizliğin ağırlık faktörleri ile değerlendirildiği Bayes modelidir.
Zaman-bağımlı (hafızalı) modeller zaman-tahminli, kayma-tahminli modeller ve semi-Markov modelleridir. Bu hafızalı modellerden en yaygın olarak kullanılanı “karakteristik deprem” modelidir (Youngs ve Coppersmith, 1985). Bu modeller ancak üzerinde çok çalıĢılmıĢ fay hatları (San Andreas Fayı gibi) ve sadece karakteristik depremlerden kaynaklanacak deprem tehlikesi için geçerli olmakta ve fay segmentasyonu ve yinelenme sürelerinden kaynaklanan belirsizlikler bu modellerin Poisson modelinin yerini almasına müsaade etmemektedir. Diğer taraftan, Poisson modeli her durumda diğer modellere nazaran daha emniyetli tarafta (konservatif) deprem tehlikesi sonuçları doğurmaktadır (Jordanovski ve Todorovska, 1995). ġimdiye kadar ülkemiz için geliĢtirilmiĢ tüm probabilistik deprem tehlikesi çalıĢmalarında Poisson Modeli kullanılmıĢtır. Deprem magnitüdlerinin olasılık dağılımı, magnitüdler ile bunların oluĢ sıklıkları arasındaki iliĢkiyi gösteren yinelenme bağıntılarından çıkartılır. En yaygın kullanılan iliĢki Gutenberg ve Richter, (1954) tarafından önerilen aĢağıdaki doğrusal magnitüd-sıklık iliĢkisidir:
Log10 N(M)= a- bM
( 1)
burada, N(M) = birim zaman içinde magnitüd değeri M’ye eĢit ya da M’den büyük ortalama deprem sayısı; a ve b = ilgili bölge için saptanan regrasyon katsayıları; M = Magnitüd (bu çalıĢmada Mw olarak alınmıĢtır) ve log10 = 10 tabanına göre logaritmadır.
a, bir bölgede olabilecek depremlerin toplam sayısına iliĢkin bilgiyi yansıtmaktadır. a değerleri, genellikle göz önünde tutulan bölgenin büyüklüğü ve incelenen zaman süresi ile doğrudan doğruya ilgilidir. Buna karĢılık b değerleri daha çok bölgenin tektonik yapısı ile iliĢkilidir ve büyük magnitüdlü depremlerin küçüklere olan göreceli oranını gösterir. Bu bakımdan, b değerleri bölgenin tektonik açıdan sismik etkinliğinin bir göstergesi olarak kabul edilir. b’nın değeri sismik bölgeler arasında farklılık göstermektedir.
Regresyon analizi için yaygın olarak En Büyük Olabilirlik (Maximum Likelihood) yöntemi kullanılmaktadır. Deprem katalogları kaynak bölgeleri içindeki frekans-büyüklük iliĢkilerinin hesaplanmasında kullanılır. Ancak, Poisson modelinin kullanıldığı durumlarda, deprem oluĢumları bağımsız kabul edildiği için, deprem kataloglarının artçı Ģok ve deprem fırtınaları gibi deterministik unsurlardan arındırılması gerekir. Verinin homojen olması ve kullanılan katalogdaki depremlerin aynı tür magnitüd değerleri ile tanımlanmıĢ olmasını içerir. Bunu sağlamak gerçekte mümkün
4
olmadığından, literatürde de yer alan değiĢik magnitüd türleri için çeĢitli ampirik iliĢkiler kullanılarak homojen hale getirilebilir. Verinin sürekli olması, kullanılan zaman aralığında veride herhangi bir kesintinin olmaması anlamına gelmektedir. Bu Ģekilde hazırlanmıĢ bir veri seti kullanılarak herhangi bir bölgenin deprem potansiyeli,
- a ve b katsayıları (Gutenberg-Richter iliĢkisi), - geri dönüĢüm periyotları ve oluĢma olasılıkları, - beklenen maksimum magnitüd,
- sismik durgunluk veya sismik aktivite gibi parametreler hesaplanarak ortaya konabilir.
Bu proje kapsamında kaynak model ve kullanılacak homojen deprem kataloğu olarak IP1 çalıĢması kapsamında değerlendirilen alansal ve çizgisel kaynak modeller ile sunulan deprem kataloğu kullanılmıĢtır (Duman ve diğerleri, 2014). Deprem tekerrür parametrelerinin hesaplanmasında kullanılan adımlar aĢağıda özetlenmiĢtir:
1. Tamamlılık analizi:
a. Deprem kataloğu tamamlılık bölgelerinin belirlenmesi ve her bir tamamlılık bölgesi için farklı magnitüd aralıklarına tekabül eden tamamlılık dönemlerininin hesaplanması 2. Çizgisel kaynak ve arka-plan sismisite modeli için:
a. Her bir çizgisel kaynağın hangi tamamlılık bölgesine girdiğinin belirlenmesi
b. Mekansal olarak düzleĢtirilmiĢ arka-plan sismisite modelinde kullanılacak her bir nokta kaynağın hangi tamamlılık bölgesine girdiğinin belirlenmesi
c. Tamamlılık üst bölgeleri için Weichert (1980) yöntemi kullanılarak “b” parametresinin belirlenmesi
d. Her bir çizgisel kaynağa içinde bulunduğu tamamlılık üst bölgesina ait “b” değerinin atanması, ve takiben her bir çizgisel kaynak için Youngs and Coppersmith (1985) modeli ile “a” değerinin hesaplanması
e. Her bir nokta kaynağa içinde bulunduğu tamamlılık üst bölgesina ait “b” değerinin atanması, ve takiben her bir nokta kaynak için Frankel (Frankel, 1995 ve Frankel ve diğerleri., 2000) yaklaĢımı ile “a” değerinin hesaplanması
DEPREM KATALOĞU TAMAMLILIK BÖLGELERİNİN BELİRLENMESİ
Tamamlılık analizleri için literatürde farklı yöntemler mevcuttur. Sadece alansal kaynak modellerinin kullanıldığı bir deprem tehlikesi belirlemesi çalıĢmasında her alansal kaynak için bir tamamlılık analizi yapılabileceği gibi birden fazla alansal kaynağı kapsayan üst bölgeler için de yapılabilir. Bu çalıĢmada hem alansal hem de fay kaynak modelleri için kullanılabilecek tamamlılık üst bölgeleri yaklaĢımı kullanılmıĢtır. Tamamlılık üst bölgeleri hem tarihsel ve aletsel dönemlerde depremlerin kayıt edilme olasılıkları değerlendirilerek hem de tektonik yapı göz önünde bulundurularak belirlenmiĢtir. Ayrıca kullanılan kataloğun derinlik dağılımı dikkate alındığında derin depremlerin Girit ve Kıbrıs yaylarının dalan levha içi aktivitesi ile iliĢkili olduğu görülmektedir. Bu nedenle bu çalıĢmada sığ depremler için 10, derin depremler için ise bir tamamlılık üst bölgesi belirlenmiĢtir. Sığ depremler için tamamlılık üst bölgeleri ve derin depremler için tamamlılık üst bölgesi ġekil 2’da sunulmuĢtur. Farklı magnitüd aralıkları için Stepp (1972) yöntemi ve deprem büyüklük – yıl dağılımlarının gözlemsel değerlendirmeleri ile belirlenen tamamalılık dönemleri Tablo 1’de özetlenmiĢtir.
5
(a) (b)
ġekil 2. Deprem kataloğu tamamlılık analizi için kullanılan a) sığ ve b) derin üst bölgeleri Tablo 1. Üst bölgeler için seçilen tamamlılık aralıkları
ÜST BÖLGE MAGNĠTÜD ARALIKLARI 4.3-4.7 4.8-5.2 5.3-5.7 5.8-6.2 6.3-6.7 6.8-7.2 7.3-7.7 7.8-8.2 A BALKAN 1977 1902 1902 1850 1850 1850 1850 1850 B KARADENĠZ 1997 1922 1900 1900 1900 1900 1900 1900 C KAFKAS 1962 1962 1897 1887 1887 1887 1887 1887 D MARMARA 1962 1952 1900 1850 1750 1700 1700 1700 E KAF 1987 1947 1897 1850 1850 1850 1650 1650 F DOĞU ANADOLU 1987 1967 1897 1857 1857 1857 1840 1840 G EGE 1967 1967 1897 1862 1842 1842 1842 1842 H ĠÇ ANADOLU 1967 1967 1907 1907 1907 1907 1907 1907 I DAF 1962 1900 1900 1867 1750 1750 1750 1750 J AKDENĠZ 1982 1962 1917 1907 1902 1902 1902 1902 K AKDENĠZ DERĠN 1982 1962 1917 1907 1902 1902 1902 1902
ÇİZGİSEL SİSMİK KAYNAK MODEL
Bu çalıĢmada çizgisel kaynak modeli SHARE ve EMME projesi kapsamında da kullanılan tanım ile ele alındı. Bu yapı Italya INGV enstitüsü bünyesinde geliĢtirildi (DISS, 2012; Basilli ve diğerleri, 2008). Sismojenik kaynak olarak ifade edilen model jeoloik, jeofizik ve fay geometrisi (Fay doğrultusunun azimutu- strike; eğim açısı – dip; uzunluk-length; geniĢlik-width; derinlik-depth), fay kinematiği (kayma vektörünün yönü, rake), ve sismojenik parametrelerin (segment boyuna bağlı olarak hesaplanan maksimum magnitüd ve kayma hızı) birleĢimi ile üç boyutlu olarak tanımlanır (ġekil 3). Bu tanım dikkate çizgisel kaynak modeli (Duman ve diğerleri, 2014) oluĢturuldu. Çizgisel fay modelinin yüzey izdüĢüm görüntüsü ġekil 4’da gösterilmiĢtir.
Bu modelde çizgisel sismik kaynak modelin izdüĢümü (ġekil 4) üzerinden çizilen 15 km’lik kuĢak içine düĢen Magnitüd 6.0’dan büyük olan depremlerin etkisinin çizgisel sismik kaynakların kayma hızı bilgisinden, dıĢında kalan ve 1900 yılı sonrası meydana gelmiĢ depremlerin de mekansal olarak düzleĢtirilmiĢ sismisiteden geldiği kabulü ile deprem aktivitesi hesaplanmıĢtır. Mekansal olarak düzleĢtirilmiĢ sismisiteden gelen deprem aktivitesi hesaplanırken de, deprem kataloğundaki derinlik bilgisi göz önüne alınarak sığ ve derin depremsellik olarak iki ayrı katalog ve bu kataloglara bağlı tamamlılık analizi parametreleri de kullanıldı. Çizgisel sismik kaynak modelin 15 km lik kuĢağın içinde kalan M6.0’dan büyük depremlerin ayıklandığı sığ ve derin depremselliklerin dağılımı sırası ile ġekil 5’ de gösterilmiĢtir
6
ġekil 3. Sismojenik fay model krokisi
ġekil 4. Çizgisel kaynak modeli yüzey izdüĢüm görüntüsü
(b) (b)
ġekil 5. Çizgisel sismik kaynak iz düĢümünden 15 km lik kuĢak içinde kalan M6.0 dan büyük ve 1900 yılı sonrası a) sığ depremlerin dağılımı b) derin depremlerin dağılımı
SİSMİK MOMENT DENGELEME YÖNTEMİ
Sismik moment dengeleme yönteminde depremlerin boĢalttığı sismik momentin fay boyunca biriken sismik moment ile dengelendiği kabulu yapılır. Moment dengeleme yöntemi genel denklemi;
( )
∫
( )
∫
( )
Denklemdeki yıllık kayma hızı S; fay alanı A ve depremin büyüklük dağılım modeli ise fM(M) ile gösterilmiĢtir. Herbir depremin boĢaltabildiği sismik moment ise Hanks ve Kanamori (1979) denklemi ile (101.5M+16.05) hesaplanabilir. Buradaki depremin büyüklük dağılım modeli farklı dağılımlarla hesaplanabilir: Kesik Üst Model (Truncated exponential); Kesik normal model (Truncated Normal Model); Kesik logaritmik model (Truncated Lognormal); Delta fonksiyonu bunlara örnek sayılabilir.
7
Bu çalıĢmada deprem aktivitesi, Youngs ve Coppersmith (1985) kesik üstel yaklaĢım modeli kullanılarak hesaplanmıĢtır. Bu modelde kullanılan parametreler aĢağıda sıralanmıĢtır:
b değeri
Fay Uzunluğu (cm)
Faylara ait derinlik bilgisi (en düĢük ve en büyük değerleri; ġekil 12);
Faylara ait eğim açısı (en düĢük ve en büyük değerleri; ġekil 13)
Faylara ait kayma hızı (en düĢük ve en büyük değerleri; cm/yıl; ġekil 11)
Faylara ait Mmax değeri; ġekil 10
d=1.5 (Kanamori ve Anderson, 1975)
c=16.05 (Kanamori ve Anderson, 1975)
Rijidite = 30 * 1.0e10 (dyne/cm^2)
Modeller arasındaki fark ġekil 6’da gösterildiği ve Anderson ve Luco (1983) ve Youngs ve Coppersmith (1985) tarafından da tartıĢıldığı gibi, esas konu üst sınır magnitüd değerine yaklaĢtıkça, meydana gelme iliĢkisininin nasıl davrandığıdır. Bu anlamda Model 1, ani bir bitiĢ noktası ve daha yüksek bir aktivite oranıyla sonuçlanan, maksimum magnitüde yakın olucak Ģekilde daha fazla moment salınımına izin vermesi ile en konservatif model olarak görülmektedir (ġekil 6). Bu çalıĢmada, ülkemizde deprem aktivitesi yoğun olarak izlendiği için daha yüksek aktivite hesaplayan Anderson ve Luco (1983) modeli yerine Youngs ve Coppersmith (1985) kesik üstel yaklaĢım modeli kullanılmıĢtır.
ġekil 6. Models 1–2 (Anderson ve Luco, 1983) ve Model 4 (Youngs and Coppersmith, 1985) yaklaĢımı kullanılarak elde edilen kümülatif deprem oluĢum karĢılaĢtırılması (kullanılan parameter değerleri:Mmax=8;
fay uzunluğu=120km; fayın uzunluk ve geniĢlik oranı=2; kayma modülü=30GPa; kayma açısı =1mm/yr; b değeri=1; kayma/ uzunluk=10)
Ancak Youngs ve Coppersmith (1985) ile karakteristik modelin birleĢiminden oluĢan kompozit model (ġekil 7) ile bu çalıĢmada kullanılan yöntem karıĢtırılmamalıdır. Kompozit model, kesik üstel model ile karakteristik modeli birleĢtirir ve küçük depremlerin kesik üstel model ile; orta-büyük depremler ise karakteristik model ile temsil edilir. Kompozit modelin en önemli özelliği deprem büyüklüğüne bağlı olarak uygulanan model kısıtları sayesinde sismik momentin %94’ünün karakteristik depremler ile kalan kısım ise küçük-orta büyüklükteki depremler ile boĢaltılmasına izin verilmesidir. Bu varsayımların uygulanması ve olasılık yoğunluk iĢlevinin altındaki toplam alanın 1 olmasının sağlanması için gerekli iĢlemin yapılması ile, karakteristik deprem modeli için ġekil 7’de verilen olasılık yoğunluk iĢlevi elde edilmiĢtir:
8
ġekil 7. Karakteristik deprem modeli için magnitüd olasılık yoğunluk iĢlevleri
Bu proje kapsamında ise kullanılan Mmin=6.0 için Youngs ve Coppersmith (1985)’in kesik üstel model yaklaĢımıdır. Mw≥6.0 depremlerin aktivitesi, çizgisel kaynak modeldeki fayların yüzey yansımasından 15 km’lik kuĢağın içinde kalan depremlerin kayma hızından hesaplanma yaklaĢımı kullanıldığı için ayrıca bir daha YC-Kompozit Model kullanılmamıĢtır. Youngs ve Coppersmith (1985)’in iki modelinin ve delta kümülatif yoğunluk fonksiyonlarının ve magnitüd olasılık yoğunluk iĢlevlerinin karĢılaĢtırıldığı ġekil 8 gösterilmiĢtir.
(a) (b)
ġekil 8. YC-Kompozit ve YC-Kesik Üst modellerinin karĢılaĢtırılması (a): Magnitüd olasılık yoğunluk iĢlevlerini; (b)Yıllık deprem oluĢ sayısı
MODELDE KULLANILAN PARAMETRELER
Çizgisel fay modelindeki deprem aktivitesi hesaplarında, Gutenberg-Richter (Gutenberg ve Richter, 1954) bağıntısında eğimi temsil eden b değeri olarak, tamamlılık analizi için tektonik yapıya uygun olarak oluĢturulan bölgeler için elde edilen b değeri kullanılmıĢtır. Bu bölgelerin tayininde sığ ve derin sismisite göz önüne alınmıĢtır. ġekil 9’de Aktif sığ kabuk içi ve derin depremler kullanılarak oluĢturulan tamamlılık bölgelerindeki b değeri dağılımı gösterilmiĢtir.
ġekil 9. a) Aktif sığ kabuk içi depremler b) derin depremler kullanılarak oluĢturulan tamamlılık bölgelerindeki b değeri dağılımı
9
Youngs ve Coppersmith (1985)’e göre sismik tehlike eğrisi “b” değerinin değiĢmesinden fazla etkilenmese de deprem büyüklüğünün üst limitinden etkilenecektir (Mmax). Bu çalıĢmada kullanılan parametrelerden Mmax (ġekil 10) IP1 kapsamında Wells ve Coppersmith (1994) yöntemi kullanılarak her fay segmenti için hesaplanmıĢtır (Duman ve diğerleri, 2014).
Diğer parametreler olan faylara ait kayma hızı (slip rate), derinlik (depth) ve eğim açısı (dip) bilgileri de gene IP 1 (Duman ve diğerleri, 2014) çalıĢması kapsamında derlenmiĢtir ve fayların geometrisi içerisinde parametrelerin gösterimi Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) ortamında yapılmıĢtır. Her çizgisel sismik kaynak için yukarıda belirtilen yöntem ile parametreler kullanılarak elde edilen deprem aktivite (a değeri) dağılımı ġekil 14’de gösterilmiĢtir
ġekil 10. Çizgisel fay modelindeki Mmax dağılımı (Duman ve diğerleri, 2014)
(a) (b)
ġekil 11 a) En büyük b) en düĢük Kayma Hızı dağılımı (mm/yıl)
(a) (b)
ġekil 12 a) En büyük b) en düĢük derinlik dağılımı (km)
(a) (b)
10
ġekil 14. Youngs ve Coppersmith (1985) modeli kullanılarak çizgisel kaynaklar için elde edilen deprem aktivite (a değeri) dağılımı
MEKANSAL OLARAK DÜZLEŞTİRİLMİŞ SİSMİK KAYNAK MODEL
Belirlenen çizgisel sismik kaynakların hiçbiri ile iliĢkilendirilemeyen depremlerin katkısını dikkate almak üzere arka plan sismik etkinlik için mekansal olarak düzleĢtirilmiĢ sismisite (bu tanım Yılmaz ve Yücemen, 2011, çalıĢmasından alınmıĢtır - spatially smoothed seismicity) modeli kullanılmıĢtır. (Frankel, 1995 ve Frankel ve diğerleri., 2000). Bu model kullanılırken aktivite, fayların etrafından 15 km’lik bir kuĢak boyunca meydana gelen büyüklüğü 6.0 ve üzeri depremlerin deprem aktivitesinin çizgisel sismik kaynaklardan geldiği kabulü ile 1900 yıl sonrası depremler gözönüne alınarak hesaplanmıĢtır. Kullanılan depremler derinlik bilgisi gözönüne alınarak sığ depremsellik ve derin depremsellik olarak iki ayrı seviyede ele alındı. Hesaplarda da b değerleri olarak gene tamamlılık analizinden elde edilen sığ depremler için 10 adet bölgeden, derin depremler için ise 1 bölgeden gelen değerler kullanıldı.
Mekansal olarak düzleĢtirilmiĢ sismisite analizi, USGS kurumu tarafından geliĢtirilen “agridPC.for” programı revize edilerek 0.10 x 0.10’lik hücreler için yapıldı. Bu yaklaĢımda Wiechert (1980) yöntemi ile elde edilen deprem aktivitesi (a değeri), hücre bazlı mekansal sismisite korelasyon mesafesi 50 km olan Gaussian fonksiyonu kullanılarak dağıtıldı. Her bir tamamlılık bölgesi için tamamlılık analizinden elde edilen magnitüd – yıl iliĢkileri; b değerleri ve en düĢük deprem büyüklüğü parametreleri kullanılarak deprem aktivitesi hesaplandı. Deprem aktivitesi hesaplanırken 3 adet Mmax değeri ve bunlara iliĢkin ağırlıklar, a değerine yansıtıldı.
ġekil 15. Çizgisel Kaynak ve Mekansal düzleĢtirilmiĢ sismik kaynak modellerinin birleĢim adımları Kullanılan yöntem detaylandırılacak olunursa, model, ileride meydana gelecek depremlerin koordinatlarındaki belirsizliği dikkate almakta ve uzaydaki durağan depremselliği gerçekleĢtirerek deprem kaynaklarının sınırlarının belirlenmesindeki keyfiliği yok etmektedir (Kalkan ve Gülkan, 2013). Modele göre çizgisel sismik fay kaynaklarına atanmamıĢ deprem olayları da ilerisi için potansiyel deprem kaynağı olarak alınarak belirlenen hücrelere dağıtılmıĢtır. Her bir hücre içerisindeki depremlerin referans deprem büyüklüğünden (Mref) daha büyük olan depremlerin sayıları o hücre için büyüklüğü belirlenen deprem büyüklüğünden fazla olan depremlerin en muhtemel ihtimalini temsil etmektedir (Weichert, 1980). Kümülatif olarak belirlenen bu sayılar daha sonra Hermann (1977) formülü kullanılarak arttırımlı sayılara dönüĢtürülmüĢtür. Bundan sonraki adımda ise hücre bazlı belirlenen arttırımlı deprem sayılarının a korrelasyon mesafesi dahilinde Gauss fonksiyonu ile uzayda yuvarlatılmaktadır (Frankel 1995). Bu çalıĢmada korelasyon mesafesi 50 km olarak ele alınırken 15 km ve 25 km gibi farklı değerler kullanılarak da gelecekte meydana gelebilecek depremlerin yerlerinin dağılımındaki belirsizlik de irdelendi. Ancak dağılımın
11
daha homojen olduğu gözlemlendiği için 50 km olarak analizde kullanıldı. Bu korelasyon mesafesi Amerika BirleĢik Devletleri Ulusal deprem tehlike haritalarının belirlenmesi çalıĢmasında da kullanılmıĢtır.
(USGS 2014; http://earthquake.usgs.gov/hazards/products/conterminous/index.php#2014 )
SONUÇLAR
Bu çalıĢmada deprem tehlikesi hesaplamasında kullanılan Openquake programı (Pagani vd., 2014), Global Earthquake Model (GEM) projesi kapsamında deprem tehlikesi ve riskinin hesaplanmasında açık kaynak kodlu ve Ģeffaf yazılımların geliĢtirilmesi hedefiyle geliĢtirilen bir yazılımdır. Burada nihai amaç, son kullanıcıların ihtiyaçlarına uygun, sağlam, Ģeffaf, güvenilir ve geliĢtirilmeye açık bir yazılım geliĢtirilmesi olmuĢtur (Pagani vd., 2014). Sonuçlar En Büyük Yer Ġvmesi (PGA), ve 0.2sn ve 1.0sn’deki Spektral Ġvme için 43, 72, 475, 2475 yıllar için ayrı ayrı hesaplanmıĢtır. Bu makalede sayfa kısıtlaması olduğundan sadece 475 yıl için (50 yılda %10 aĢılma olasılığına karĢılık gelen) sonuçlar sunulmuĢtur.
ġekil 16. Çizgisel ve mekansal düzleĢtirilmiĢ sismik kaynak model, PGA, 475 yıllık geri dönüĢ süresi
ġekil 17. Çizgisel ve mekansal düzleĢtirilmiĢ sismik kaynak model, SA (T=0.2sn), 475 yıllık geri dönüĢ süresi
ġekil 18. Çizgisel ve mekansal düzleĢtirilmiĢ sismik kaynak model, SA (T=1.0sn), 475 yıllık geri dönüĢ süresi
12
KAYNAKLAR
Anderson J (1979) “Estimating the seismicity from geological structure for seismic-risk studies,” Bulletin of the Seismological Society of America , 69: 135–158.
Anderson JG, Luco, JE. (1983) “Consequences of slip rate constants on earthquake occurrence relations,” Bulletin of the Seismological Society of America 73: 471–496.
Basili RG. Valensise, P. Vannoli, P. Burrato, U. Fracassi, S. Mariano, MM. Tiberti, and Boschi E. (2008) “The Database of Individual Seismogenic Sources (DISS), version 3: summarizing 20 years of research on Italy's earthquake geology,” Tectonophysics, 453: 20-43, doi:10.1016/j.tecto.2007.04.014. DISS (Database of Individual Seismogenic Sources),INGV, http://diss.rm.ingv.it/diss/
Frankel A (1995) “Mapping seismic hazard in the Central and Eastern United States,” Seism. Res. Letts, 66 (4):8-21.
Frankel AC, Mueller T, Barnhard E, Leyendecker R, Wesson S, Harmsen F, Klein D. Perkins, N. Dickman, S. Hanson, and M. Hopper, (2000), “USGS national seismic hazard maps”, Earthquake Spectra, 16, pp:1-19.
Emre Ö, Duman TY, Özalp S, Elmacı H, Olgun ġ ve ġaroğlu F.( 2013), 1/1.125.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayınlar Serisi-, Ankara, Türkiye Gutenberg B, Richter CF, (1954) “Earthquake Magnitude, Intensity, Energy and Acceleration,” Bull. Seism.
Soc. Amer., 63:501-516.
Hanks TC, Kanamori H (1979). A moment magnitude scale. Journal of Geophysical Research 84, 2348– 2350.
Herrmann RB, (1977). Recurrence relations, Earthquake Notes, 48, 47-49
Jordanovski LR ve Todorovska MI, (1995) Earthquake source parameters for seismic hazard assessment: how to obtain them from geoloogic data, historic seismicity and relative plate motions, in G. Duma (Ed.), Proc. 10th European Conf. Earthquake Engrg, Aug. 28 - Sept. 2, 1994, Vienna, Austria. Spec. Theme Sess. S01.2: Source mechanism, Balkema, Rotterdam, 1995, Vol. 4, pp. 2561-2566
Kalkan E., Gülkan P., 2013, “ 2011 Depreminin IĢığında Van Ve Çevresi Ġçin Deprem Hesabı Parametrelerinin Tayini”,2. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı 25-27 Eylül 2013, MKÜ- HATAY.
Kanamori, H.D., Anderson, D.L., 1975. Theoretical basis for some empirical relations in seismology. Bulletin of the Seismological Society of America 65, 1073–1096
Yilmaz N ve Yücemen MS (2011), “Mekansal Olarak DüzleĢtirilmiĢ Sismisite Modeli ile Klasik Yöntem Sonuçlarının KarĢılaĢtırılması.”, "Yedinci Ulusal Deprem Konferansı, s.12 sayfa.
Stepp, J. C., 1972, Analysis of completeness of the earthquake sample in the Puget Sound area and its effect on statistical estimates of earthquake hazard: Proc. Inern.Conf. Microzonation, v 2, p. 897910. Weichert, D H. 1980. Estimation of the earthquake recurrence parameters for unequal observation periods for
different magnitudes. Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 70, 1337-1346.
Wells, D.L., and Coppersmith, K.J., 1994, New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement: Bulletin of the Seismological Society of America, v. 84, p. 974–1,002.
Youngs R.R.ve Coppersmith K.J., (1985), “Implications of Slip rates and earthquake recurrence models to probabilistic seismic hazard estimates”, Bulletin of the Seismological Society of Amerika, Vol:75, No:4, pp:939-964
View publication stats View publication stats
