Aletsel Sismoloji. Deprem Parametreleri. Elçin GÖK. Aletsel Sismoloji : Sismograf

Transkript

1 Aletsel Sismoloji Ve Deprem Parametreleri Elçin GÖK 6.Hafta Aletsel Sismoloji : Sismograf Kayıtçı sistemleri - İvme Kayıtçıları (Strong-Motion, Kuvvetli Y.H.) - Hız Kayıtçıları (Telemetri, Broad-Band, Zayıf Y.H.) Analog Kayıtçı Sistemler Dijital Kayıtçı Sistemler

2 Aletsel Sismoloji : Sismograf Dünyanın bilinen ilk Sismografı Yer : ÇİN Tarih : MÖ 132 Çin'li Matemetikçi Cheng-Heng tarafından yapıldığı sanılıyor. 8 Dragon ve 8 Kurbağa 'nın yer aldığı bir sistemden oluşur. Yer sallandığında büyüklük; Dragon'ların ağzından, kurbağaların ağzına düşen topların sayısına bakılarak tahmin edilirdi. Basit analog kayıtçı düzeneği Sarkaç Kağıt Kalem Kuvvetli Yer Hareketi

3 Aletsel Sismoloji : Sismograf Strong Motion Kayıtçısı Kinemetrics SMA-1 Aletsel Sismoloji : Sismometre Alıcı sistemleri - Sismometre (deprem) - Jeofon (sismik kırılma) - Hidrofon (sismik yansıma)

4 Aletsel Sismoloji : Sismograf Aletsel Sismoloji : Sismometre MAM-YDBAE

5 Aletsel Sismoloji : Sismometre MAM-YDBAE İzmirNET Deprem İstasyonu Kurulum Çalışmaları ( )

6

7

8 GPS anten kurulumu, beton kaide ve MOB kulübe inşaası tamamlanarak proje kapsamında (GZL) ye kurulan kuvvetli yer hareketi deprem istasyonunun dış görünümü İç-dış elektrik bağlantıları, kablolama işlemleri, sismometre pilye inşası tamamlanarak proje kapsamında Balçova (BLC) ya kurulan kuvvetli yer hareketi deprem istasyonunun iç görünümü

9

10 İzmir ve yakın çevresinin genelleştirilmiş jeoloji ve tektonik haritası (Gök, 2012). İF: İzmir Fayı, KF: Karşıyaka Fayı, SF: Seferihisar Fayı, OFZ: Orhanlı-Tuzla Fay Zonu, Sol üst köşedeki küçük harita: AR: Ege Bölgesi, AS: Ege Denizi, BS: Karadeniz, EAFZ: Doğu Anadolu Fay Zonu, MS: Akdeniz, NAFZ: Kuzey Anadolu Fayı

11 depreminin ivme kaydı Güralp CMG-5TD (100-hz) Aletsel Tepki Spektrumu (İzmirnet İstasyon Ağı Standart Donanım). Dc den 80 Hz e Kadar Düz Tepki Fonksiyonuna Sahiptir.

12 Aletsel Sismoloji : Sismogram Deprem Parametreleri

13 M h D E : Magnitüd : Derinlik (km) : Uzaklık (km) : Episantır (, km) IST: İstasyon Büyüklük (Magnitüd, M) ML : Yerel magnitüd (Local) Büyüklük Çeşitleri ML = log A (D ) + sl (D ) --> A :Genlik (mm), s L :Uzaklık düzeltme faktörü MS : Yüzey dalgalarından hesaplanan büyüklük (Surface wave) Ms = 1.66 log D veya Ms = 1.79 Mb Mb : Cisim dalgalarından hesaplanan büyüklük (Body wave) Mb = 0.56 Ms Md : Süre den hesaplanan magnitüd (Duration) Md = Io MW : Moment büyüklüğü (Sismik Moment Magnitüdü) Mw = 2/3 [log Mo - 16] ----> Soru : M o =1.1x10 25 ise M w =? Mo = Sismik Moment = Kayaç rijiditesi x Fay Alanı x Fay uzunluğu = dyne.cm

14 Büyüklüklüğe (M) göre Depremlerin Sınıflaması - Mikro deprem : M < Orta büyüklükte deprem : 3.0 M < Büyük deprem : M 6.0 Dünyanın en büyük depremi? Büyüklüğü? 22 Mayıs 1960 Şili depremi Mw= 9.5 Şiddet ; Depremin çevredeki etkilerinin bir ölçüsüdür. Bu nedenle, bir noktadan diğerine değişik değerler alabilir. Bir noktadaki deprem şiddeti ; depremin büyüklüğüne jeolojik koşullara bina türlerine kaynaktan uzaklığına depremden etkilenen insan sayısına gözlem yapan kişilerin deneyimine bağlı olarak değişebilir

15 Modern şiddet ölçekleri : EMS-98 (European Macroseismic Scale) MMI (Modified Mercalli Scale) JMA (Japan Meteorological Agency Scale) EMS-98

16 Modified Mercalli Şiddet Ölçeği I. Hemen hemen hiç hissedilmez. II. Binaların üst katlarında hareketsiz haldeki insanlar dışında kimse hissetmez. Sağlam asılmamış cisimler sallanabilir. III. Özellikle binaların üst katlarındakiler açıkça hissederler. Pek çok kişi bunun bir deprem olduğunu farketmez. Duran motorlu araçlar hafifçe sallanabilir. Sarsıntı, bir kamyonun yol açtığına yakındır. Başlama ve bitişi insanlar tarafından hissedilir. IV. Gündüz olursa, binalarda bulunanların çoğunluğu, dışrıdakilerinse bir kısmı hisseder. Gece olursa, bazılarını uyandırır. Tabak-çanak yerinden oynar, pencereler, kapılar titrer; duvarlardan çatlama sesleri gelir. Ağır bir taşıtın binaya çarpmasına benzer bir etki uyandırır. Hareket halinde olmayan motorlu araçlar görünür bir şekilde sallanır. V. Hemen herkes hisseder; gece vakti pekçok insan uykudan uyanır. Tabak-çanak, pencere ve camlardan bazıları kırılır. Ağaç ve direk gibi yüksek cisimlerin sallandığı bazen farkedilir. Sarkaçlı saatler durabilir. VI. Herkes hisseder, pek çok kişi korkar ve dışarı fırlar. Bazı ağır mobilyalar hareket eder. Sıvalar dökülebilir ve bacalar hasar görebilir. Genel olarak hafif hasarla sonuçlanır. VII. İyi inşa edilmiş ve iyi tasarlanmış binalarda hasar gözardı edilebilecek düzeydedir; iyi yapılmış sıradan yapılarda hasar ya çok hafiftir ya da orta düzeydedir. Kötü malzeme kullanılmış ya da kötü tasarlanmış binalarda önemli ölçüde hasar gözlenir; bazı bacalar yıkılır. VIII. Özel olarak depreme dayanıklı tasarlanmış binalarda çok az hasar görülür; dayanıklı, fakat deprem için özel tasarlanmamış sıradan binalarda kısmi çökme görülür. Kötü inşa edilmiş yapılarda büyük hasar görülür. Bacalar, kolonlar ve duvarlar yıkılır. Ağır mobilyalar devrilir. IX. Özel olarak depreme dayanıklı tasarlanmış binalarda belirgin hasar olur. Taş ya da tuğladan yapılar ve demirli betondan yapılmış olanlar hafif eğilir. Sıradan binalarda hasar büyüktür; kısmen çökerler. Binalar temellerinden kayarlar. X. İyi inşa edilmiş ahşap yapılardan bazıları hasar görür, taş ve kafes yapıların çoğu temelleriyle birlikte yıkılır. Demiryolları eğilir. XI. Birkaç yapı (özellkle taş) dışında tüm binalar ve köprüler yıkılır. Demiryolları büyük oranda eğilir ve bükülür XII. Mutlak bir hasar vardır. Bölge yerle bir olur, taş taş üstünde kalmaz. Cisimler havaya fırlar.

17 Şiddet haritaları nasıl hazırlanır : Anket ve gözlem verisi kullanılarak İnternet üzerinden bilgi toplayarak Aletsel kayıt bilgileri kullanılarak Makrosismik anket soruları : Neredeydin? Ne yapıyordun? Sarsıntıyı tanımlar mısın? İnsanlar ve hayvanlar üzerinde etkileri nelerdir? Objeler ve yapılar üzerinde etkileri nelerdir?

18 Did you feel it?

19 Maksimum Şiddet Maksimum şiddet, daha çok tarihsel depremlerin büyüklüklerini ve episantrlarını belirlemek amacıyla kullanılır.

20 Deprem Büyüklük Ölçekleri 1930 larda Japonya da Wadati, Amerika da Richter, farklı depremlere ait kayıtlarda maksimum genliklerin farklı olduğunu fakat genliklerin uzaklıkla azalımlarının benzer özellikler gösterdiğini gözlemlemişlerdir. RICHTER İN GÖZLEMLERİ

21 Genel olarak magnitüd bağıntısı M=log(A/T)+f(Δ,h)+Cs +Cr A ; kullanılan fazın yerdeğiştirme genliği (mikron) T ; baskın periyod (sn) f (, h) ; kaynak derinliği ve alıcı uzaklığına bağlı azalım düzeltmesi Cs ; alıcının bulunduğu yerel zemin koşullarıyla ilgili düzeltme Cr ; kaynak bölgesi ile ilgili düzeltme Logaritmik Ölçek Logaritmik bir ölçekte büyüklük Büyüklükteki bir birimlik bir değişiklik, yer titreşimi genliğinde 10 katı bir değişikliğe karşılık gelir.

22 Sismogramlardaki En Büyük Genlik En büyük genlik, kayıtlarda sıfır çizgisinden ölçülen en büyük uzaklıktır. LOKAL MAGNİTÜD (ML) (RİCHTER MAGNİTÜDÜ) Referans değeri Ao ML = loga - log Ao A; sismogramdaki genlik, Ao ; bir referans depremi için gözlenen genlik.

23 Lokal Magnitüd (ML) California depremleri için hazırlanmış rölatif büyüklükleri veren pratik bir ölçektir. Genlik; Wood-Anderson adı verilen özel bir sismograf tarafından alınan kayıttan ölçülen en büyük genliktir (genellikle S dalgası). Son yıllarda kullanımının oldukça azalmasına karşın, Wood-Anderson sismografın hakim periyodu 0.8 sn olup bir çok yapının hakim periyoduna yakın olduğundan ML özellikle mühendislik sismolojisinde yararlı bir büyüklük olmuştur. MS VE MB MS, Yüzey dalgası büyüklüğü (Rayleigh dalgası) mb, Cisim dalgası büyüklüğü (P-dalgası)

24 Cisim dalgası magnitüdü (mb) Mb_=log(A/T)+ Q(Δ,h) A ; genlik (mikron): ilk gelen birkaç saniyelik P dalgasından okunur T ; periyod (sn) : genellikle periyodu 1 sn civarındaki dalgalar kullanılır Q : uzaklık ve derinliğe bağlı düzeltme Yüzey dalgası magnitüdü (MS) Ms = log log Ms = log A 1.66log A ; genlik (mikron): düşey bileşen Rayleigh dalgasından okunur T ; periyod (sn) : genelikle periyodu 20 sn civarında olan Rayleigh dalgaları kullanılır Δ : uzaklık (derece)

25 Süreye bağlı magnitüd (Md) Md = log τ τ ; depremin devam süresi (sn) Δ ; episantr uzaklığı (km) Depremin belirli bir genlik değerini aştığı ve tekrar bu değerin altına düştüğü an arasındaki zaman kullanılır. Küçük ve yerel depremler için kullanılır. MAGNİTÜD FARKLILIKLARI İdeal olarak istenen her bir deprem için aynı büyüklük değerinin bulunmasıdır, yani; Ms = mb = ML Fakat bu her zaman gerçekleşmez: İzmit 17/8/99: Ms = 7.8, mb = 6.3 Taiwan 20/9/99: Ms = 7.7, mb = 6.6

26 NİÇİN BÜYÜKLÜK ÖLÇEKLERİ FARKLI? Depremler çok karmaşık bir fiziğe sahip olaylardır ve tek bir değerle tam olarak tanımlanamazlar. NİÇİN BÜYÜKLÜK ÖLÇEKLERİ FARKLI? Her büyüklük farklı frekansta dalgalar kullanılarak hesaplanır. Genlikler için yapılan uzaklık düzeltmesi jeolojiye bağlıdır. Derin depremler büyük yüzey dalgaları üretmezler MS derin depremler için küçük hesaplanır. Bazı depremler aynı genliğe sahip olmalarına karşın diğerlerinden daha uzun sürerler.

27 NİÇİN BÜYÜKLÜK ÖLÇEKLERİ FARKLI? Büyüklük ölçekleri doyuma ulaşır Bu, deprem büyüklüğüne aldırmaksızın büyüklük ölçeklerinde bir üst sınırın var olduğunu gösterir Örneğin Ms (yüzey dalgası büyüklüğü) değerini aşmaz ÖRNEK: MB DOYUM mb seyrek olarak 6.7 değerini aşar- yani doyuma ulaşır. mb, her zaman kaydın ilk 5 saniyeden hesaplanmalıdır.

28 DOYUM DOYUMA NE SEBEP OLUR? Kırılma işlemi Küçük depremler küçük alanları kırarlar ve nispeten kısa periyotlu dalgalardan oluşurlar Büyük depremler büyük alanları kırarlar ve nispeten uzun periyotlu dalgalardan oluşurlar

29 MB VE MS HALA FAYDALIMIDIR? EVET! Çoğu deprem doyum oluşturamayacak kadar küçüktür Açığa çıkan enerji ve mb - Ms büyüklükleri arasında ampirik ilişkiler mevcuttur mb - Ms oranı verilen bir sismogramın bir depremden mi yoksa nükleer bir patlatmadan mı kaynaklandığını gösterebilir DAHA İYİ BİR ÖLÇEK VAR? Evet, sismik moment Mo Büyüklük sınırlamasından kurtulmak için 1960 larda keşfedildi Fiziksel olarak enerji birimine sahip (Nm, cal, J) Depremin büyüklüğüne işaret eden üç faktörün çarpımıdır Mo = (kayma modulü) x (kırılma alanı) x (kayma miktarı) M = μad

30 µ : kabuk için 3.0*10 dyne.cm A ; kırılma alanı (cm2) D ; fay üzerinde ortalama atım miktarı (cm) İzmit-Gölcük depremi için ; A = 145 x 20 = 290 km2 D = 4 m MOMENT MAGNİTÜD, MW Karşılaştırmalar yapmak için sismik momentten hesaplanan moment magnitüdünü kullanırız.

31 EN BÜYÜK DEPREMLER MW ; büyük depremleri karşılaştırmak için en iyi seçimdir. Çünkü, doyuma ulaşmaz Şili Alaska Kamchatka Aleutians 9.0

32 ENERJİ Bir deprem sırasında açığa çıkan toplam enerji iki kısma ayrılır : 1. sismik dalga enerjisi 2. ısı enerjisi E=Es+Ef loges = Ms loges = m Bu bağıntılara göre ; büyüklükte bir birim değişiklik, açığa çıkan enerjide yaklaşık 30 kat farka yol açar. Büyüklük ölçeği, depremlerin GÜCÜNÜ (enerji) değil, bir sismogramdaki dalgaların genliklerini gerçekten karşılaştırıyor. Böylece, 8.7 büyüklüğünde bir deprem, sismogramda ölçülen 5.8 depreminden 794 kat daha büyüktür, ancak 8.7 deprem 5.8'den kat daha kuvvetlidir (enerji)! Aslında binaları yıkan enerji veya güç olduğu için bu gerçekten daha önemli bir karşılaştırmadır. Bu, 8.7 büyüklüğündeki bir deprem tarafından yayımlanan enerjiye eşit yaklaşık 5.8 büyüklüğünde deprem alacağı anlamına gelir.

33 SONUÇ Büyüklük, yer titreşim genliğinin bir ölçüsüdür. Depremleri çalışmak için birden çok büyüklük ölçeği kullanılır. Tüm büyüklük ölçekleri aynı logaritmik ölçeğe sahiptirler. Farklı periyotlu titreşimler ve farklı dalga tipleri kullanıldığından, büyüklük ölçekleri her zaman aynı değeri vermezler. Büyüklük Sembol Dalga Periyod Lokal (Richter) ML S veya Yüzey Dalgası 0.8 s Cisim Dalgası mb P 1 s Yüzey Dalgası Ms Rayleigh 20 s Moment Mw Kırılma Alanı, Slip 100 s-1000 s Ml Bu magnitüd değeri uzaklığı ~ 600 km den daha yakın depremler için kullanılır. Magnitüdü 6 dan daha küçük olan depremler için geçerlidir. Mb Bu magnitüd sismometreden 12 o den (~1300 km) daha uzaklarda meydana gelen depremler için kullanılır. Bu magnitüd 6.5 dan daha az büyüklükteki depremlerde kullanılır (4-7 arasındaki depremler için). Bu magnitüd derin depremler için kullanılır. Ms Kayıtçı aletten 20 o ile 180 o arasındaki uzaklıkta meydana gelen ve büyüklüğü 5 8 e kadar olan sığ depremler için Ms magnitüd ölçüsü kullanılır. Ms magnitüdünü hesaplayabilmek için yüzey dalgasının (Rayleigh) en büyük genliği ölçülür. Derin depremler için Ms ölçeği depremin büyüklüğünün kestirilmesinde yetersiz kalır.