ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
DOKTORA SEMİNERİ
ASİSMİK DEFORMASYONLARIN INSAR YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ:
İSMETPAŞA (ESKİPAZAR-KARABÜK) VE SARIGÖL (MANİSA) ÖRNEKLERİ
Filiz Tuba KADİRİOĞLU
Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı
ANKARA 2015
Her hakkı saklıdır
i
ETİK
Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez içindeki bütün bilgilerin doğru ve tam olduğunu, bilgilerin üretilmesi aşamasında bilimsel etiğe uygun davrandığımı, yararlandığım bütün kaynakları atıf yaparak belirttiğimi beyan ederim.
20/04/2015
Filiz Tuba KADİRİOĞLU
ii
ÖZET Doktora Semineri
ASİSMİK DEFORMASYONLARIN INSAR YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ:
İSMETPAŞA (ESKİPAZAR-KARABÜK) VE SARIGÖL (MANİSA) ÖRNEKLERİ
Filiz Tuba KADİRİOĞLU Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Gürol SEYİTOĞLU
Bulunduğu tektonik konum nedeniyle Anadolu levhası üzerinde tarihsel ve aletsel dönemde pek çok yıkıcı deprem meydana gelmiştir. Bu depremlerin oluşum mekanizmaları, tekrarlanma periyodları ve yarattıkları deformasyon türleride kaynaklandıkları fayın özelliğine göre değişiklik göstermektedir. Söz konusu deformasyonlar deprem öncesi (pre/inter-sismik), sırası (ko-sismik) ve sonrasında (post- sismik) çeşitli yöntemlerle izlenebilmektedir. Bu yöntemlerden en sık kullanılanları, jeolojik, jeofizik ve jeodezik yöntemlerdir (arazi gözlemleri, yersel jeofizik yöntemler, küresel konumlama sistemi (GPS), uydu ve radar gözlemleri (InSAR) v.b). Aktif fayların olduğu bölgelerde gözlenen diğer bir deformasyon türü ise asismik deformasyon ve buna bağlı olarak oluşan tektonik krip olayıdır. Bu tür deformasyonlarda büyük bir deprem olmaksızın, bölgede devamlı olarak bir kayma hareketi söz konusu olmakta ve gerilme bu şekilde de boşalabilmektedir. Söz konusu krip hareketinin izleri bazen sadece derinlerde gözlenirken bazende yüzeydeki yapılarda takip edilebilmekte ve uzun süreli durumlarda yapısal hasara neden olabilmektedir.
Dünya’da da örnekleri bulunan (San Andreas fayının Parkfield segmenti, Kaliforniya’daki Hayward Fay Zonu ve Calaveras fayı, İsrail’deki Jordan rift vadisi boyunca) bu türlü bir kayma hareketi, ülkemizde de Kuzey Anadolu Fayı İsmetpaşa Segmenti üzerinde uzun yıllardır bilim adamları tarafından izlenmektedir. Bunun yanısıra henüz tektonik krip olduğu tartışmalı olmakla beraber benzer bir kayma hareketi Ege Açılma Sistemi (EAS) içerisinde, Alaşehir Grabeninin güneybatı ucunu oluşturan Manisa-Sarıgöl civarında da özellikle yüzeydeki yapılarda hasara neden olacak şekilde gözlenmektedir.
Bu seminer çalışması ile İsmetpaşa Segmenti üzerinde gözlenen tektonik krip olayının InSAR yöntemi ile incelenmesi ile ilgili yapılan çalışmalar ve Manisa-Sarıgöl civarında gözlenen benzer hareket ile ilgili bulgular hakkında bilgi verilecektir.
Nisan 2015, 26 sayfa
Anahtar Kelimeler: Asismik deformasyon, tektonik krip, InSAR, İsmetpaşa Segmenti, Alaşehir Grabeni
iii
ABSTRACT
PhD. Seminar
EXAMINATION OF ASEISMIC DEFORMATION WITH INSAR METHOD:
İSMETPAŞA (ESKİPAZAR-KARABÜK) AND SARIGÖL (MANİSA) EXAMPLES
Filiz Tuba KADİRİOĞLU Ankara University
Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Geological Engineering Supervisor : Prof. Dr. Gürol SEYİTOĞLU
Because of the tectonic structure, many destructive earthquakes have occurred on the Anatolian Plate in historical and instrumental periods. Occurrence mechanism, reoccurrence period and deformation types of the earthquakes indicate differences according to fault types that caused. Aforesaid deformations can be observed with various methods in pre/inter-seismic, co-seismic and post-seismic periods. The most commonly used methods can be given as geological, geophysical and geodesic methods (field observations, geodetic geophysical methods, GPS, satellite and radar (InSAR) observations etc.). The other deformation type which is observed in the region under influnce of active faulting is aseismic deformation and tectonic creep. In this type deformation, without any damaging earthquake, continuous sliding movement is observed in the region and stress can be discharged in this way. Traces of this creep movement is followed not only in deep layers but also surface structure and it can cause structural damage in long term period. In the world, there are many examples of this type of sliding movement (for instance, Parkfield Segment of San Andreas Fault, Hayward Fault Zone and Calaveras Fault California, Jordan Rift Valley, Israel).
Comparably, İsmetpaşa Segment of North Anatolian Fault is monitored by scientist for many years in Turkey. In addition to this, although, tectonic creep evaluation is still controversial, similar sliding movement is observed in Manisa-Sarıgöl region that is located at southwest part of Alaşehir Graben in Aegean Extensional System.
In this seminar study, the investigation of tectonic creep on the İsmetpaşa Segment with the help of InSAR data and the findings regarding the similar movement in Manisa- Sarıgöl region will be given.
April 2015, 26 pages
Key Words: Aseismic deformation, tectonic creep, InSAR, İsmetpaşa Segment, Alaşehir Graben
iv
İÇİNDEKİLER
ETİK ... ...i
ÖZET ... ii
ABSTRACT ... iii
İÇİNDEKİLER ... iv
SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ ... v
ŞEKİLLER DİZİNİ ... vi
1. GİRİŞ ... 1
2. DEPREMSELLİK ... 3
2.1 Kuzey Anadolu Fayı ...3
2.2 Alaşehir (Gediz) Grabeni. ... 4
3. ASİSMİK DEFORMASYON VE TEKTONİK KRİP ... 7
4. InSAR YÖNTEMİNİN YÜZEY DEFORMASYONLARININ İNCELENMESİNDE KULLANIMI ... 9
4.1 (InSAR) Interferometrik Sentetik Açıklık Radarı ... 9
4.2 Girişim Eğrisi (Interferogram)...10
5. TEKTONİK KRİP OLAYININ InSAR YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ TÜRKİYE’DEN ÖRNEKLER…...12
5.1 Kuzey Anadolu Fay Zonu İsmetpaşa Segmenti...12
5.1.1. Segmentin genel özellikleri...12
5.1.2. InSAR gözlemleri...13
5.2 Manisa – Sarıgöl (Alaşehir Grabeni, Alaşehir Segmenti)...16
5.2.1. Segmentin genel özellikleri...16
5.2.2. Manisa-Sarıgöl’de gözlenen yüzey deformasyonlarının incelenmesi...18
6. SONUÇLAR...22
7. ÖNERİLER...23
KAYNAKLAR...24
ÖZGEÇMİŞ...26
v
SİMGELER DİZİNİ Ms Yüzey dalgası büyüklüğü
MW Moment büyüklüğü
∆ϕ Sinyaldeki faz değişimi
λ Dalga boyu
∆R Yer değiştirme miktarı
α Görüntüler arasındaki faz kayması
Kısaltmalar
AFAD Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı GPS Global Position System
AİGM Afet İşleri Genel Müdürlüğü
LIDAR Laser Imaging Detection and Ranging DAFZ Doğu Anadolu Fayı
KAFZ Kuzey Anadolu Fay Zonu
InSAR Interferometric Sentetik Açıklık Radarı EAS Ege Açılma Sistemi
ENVISAT Environmental Satellite
ALOS Advanced Land Observing Satellite ERS The European Remote Sensing Satellite
G Güney
K Kuzey
D Doğu
B Batı
vi
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 2.1 KAFZ üzerinde 1939 depremi ile başlayan aktivitenin batıya göçü... 3
Şekil 2.2 KAFZ üzerinde aletsel dönemde meydana gelen M ≥ 6.0 depremlerin meydana getirdiği yüzey kırıkları ... 4
Şekil 2.3 Alaşehir sıyrılma fayının arazideki görünümü...5
Şekil 2.4 Batı Anadolu’daki tektonik birlikler ... 5
Şekil 2.5 Alaşehir Grabeni civarında tarihsel dönemde meydana gelen depremler ... 6
Şekil 2.6 Ege açılma sistemi içerisinde aletsel dönemde meydana gelen M ≥ 6.0 depremler ... 6
Şekil 3.1 Tektonik krip türleri ... 7
Şekil 3.2 Kaliforniya’daki Calaveras fayından kaynaklanan yavaş kayma hareketinin (tektonik krip) neden olduğu yapısal hasarlar ... 8
Şekil 3.3 Kaliforniya’daki Hayward fayından kaynaklanan yavaş kayma hareketinin (tektonik krip) neden olduğu yapısal hasarlar ... 8
Şekil 4.1 Radar sensörlerinin yörüngedeki hareketi (yükselen ve alçalan yörünge) ... 9
Şekil 4.2 SAR sensörü tarafından yer hareketi öncesi ve sonrası aynı noktadan kaydedilen sinyaller arasındaki faz kaymasını gösteren şema ... 10
Şekil 4.3 L’Aquila depremi öncesi (Şubat 2009) ve sonrası (Nisan 2009) çekilen iki radar görüntüsünden üretilen girişim eğrileri (interferograms) ... 11
Şekil 5.1 KAFZ’nin orta ve batı segmenti ile söz konusu segmentler üzerindeki GPS ölçümlerini gösteren harita ... 12
Şekil 5.2 KAFZ İsmetpaşa Segmenti üzerinde gözlenen krip hareketinin neden olduğu yapısal hasar ... 13
Şekil 5.3 İsmetpaşa Segmenti için ERS uydusundan alınan interferogram görüntüleri 14 Şekil 5.4 İsmetpaşa Segmenti için ALOS ve Envisat uydularından alınan interferogram görüntüleri ... 15
Şekil 5.5 İsmetpaşa Segmenti için farklı araştırmacılar tarafından farklı yöntemlerle hesaplanan krip oranları ... 16
Şekil 5.6 Alaşehir Grabeni ve yakın çevresinin jeoloji haritası ... 17
Şekil 5.7 Manisa İli Sarıgöl İlçesinde gözlenen krip (?) hareketinin neden olduğu yapısal hasarlar ... 18
Şekil 5.8 2 numaralı hendek duvarı ... 19
vii
Şekil 5.9 4 numaralı hendek duvarı ... 19 Şekil 5.10 Yıllara göre yıllık toplam yağış miktarı ... 20 Şekil 5.11 Yıllara göre yıllık ortalama sıcaklık değişimi ... 20
1
1. GİRİŞ
Alp-Himalaya orojenik kuşağında yer alan Anadolu levhası, güneyden Arap levhası ve kuzeyden Avrasya levhasının sıkıştırması ile saat yönünün tersi bir hareketle batıya doğru hareket etmektedir. Son yapılan GPS ölçümlerine göre Anadolu levhası ile beraber Arap levhası, Zagros ve İran, Ege bölgesi ve Mora Yarımadasının Avrasya levhasına göre göreceli olarak 20-30 mm/yıl ile hareket ettiği tespit edilmiştir (Reilinger et al. 2006). Bu sıkışma nedeniyle Anadolu levhası üzerinde pek çok aktif fay zonu gelişmiştir. Söz konusu fay zonlarından en önemlileri, sol yanal doğrultu atımlı Doğu Anadolu Fay Zonu (DAFZ), Bitlis-Zagros Bindirme Kuşağı, sağ yanal doğrultu atımlı Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) ve Ege açılma sistemi olarak verilebilir. Bunların dışında gerek ülkemiz kara sınırları içerisinde gerekse komşu ülkeler ve denizlerde sismik aktiviteye neden olan irili ufaklı pek çok fay hattı bulunmaktadır.
Bu fay hatları üzerinde geçmişten günümüze çok sayıda hasar yapıcı deprem meydana gelmiş ve bu depremler, oluştukları fay üzerinde 100’lerce km’ye varan yüzey kırıkları oluşturmuşlardır. Büyük depremlerin neden olduğu kayma hareketi deprem öncesinde (pre/intersismik), deprem anında (kosismik) ve sonrasında (postsismik) çeşitli yöntemlerle gözlenebilmektedir. Bu kayma hareketleri bir noktadan sonra sonlanabileceği gibi, belirgin bir sismik aktiviteye neden olmadan (asismik) yıllar boyunca da devam edebilmektedir. Tektonik krip adı verilen bu durum ülkemizde KAFZ üzerinde İsmetpaşa Segmenti’nde uzun yıllardır gözlenmektedir. İsmetpaşa Segmenti’nin 1944 depreminden sonra belirgin bir krip hareketi gösterdiği gerek Jeofizik ve Jeodezik yöntemlerle, gerekse yapılan arazi çalışmaları sonucunda yüzeydeki yapılarda izlenmektedir.
Benzer bir hareket Ege Açılma Sistemi (EAS) içerisinde Alaşehir Grabeni’nin batı ucunda bulunan Manisa-Sarıgöl civarında da gözlenmektedir. 1969 depreminden sonra günümüze kadar bölgedeki asismik dönemde gözlenen kayma hareketinin İsmetpaşa ile benzer olarak krip özelliği gösterdiği çeşitli araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir (AİGM, Deprem Araştırma Dairesi Raporu, 2008). Bölgede gözlenen kayma hareketi ile ilgili diğer bir görüş ise yüzeydeki yapılarda deformasyona neden olan bu hareketin
2
mevsimsel yağışlara bağlı olarak yer altı su seviyesinin değişmesi ile ilgili olduğudur (Koca ve diğ. 2011). Hazırlanan bu seminer çalışması ile İsmetpaşa Segmenti üzerinde gözlenen tektonik krip ile ilgili InSAR yöntemi ile yapılan gözlemler ve Manisa-Sarıgöl civarında gözlenen benzer hareketin nedenleri ile ilgili bulgular hakkında bilgi verilecektir.
3
2. DEPREMSELLİK
2.1 Kuzey Anadolu Fayı
Anadolu levhasının kuzeyini hemen hemen doğudan batıya kateden ve tarihsel dönemlerden günümüze yıkıcı depremlere ev sahipliği yapan KAFZ üzerinde özellikle 1939 Erzincan depremi (MS=7.9) ile başlayan yıkıcı deprem serisi, 1942 Erbaa-Tokat (MS=7.0), 1943 Ilgaz-Çankırı (MS=7.2), 1944 Gerede-Bolu (MS=7.3), 1957 Düzce- Bolu (MS=7.1), 1999 Gölcük-Kocaeli (Mw=7.6) ve Düzce-Bolu (Mw=7.1) depremleri (Kadirioğlu ve diğ. 2014) ile batıya doğru göç etmiştir (Şengör ve diğ.2005) (Şekil 2.1).
Şekil 2.1 KAFZ üzerinde 1939 depremi ile başlayan aktivitenin batıya göçü (Şengör ve diğ.2005)
Söz konusu depremler meydana geldikleri alanlarda önemli yüzey kırıkları meydana getirmişlerdir. Örneğin 1939 depreminin KAFZ’nin 340 km lik bir kısmını kırdığı bilinmektedir. Aynı şekilde 1944 Gerede depremi yaklaşık 200 km lik bir alanda yüzey kırığı meydana getirmiştir (Stein ve diğ. 1997). (Şekil 2.2).
4
Şekil 2.2 KAFZ üzerinde aletsel dönemde meydana gelen M ≥ 6.0 depremlerin meydana getirdiği yüzey kırıkları (Stein ve diğ. 1997’den alınmıştır).
2.2 Alaşehir (Gediz) Grabeni
Alaşehir Grabeni, Geç Senozoik’te Batı Türkiye’de K-G genişleme tektoniği altında oluşan D-B doğrultulu yaklaşık 140 km uzunluğunda ve 15 km genişliğinde önemli bir yapıdır. Grabenin güneyini sınırlayan ana fay, Alaşehir sıyrılma fayı olarak tanımlanmıştır (Şekil 2.3) (Işık ve diğ.2003). ve Neojen sedimanlarını metamorfik temelden ayırmaktadır. Grabenin kuzeyinde ise hemen hemen birbirine paralel bulunan faylar Neojen ve Kuaterner yaşlı sedimanları ayırmaktadır (Seyitoğlu & Scott 1996) (Şekil 2.4). Bu tektonik rejim içerisinde tarihsel ve aletsel dönemde pek çok hasar yapıcı deprem meydana gelmiştir. Tarihsel dönemde meydana gelen depremler genellikle Alaşehir grabeninin batı ve Büyük Menderes Grabeninin güneydoğu uçlarında meydana gelirken (AFAD, Deprem Dairesi Kataloğu), aletsel dönemde meydana gelen depremler, grabenin uzağında (kuzey ve güneyinde) saçılmış bir şekilde gözlenmektedir (Şekil 2.5-2.6).
5
Şekil 2.3 Alaşehir sıyrılma fayının arazideki görünümü, taban blokta gevrek deformasyon ve altere milonitik granadiorit ve tavan blokta Neojen Sedimanları
Şekil 2.4 Batı Anadolu daki tektonik birlikler (Seyitoğlu ve diğ.2014’den alınmıştır).
6
Şekil 2.5 Alaşehir Grabeni civarında tarihsel dönemde meydana gelen depremler (AFAD, Deprem Dairesi Kataloğu)
Şekil 2.6 Ege açılma sistemi içerisinde aletsel dönemde meydana gelen M ≥ 6.0 depremler (Kadirioğlu ve diğ.2014)
7
3. ASİSMİK DEFORMASYON VE TEKTONİK KRİP
Tektonik olarak aktif olduğu bilinen bir bölgede herhangi bir sismik aktiviteye neden olmadan meydana gelen kayma hareketine asismik deformasyon veya tektonik krip adı verilmektedir. Diğer bir deyişle tektonik (sismik) krip, bir deprem anında meydana gelen ani bir kırığın aksine, bir fay üzerinde depremden bağımsız gözlenen sürekli veya periyodik hareketler olarak tanımlanmıştır. Bu olayda belirli bir süre boyunca kayaya devamlı bir stres uygulanması ile kayada yavaş bir deformasyon gözlenmektedir. Diğer yandan, kayma olayı herhangi bir deprem aktivitesinden sonra devam edebilir (afterslip), belirli bir zaman içerisinde herhangi bir deprem aktivitesi olmadan gözlenebilir (fay krip) ya da bir depremden önce bölgede basınç yükselimine neden olan yavaş bir hareket olarak izlenebilir (pre-sismik kayma) (Lockridge ve diğ. 1997).
Krip olayı fay zonlarında iki şekilde davranış gösterebilir. Birincisi; krip hızı, fayı oluşturan levhaların ortalama hızına eşit ise fay üzerinde enerji birikimi olmayacağı için söz konusu segmentlerde büyük bir deprem beklenmez. Diğerinde ise, krip hızı sığ derinliklerde levha hızından daha yavaş ise o segmentte enerji birikimi engellenemez ve orta ya da büyük ölçekte depremler meydana gelebilir (Şekil 3.1) (Kutoğlu ve diğ.
2009).
Şekil 3.1 Tektonik Krip Türleri (Kutoğlu ve diğ. 2009’dan alınmıştır).
8
Tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de örnekleri bulunan krip olayının herhangi bir sismik aktiviteye neden olmadan uzun yıllar boyunca devam etmesi sonucunda, meydana geldiği bölgede çeşitli yapısal hasarlar gözlenebilmektedir (Şekil 3.2-3.3).
Şekil 3.2 Kaliforniya’daki Calaveras fayından kaynaklanan yavaş kayma hareketinin (tektonik krip) neden olduğu yapısal hasarlar (Lockridge ve diğ. 1997’den alınmıştır).
Şekil 3.3 Kaliforniya’daki Hayward fayından kaynaklanan yavaş kayma hareketinin (tektonik krip) neden olduğu yapısal hasarlar (Lockridge ve diğ. 1997’den alınmıştır).
9
4. InSAR YÖNTEMİNİN YÜZEY DEFORMASYONLARININ
İNCELENMESİNDE KULLANIMI
4.1 InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)
SAR sistemleri özellikle iyi çözünürlüklü haritalama ve diğer uzaktan algılama uygulamalarında son yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Hemen hemen her türlü hava koşulunda gündüz ya da gece, mikrodalga frekanslarında çalışan SAR sistemleri, görüntüledikleri yüzeyin elektriksel ve geometrik özelliklerini en iyi şekilde yansıtan görüntüler sağlamaktadırlar (Rosen ve diğ. 2000). Radar sensörleri yörüngede yükselen ya da alçalan şekilde genel olarak kuzeyle 10° açı yapacak şekilde hareket ederler (Şekil 4.1) (InSAR for Users).
Şekil 4.1 Radar sensörlerinin yörüngedeki hareketi (yükselen ve alçalan yörünge)
Temel olarak InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), radar (SAR) sensörlerinin geçişleri sırasında ölçtükleri sinyalde, zaman içerisindeki faz değişimi olarak tanımlanabilir. Zemin üzerindeki bir noktadan sabit bir yörünge boyunca uçan SAR sensörü tarafından kaydedilen faz değeri, yer hareketi olduğu zaman, ölçülen ilk sabit noktanın değişmesi ile bu hareketten etkilenecektir (InSAR for Users) (Şekil 4.2).
10
Şekil 4.2 SAR sensörü tarafından yer hareketi öncesi ve sonrası aynı noktadan kaydedilen sinyaller arasındaki faz kaymasını gösteren şema.
Sinyaldeki faz değişimi, aşağıdaki basit formülle hesaplanabilmektedir.
Burada;
∆ϕ = Sinyaldeki faz değişimi λ = Dalga boyu
∆R = Yer değiştirme miktarı
α = Farklı atmosferik şartlarda farklı zamanlarda aynı bölgeden alınan iki ayrı görüntü arasıındaki faz kayması
olarak tanımlanmaktadır.
4.2 Girişim Eğrisi (Interferogram)
Girişim eğrisi, belirli bir alana karşılık gelen faz değerleri arasındaki farkı ifade etmektedir. Aynı zamanda yüzey karakterizasyonundaki değişimin dijital bir gösterimidir. Matematiksel olarak ise, –π den +π ye kadar olan numerik değerlerin matrisi olarak tanımlanabilir. Bu değerler haritaya dönüştürülerek gözlemlenen sabit bir
11
noktada herhangi bir hareket olup olmadığı gözlenebilir. Şekil 4.3, 2009 yılında İtalya’da meydana gelen L’Aquila depreminden sonra oluşturulan girişim eğrilerini göstermektedir. Burada gözlenen renkli bantlar, saçaklar olarak tanımlanmaktadır ve deformasyonun olduğu bölgeleri işaret etmektedir. Oldukça alacalı olarak gözlenen bölgelerde korelasyon düşük olarak gözlenmektedir. Bu alanlar büyük olasılıkla bitki örtüsü alanlarını ifade etmektedir ve bu bölgelerden sağlıklı veri alınamamıştır. Söz konusu veriler ENVISAT uydusundan toplanmıştır. Burada bir faz döngüsü görüş mesafesi boyunca 28 mm lik bir deformasyona işaret etmektedir (InSAR for Users).
Şekil 4.3 L’Aquila depremi öncesi (Şubat 2009) ve sonrası (Nisan 2009) çekilen iki radar görüntüsünden üretilen girişim eğrileri (interferograms).
12
5. TEKTONİK KRİP OLAYININ InSAR YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ:
TÜRKİYE’DEN ÖRNEKLER
5.1 Kuzey Anadolu Fay Zonu İsmetpaşa Segmenti 5.1.1. Segmentin genel özellikleri
KAFZ üzerinde yeralan İsmetpaşa Fay Segmenti, İstanbul’un 350 km doğusunda, Karabük ve Çankırı illerinin kesiştiği bölgede yer almaktadır. Segmentin Başkent Ankara’ya uzaklığı yaklaşık 100 km civarındadır (Şekil 5.1). İsmetpaşa segmenti, asismik kayma ve krip hareketi göstermesiyle öne çıkmış dünyada nadir örneklerden bir tanesidir. Bu segment üzerindeki krip hareketi ilk defa 1969 yılında Ambraseys tarafından, 1957 yılında inşa edilen Devlet Karayolu bakım istasyon duvarında 1957’den 1969 yılına kadar 20 mm/yıl olarak hesaplanmıştır (Şekil 5.2). O günden günümüze bölgedeki krip hareketi bilim adamları tarafından çeşitli yöntemlerle izlenmiştir (GPS, LIDAR, InSAR) (Mekik ve diğ. 2013)
Şekil 5.1 KAFZ’nin orta ve batı segmenti ile söz konusu segmentler üzerindeki GPS ölçümlerini gösteren harita (Çakır ve diğ.2005’den alınmıştır).
İsmetpaşa Segmenti’nde gözlenen krip hareketi ile ilgili üç adet senaryo ortaya konulmuştur. Bunlardan birincisi, krip hareketi 1944 ya da 1951 depremlerinden sonra veya bu iki deprem arasında oluşmuş olabilir. İkincisi; fayda daha eski dönemlerden itibaren krip hareketi vardı ve bu depremlerden dolayı hızı arttı ve şimdilerde yeniden
13
önceki hızına döndü (Silvester, 1986). Sonuncusu ise, segmentteki krip hareketi depremlerden önce ve sonrasında da uzun dönemli olarak vardı (Kutoğlu ve diğ. 2009).
İlk defa 1969 yılında Ambraseys tarafından tespit edilen krip hareketinden sonra, 1982- 1992 yılları arasında bölgede yapılan altesel ölçümler (yerel nirengi ağı ve kripmetreler ile), söz konusu krip hareketinin 7.7 ± 1.1 mm/yıl olduğunu göstermiştir. Aynı şekilde İsmetpaşa’nın 40 km batısındaki diğer bir nirengi ağından aynı yıllar için alınan ölçümlerde önemli bir harekete rastlanmamıştır. Dolayısı ile krip hareketinin İsmetpaşa’nın batısında bir yerlerde sonlandığı düşünülmektedir. (Çakır ve diğ.2005)
Şekil 5.2 KAFZ İsmet Paşa segmenti üzerinde gözlenen krip hareketinin neden olduğu yapısal hasar. İstasyon duvarında yaklaşık 40 cm lik bir atım gözlenmiş (Çakır ve diğ. 2005 ve Kutoğlu ve diğ. 2009 dan alınmıştır).
5.1.2. InSAR gözlemleri
Tektonik Krip olayının gözlendiği dünyadaki nadir yapılardan biri olan KAFZ, İsmetpaşa Segmenti üzerinde geçmiş yıllardan günümüze bilim adamları tarafından gerek arazi gözlemleri ile gerekse jeodezik yöntemlerle, söz konusu krip hareketinin belirlenmesine yönelik çalışmalar sürdürülmektedir. Ülkemizde özellikle son yıllarda kullanılmaya başlanan InSAR yöntemi sayesinde, bölgedeki hareket ile ilgili yüksek hassasiyette oldukça güvenilir sonuçlar elde edilebilmektedir.
Bu kapsamda Çakır ve diğ. (2005) tarafından bölgede InSAR yöntemi ile yapılan gözlemlere göre, 1992 – 2002 yılları arasında ERS uydusundan alçalan modda 20 den
14
fazla interferogram için hesaplamalar yapılmıştır. Aşağıda sebepleri belirtilen durumlardan dolayı bu interfeogramlardan sadece 7 tanesinin verisinin kullanışlı olduğu tespit edilmiştir. Yüksek kaliteli interferogram elde edilmesini kısıtlayan nedenler, zamansal olarak o bölgede gözlenen erezyon, bitki örtüsünün yoğunluğu, mevsimsel olarak gözlenen su seviyesindeki değişimler olarak verilebilir. Dolayısı ile bu bölgelerden alınan radar görüntülerinde korelasyon oldukça düşük çıkmaktadır.
Çalışılan bölge için bakılacak olursa, interferogramların kuzeybatı kısımında korelasyon nerdeyse tamamen kaybolmuştur. Bu alanlar, bölgedeki yoğun ormanlık alanları temsil etmektedir. Krip hareketi nedeniyle saçaklar, fayın 70 km lik bölümünde belirgin olarak gözlenmektedir. Her ne kadar atmosferik etki olduğu düşünülse de bazı saçaklardaki fay boyunca gözlenen bükülmeler, deprem öncesi bir gerilme birikimine de işaret edebilir (Şekil 5.3).
Şekil 5.3 İsmetpaşa Segmenti için ERS uydusundan alınan interferogram görüntüleri (Çakır ve diğ. 2005).
(a), (b) ve (c) şekillerinde krip oranını ölçmek için kullanılan üç ayrı interferogram görülmektedir. Her bir saçak, radar hattı boyunca 2.83 cm lik faz değişimini işaret etmektedir. Şekil (a) da odak mekanizması çözümü işaretlenen nokta 2000 Orta depremini ve kosismik saçakları temsil etmektedir. Şekil (d), Şekil (c) deki interferogramın aynısını göstermekte ancak burada fay boyunca krip hareketinin neden olduğu süreksizliği daha iyi göstermek amacıyla, saçak eğim düzlemi fayın doğrultusuna dik olarak görüntüye eklenmiştir. Fayın krip eden bölümünün kapsamı beyaz kesikli çizgi ile gösterilmektedir. Şekil (d) deki örnek P25 profili ise krip oranın ölçüldüğü profillerden birine işaret etmektedir.
15
Yapılan hesaplamalar sonucunda 1.25 ile 5 yıl arasında değişen zaman diliminde alınan interferogram eğrileri, söz konusu krip hareketinin 1943 depreminin neden olduğu kırığın batı bitiminde başladığını ve yine batıya doğru 70 km devam edip, 1944 depreminin neden olduğu kırığın doğusuyla çakıştığını göstermektedir. Doğrultu boyunca ölçülen maksimum krip oranı segmentin orta noktasında ± 11 mm/yıl olarak hesaplanmıştır. Bu değer, kenarlara doğru giderek azalmaktadır. InSAR ve GPS verisinin beraber modellenmesiyle elde edilen bulgular söz konusu krip hareketinin büyük ihtimalle sığ derinliklerde meydana geldiğini (0-7 km) göstermektedir
Aynı bölge için Kaneko ve diğ. 2012 tarafından yapılan çalışmada ise, ALOS uydusundan uydu uçuş doğrultusunda 5 adet yükselen modda, Envisat uydusundan 1 adet alçalan modda interferogram için değerlendirmeler yapılmıştır. Söz konusu çalışma sonucunda da İsmetpaşa segmenti için belirlenen krip oranı fayın doğrultusu boyunca yaklaşık 75 km lik bir alanda 9 mm/yıl olarak hesaplanmıştır (Şekil 5.4). Bu sonuç Çakır ve diğ. (2005) tarafından yapılan çalışma ile de uyumluluk göstermektedir.
Şekil 5.4 İsmetpaşa Segmenti için ALOS ve Envisat uydularından alınan interferogram görüntüleri (2007-2011 yılları arası) (Kaneko ve diğ. 2012). Açık ok radar bakış yönünü göstermektedir. Kalın siyah çizgi krip hareketi gösteren alanı ifade etmektedir.
16
Diğer yandan, farklı araştırmacılar tarafından değişik yöntemlerle farklı zamanlar için ölçülen krip oranları da Şekil 5.5’de verilmektedir. Söz konusu şekilden de görüldüğü gibi İsmetpaşa Segmentindeki krip hızı ilk defa Ambreseys tarafından 1957-1969 yılları arasında ölçüldüğünde 2 cm/yıl iken daha sonraki yıllarda düşüş göstermektedir.
Şekil 5.5 İsmetpaşa Segmenti için farklı araştırmacılar tarafından farklı yöntemlerle hesaplanan krip oranları. Yatay çizgiler zaman aralıklarını, düşey çizgiler hata oranlarını göstermektedir (Kutoğlu & Akçin 2006 dan alınmıştır).
5.2 Manisa – Sarıgöl (Alaşehir Grabeni, Alaşehir Segmenti) 5.2.1. Segmentin genel özellikleri
Çalışma alanını içine alan Manisa İli Sarıgöl ilçesi, Ege Açılma Sistemi içerisinde yer alan Alaşehir Grabeninin güneydoğu ucunu oluşturmaktadır. Alaşehir Grabeni, batı Türkiye’nin D-B doğrultulu en önemli yapılarından bir tanesidir. Grabenin güney kısmı yine hemen hemen D-B doğrultulu üç ana faydan oluşmaktadır. Bu faylar, bölgedeki dört adet sedimanter birimle yakından ilişkili olup, kuzeye eğimli normal faylar olarak kabul edilmektedir. Söz konusu fayların eğim açıları genellikle kuzeye doğru artmaktadır (Seyitoğlu ve diğ. 2000). Grabenin ana sınır fayı güneyde düşük açılı bir sıyrılma fayı olarak gözlenmektedir (Şekil 5.6).
17
Şekil 5.6 Alaşehir Grabeni ve yakın çevresinin jeoloji haritası (Seyitoğlu ve diğ.2000’den alınmıştır).
Özellikle tarihsel dönemlerde yıkıcı depremlere ev sahipliği yapan Alaşehir Grabeni üzerinde aletsel dönemde meydana gelen en büyük deprem 1969 Alaşehir depremi (Ms=6.5) olarak kayıtlara geçmiştir. Bu depremin 36 km lik bir yüzey kırığı meydana getirdiği bilinmektedir (Arpat&Bingöl 1969).
18
5.2.2. Manisa Sarıgöl ilçesinde gözlenen yüzey deformasyonlarının incelenmesi Alaşehir Grabeninin güneydoğu ucunu oluşturan Alaşehir Segmenti içerisindeki Manisa Sarıgöl ilçesinde gözlenen yüzey deformasyonları hakkında çeşitli araştırmacılar tarafından pek çok çalışma yapılmıştır (Şekil 5.7). Bölgede son yüzyılda meydana gelen hasar yapıcı deprem, 1969 Alaşehir depremi olarak bilinmektedir. Söz konusu depremden sonra bölgede önemli bir sismik aktivite gözlenmemiştir. Ancak herhangi bir sismik aktivite olmadan meydana gelen deformasyonlar ve hasarlar bölgeyi hem jeolojik hemde yapısal anlamda önemli hale getirmektedir. Mevcut deformasyonların ve yapısal hasarların belirlenmesine yönelik olarak Afet İşleri Genel Müdürlüğü’nün 2008 yılında yapmış olduğu çalışmada bölgede etkili olan fay sistemleri haritalanmış ve bu faylar üzerinde belirlenen uygun yerlerde hendekler açılarak fayın düşey yönde takibi yapılmaya çalışılmıştır.
Şekil 5.7 Manisa İli Sarıgöl İlçesinde gözlenen krip (?) hareketinin neden olduğu yapısal hasarlar (AİGM,Deprem Araştırma Dairesi Raporu, 2008, Koca ve diğ.2011 ve Seyitoğlu 2014’den alınmıştır).
19
Çalışma kapsamında bölgede 4 adet hendek açılmış ve bu hendeklerde 1969 depremine ait fayın izine dair farklı ölçeklerde atımlar tespit edilmiştir. Söz konusu hendeklerden iki tanesinden elde edilen bulgular Şekil 5.8 ve 5.9 da verilmektedir.
Şekil 5.8 Faya dik olarak açılan hendekte, kumlu, killi ve siltli birimler ayırt edilmiş ve yaklaşık 1 m düşey atım tespit edilmiştir. hendek içerisinde 1 tane ana fay ve bunun antitetiği faylar tespit edilmiştir.
Şekil 5.9 Faya dik olarak açılan hendekte, kumlu, killi ve siltli birimler ayırt edilmiş ve yaklaşık 2 m düşey atım tespit edilmiştir.
Açılan hendeklerden alınan bilgilerle hazırlanan AİGM 2008 raporuna göre, tespit edilen fay doğrultularının, 1969 depreminde tespit edilen KB-GD uzanımlı grabeni sınırlayan faylarla uyumluluk gösterdiği, ancak çeşitli araştırmacılar tarafından belirtilen, Alaşehir depreminde yaklaşık 5-10 cm’den 1 m ye kadar değişen düşey
20
atımın, hendekler içerisinde tespit edilen atımlarla uyumlu olmadığı gözlenmiştir. Atım değerlerindeki bu farklılığın, 1969 depreminden bu yana gözlenen asismik dönemde fay üzerinde meydana gelen krip benzeri bir hareket nedeniyle olduğu düşünülmektedir.
Aynı bölgede yapılan diğer bir çalışma ise Koca ve diğ. (2011) tarafından gerçekleştirilmiştir. Söz konusu çalışmada da yine 1969 depreminden sonra bölgede meydana gelen ilave oturmaların (düşey atımların) sebepleri araştırılmış ve bu çalışma yapılırken mevsimsel olarak yağışlara bağlı yeraltı su seviyesindeki ve sıcaklıktaki değişimler incelenerek bu değişimlerin killi, siltli ve kumlu tabakalar üzerindeki etkileri tespit edilmeye çalışılmıştır (Şekil 5.10, 5.11).
Şekil 5.10 Yıllara göre yıllık toplam yağış miktarı (Koca ve diğ.2011’den alınmıştır).
Şekil 5.11 Yıllara göre yıllık ortalama sıcaklık değişimi (Koca ve diğ.2011’den alınmıştır).
21
Yapılan araştırmalar sonucunda, son on yıllık dönemde 2008 yılından sonra yeraltı su seviyesinde hızlı bir düşüş tespit edildiği ve bu durumunda bölgede 2008 yılından sonra meydana gelen kuraklık ve aşırı su çekimi ile açıklanabileceği belirtilmiştir. Aynı şekilde yukarıda belirtilen nedenler doğrultusunda bölgede meydana gelen gerilme artışları ve alansal oturma miktarları çeşitli yöntemlerle araştırılmış ve bölgede yapısal hasar yaratacak düzeyde meydana gelen yüzey deformasyonlarının değişen sıcaklık değerleri ile ilgili yer altı su seviyesindeki değişimden kaynaklanabileceği sonucuna varılmıştır.
22
6. SONUÇLAR
Bulunduğu tektonik konum nedeniyle tarihsel ve aletsel dönemde pek çok yıkıcı depreme maruz kalan Anadolu levhası üzerinde söz konusu depremlere sebep olan irili ufaklı pek çok fay hattı bulunmaktadır. Geçmişten günümüze çeşitli araştırmacılar tarafından bu fay hatlarının özellikleri jeolojik, jeofiziksel ve jeodezik yöntemlerle incelenmiş ve mevcut tektonik hareketler hakkında pek çok bilimsel çalışma yapılmıştır.
Anadolu levhasındaki tektonik hatların büyük çoğunluğu belirli periyotlarda aktif bir sismisite gösterirken, bazıları da önemli bir sismik aktiviteye ya da büyük bir depreme neden olmadan asismik olarak davranmakta, ancak buna rağmen bir kayma hareketi göstermektedir. Bu asismik kayma hareketinin en iyi gözlendiği bölge, KAFZ üzerindeki İsmetpaşa Segmenti olarak belirlenmiştir. Segment üzerinde çeşitli araştırmacılar tarafından uzun yıllar arazi gözlemleri ve GPS yönetimiyle ölçümler yapılmış ve özellikle son yıllarda kullanılmaya başlanan InSAR yöntemi ile de radar görüntüleri yardımıyla segmentte gözlenen kayma miktarları yüksek çözünürlükte hasas olarak hesaplanabilmiştir.
Yapılan bu çalışamalara göre, segment üzerinde ilk defa Ambraseys tarafından 1969 yılında belirlenen kayma miktarının (2 cm/yıl) yıllar içerisinde azaldığı, fay boyunca yaklaşık 75 km lik bir alanda etkili olduğu ve son yapılan ölçümlerde söz konusu değerin özellikle krip hareketinin gözlendiği alanın orta noktasında ± 11 mm/yıl olduğu tespit edilmiştir.
Diğer yandan, benzer bir hareketin gözlendiği Alaşehir Grabeni, Alaşehir Segmenti (Manisa-Sarıgöl) üzerinde yapılan iki farklı çalışmada iki ayrı sonuç elde edilmiştir. Bu sonuçlardan birincisi, bölgedeki yüzeysel deformasyonların ve yapısal hasarların 1969 Alaşehir depreminden sonraki asismik dönemde bölgede devam eden krip benzeri hareket nedeniyle geliştiğini savunurken, diğer bir görüş aynı deformasyonların ve yer yer m ler boyutunda gözlenen oturmaların mevsimsel sıcaklık değişimine bağlı olarak yeraltı su seviyesindeki değişimlerle açıklanabileceğini savunmuşlardır.
23
7. ÖNERİLER
Her iki bölgede gözlenen kayma hareketinin önemli bir sismik aktiviteye neden olmaması, söz konusu kayma hareketinin yüzeye yakın noktalarda meydana geldiğini düşündürmektedir. Bu hareketin hangi derinliğe kadar nüfuz ettiğini belirlemek amacı ile öncelikli olarak her iki bölgede de yeraltındaki tabaka yapısının belirlenmesi amacıyla sismik yansıma çalışmaları yapılması ve varsa bölgedeki mikro deprem aktivitesinin incelenebilmesi için bölgeye lokal ölçekte sismik ağ kurulması önerilmektedir. Her iki çalışmadan elde edilecek sonuçlar, bölgede devam eden GPS ve InSAR çalışmaları ile beraber değerlendirilmelidir.
24
KAYNAKLAR
AFAD, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Deprem Dairesi Kataloğu
Afet İşleri Genel Müdürlüğü (AİGM) Manisa İli Sarıgöl İlçesi Depremsellik Raporu 2008
An Introduction for Users of InSAR Data (p:35)
Arpat, E & Bingöl E., 1969, The rift system of the western Turkey, thoughts on its development, Bull. Miner. Res. Explor. Inst. Turk., 73, 1-9
Cakir , Z., Akoglu, A. M., Belabbes, S., Er gintav, S., and Meghr aoui, M.2005, Creeping along the Ismetpasa section of the North Anatolian Fault (Western Turkey): Rate and extent from InSAR, Earth Planet. Sc. Lett., 238, 225–234, 2005.
Işık, V., Seyitoğlu, G and Çemen, İ.,2003. Ductile-brittle transition along the Alaşehir shear zone and its structural relationship with Simav detachment, Menderes massif, western Turkey. Tectonophysics, 374, 1-18
Kadirioğlu, F.T., Kartal, R.F., Kılıç., T., Kalafat, D., Duman, T.Y., Özalp, S ve Emre, Ö. 2014. An Improved Earthquake Catalogue (M ≥ 4.0) For Turkey and Near Surrounding (1900-2012). 2nd European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, İstanbul Aug. 25-29,2014.Page:411-422.
Kaneko, Y., Fialko, Y., Sandwell, D.T., Tong, X and Furuya, M. 2012. Interseismic Deformation and Creep Along the Central Section of the North Anatolian Fault (Turkey): InSAR Observations and Implications for Rate-And-State Friction Properties.
Koca, Y.M., Sözbilir, H., Uzel, B.2011. Sarıgöl Fay Zonu Baoyunca Meydana Gelen Deformasyonların Nedenleri Üzerine Bir Araştırma. Jeoloji Mühendisliği Dergisi 35 (2)
Kutoğlu, H.Ş. & Akçin, H. 2006. Determination of the 30-Year Creep Trend on the Ismetpaşa Segment of the North Anatolian Fault Using an Old Geodetic Network. Earth Planets Space, 58, 937-942
Kutoğlu, H.Ş., Akçın, H., Görmüş, S. ve Kemaldere, H. 2009. Kuzey Anadolu Fayı İsmetpaşa Segmentinde Gerçekleştirilen Jeodezik Çalışmalar. 12. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı 11-15 Mayıs 2009 Ankara
Lockridge, P.A., Racey, S.D., McLean, S.J. 1997. Geologic Hazard Photos Volume 1.
Seismic Creep General Information.
25
Mekik, C., Kutoğlu, H. ve Gormus, K.S, 2013. Historical Account of Monitoring the North Anatolian Fault at the Ismetpaşa Segment and Latest Findings.
N.N. Ambraseys, Some characteristic features of the Anatolian fault zone, Tectonophysics 9 (1970) 143– 165
Reilinger, R., S. McClusky, P. Vernant, S. Lawrence, S. Ergintav, R. Cakmak, H.
Ozener, F. Kadirov, I. Guliev, R. Stepanyan, M. Nadariya, G. Hahubia, S.
Mahmoud, K. Sakr, A. ArRajehi, D. Paradissis, A. Al-Aydrus, M. Prilepin, T.
Guseva, E. Evren, A. Dmitrotsa, S.V. Filikov, F. Gomez, R. Al-Ghazzi and G.
Karam, "GPS constraints on continental deformation in the Africa-Arabia- Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions", J. Geophys. Res., 111: , 2006, DOI 10.1029/2005JB004051.
Rosen, P.A., Scott, H., Joughin, I.R., LI, F.K., Madsen, S.N., Rodriguez, E and Goldstein, R.M. 2000. Synthetic Aperture Radar Interferometry. Proceedings of the IEEE, Vol.88, No.3
Seyitoğlu, G & Scott, B.C. 1996. Age of the Alaşehir Graben (West Turkey) and its Tectonic Implications. Geological Journal, Vol.31,1-11
Seyitoğlu, G., Çemen, İ.and, Tekeli, O.2000. Extensional Folding in the Alaşehir (Gediz) Graben, Western Turkey. Journal of the Geological Society, London, Vol. 157.PP.1097-1100. Printed in Great Britain.
Seyitoğlu, G., Işık, V., and Esat, K. 2014. A 3D Model for the Formation of Turtleback Surfaces: the Horzum Turtleback of Western Turkey as a Case Study.Turkish Journal of Earth Sciences. 23:479-494.
Seyitoğlu, G.2014, Manisa-Sarıgöl Arazi Gözlemleri Fotoğraf Albümü.
Stein, R.S., Barka, A.A., and Dieterich, J.H.1997. Progressive Failure on the North Anatolian Fault Since 1939 by Earthquake Stress Triggering. Geophysical Journal International, 1997, Vol.128, pp.594-604
Sylvester, A. G., 1986. NearField Tectonic Geodesy, in: Active TectonicsJunction, Chap.11, edited by: Wallace, R. E., National Academy Press, Washington DC, 266 pp.
Şengör, A. M. C., Tüysüz, O., İmren, C., Sakınç, M., Eyidoğan, H., Görür, N., Pichon, X. L., Rangin C. (2005). The North Anatolian Fault: A New Look. Annu.Rev.
Earth Planet. Sci.33:37-112.
26
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : Filiz Tuba KADİRİOĞLU Doğum Yeri : ANKARA
Doğum Tarihi : 17.05.1978 Medeni Hali : Bekar Yabancı Dili : İngilizce
Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl)
Lisans : Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği (1999) Yüksek Lisans : Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği
Anabilim Dalı (2002)
Doktora: Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı (2013-devam)
Çalıştığı Kurum/Kurumlar ve Yıl
Yüksek Öğretim Kurulu Başkanlığı (Akademik Uzman) (2002-2007) Afet İşleri Genel Müdürlüğü (Mühendis) (2007-2009)
Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (Mühendis) (2009 - devam )
