TEKIRDAĞ BÖLGESINDE ÇOKLU JEOFIZIK PARAMETRELER KULLANILARAK DEPREM ZARARLARININ AZALTILMASININ ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 ÖZET: TEKIRDAĞ BÖLGESINDE ÇOKLU JEOFIZIK PARAMETRELER KULLANILARAK DEPREM ZARARLARININ AZALTILMASININ ARAŞTIRILMASI Mehmet Safa ARSLAN 1 ve Asım Oğuz ÖZEL 2 1 Jeofizik Müh. Bölümü, İstanbul Üniversitesi, Avcılar 2 Prof. Dr.. Jeofizik Müh. Bölümü, İstanbul Üniversitesi, Avcılar mehmetsafaarslan@ogr.iu.edu.tr Çalışmanın amacı, Tekirdağ Bölgesinde deprem zararlarının azaltılması kapsamında yürütülen çalışmalara ek olarak, çoklu jeofizik yöntemler ile bölgenin ana kaya derinliğinin değişimini incelemektir. Depremlerde anakaya seviyesinden litosfere doğru hareket eden deprem dalgaları, içinden geçtikleri zemin tabakalarının mühendislik özelliklerini değiştirirken, zemin tabakaları da kalınlık ve özelliklerine bağlı olarak deprem dalgalarının özelliklerini değiştirir. Bu değişim zemin yüzeyinde deprem ivme genliklerinin büyümesi veya küçülmesi, ivme zaman kayıtlarının süre ve frekans özelliğinin değişmesi şeklinde olur. Olası bir depremin zemin yüzeyinde meydana getirecek zemin davranışlarının belirlenebilmesi için zemin tabakalarının detaylı bir şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Çalışmada kullanılan yöntemlerden ilki olan gravite metodunda; gravite değerlerini profiller boyunca ölçülerek gravite anomalilerini bulmak ve bu anomalilerden faydalanarak yeraltı yoğunluk değişimini ortaya koymaktır. İkinci yöntem manyetik yöntem olup; bu yöntemde aynı profil noktaları üzerinde yer manyetik alan değişimleri incelenmiştir. Jeofizik ölçmelerden elde edilen veriler birbirleri ile karşılaştırılarak ana kaya derinliğine dair bilgiler elde edilmeye çalışılmıştır. Tekirdağ bölgesindeki çalışma alanı, önceki bilimsel çalışmalardan bilinen basen yapısı dikkate alınarak belirlenmiştir. Bu arazi 50x65 kilometre karelik bir alanı kapsamaktadır. Ölçüm noktaları kuzey-güney doğrultusunda 500 metre aralıklarla alınmıştır. Modellemeler ZondGM2D programı ile yapılmış ve litosferin 10 km altından bilgi alacak şekilde tasarlanmıştır. Yer altı model yapılarından elde edilen sonuçlara göre jeolojik formasyon kalınlıkları; Ergene formasyonu m, Osmancık formasyonu m, Mezardere formasyonu m, Ceylan formasyonu m olarak bulunmuştur. Anakaya derinliği (Hamitabat) ise kuzey-güney doğrultusunda 4000 metreden 7000 metreye yani kuzeye doğru dalmakta olduğu ve ayrıca doğu-batı doğrultusunda 5000 metreden 7000 metreye yani batıya doğru derinleşmekte olduğu belirlenmiştir. ANAHTAR KELİMELER : Gravite, Manyetik, Anakaya, Tekirdağ

2 RESEARCH on THE EARTHQUAKE HAZARD MITIGATION in THE TEKIRDAG PROVINCE by MULTI GEOPHYSICAL PARAMETERS SUMMARY: Mehmet Safa ARSLAN 1 ve Asım Oğuz ÖZEL 2 1 Department of Geophysical Engineering, Istanbul University, Avcilar 2 Prof. Dr., Department of Geophysical Engineering, Istanbul University, Avcilar mehmetsafaarslan@ogr.iu.edu.tr This aim of this study is to examine variations in depth along the bedrock in Tekirdağ province by using multiple geophysics methods, in addition to the activities concerning mitigation of earthquake damage in the region. In earthquakes, while earthquake waves moving from the bedrock level to the lithosphere changing the engineering characteristics of the ground layers that pass through them, and also the ground layers change the characteristics of earthquake waves depending on their thickness and properties. This change may occur in two different ways. One of them is a growth or a shrinkage of earthquake acceleration magnitudes on the ground surface and the other one is the change of the time and frequency characteristics of acceleration time records. In order to be able to determine the behavior of the ground which will bring about a possible earthquake on the surface of the earthquake, the ground layers must be determined in detail. The study field in Tekirdağ region is determined by considering the structure of the basin, which is known from previous scientific studies. This particular area covers an area of 50X65 square kilometers and the measurements are restricted to this area. The area has been scanned along the north-south oriented profiles as straight lines as possible by using both the gravity and magnetic methods. The measurement points have been placed with 500 meters spacing. Modeling results were designed to get information down to 10 kilometers from by using ZondGM2D software. According to the results obtained in the study is that the geological formations thicknesses are Ergene formation meters, Osmancık formation meters, Mezardere formation meters and Ceylan formation meters. In the region the depth of the bedrock has been determined to extend from 4000 meters to 7000 meters dip toward north in the direction of north-south, and further to the east-west direction from 5000 meters to 7000 meters deeper toward west. Because of that, the bedrock surface dips toward north and it gets deeper toward west, as well. KEYWORDS : Gravity, Magnetic, Bedrock, Tekirdag

3 1. GİRİŞ Son yıllarda alet teknolojisinin gelişmesine bağlı olarak karadan, havadan ve denizden yapılan gravite ve manyetik etütlerde çok sayıda veri toplanmaktadır. Birçok araştırmacı, bu büyük miktardaki verilerin yorumunda hızlı ve güvenilir metotlar geliştirmeye çalışmışlardır. Bu metotların çoğu, jeolojik yapıların üst derinliklerinin belirlenmesine yönelik olarak ortaya çıkmıştır. Bu metotların bir kısmı gravite, bir kısmı da manyetik verilere uygulandığı gibi, her iki veriye de uygulanan metotlar literatürde yer almaktadır. Gravite aramalarının temeli yerin çekim alanındaki değişimlerin incelenmesi, yer çekimi ivmesinin ölçülmesi ve ölçülen değerlerden yer altındaki durumun elde edilen sonuçların yorumlanmasıyla saptanmasıdır. Özetle ölçülen değerlerdeki değişimler yer altındaki cisimlerin yoğunlukları arasındaki farklardan ortaya çıkar. Fakat yoğunlukları eş kayaçlar ile yer altındaki yatay tabaklar gravite aramalarıyla bulunamaz. Kayaçların yoğunluklarındaki değişimler yerin çekim alanında yerel değişimlere neden olur. Bundan yararlanarak gravite ölçümleriyle yer yapısı hakkında bilgi toplanması amaçlanır. Örneğin, mantonun kabuktan daha yoğun olmasını göz önüne alırsak; gravite çalışmalarıyla kabuk yapısındaki kalınlık değişimlerinin gözlemlenebileceğini fark edebiliriz. Ayrıca Litosfer'in Astenosfer den daha yoğun olduğu bilgisinden litosfer kalınlığındaki değişimler de gözlemlenebilir. Böylelikle belirli bir bölgenin eş-dururluk dengesi (isostatic equilibrium) de gravite çalışmalarıyla elde edilebilir. Manyetik aramaların temeli ise, dünyanın sahip olduğu toplam manyetik alanın o nokta üzerindeki şiddetin ölçülmesidir. Toplam alan ölçümleri genellikle ekonomik ve hızlı olduğundan dolayı, ölçmelerde genellikle bu yöntem kullanılır. Anomali oluşmasına sebep olan ve yer altında bulunan yapının oluşturduğu anomali etkisinin yönü ve şiddeti bilinmemektedir. Bu yüzden, yeryüzünde ölçülen anomalinin hangi yön ve büyüklükteki vektörlerinin, yermanyetik alan vektörü üzerine izdüşümü bilinemeyeceğinden yapılan yorumlar güçleşmektedir. Bu sebeple, alınan ölçümlerden oluşan anomali grafiğimize, yeraltı model yapısını benzetmeye çalışırız. Gravite ve Manyetik yöntemlerin uygulanma aşaması genellikle planlama, veri toplama, veri işleme, yorumlama ve raporlama aşamalarından oluşan ortak bir yaklaşım gerektirir. Planlama aşamasında uygun yöntem (ler) çalışmanın amacını karşılamak için seçilir ve veri toplama, işleme ve yorumlama için prosedürler oluşturulmuş olur. Planlama; deneyim, model çalışmaları ve bölgede daha önceden yapılmış araştırmalar baz alınarak yapılmalıdır. Sismolojik anakaya derinlik değişimi, deprem esnasında yüzeye yakın zemin katmanlarında oluşan deformasyon düzeyine bağlı olarak, zemin yapılarında ve üst yapılarda oluşabilecek hasar dağılımında önemli rol oynamaktadır. Kuramsal hesaplamalarda yer altındaki yapının kalınlık, derinlik, P ve S dalga hızları ile yoğunluk değerleri kullanılmaktadır. Bu da yapıların deprem karşısında dayanıklılık ve direnç gösterebilmesi için gerekli parametrelerin elde edilebilmesi için öncelikle yeraltı model yapısının belirlenmesi gerektiğini göstermektedir. Depremlerde anakaya seviyesinden litosfere doğru hareket eden deprem dalgaları, içinden geçtikleri zemin tabakalarının mühendislik özelliklerini değiştirirken, zemin tabakaları da kalınlık ve özelliklerine bağlı olarak deprem dalgalarının özelliklerini değiştirir. Bu değişim zemin yüzeyinde deprem ivme genliklerinin büyümesi veya küçülmesi, ivme zaman kayıtlarının süre ve frekans özelliğinin değişmesi şeklinde olur. Olası bir depremin zemin yüzeyindeki deprem özelliklerinin ve olası zemin davranışlarının hesaba katılması gereklidir. Bunun için de zemin kesitinde yer alan zemin tabakaları detaylı bir şekilde belirlenmeli, incelenen bölgede olasılıksal sismik tehlike analizleri ile uyumlu ivme zaman kayıtları seçilmeli ve zemin büyütme analizleri yapılmalıdır(ansal, Tönük, & Kurtuluş, 2011).

4 Gravite ve manyetik yöntem kullanılarak alınan ölçümlerde ortaya çıkan modelleme grafikleri sonucunda Tekirdağ bölgesindeki jeolojik formasyon sınırları belirlenmiştir. Bölgenin jeoloji haritasında yüzeylenen formasyonların derinleştikçe nasıl bir ondülasyona sahip oldukları tespit edilmiştir. Bu sonuçlar ile anakayanın nasıl şekillendiği konusunda bir sonuca varılmıştır. Tekirdağ ölçüm bölgesinde anakayanın, jeolojik formasyonlar ile birlikte, kuzeye doğru dalım gösteren ve batıya doğru da derinleşmekte olduğu sonucuna varılmıştır. 2. KULLANILAN YÖNTEM VE METODLAR Çalışma alanı şekil 1 üzerinde gösterilmiştir. Bölgenin jeoloji haritası Maden Tetik Arama (MTA) Enstitüsü nden alınmış ve haritaya aktarılırken Google Earth harita programı yardımıyla istenilen arazi üzerine oturtulmuştur. Çalışma alanının isabet ettiği bölgedeki kayaçların veya yer yapısının jeolojik yaşları ve kayaçların hangi türden kayaçlar olduğu şekil 1 lejantında gösterilmiştir. Kareli olan alan 50x65 kilometrekarelik bir alanı temsil etmektedir ve alınan gravite ve manyetik ölçüler bu alan içerinde kalacak şekilde alınmıştır. Ölçümler kuzey-güney doğrultulu profiller oluşturulacak şekilde planlanmıştır. Noktalar arası 500 metredir. Ölçüm alınan arazinin boyutu çok büyük olduğundan ve ölçüm noktaları arası yürüme mesafesi olmamasından dolayı araç ile girilebilen yerlerden mümkün mertebe düz bir şekilde profil hatları atılmıştır. Şekil 1 de gösterilen haritada gravite ve manyetik profillerinin isimleri verilmiştir. Burada gravite profilleri batıdan doğuya doğru G, N, S, E, K, L ve M profilleri olarak adlandırılmıştır. Manyetik profilleri de yine batıdan doğuya 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 profilleri olarak isimlendirilmiştir. Harita üzerinde B ve M ikonlarıyla gösterilen noktalarda lejantta da belirtildiği üzere gravite ve manyetik noktalarında kullanılan baz noktaları işaretlenmiştir. Şekil 1. Çalışma alanının jeolojik harita üzerine oturtulmuş hali ve ölçüm yapılması hedeflenen arazinin boyutu (Haritadaki jeoloji bilgisi MTA enstitüsü nden alnımıştır.)

5 Modelleme programı olarak kullanılan ZondGM2D, gravite ve manyetik ölçümlerinde düzeltme yapmamaktadır. Bu sebeple önce ham veri üzerinde gerekli veri-işlem aşamaları gerçekleştirildikten sonra veri girdisi yapılmakta ve modelleme aşamasına geçilmektedir. Aşağı analitik uzanım yöntemi ile oluşturulan örnek bir anomali grafiği şekil 2 de görülmektedir. (a) grafiğinde; gravitede miligal değerlerindeki bağıl değişimden (Gₐ) yola çıkılarak modelleme yapabilmek için taban verisi elde edilmektedir. Aynı işlem manyetikte, nanotesla değerlerindeki değişim (Tₐ) için geçerlidir. Burada kırmızı renkli yuvarlak noktalı çizgi, arazide alınan gravite değerlerindeki düzeltilmiş bağıl gravite değerleri, kırmızı düz çizgi ise modelleme yapısının oluşturulabilmesini sağlayan gravite anomali eğrisidir. Mavi renkli yuvarlak noktalı çizgi, arazide alınan manyetik değerlerin düzeltilmiş bağıl değerleri, mavi düz çizgi ise modelleme için gerekli olan manyetik anomali eğrisidir. (b) grafiğinde miligal değerlerinden elde edilen yoğunluk değişim haritası ( σm) ve suseptibilite değişim haritası (m) görülmektedir. Grafiklerde yatay eksen (Xm) profil boyunun uzunluğunu, düşey eksen (Zm) derinliği metre cinsinden ifade etmektedir. Şekil 2. ZondGM2D programı ile elde edilen bağıl gravite(ga) ve manyetik(ta) değerleri kullanılarak aşağı analitik uzanım yöntemiyle elde edilen yoğunluk değişimini( σm) gösteren derinliğe(zm) bağlı profil hattı uzunluğu(xm) örnek (a) anomali ve (b) yoğunluk değişim haritası Modelleme aşamasında başlangıç modeli olarak tabaka sınırlarının yerleri ve kaç tabakadan oluşacağı programa verilmelidir. Şekil 3.a ve b de görülen jeolojik kesit haritaları ile birlikte şekil 3 a ve b, daha önce bölgede yapılan çalışmalar incelenmiş ve bölgede hakim formasyonlar ile sınırlar genel hatlarıyla belirlenmiştir. Şekil 1 deki jeoloji haritasından ölçüm arazisi üzerindeki yüzeylenen formasyonlar da belirlendikten sonra ZondGM2D programında ters çözüm (inversion) yapılmıştır. Ters çözüm sonucunda oluşan modelleme haritası Şekil 3.22 de (a) grafiği gravite-manyetik değerleri göstermektedir. Ölçü değerleri ile anomali eğrisinin üst üste çakıştırılması (b) grafiğindeki model sonucuna yansımaktadır. Anomali çizgilerinin kesin bir şekilde üst üste oturmaları teoride mümkün olsa da pratikte

6 mümkün değildir. Bu yüzden ters çözüm sonucunda çıkan sonuç ile son model sonucu arasında ufak değişiklikler mevcuttur. Bu değişiklikler yeraltı yapısındaki ondülsayonları belirleyebilmek için uygulanmıştır. (a) (b) (c) (d) Şekil 3. Tekirdağ Muratlı ilçesinde daha önceden yapılan yeraltı tabaka modelleme çalışması (M. Siyako & Huvaz, 2007) (a), Babaeski fay zonunu gösteren sismik kesit ve sismik belirteçler (Coskun, 1997) (b), Trakya havzası Tersiyer istifinin genelleştirilmiş stratigrafik kesiti (Muzaffer Siyako, 2006) (c), Trakya havzasının stratigrafik kesiti (Şengüler, 2008) (d)

7 3. TARTIŞMA VE SONUÇ Bu çalışmada Trakya havzasının orta kesimi olan Çorlu ve Muratlı bölgelerini içerisine alan bölgenin yeraltı modellemesi, ana kaya belirleme çalışmaları için jeofizik mühendisliğinde kullanılan gravite ve manyetik yöntemleri uygulanmıştır. Gravite ve manyetik verilerinin veri - işlem yöntemleriyle değişik amaçlar doğrultusunda düzenlenmesiyle, ana veride görülmeyen saklı kalmış bilgiler ortaya çıkarılabilir (Ergün & Sarı, 1982). Trakya bölgesinde yapılan daha önceki çalışmalardan da esinlenerek (Şekil 3 a ve b), araştırma bölgesinin jeolojik yapısı gravite ve manyetik uygulamayla incelenmeye ve irdelenmeye çalışılmıştır. Zemin tabakaları, özellikleri ve kalınlıklarındaki değişimlerden dolayı deprem dalgalarındaki özelliği değiştirmektedir. Bu değişim ise litosfer yüzeyinde depremin ivme genliklerinin büyümesi veya küçülmesi, ivme-zaman kayıtlarındaki süre farklılıkları ve frekans değişimlerinden oluşmaktadır. Kuramsal hesaplamalarda yer altındaki yapının kalınlık, derinlik, P ve S dalga hızları ile yoğunluk değerleri kullanılmaktadır. Bu da yapıların deprem karşısında dayanıklılık ve direnç gösterebilmesi için gerekli parametrelerin elde edilebilmesi için öncelikle yeraltı model yapısının belirlenmesi gerektiğini göstermektedir. Poligon modelleri yeraltında bulunan yapıların hangi noktada formasyon değiştirdiğini göstermektedir. Buna göre; G1 hattında Ergene formasyonunun genel derinliği 1200 metreye kadar inmektedir. Formasyonlarda yer yer çeşitli ondülasyonların da oluştuğu gözlemlenmiştir. Daha derinde ve profil hattının km arasında yüzeylenen Osmancık formasyonu yer yer kalınlığı azalmakta ve artmaktadır. Mezardere formasyonu profil hattının 0-10 km arasında yüzeylenmektedir. Ceylan ve Hamitabat formasyonlarının da derinliği kuzeye gidildikçe artmaktadır. Dalma zonları Şekil 4. a da görülmektedir. N2 hattında Ergene formasyonunun derinliği ortalama metreye kadar inmektedir (Şekil 4. b). Buradaki yapı da G1 hattındaki formasyon özelliklerini korumaktadır. Daha doğuda yer alan S3 hattı ise Ergene formasyonunun dalımının 1500 metrelere kadar olduğunu göstermektedir. Mezardere, Ceylan ve Hamitabat formasyonundaki kuzey yönlü dalımların derinliğinin bu bölgede arttığı görülmektedir (Şekil 4. c). Daha doğuda yer alan E4 hattında 3500 metre derine doğru Mezardere formasyonunun etkisi gözükmektedir. Yer yer Ceylan-Mezardere formasyon sınırlarında ondülasyonlar belirmektedir. Ergene formasyonu hattın sonuna doğru 1500 metre derinliğe indiği görülmektedir (Şekil 4. d). K hattının üzerinde yalnızca gravite ölçüsü olduğundan, doğruluğu tartışılabilir fakat elde edilen veriler ve örnek modelleme sonuçlarından yola çıkılarak hesaplanan modelde Ergene formasyonunun 1400 metre dolaylarına kadar derinliği olmakla birlikte Osmancık formasyonunun kalınlığı artmış ve 2000 m olarak hesaplanmıştır. Hattın km arasında kalan bölgede formasyonların çeşitli ondülasyonlar gösterdiği Şekil 4. e de görülmektedir. Daha doğudaki L5 hattında da Osmancık formasyonunun kalınlığı azalmış ve Mezardere formasyonunun kalınlığı artmıştır (Şekil 4. f). Ölçüm alanımızdaki en doğuda yer alan M6 profilinde Ergene formasyonu derinliği ortalama metreye kadar inmektedir. Osmancık formasyonu bu hat üzerinde 0-15 km arasında yüzeylenmekle birlikte kalınlığının da 2000 metrelere çıktığı görülmektedir (Şekil 4. g). Mezardere formasyonunun kalınlığı metre, Ceylan formasyonu ise metre olarak görülmektedir. Modelleme sonuçlarından elde edilen anakaya derinliği şekil 4. a, b, c, d, e, f ve g de görülmektedir. Modellerde görünen Hamitabat formasyonu anakayayı ifade etmektedir. Anakayanın üst kısmında belirlenen formasyonların derinlikleri ve kalınlıkları da şekiller üzerinde görülmektedir. Tablo 1. Formasyonların ortalama kalınlık bilgileri ve alt sınırlarının ulaştığı maksimum derinlik değerlerini metre cinsinden gösteren tablo.

8 Modellemeler ZondGM2D bilgisayar programı ile yapılmış ve litosferin 10 km altından bilgi alacak şekilde tasarlanmıştır. Yer altı model yapılarından elde edilen sonuçlara göre jeolojik formasyonların kalınlıkları belirlenmiştir. Genel olarak Ergene formasyonu m, Osmancık formasyonu m, Mezardere formasyonu m, Ceylan formasyonu m olarak bulunmuştur. Sismolojik anakaya, deprem esnasında yüzeye yakın zemin katmanlarında oluşan deformasyon düzeyine bağlı olarak, zemin yapılarında ve üst yapılarda oluşabilecek hasar dağılımında önemli rol oynamaktadır. Bu çalışma da nakaya derinliği (Hamitabat) kuzey-güney doğrultusunda 4000 metreden 7000 metreye yani kuzeye doğru dalmakta olduğu ve ayrıca doğu-batı doğrultusunda 5000 metreden 7000 metreye yani batıya doğru derinleşmekte olduğu belirlenmiştir. (a) (b) (c) (d) (e) (f)

9 (g) Şekil 4. (a) G1 profili modelleme sonucu, (b) N2 profili modelleme sonucu, (c) S3 profili modelleme sonucu, (d) E4 profili modelleme sonucu, (e) K profili modelleme sonucu, (f) L5 profili modelleme sonucu, (g) M6 profili modelleme sonucu KAYNAKLAR Ansal, A., Tönük, G., & Kurtuluş, A. (2011). Zemin Büyütme Analizleri ve Sahaya Özel Tasarım Depremi Özelliklerinin Belirlenmesi. Paper presented at the 1. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, Ankara. Ateş, A. (2014). Jeofizik Aramaya Giriş (3. ed.). Ankara: Gazi Kitapevi. Blakely, R. J. (1995). Potential theory in gravity and magnetic applications. Cambridge England ; New York: Cambridge University Press. Coskun, B. (1997). Oil and gas fields - Transfer zone relationships, Thrace basin, NW Turkey. Marine and Petroleum Geology, 14(4), Everett, M. E. (2013). Near-surface applied geophysics. Kearey, P., Brooks, M., & Hill, I. (2002). An introduction to geophysical exploration (3rd ed.). Malden, MA: Blackwell Science. Lowrie, W. (2007). Fundamentals of geophysics (2nd ed.). Cambridge ; New York: Cambridge University Press. Milsom, J., & Eriksen, A. (2011). Field geophysics (4th ed.). Hoboken, NJ: Wiley. Nettleton, L. L. (1976). Gravity and magnetics in oil prospecting. New York: McGraw-Hill. Sanver, M., & İşseven, T. (2007). Gravite ve manyetik arama yöntemleri. Ankara: Nobel Yayın Dağıtım. Siyako, M. (2006). Trakya Havzası'nın linyitli kumtaşları. Maden Tetkik Arama Dergisi, 132. Siyako, M., & Huvaz, O. (2007). Eocene stratigraphic evolution of the Thrace Basin, Turkey. Sedimentary Geology, 198(1-2), doi: /j.sedgeo Şengüler, İ. (2008). Trakya Havzaso Kömür Aramaları Projesi Raporu. Ankara: MTA Genel Müdürlüğü.