KUZEY ANADOLU FAY ZONU SAPANCA VE SAKARYA SEGMENTLERİ BOYUNCA İKİ MALZEMELİ ARAYÜZEY HIZ KONTRASTININ İNCELENMESİ

Transkript

1 KUZEY ANADOLU FAY ZONU SAPANCA VE SAKARYA SEGMENTLERİ BOYUNCA İKİ MALZEMELİ ARAYÜZEY HIZ KONTRASTININ İNCELENMESİ Ahu Kömeç Mutlu 1, Musavver Didem Cambaz 1, Yaman Özakın 1 1 Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute, Boğaziçi University, Çengelköy, İstanbul komec@boun.edu.tr ÖZET: Son yıllarda yapılan arazi çalışmaları gerilme ile oluşan mikrokırıkların ve fay kollarının, depremi üreten fayın etrafını sardığını göstermektedir. Depremin meydana geldiği fay ve etrafındaki hasarlı bölge bu tür kırıklar ile birlikte tanımlanmaktadır. Aktif fay zonları, jeolojik zamanlar boyunca ürettikleri depremler neticesinde gerçekte birbirinden ayrı olan ve farklı elastik özelliğe sahip kayaçları biraraya getiren arayüzeyler oluştururlar. Uzun yıllar boyunca kayma geçmişi olan jeolojik fayların, iki malzemeli arayüzey üzerinde yer alıyor olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun (KAFZ), 17 Ağustos 1999 İzmit depremi ile kırılarak, Marmara Denizi içine girdiği batı ucu ile Sapanca Gölü arasında kalan Sapanca segmenti ve Sapanca Gölü nden Akyazı ya devam eden Sakarya segmenti boyunca iki malzemeli arayüzey incelenmiş ve fayın iki tarafında kabuk hızı kontrastı görüntülenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla, FaultLab projesi kapsamında, Sakarya bölgesinde kurulan 71 istasyonlu sismik ağ kayıtları ile bölgede kayıt almakta olan genişbantlı sismik kayıtçılardan elde edilen telesismik deprem verilerin kullanılmasıyla Sapanca ve Sakarya segmentleri üzerindeki sismik hız kontrastı görüntülenmeye çalışılmıştır. Fayın üzerindeki iki malzemeli arayüzeyin oluşturduğu asimetri ve dolayısıyla hız kontrastının belirlenmesi ile, bölgede yapılacak modelleme çalışmalarına, depremin olduğu andan itibaren meydana gelen fiziksel sürecin daha iyi anlaşılmasına ve depremin lokasyon, mekanizma gibi fiziksel parametrelerin daha doğru hesaplanmasına katkı sağlaması amaçlanmaktadır. ANAHTAR KELİMELER: İki Malzemelı Arayüzey, Hız Kontrastı, Sakarya - Sapanca Segmentleri ABSTRACT: INVESTİGATİON OF THE BİMATERİAL INTERFACE VELOCİTY CONTRAST ALONG THE NORTH ANATOLİAN FAULT ZONE Recent field studies revealed that the main fault is surrounded by micro-fractures under stress and shear fault branches. The main fault and the damaged area around it are characterized by this micro-fractures and cracks. Recently, new attitudes on fault rupture modeling studies are started to use in order to eliminate these errors and residuals. Asymmetrical distribution of micro-fractures across the fault is the result of repeated occurrence of earthquakes on active fault zones. These earthquake sequences generate bi-material interfaces that separate elastically different materials from each other. It is known that geological fault with long slip history is likely to

2 locate on bi-material interfaces. Bi-material interface causes existence and evaluation of strike slip fault zones and effects fault plane mechanism solutions directly. Velocity contrast across the fault causes error and residuals on earthquake location and focal mechanism solutions. Cracks on bi-material interface rupture have preferential propagation direction. Field studies on North Anatolian Fault Zone (NAFZ) refer bi-material interface along the entire fault zone. In the frame of this study, bi-material interface will be investigated through Sakarya and Sapanca segments of NAFZ and velocity contrast across these faults will be imaged. Telesismic waveforms analyzed from 71 broadband seismic stations which are located in Sakarya - Sapanca region during the FaultLab project. Waveform correlation technique which is successfully used and tested in previous studies is used for these calculations. KEYWORDS: Bimaterial İnterface, Velocity Contrast, Sakarya-Sapanca Segment 1. GİRİŞ Türkiye ve çevresi son derece genç ve aktif deprem üretebilme potansiyeline sahip önemli bir tektonik kuşak üzerinde yer almaktadır. Sürekli ve yoğun deformasyon sonucu bölgede farklı topografik, kabuk ve orojenik özellikler gözlenmektedir. Aktif tektoniği belirleyen en önemli yapılar Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ), Helenik Yay ve Doğu Anadolu Fay Zonu dur (DAFZ). Çalışma alanı, intra-pontid bindirme zonu tarafından ayrılan İstanbul Zonu ve Sakarya Zonu üzerinde yer almaktadır (Şekil 1). Sakarya Zonu ndaki en üst birim, içinde Devoniyen Permiyen yaşlı olistostrom ve olistolitler içeren yoğun deformasyondan etkilenmiş Geç Permiyen Triyas yaşlı Karakaya kompleksidir (Duru ve diğ., 2011). Karakaya Kompleksi şiddetlice deforme olmuş, kısmen metamorfizma geçirmiş Permiyen ve Triyas yaşta klastik ve volkanik serilerden oluşmaktadır (Okay ve Göncüoğlu, 2004). KAFZ, jeolojik çağlar boyunca büyük ve yıkıcı depremler üretmiştir. KAFZ nun doğu ucundan başlayan yırtılma son olarak 17 Ağustos ve 12 Kasım 1999 depremleriyle sürmüş ve İzmit Körfezi'nden Marmara Denizi içine girmiştir. KAFZ üzerinde daha önce yapılmış olan arazi çalışmalarında neredeyse KAFZ nun tamamında iki malzemeli arayüzeyin varlığından bahsedilmiştir (Weertman 1980, Andrews ve Ben Zion, 1997; Ben Zion ve Andrews, 1998; Ben Zion, 2001; Le Pichon ve diğ., 2003; Şengör ve diğ.,2005). KAFZ üzerinde jeodezik çalışmalar ile yapılan incelemelerde, büyük yanal atımlı fay zonlarında, fayın iki tarafındaki kayaçlarda asimetri gözlenmiştir. Le Pichon & Kreemer (2005) Kuzey Anadolu Fay zonundaki asimetri oranını yaklaşık 10 olarak bulmuştur. Benzer bir çalışma ile Dor ve diğ. (2008), 1944 Mudurnu depremi sonrasında kırık zonu üzerindeki kayaçlarda asimetri olduğunu gözlemlemiş ve sismojenik derinliklerde fayın kuzeyinde sismik hızların güneyinden daha büyük olduğu sonucuna varmıştır. İsmetpaşa'nın doğusunda yapılan bir çalışma ile telesismik deprem kayıtları kullanarak yeni bir yöntem geliştirilmiş ve hız kontrastı tayini yapılmıştır (Özakın ve diğ. 2012). Bu çalışmada İsmetpaşa bölgesinin altında, ilk 36 km' lik derinlikte hız farkı %4.3 olarak bulunmuştur. Bulut ve diğ (2012) Mudurnu kırığı izi üzerinde yaptıkları çalışma ile P dalgası polarizasyon analizi yöntemini kullanarak sismik hız farkını görüntülemişlerdir.

3 Şekil 1. Batı Anadolu nun tektonik haritası (Okay ve Göncüoğlu,2004) Bu çalışmanın amacı, telesismik depremlerin varış zamanlarının hesaplanıp analiz edilmesi sonucunda Sapanca Sakarya segmenti boyunca fay üzerindeki iki malzemeli arayüzeyin hız kontrastının görüntülenmesidir. Kuzey Anadolu Fay Zonu nun incelenmesi amacıyla FaultLab projesi ( ~earsro/faultlab/faultlab_inves-tigators.html) kapsamında Sakarya da kurulan 71 adet genişbantlı sismometrede kayıt edilen telesismik deprem verileri kullanılarak Sapanca ve Sakarya fayları incelenerek, fay üzerindeki sismik hız kontrastının görüntülenmesi hedeflenmiştir. FaultLab projesi kapsamında Sapanca ve Sakarya fay zonları daha önce olmadığı kadar yoğun bir sismik istasyon ağı ile detaylı olarak incelenmiştir. Elde edilen hız konrastı bilgisi fay üzerinde deprem kırılmalarındaki yönlülüğe (ve böylece yanal yönler boyunca sarsıntı zararlarının tahmin edilmesine) ayrıca çalışma alanının sismotektoniğinin daha iyi anlaşılmasına ve deprem sismik risk haritalarının geliştirilmesine katkı sağlaması amaçlanmıştır. 2. VERİ VE YÖNTEM İki malzemeli ara yüzeylerde hız kontrastı hakkında bilgi, fay üzerinde kurulmuş istasyon kayıtları kullanılarak, lokal sismik aktivitenin olduğu durumlarda fay zonu kırılarak gelen dalgalar kullanılarak elde edilebilir (McGuire ve Ben Zion, 2005; Zhao ve diğ., 2010; Bulut ve diğ., 2012). İstasyon dağılımının veya lokal sismik aktivitenin yetersiz olduğu yerlerde ise uzak (telesismik) depremlerin kayıtları fayın üzerindeki farklı kayaçların varlığını bulmak ve belirlemek için kullanılabilir (Özakın ve diğ., 2012; Bulut ve diğ., 2012). Bu çalışma için seçilen bölge, depremselliğin yoğun olmadığı bir fay sistemi üzerindedir. Bu nedenle telesismik dalgalardan yani uzak deprem kayıtlarından faydalanılmıştır (Şekil 2).

4 Şekil 2. Telesismik deprem dağılım haritası. Kırmızı noktalar yılları arasında FaultLab projesi kapsamında kurulan sismik istasyonlarda kayıt edilen telesismik depremlerin yerlerini göstermektedir

5 KAF üzerinde oluşan 1999 İzmit depremi deformasyon alanı sanayinin ve ekonominin yoğun olarak işlediği Marmara Denizi doğusunu ve İzmit Körfezi'ni içermiştir. Bölgede, 1999 İzmit depremini izleyen yıllar içerisinde bilimsel araştırmaların kalitesini arttıracak çok sayıda sismik istasyon kurulumu gerçekleşmiştir. Bu kapsamda, FaultLab ( projesinde Sakarya ve çevresine yerleştirilen 71 adet sismik istasyonda (Şekil 3) kayıt edilen, yılları arasında meydana gelmiş 6'dan büyük uzak deprem (Şekil 2) varış zamanlarından yararlanılarak, sismik dalga çapraz ilişkisi hesaplanarak, iki malzemeli arayüzey araştırılmış ve fayın iki tarafında sismik hız kontrastı hesaplanmıştır. Şekil 3. İstasyon dağılım haritası. Kırmızı üçgenler FaultLab projesi kapsamında kurulan sismik istasyonları, siyah çizgiler bölgedeki aktif fay zonlarını temsil etmektedir İstasyonlara neredeyse düşeye dik açıyla ulaşan telesismik dalgaların olası varış zamanları TauP (Crotwell ve diğ., 1999) kodu ile hız farksız ortam varsayılarak hesaplanmış ve ölçülen varış zamanları ayrıca derlenmiştir. Hesaplanan ve ölçülen varış zamanları arasındaki sistemetik zaman farkı, fayın iki tarafındaki kabuk yapısında farklılık olduğu sonucuna işaret etmektedir. Fayın iki tarafına kurulan ve faydan eşit uzaklıkta olan istasyonlar seçilerek ikili gruplar (istasyon çifti) oluşturulmuştur. Herbir istasyon çifti için hesaplanan ve ölçülen varış zamanı farkları, bu istasyon çiftinde kayıt edilen herbir telesismik deprem için derlenmiştir. Bir istasyon çiftindeki hız farkını saptamak için herbir istasyonda ayrı bir kabuk kalınlığı (Frederiksen A.W. ve diğ.) ve referans bir kabuk hızı değerinden (Cambaz M.D.,2014) herbir istasyon için hesaplanan farklı hız modelleri kullanılmıştır. Burada amaç heterojen topografyadan kaynaklı yükseklik hatalarını minimuma indirmektir. Q geliş açısındaki telesismik dalganın iki istasyona (istasyon çiftine) varış zamanı arasında ki fark;

6 olarak yazılacaktır (Özakın ve diğ. 2012). V 1 ve V 2 değerleri sırasıyla, birinci ve ikinci istasyonlar için kabuk hızlarını ifade etmektedir. İki istasyon arasındaki ortalama kabuk hızı oranı ise; formülü ile hesaplanmıştır (Özakın ve diğ. 2012). 3. SONUÇ Araştırma bölgesi K-G yönlü 3 ayrı fay parçası tarafından kesilmektedir. Topografyadan kaynaklanan yükseklik düzeltmeleri hesaba katılmiştır. Bu çalışma kapsamında elde edilen ilk bulgular KAF'ın Sapanca ve Sakarya segmentleri boyunca hız kontrastı barındırdığı yönündedir. Tüm analizlerin tamamlanması ile daha net yorumlar yapmak mümkün olabilecektir. KAYNAKLAR ANDREWS, D.J. & Ben-Zion, Y., (1997), Wrinkle-like slip pulse on a fault between different materials, J. geophys. Res., 102, BEN-ZİON, Y., Andrews D. J., (1998), Properties and implications of dynamic rupture along a material interface, Bull. Seismol. Soc. Am., 88, BEN-ZİON, Y., (2001), Dynamic rupture in recent models of earthquake faults, J. Mech. Phys. Solids, 49, BULUT, F., Ben-Zion, Y., Bonhoff, M., (2012), Evidence for a bimaterial interface along the Mudurnu segment of the North Anatolian Fault Zone from P wave arrival times and polarization analysis, Earth Planet. Sci. Lett., , CAMBAZ, M. D. (2014). Seismicity and the crustal structure in Turkey, EGU General Assembly 2014, Vienna, Austria, 27 April 2 May 2014, ID CROTWELL, H. P., Owens, T. J., Ritsema, J., (1999), The TauP Toolkit: Flexible seismic travel-time and raypath utilities, Seismol. Res. Lett., 70, DOR, O., Yildirim, C., Rockwell, T. K., Ben-Zion, Y., Emre,O., Sisk, M.,. Duman T. Y., (2008),Geologic and geomorphologic asymmetry across the rupture zones of the 1943 and 1944 earthquakes on the North Anatolian Fault: Possible signals for preferred earthquake propagation direction, Geophys. J. Int., 173, DURU M, Pehlivan Ş., Kar H, Kandemir Ö,Tok T,Kanar F, Çakır K, Ekber A, Akçay, Eroğlu G., SAKARYA ZONU TEMEL BİRİMLERİ VE KARAKAYA KOMPLEKSİNİN KONUMU, 64. Jeoloji Kurultayı, Nisan 2011, Ankara. FREDERIKSEN A.W., Thomson D.A., Rost S., Cornwell D.G., Gülen L., Houseman G.A., Kahraman M., Poyraz S.A., Teoman U.M., Türkelli N., and Utkucu M., (2015), Crustal thickness variations and isostatic disequilibrium across the North Anatolian Fault, wetern Turkey, Geophys. Res. Lett., 42,

7 LE PİCHON, X., Chamot-Rooke, N., Rangin, C., Şengör, A.M.C., (2003), The North Anatolian Fault in the Sea of Marmara, J. Geophys. Res., 108, B4, LE PICHON, X., Kreemer, C., Chamot-Rooke, N., (2005), Asymmetry in elastic properties and the evolution of large continental strike-slip faults, J. Geophys. Res, 110. MC GUIRE, J., Ben-Zion, Y., (2005), High-resolution imaging of the Bear Valley section of the San Andreas Fault at seismogenic depths with fault-zone head waves and relocated seismicity, Geophys. J. Int. 163, OKAY A., ve Göncüoğlu, M. C., (2004), The Karakaya Complex: A Review of Data and Concepts, Turkish Journal of Earth Sciences (Turkish J. Earth Sci.), Vol. 13, pp OZAKİN, Y., Ben-Zion, Y., Aktar, M., Karabulut, H., Peng, Z., (2012), Velocity contrast across the 1944 rupture of the North Anatolian fault east of Ismetpasa from analysis of teleseismic arrivals, Geophys. Res. Lett., 39. SENGOR, A. M. C., Tuysuz, O., Imren, C., Sakıınc,M., Eyidogan,H., Gorur, N., Le Pichon, X., Rangin C., (2005), The North Anatolian Fault: A new look, Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 33, WEERTMAN, J., (1980), Unstable slippage across a fault that separates elastic media of different elastic constants, J. Geophys. Res., 85, ZHAO, P., Z. Peng, Z. Shi, M. Lewis, and Y. Ben-Zion, (2010), Variations of the velocity contrast and rupture properties of M6 earthquakes along the Parkfield section of the San Andreas Fault, Geophys. J. Int., 180,