ALETSEL DÖNEM DEPREM KATALOĞU KULLANILARAK TÜRKİYE İÇİN HESAPLANAN ARIAS ŞİDDETİ HARİTALARI

ALETSEL DÖNEM DEPREM KATALOĞU KULLANILARAK TÜRKİYE İÇİN HESAPLANAN ARIAS ŞİDDETİ HARİTALARI

ARIAS INTENSITY MAPS CALCULATED FOR TURKEY USING INSTRUMENTAL PERIOD EARTHQUAKE CATALOGUE

Yusuf Bayrak¹, Hakan Çınar², Serkan Öztürk³ ve Hakan Karslı⁴

ÖZET

Bu çalışmanı amacı, literatürde verilen deneysel Arias şiddeti-magnitüd-uzaklık ilişkileri kullanılarak Türkiye ve civarı için sismik tehlikeyi gösteren Arias şiddeti haritalarını oluşturmaktır. Bu amaçla 1900–2005 yılları arasında tüm Türkiye’yi kapsayan homojen bir deprem katalogu kullanılmıştır. Bu çalışmada; Arias şiddeti değerleri magnitüd ve uzaklığa bağlı olarak Tselentis vd. (2005) tarafından Yunanistan ve Ege Denizi için geliştirilen deneysel ilişki kullanılarak hesaplanmıştır. Türkiye ve civarı için Gumbel uç değerler yöntemiyle %90 olasılıkla 50, 100 ve 475 yıllık geri dönüş periyotları için Arias şiddeti haritaları hesaplanmıştır.

Hesaplamalarda 0.5^o’lik grid aralığı kullanılmış, her bir grid aralığına düşen en büyük Ia

değerleri belirlenerek kontur haritaları hazırlanmıştır. Hesaplanan en büyük Arias şiddeti değerleri; 50 yıllık geri dönüşüm periyodu için 3.5 m/s, 100 yıl için 4.3 m/s ve 475 yıl için 5.9 m/s’dir. Hesaplanan bu değerler Türkiye ve çevresinin tektoniği ile iyi uyum sağlamıştır. 100 yıllık geri dönüşüm periyodu için hesaplanan harita dikkate alındığında, gelecek yüzyıl içinde Ia

değeri 2.0 m/s’den daha büyük olan yerlerde heyelanlar, akmalar ve blok düşmelerinin gözlenme riski oldukça yüksektir. Ayrıca, çok yüksek değerlerin gözlendiği bölgelerde bunlara ek olarak zemin sıvılaşması riski vardır. Geri dönüşüm periyodu arttıkça Arias şiddeti değerleri de artmaktadır. Bu olay tamamen zaman periyodu arttıkça beklenen en büyük deprem boyutunun artması ile ilişkilidir.

Türkiye için magnitüd-uzaklık-Arias şiddeti ilişkisi mevcut değildir. Böyle bir ilişkinin geliştirilmesi halinde hesaplanacak Arias şiddetine dayalı sismik tehlike haritaları daha duyarlı sonuçlar verecektir.

Anahtar Kelimeler: Arias şiddeti, Sismik tehlike, Gumbel uç değerler yöntemi ABSTRACT

Main goal of this study is to prepare probabilistic seismic hazard maps of Turkey and its surrounding area in terms of empirical attenuation relationship for Arias intensity, given by Tselentis et al. (2005) for Greece and Aegean Sea, depending on earthquake magnitude and epicentral distance. A homogeneous earthquake catalogue of Turkey covering the years from 1900 to 2005 is used for calculations. Arias intensity maps of Turkey are calculated for the return periods of 50,100, and 475 years with the probability of 90% using Gumbel extreme values method. Arias contour maps are plotted using maximum Ia (Arias intensity) values correspond to each grid intervals equally scaled as 0.5^o. Calculated maximum Ia values are 3.5 m/s, 4.3 m/s, and 5.9 m/s for the return periods of 50, 100, and 475 years, respectively. These Ia

values show a good agreement with the tectonic features of Turkey. By considering the map calculated for 100 years return period, the regions of Ia value greater than 2.0 m/s have a great risk in the next century. These regions can highly be subjected to landslides, flows, and rock falls.

In addition to this, the regions of high Ia values observed can strongly be affected by soil

liquefaction. Arias intensity values increase with increasing return period due to the fact that expected earthquake magnitude values increase with increasing time period.

There is no empirical attenuation relationship for Arias intensity depending on earthquake magnitude and epicentral distance for Turkey. In case of developing such a relationship for Turkey, probabilistic seismic hazard maps to be calculated in terms of Arias intensity will give more sensitive and detailed results.

Keywords: Arias intensity, Seismic hazard, Gumbel extreme values method

GİRİŞ

Kuvvetli yer hareketi azalım ilişkileri sismik tehlike (seismic hazard) analizlerinin çekirdeğini oluşturur. Bu azalım ilişkileri bir bölge için çok sayıda ivme kaydının istatistik analizi sonucu elde edilir. Deneysel azalım ilişkileri geleneksel olarak pik ivme veya spektral ivme cinsinden ve veri bağımlı olarak hesaplanır. Yaygın olarak kullanılan bu yer hareketi parametreleri haricinde diğer yer hareketi parametreleri de yapıların performansı ve doğrusal olmayan davranışlarını etkileyebilir (Tselentis vd., 2005). Bu parametreler ise depremin yıkım potansiyelini tanımlayan; kuvvetli yer hareketi genlik, süre ve frekans içeriği parametreleridir. Bu parametrelerden biri de Arias (1970) tarafından tanımlanan Arias şiddetidir. Arias şiddeti, mühendislik yapılarının performansı, zemin sıvılaşması ve sismik yamaç duraylılığı (seismic slope stability) ile iyi korelasyon sağlar (Travasarou, vd., 2003). Son yıllarda bir çok araştırmacı tarafından (Keefer ve Wilson, 1989; Randall ve Keefer, 1993; Harp ve Wilson, 1995; Abdrakhmatov vd., 2003; Travasarou vd., 2003; Tselentis vd., 2005) Arias şiddeti deneysel azalım ilişkisi bağıntıları literatürde verilmiştir. Bu azalım ilişkilerinin birçoğu aynı biçimde olup depremin büyüklüğü, derinliği ve episantr uzaklığına bağlı olarak hesaplanmıştır.

Türkiye aktif Alpin tektonik kuşağı üzerinde yer almaktadır. Bu bölgede yer alan Kuzey Anadolu Fayı, Doğu Anadolu Fayı, Ege Yayı gibi tektonik birimler büyük ve yıkıcı depremler üretmiştir. Yakın zamanda oluşan büyük depremler; 1939 Erzincan (M=7.8), 1999 İzmit (M=7.8) ve 1999 Düzce (M=7.4) depremleridir. Bu çalışmada; Tselentis vd. (2005) tarafından Yunanistan ve civarı için verilen Arias şiddeti deneysel azalım ilişkisi ve aletsel dönem deprem katalogu kullanılarak Gumbel uç değer yöntemiyle %90 olasılıkla 50,100 ve 475 yıl geri dönüş periyotları için 0.5^o ‘lik grid aralığıyla Türkiye ve civarının Arias şiddetine dayalı sismik tehlike haritaları hazırlanarak yorumlanmıştır.

TÜRKİYE VE CİVARININ TEKTONİĞİ

Sismik olarak aktif olan Alpin kuşağı üzerinde yer alan Türkiye ve civarında gözlenen tektonizma Afrika, Ege, Anadolu, Karadeniz ve Avrasya levhaları ile İran ve Hazar levhalarının birbirine göre göreceli hareketlerine bağlı olarak meydana gelmiştir. En önemli tektonik yapılar olan Ege Yayı, Batı Anadolu Graben Sistemi (BAGS), Kuzey Anadolu Fayı (KAF) ve Doğu Anadolu Fayı (DAF), Bitlis- Zağros Bindirme Zonu (BZBZ) ve Kafkaslar Şekil 1’de gösterilmiştir (Şaroğlu vd., 1992; Maden Tetkik Arama Enstitüsü (MTA)’dan değiştirilerek alınmıştır). Ege Yayı, Afrika Plakasının kuzeye doğru Ege levhasının altına dalmasıyla oluşmuştur (Papazachos vd., 1991). Batı Anadolu’daki graben sistemleri kuzey-güney yönündeki genişlemeden dolayı doğu-batı yönünde oluşmuştur. Arap Plakası Avrupa Plakasına kıyasla kuzey-kuzeybatı yönünde hareket etmektedir. Bu hareket Bitlis-Zağros Bindirme Zonu ve ters faylar boyunca kıtasal çarpışmalarla sonuçlanmıştır. Bu durum, Türkiye’nin doğusunda ve Kafkaslarda yüksek topografyaya neden olmuştur (McKenzie, 1970). Doğu Anadolu’daki sıkıştırmanın bir sonucu olarak Anadolu Plakası batıya, Kuzey Anadolu plakası doğuya doğru hareket etmektedir. Geçiş sınırlarında yer alan KAF ve DAF sırasıyla sağ yönlü ve sol yönlü doğrultu atımlı fay sistemleridir.

KULLANILAN VERİ ve YÖNTEM

Bu çalışmada veri olarak 1900-2005 yılları arasında tüm Türkiye’yi kapsayan homojen bir deprem kataloğu kullanılmıştır. 1900-1973 yılları arasında Türkiye’de meydana gelen depremler International Seismological Centre (ISC) ve Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (KRDAE) kataloglarından, 1974–2005 yılları arasındaki depremler ise (KRDAE) Ulusal Deprem İzleme Merkezi (UDİM) tarafından hazırlanarak internette kullanıcıların hizmetine sunulmuş olan kataloglardan derlenmiştir. Ayrıca, katalog içerisinde belirgin magnitüd değerleri olmayan depremler TURKNET, ISC, Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS) ve TUBİTAK kataloglarından tamamlanmıştır. Sonuçta, 1900–2005 yılları arasında MS magnitüdüne göre homojen 81885 depremden oluşan bir katalog kullanılmıştır. Bu veri katalogunun ayrıntıları Öztürk vd.

(2007)’de verilmiştir.

Arias şiddeti bir yer hareketi parametresi olup, ivme kaydından;

∫

=

a

a t dt

I g

0

)]

( 2 [

π

(1)

bağıntısı ile doğrudan hesaplanır (Arias, 1970). Burada I_a; Arias şiddeti, a; ivme, T_d ; ivme kaydının toplam süresi ve g yer çekimi ivmesidir. Bu çalışmada Arias şiddeti değerleri magnitüd ve uzaklığa bağlı olarak Tselentis vd. (2005) tarafından Yunanistan ve Ege Denizi için geliştirilen;

ε

⎟−

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

−

=0.74M 1.56Log R² h² 3.49

LogI_a (2)

eşitliği kullanılarak hesaplanmıştır. Bu ilişkide R (episantr uzaklığı) ve h (odak derinliği) değerlerinin birimi km ve I_a’ nın birim m/s’dir. Ayrıca ε ilişkinin standart hata terimi olup, 0.679 olarak alınır.

Türkiye ve civarı için Gumbel uç değerler yöntemi kullanılarak %90 olasılıkla 50, 100 ve 475 yıllık geri dönüş periyotları için Arias şiddeti haritaları hesaplanmıştır. Gumbel III ilişkisi,

⎥ ⎥

⎦

⎤

⎢ ⎢

⎣

⎡ ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

−

− −

=

u M M

P ω

exp ω )

(

denklemi ile tanımlanır (Gumbel 1954). Burada M en büyük magnitüd değeri, w; M değerinin en üst değeri, k şekil parametresi ve u karekteristik değer olarak tanımlanır, P(u)=1/e ve P(ω)=1 şeklinde verilir. Bu çalışmada, (3) eşitliğinde verilen M magnitudü yerine Ia Arias şiddeti değeri kullanılmıştır.

Hesaplamalarda 0.5^o’lik grid aralığı kullanılmış, her bir grid aralığına düşen en büyük Ia değerleri Gumbel III eğrisinden belirlenerek gridin orta noktasına atanmış ve belirlenen bu değerler için kontur haritaları hazırlanmıştır.

SONUÇ ve TARTIŞMA

Bu çalışmada, Türkiye ve civarı için Arias şiddeti (Ia) değerleri dikkate alınarak olasılığa dayalı sismik tehlike haritaları hazırlanmıştır. Farklı geri dönüşüm periyotları için hesaplamalar yapılmış ve 50 yıl geri dönüşümü için hesaplanan harita Şekil 2a, 100 yıl için Şekil 2b ve 475 yıl için Şekil 2c de gösterilmiştir. Geri dönüşüm periyodu artıkça hesaplanan maksimum değerlerde artmaktadır. 50 yıl için maksimum 3.5 m/s (Şekil 2a), 100 yıl için 4.3 m/s (Şekil 2b) ve 475 yıl için 5.9 m/s (Şekil 2c) Ia

değerleri hesaplanmıştır. Bu olay tamamen zaman periyodu arttıkça beklenen en büyük deprem boyutunun artması ile ilişkilidir. Bu üç harita da en büyük değerler Erzincan bölgesine karşılık gelmektedir. Bilindiği üzere ülkemizde 1900 den günümüze kadar olan zaman periyodunda oluşan en büyük deprem 1939 Erzincan depremi (M=7.9) dir. Bu yüzden bu bölgede gözlenen en büyük değerler tamamen bu depremle ilişkilidir. Bu deprem sonucu; 350 km uzunluğunda bir kırık oluşmuş, Koyulhisar yakınında 500m yükseklikteki dağ yamacı kayarak Sivas-Koyulhisar karayolu üzerinde 3.5 km. uzunluktaki bölüm ulaşıma kapanmış, heyelana uğrayan bu bölümün arkasındaki alan küçük bir göle dönüşmüştür. Polat dağının zirvesinden, ağırlıkları binlerce ton olan büyük kaya blokları yuvarlanmıştır. Deprem bölgesindeki şiddetli zemin deformasyonları (zemin sıvılaşması, akmalar, kırıklar, arazi kabarmaları) nedeniyle caddeler ve köprüler ağır hasar görmüş ve biçim değiştirmiştir.

Bu depremin etkilediği diğer illerde de (Tokat, Amasya, Samsun, Ordu, Giresun) kaya düşmeleri, akmalar ve zemin sıvılaşmaları olmuştur (Eyidoğan vd., 1991).

İkinci büyük değerler İzmit (1999 İzmit depremi, M=7.8), Çanakkale civarı (1912 Mürefte depremi, M=7.2), İzmir (1939 Dikili depremi, M=7.1), Muğla (1957 Fethiye-Rodos depremi, M=7.1) ve Düzce (1999 Düzce depremi, M=7.4) civarında gözlenmiştir. Bu depremler de Kuzey Anadolu Fay Zonunun Batı kısmında ve Ege yayının Kuzeyinde meydana gelmiştir. 1999 İzmit ve Kocaeli depremleri Gölcük, Değirmendere, Derince, Adapazarı, Gölyaka, Düzce ve Kaynaşlı’ da büyük yapısal hasara yol açmıştır. Adapazarı ve İzmit’ de ciddi bir şekilde zemin sıvılaşmaları ve taşıma gücü kayıpları, yanal yayılmalar gibi geoteknik hasarlar oluşmuştur. Böylece binalarda; oturmalar, yan yatmalar ve devrilmeler meydana gelmiştir. Gölcük sahillerinde, İzmit körfezinde ve Sapanca Gölü kıyısında karadan denize doğru yitimler meydana gelmiştir. İzmit depreminde otoyolun Arifiye bölümü yıkılmıştır. 1999 Düzce depreminde ise faydaki yer değiştirmeden dolayı Bolu viyadüğü ve tüneli hasar görmüştür. Bu bölgeleri Erzurum-Horasan, Bingöl-Karlıova, Tosya-Kargı, Ladik-Erbaa, Çaldıran-Muradiye ve Afyon ve civarı izlemektedir. Bu bölgelerin dışındaki tektonik kuşaklarda daha küçük değerler elde edilmiştir.

Wilson ve Keefer (1985), Keefer ve Wilson (1989) yaptıkları çalışma sonucu geliştirdikleri Arias şiddeti azalım ilişkileriyle depremlerin neden olduğu heyelanları sınıflandırarak bunlar için Arias şiddeti başlangıç değerlerini vermişlerdir. Bu çalışmalara göre; düşmeler, parçalı heyelanlar ve çığ düşmeleri için Ia≥0.11 m/s, toprak kaymaları, blok kaymaları ve yer akmaları için Ia≥0.32 m/s, yanal yayılmalar ve akmalar için ise Ia≥0.54 m/s’dir. Del Gaudio vd. (2003) Güney İtalya’ da (Daunia bölgesi) yaptıkları çalışmada tarihsel depremler için Arias şiddeti dağılımı haritası elde etmişlerdir.

Bu araştırıcılar, Ia≥2 m/s olan bölgelerde depremlerin oluşturduğu zemin yenilmelerinin ve kitle hareketlerinin meydana geldiğini belirtmişlerdir. Buna göre; 100 yıllık geri dönüşüm periyodu için hesaplanan harita dikkate alındığında, gelecek yüzyıl içinde 2.0 m/s den daha büyük olan yerlerde heyelanlar, akmalar ve blok düşmelerinin gözlenme riski oldukça yüksektir. Ayrıca, çok yüksek değerlerin gözlendiği bölgelerde bunlara ek olarak zemin sıvılaşması riski vardır. Bu çalışmada elde edilen haritalara bakıldığında en büyük depremlerin oluştuğu yerlerde en büyük Arias şiddeti değerleri elde edilmiştir. Bu değerler literatürde verilen değerlerden büyüktür. Sismik sarsılabilirliğin bir ölçüsü olan Arias şiddeti (Arias, 1970) depremde yayılan enerjinin ivmesinin karesinin kayıt süresi boyunca toplamıdır. Büyük depremlerin kayıt süresi uzun ve açığa çıkan enerjide büyüktür. Dolayısıyla, büyük depremlerin oluştuğu yerlerde büyük Arias şiddeti değerlerinin elde edilmesi doğaldır.

Türkiye için magnitüd-uzaklık-Arias şiddeti ilişkisi mevcut değildir. Böyle bir ilişkinin geliştirilmesi halinde hesaplanacak Arias şiddetine dayalı sismik tehlike haritaları daha duyarlı sonuçlar verecektir.

Özellikle Arias şiddeti, depremlerin tetikleyebileceği heyelanların belirlenmesinde (Keefer ve Wilson, 1989, Pelaez vd. 2005) ve zeminlerin sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesinde (Kayen ve Mitchell,1997) önemli bir parametredir. Böylece, Türkiye’nin her bir tektonik bölgesi için diğer yer hareketi parametrelerine (genlik, süre ve spektral parametreler) göre geliştirilecek ilişkilerin sismik tehlike çalışmalarında Arias şiddeti ilişkisiyle birlikte kullanımı deprem bölgelerindeki yapılaşmaya yönelik önemli temel bilgiler sağlayacaktır. Sonuç olarak elde edilen haritalar Türkiye’nin tektonik yapısıyla uyumlu olup bundan sonra yapılacak çalışmada Türkiye için Arias şiddeti hareketi parametreleri azalım ilişkisi geliştirilerek olasılığa dayalı sismik tehlike çalışması yapılacaktır.

KAYNAKLAR

Abrakhmatov K, Havenith H.-B, Delvaux D, Jongmans D, Trefois P (2003) “Probabilistic PGA and Arias Intensity Maps of Kyrgyzstan ( Central Asia)” Journal of Seismology 7: 203-220

Arias A (1970) “A Measure of Earthquake Intensity” , In: Hansen RJ. (ed.), Seismic Design for Nuclear powerplants, MIT Press, Cambridge, Massachusetts, pp. 438-483

Del Gaudio V, Pierri P, Wasowski W (2003) “An Approach to Time-Probabilistic Evaluation of Seismically Induced Lanslide Hazard”. Bull. Seis. Soc. Am. 93(2): 557-569.

Eyidoğan H, Güçlü U, Utku Z, Değirmenci E (1991) “Türkiye Büyük Depremleri Makrosismik Rehberi (1900- 1988)”, Kurtiş Matbaası, İstanbul

Gumbel EJ (1954) “Statistical Theory of Extreme Values and Some Practical Applications”, Natl. Bur. Stand.

Ap. Math. Ser. 33

Harp EL, Wilson RC (1995) “ Shaking Intensity Tresholds for Rock Falls and Slides : Evidence from 1987 Whitter Narrows and Superstition Hills Earthquake Strong-Motion Records” Bull. Seis. Soc. Am. 85(6):

1739-1757

Kayen RE, Mitchell JK (1997) “Assessment of Liquefaction Potential During Earthquakes by Arias Intensity”

Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering (ASCE) ,123: 1162-1174

Keefer DK, Wilson RC (1989) “Predicting Earthquake Induced Lanslides with Emphasis on Arid or Semi-arid Environment”, Inland Geological Society, 2: 118-149

McKenzie DP (1970) “Plate Tectonics of Mediterranean Region”, Nature, 226:239-243

Öztürk S, Bayrak, Y, Karslı, H, Çınar, H (2007) “Farklı Sismik Bölgeler Dikkate Alınarak Türkiye’ deki Deprem Tehlikesi Çalışmalarında Kullanılabilecek Homojen Deprem Kataloğunun Hazırlanması”, Makale 6. Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansında (İstanbul, Ekim 2007) sunulacaktır

Papazachos B, Kiratzi A, Papadimimitriou E (1991) “Regional Focal Mechanism for Earthquakes in the Aegean Area” Pageoph, 136(4): 405-420

Pelaez JA, Delgado J, Casado CL (2005) “A Preliminary Probabilistic Seismic Hazard Assesment in terms of Arias Intensity in Southeastern Spain”, Engineering Geology, 77: 139-151

Randall WJ, Keefer DK (1993) “Analysis of Seismic Origin of Landslides: Examples from the New Madrid Seismic Zone”, Geological Society of America Bulletin, 105: 521-536

Şaroğlu F, Emre O, Kuşçu, I (1992) “Active Fault Map of Turkey”, printed by General Directorate of Mineral Research and Exploration

Travasorou T, Bray JD, Abrahamson NA (2003) “Empirical Attenuation Relationship for Arias Intensity”, Earthquake Engng Struct. Dyn., 32: 1133-1155

Tselentis G-A, Danciu L, Gkika F (2005) “Empirical Arias Intensity Attenuation Relationships for the Seismic Hazard Analysis of Greece”. Earthquake Resistant Engineering Structures , 33: 33-42, ERES, Skiathos, Greece

Wilson RC, Keefer DK (1985) “Predicting the Areal Limits of Earthquake-Induced Landsliding”, in: Evaluating Earthquake Hazars In The Los Angeles Region-An Earth Scıence Perspective, Ziony J I (Editor), U.S.

Geol. Surv. Prfess. Pap. 1360, 316-345