GENİŞ BANDLI İSTASYONLARIN KULLANILMASI İLE LOKAL BÜYÜKLÜK HESAPLAMALARI VE SÜRE BÜYÜKLÜĞÜ İLE KARŞILAŞTIRMALAR

Transkript

1 GENİŞ BANDLI İSTASYONLARIN KULLANILMASI İLE LOKAL BÜYÜKLÜK HESAPLAMALARI VE SÜRE BÜYÜKLÜĞÜ İLE KARŞILAŞTIRMALAR Ethem Görgün 1, Mustafa Aktar 1 gorgun@boun.edu.tr, aktar@boun.edu.tr Öz: Bu çalışmada Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (BÜ-KRDAE) tarafından işletilen geniş bandlı istasyonlar kullanılarak, 200 adet deprem için lokal magnitüd (M L ) değerleri hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda toplam 7 adet istasyondan sağlanan, yaklaşık 1560 adet dalga formu analiz edilmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde, hesaplanan büyüklük değerlerinin saçılması ve dolayısıyla kendi içerisindeki tutarlığı test edilmiştir. Bu amaçla uzaklık ve büyüklüklere bağlı M L sapmalarının istatiksel analizi yapılmıştır. İkinci aşamada ise, bulunan M L değerleri, aynı depremler için BÜ- KRDAE ve TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Yer ve Deniz Bilimleri Araştırma Enstitüsü (TÜBİTAK-YDBAE) tarafından belirlenmiş olan büyüklüklerle karşılaştırılmıştır. BÜ-KRDAE tarafından hesaplanan M D değerleri ile uyumsuzluk, buna karşın TÜBİTAK-YDBAE ile uyumluluk gözlenmiştir. Bu sonuçlar süreye bağlı bulunan magnitüd ile lokal magnitüd arasındaki ilişkiyi de göz önüne sermektedir. Çalışmanın amacı 17 Ağustos 1999 Gölcük Depremi sonrası BÜ-KRDAE 'de ortaya çıkan magnitüd vermede yaşanan sıkıntıların sona erdirilmesine katkı sağlamaktır Çalışma amacına ulaşmış ve BÜ-KRDAE geniş bandlı istasyonlardan lokal magnitüd verebilen bir duruma gelmiştir. Anahtar Kelimeler: Lokal Büyüklük, Süreye bağlı büyüklük, Sentetik Wood-Anderson Sismogramı, Geniş Bandlı Sismometre. 1 Giriş Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (BÜ-KRDAE) tarafından işletilen geniş bandlı istasyonların kaydettiği Batı Türkiye ve çevresindeki depremlerin lokal büyüklükleri (M L ), yapay (sentetik) biçimde Wood-Anderson kayıtlarına dönüştürülmek suretiyle hesaplanmıştır. Değişik türdeki geniş bandlı istasyonlar, bu iş için geliştirilmiş Seismic Analysis Code (SAC) kodları ve unix-shell programları yardımıyla Wood-Anderson sismometresi kayıtlarına çevrilmiştir. Uzaklıkları 8 ile 785 km olan 200 depremin 1560 kaydındaki en büyük genlikler, Wood-Anderson yapay sismogramlardan okunmuştur. Bu depremler bölgede ortalama 7 istasyonda kaydedilmiş olup ve yerel büyüklükleri ML = 1.0 ile 6.4 arasında değişmektedir. M L büyüklüğü yatay ve düşey bileşenlerden elde edilmiştir. Her deprem için M L değeri tüm istasyonlardan elde edilenlerin ortalaması olarak kabul edilmiştir. Herbir M L büyüklüğünün her istasyondaki saçılma oranı analiz edilmiş ve bu saçılmanın büyüklük ve uzaklığa bağlı olup olmadığı tartışılmıştır. Bu şekilde istasyon büyüklük düzeltme değerleri de bulunmuştur. Elde edilen M L büyüklükleri, BÜ-KRDAE tarafından kullanılan süreye bağlı büyüklük (M D ) hesaplamaları ile karşılaştırılmıştır. Aralarında önemli bir fark gözlenmiş ve M D hesaplamaları için bazı iyileştirme önerileri sunulmuştur. Benzer biçimde hesaplanan bu M L değerleri, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Yer ve Deniz Bilimleri Araştırma Enstitüsü (TÜBİTAK-YDBAE) tarafından farklı istasyonların dalga formları kullanarak hesaplanan M L değerleriyle karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalar sonucunda, bu çalışmada bulunan büyüklüklerin TÜBİTAK-YDBAE tarafından bulunan değerlerle örtüşmekte olduğu, BÜ- KRDAE Ulusal Deprem İzleme Merkezi (UDİM) tarafından bulunan süreye bağlı büyüklük değerleriyle önemli ölçüde sapmalar gösterdiği belirlenmiştir. Kullanılan Veriler BÜ-KRDAE tarafından işletilen 7 adet geniş bandlı istasyon verileri kullanılmıştır. Bu istasyonların dağılımı Şekil 1 de gösterilmektedir. Dağılıma bakacak olduğumuzda istasyonların genel de Türkiye nin batısında toplandığı görülmektedir. Bunun başlıca nedeni olarak bu çalışmanın yapıldığı zamanda sadece bu bölgedeki istasyonların sağlıklı çalışması gösterilebilir. Günümüzde ise çok daha fazla geniş bandlı istasyon çalışır durumdadır ve kesintisiz veri toplanmaktadır yılı itibarıyla, tüm Türkiye deki yaklaşık 20 tane genişbandlı istasyondan M L hesaplanmakta ve kataloglanmaktadır. 1 Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Jeofizik Anabilim Dalı.

2 Çalışmada kullanılan istasyonların isimleri ve uluslarası kodları şöyledir; Kandilli (ISKB), Çatalca (CTTX), Marmara Adası (MRMX), Mürefte (MFTX), Yalova (YLVX), Edirne (EDRB), Balıkesir (BALB). Bu istasyonlardan sayısal telemetri ile veri ileten MRMX, MFTX, YLVX ve CTTX in örnekleme aralığı saniyede 100 örnek; telefon bağlantısı ile çalışan ISKB, EDRB ve BALB nin ise saniyede 50 örnektir. İstasyonların teknik özelliklerine bakacak olursak telemetrik istasyonlarının yarı geniş bandlı istasyonlar olarak isimlendirildiğini söyleyebiliriz. Bundan çıkaracağımız anlam bu istasyonların kaydedebildiği en büyük peryodların 40 sn civarında olmasıdır. Diğer üç istasyonun peryodları 120 saniyeye kadar çıkabilmektedir. Ancak lokal olaylarda, her iki tip sismometre de uyumlu sonuç vermektedir. Bu geniş bandlı istasyonlardan toplanan 200 depreme ait 1560 tane dalga formu kullanılmıştır. Bu veriler otomatik olarak analiz edilmiş ve sonuçlar süreye bağlı büyüklük değerleri ile karşılaştırılmıştır. Şekil 1 de merkez üsleri saptanan depremlerin yerleri görülmektedir. Şekil 2 de bu çalışmada kullanılan depremlerin magnitüd aralıklarına göre dağılımı görülmektedir. Çalışmada yurtdışı merkezli depremler de kullanılmıştır. Depremlerin lokal büyüklüklerinin uzaklığa göre değişimi ise Şekil 3 te görülmektedir. Buradaki noktaların çeşitliliği bir istasyona ait deprem verisinin her üç bileşen için lokal magnitüd değerleriyle gösterilmesinden kaynaklanmaktadır. Şekil 4 te ise ISKB geniş bandlı istasyondan alınan tarihinde ve 02:36:11.04 (GMT) zamanında olan M L =4.4 büyüklüğündeki kayıdın orjinal sismogramı ve sentetik Wood-Anderson sismogramı kayıtları görülmektedir. Şekil 1. Çalışmada Kullanılan Geniş Bandlı İstasyonların ve Depremlerin Dağılımı. İstasyonlar Siyah Ügenler Olarak Gösterilmiştir.

3 EVENT NUMBER M L Şekil 2. Çalışmada Kullanılan Deprem Sayısının Büyüklük Aralıklarına Göre Değişimi M L DISTANCE (km) Şekil 3. Lokal Magnitüdlerin Uzaklığa Göre Değişimi Şekil 4. Çalışmada Kullanılan ISKB İstasyonuna Ait Bir Sismogram Örneği. Birinci Sıra Sentetik Wood-Anderson Kayıdı, İkinci Sıra ise Orjinal Güralp Inc. Sismometresi ile Kaydedilen Sismogramı Göstermektedir.

4 Kullanılan Yöntem Kullanılan yöntem Charles Richter in (Richter, 1935) 1935 yılında ortaya attığı Lokal Magnitüd skalasına dayanmaktadır. Richter e göre 100 km uzaklıkta 1 mm genlikli bir depremin büyüklüğü 3.0 kabul edilir. Bu yöntemde kullanılan Wood-Anderson sismometresinin doğal periyodu 0.8 saniye, damping katsayısı 0.8, büyütmesi de 2800 olarak belirtilmiştir. Richter bu sismometre kayıtlarını kullanarak yatay bileşenlerden lokal büyüklük değerlerini hesaplamıştır. Bunun için kayıtlardaki en büyük genliğin logaritması alınarak uzaklık düzeltmesiyle toplanmış ve sonuca ulaşılmıştır. Bu işlem şöyle ifade edilmektedir. M L = LogA max -LogA 0 (1) Burada A max ile ifade edilen sismogramdaki maksimum genliktir. A 0 ise uzaklık düzeltmesini ifade etmektedir. A 0 değeri uzaklığın fonksiyonu olarak ifade edilir. Ayrıca bu formüle istasyon düzeltmesi ve bölgesel yapıdan kaynaklanan değerler de ilave edilebilir. LogA 0 olarak ifade edilen uzaklığa bağlı düzeltmeler 600 km ye kadar yapılmıştır. Çünkü bu kilometreden sonra değerler satürasyona uğramaktadır. Bunu Şekil 5 te ayrıntılı bir şekilde görmekteyiz. Richter eğrisi sinyal genliğinin yerkabuğundan kaynaklanan etkilerinden ileri gelen, saçılma, elastik olmayan atenüasyon, istasyon-kaynak arasındaki yapı gibi, bazı koşullardan etkilenir. Bu etkiler sonucunda 600 km den sonra bu eğri düz bir hal alır ve LogA 0 hiçbir değişikliğe uğramaz..bu nedenle, Lokal büyüklük 30 km ile 600 km arasında en iyi sonucu vermektedir. Bu çalışmada Richter tarafından belirlenen eğri bir polinom ile gösterilmiştir. Şekil 5 te kırmızı ile görülen ikinci eğri bu çalışmada kullanılan polinom denklemlerinden elde edilmiştir. Richter özgün eğrisine daha duyarlı biçimde yakınsamak amacıyla, 200 km uzaklığın altındaki ve üzerindeki mesafeler için farklı polinom kullanılmıştır. Burada iki ayrı uzaklık için en uygun polinomu çakıştırma işlemi yapılmış ve aşağıdaki değerler bulunmuştur. uzaklık < 200 km p(x) = x x x (2) uzaklık > 200 km p(x) = x x (3) Şekil 5 orjinal Richter (mavi) değerleriyle, bu çalışmada bulunan değerleri göstermektedir. Bu çalışmada denklem (1) e bağlı kalınmış, geniş bandlı istasyonları Wood-Anderson sentetik sismogramına çevirerek maksimum genliği ve uzaklık düzeltme değerini hesaplanmıştır.. Bu işlem için Seismic Analysis Code (SAC) programı kullanılmış ve veriler Wood-Anderson sismogramına çevrilmiştir. Bu işlemler tamamen otomatik olarak Linux-shell programlama diliyle yapılmaktadır. Önceleri Linux ortamında kullanılan program şu anda Windows işletim sisteminde de başarı ile kullanılmakta ve Ulusal Deprem İzleme Merkezi (UDİM) tarafından yurtiçi ve yurtdışı depremlerin lokal büyüklüklerinin hesaplanmasında kullanılmak üzere referans olarak seçilmiştir. Burada kullanılan otomatik hesaplama yönteminin diyagramı Şekil 6 da ayrıntılı olarak gösterilmiştir. İlk aşamada deprem verileri EARTHWORM sistemi yardımıyla SAC formatında çekilmektedir (Dean and Kömec, 2003). Bu çekilen veriler ham verilerdir. Bu veriler iki dosya ile güncellenmektedir. Bunlardan biri sta.dat dediğimiz, istasyonların alet etkisine ait (pole ve zero) bilgilerinin olduğu dosyadır. Bu dosya yardımıyla alet etkisi giderilmektedir. Diğer bir dosya ise Şekil 6 da görülen event.dat dosyasıdır. Bu dosya depremin enlem, boylam ve zaman bilgilerini içermektedir. SAC verisi güncellendikten sonra bu programın içinde olan yazılım komutları kullanılarak geniş bantlı sismometrelerde (Güralp Inc.) kaydedilen sismogramlar sentetik Wood-Anderson sismogramı na (Şekil 6) dönüştürülmektedir. Daha sonra belli uzaklıklara kadar hesaplanan -LogA 0 değerleri bulunur ve en büyük genlikle toplanarak lokal magnitüd değerini verir. Bu değerler istasyon bazında hesaplanmaktadır. Her istasyonun M L değerleri hesaplanarak bu değerlerin aritmetik ortalaması alınır ve genel değere ulaşılır. Her depreme ait tek değer bulunduktan sonra istasyonların bu genel değerden ne kadar farklı olduğunu bulabilmek için her istasyonun magnitüd değeri bu değerden çıkartılır.

5 Şekil 5. Richter Atenüasyon Eğrisi (Mavi) ile Çalışmada Bulunan Atenüasyon Eğrisinin (Kırmzı)Karşılaştırılması *.SAC (ham veri) EVENT. DAT GO.SH STA.DAT *.SAC (veri içeriğinin güncellenmesi) İstasyonun Alet Etkisinin Giderilmesi Güralp Sismogramı ndan Sentetik Wood-Anderson Sismogramı na dönüşüm Uzaklığa bağlı A 0 değerlerinin elde ettiğimiz yaklaşık atenüasyon formülünden bulunması, A MAX yani maksimum genlik değerlerinin dalga formundan elde edilmesi [M L =LOG A MAX (mm) LOG A 0 ( )] M L Hesaplanması Magnitüd çıktı dosyası Şekil 6. Otomatik Lokal Magnitüd Hesaplama Adımları

6 İstasyon düzeltmesi=ē istasyon = N 1 N i= 1 (M L M Listasyon ) (4) Formül (4 ) te istasyon düzeltmesinin nasıl bulunduğu görülmektedir. Burada, M L = genel ortalamadan elde edilen değer, M Listasyon = istasyon bazında elde edilen değer, Ē istasyon = Herbir istasyondaki hata değerini ifade eder. Bu işlemden sonra ise herbir istasyona ait varyans değerleri bulunur. Varyans= σ 2 = 1 N (E Ē istasyon ) 2 (5) N i= 1 Bu formülde, Ē istasyon = istasyon düzeltmesi, E=M L M Listasyon olarak tanımlanmıştır. Şekil 7 de ISKB geniş bandlı istasyonu için hata değerleri bulunmuş ve magnitüd değerlerine göre çizdirilmiştir. Ayrıca Şekil 8 de de aynı istasyonun uzaklığa bağlı hata değerleri hesaplanmış ve çizdirilmiştir ML-ML ISKB M L Şekil 7. ISKB İstasyonundaki Lokal Büyüklük Değerlerinin Genel Büyüklük Değerlerine Göre Saçılması 1.0 ML-ML ISKB DISTANCE (km) Şekil 8.. ISKB İstasyonundaki Lokal Büyüklük Değerlerinin Uzaklık Değerlerine Göre Saçılması

7 ERROR VALUES MAGNITUDE Şekil 9. ISKB İstasyonu İçin Belirtilen Magnitüd Aralıklarında Ortalama Hata Değerlerinin Hesaplanması VARIANCE VALUES MAGNITUDE Şekil 10. ISKB İstasyonu İçin Belirtilen Büyüklük Aralıklarındaki Varyans Değerleri. Şekil 9 ve Şekil 10 bize göstermiştir ki, magnitüd değerleri büyüdükçe ortalama hata ve varyans değerlerinde bir artış olmaktadır. Ancak burada unutulmaması gereken en önemli konu özellikle 5.0 değerinden büyük magnitüd sayısı oldukça az olduğudur. ISKB istasyonu hata ve varyans değerleri bakımından oldukça iyi bir sonuç vermiştir. Sonuçlar Çalışmanın sonucunda kendi bulduğumuz lokal büyüklük değerleriyle UDİM de kullanılan süreye bağlı büyüklük (M D ) değerleri karşılaştırıldı. Bu karşılaştırma Şekil 11 de görülmektedir. Bu karşılaştırma sonucunda ortaya lokal büyüklük ile süreye bağlı büyüklük arasında önemli bir fark bulunmuş ve bu ilişki aşağıdaki doğrusal denklemle ifade edilmiştir: M D-BU KOERI = 0.54 * M L (6) bağıntısı bulunmuştur. Bu sonuca göre M D nin sadece 2.5 ile 4.0 değerleri arasında kullanılabileceği ortaya çıkmıştır. Bu değerlerin altında ve üstünde süreye bağlı magnitüd değerleri (M D ) güvenilir sonuç vermemektedir. Öte yandan, bu çalışmada bulunan M L büyüklük değerleri, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Yer ve Deniz Bilimleri Enstitüsü tarafından bulunan lokal büyüklük değerleri ile örtüşmektedir. Şekil 12 de bu açıkça görülmektedir. Bu iki Lokal magnitüd ölçümleri, 1.0 ile 6.5 değerleri arasında oldukça yakın sonuçlar verebilmektedir.

8 Ayrıca Yatay bileşenlerden elde edilen değerlerle düşey bileşenlerden elde edilen değerler karşılaştırılmış ve düşey bileşenlerin ortalama 0.2 birim daha küçük sonuçlar verdiği görülmüştür. Bu da bize göstermiştir ki lokal büyüklüğü tek düşey bileşenli istasyonlardan da hesaplamak mümkündür, ancak güvenilir sonuçlar için 0.2 birim ilave etmek gereklidir y = x M D BU KOERI M L Thesis Şekil 11. M D M L Karşılaştırması Gelecek ile ilgili olarak ise mevcut kullanılan geniş bandlı istasyonların her biri için bir formül geliştirilebilir. Bu çalışma yalnızca BÜ-KRDAE istasyonları için değil, şu an uluslararası işbirliğine gittiğimiz ve verilerini kullandığımız diğer ülke istasyonları için de yapılabilir M L TUBITAK M L Thesis Şekil 12. Tübitak Tarafından Hesaplanan M L Değerlerinin Çalışmada Bulunan M L Değerleriyle Hesaplanması Teşekkür Bu çalışmanın ortaya çıkmasındaki katkılarından dolayı verilerin toplanması bağlamında emeği geçen tüm Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü çalışanlarına teşekkürlerimizi bildiririz. KAYNAKLAR 1. Aktar, M. and Bicmen, F., Seismic Data Acquisition in Remote Regions, Cahiers du Centre Europeen de Geogdynamique et de Seismologie, Vol.I, p:11-17, Childs, D. and Kömeç A. (2003). The Kandilli Observatory Real-Time Automated Seismic Data Proc essing System, EarthWorm application in Turkey, ORFEUS Electronic Newsletter.

9 3. Langston, C.A., Brazier, R., Nyblade, A.A. and Owens, T.H. (1998). Local Magnitude Scale and Seismicity Rate for Tanzania, East Africa. Bull. Seism. Soc. Am., 88, Lee, W.H.K., Bennett, R.E. and Meagher, K., (1972). A method of estimating magnitude of local earthquakes from signal duration. Geol. Surv. Open-File Rep. (U.S.), Kim, W.Y. (1998). The M L Scale in Eastern North America. Bull. Seism. Soc. Am., 88, Richter, C. F. (1935). An Instrumental earthquake magnitude scale, Bull. Seism. Soc. Am. 25, Richter, C. F. (1958). Elementary Seismology, W. H. Freeman & Co., San Francisco, 768 pp. 8. Tapırdamaz, M.C., Özalaybey, S., Aktar, M. (1998). Investigation of M L -M D Magnitude Relationship in the Cilician Microearthquake Network. The Second Assembly of Active Tectonic Research Group, İstanbul Technical University, İstanbul.