TÜRKİYE NİN FARKLI BÖLGELERİ İÇİN SİSMİK HAZARD PARAMETRELERİ ARASINDAKİ İLİŞKİLER

Transkript

1

2

3 TÜRKİYE NİN FARKLI BÖLGELERİ İÇİN SİSMİK HAZARD PARAMETRELERİ ARASINDAKİ İLİŞKİLER THE RELATIONSHIPS OF SEISMIC HAZARD PARAMETERS IN DIFFERENT REGIONS OF TURKEY Yusuf BAYRAK 1, Serkan ÖZTÜRK 1 ve Özlem İŞTEMEN 1 1 Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeofizik Mühendisliği, Trabzon bayrak@ktu.edu.tr ÖZET Sismik hazard parametreleri arasındaki ilişkileri ortaya koyabilmek için Türkiye tektonik özellikleri farklı 8 ayrı bölgeye ayrılmıştır. Değişik kaynaklardan derlenerek yüzey dalgası magnitüdü M S ' ye göre homojen hale getirilen deprem katalogu kullanılarak her bir bölge için Gutenberg-Richter ilişkisi ile a, b ve a/b modal değerleri, Gumbel Uç Dağılım yöntemi kullanılarak beklenen maksimum magnitüd (M Max ), şiddet (I Max ), ivme (acc Max ), hız (V Max ) ve yer değiştirme (D Max ) değerleri hesaplanmıştır. Bu parametrelerin en yüksek değerleri Kuzey Anadolu fayında, Ege arkında ve Batı Anadolu da, en düşük değerleri Kıbrıs arkı ve Orta Anadolu Bölgesinde hesaplanmış ve bu parametrelerin birbirleriyle ilişkili olduğu gözlenmiştir. Bu parametreler arasında ampirik ilişkiler geliştirilmiş, bir parametrenin bilinmesi halinde diğerlerinin de elde edilebileceği görülmüştür. Geliştirilen ampirik ilişkiler kullanılarak a/b değerlerinden M Max, I Max, acc Max, V Max ve D Max parametreleri için kontur haritaları hazırlanmıştır. Bu haritaların sismik hazardı iyi bir şekilde yansıttığı gözlenmiştir. Hesaplanan bütün parametrelere bağlı olarak Türkiye için en riskli bölgelerin Erzincan, Tokat, Kastamonu, Bolu, Düzce, Adapazarı ve İzmit civarlarında olduğu görülmüştür. Yapay olarak üretilen haritaların Türkiye nin sismik hazardını ortaya koymada kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. ABSTACT Turkey has been divided into eight different regions to examine relationships between seismic hazard parameters. The data is compiled from different sources and a uniform catalog of M S has been constructed. For each regions, a, b and a/b modal values are calculated using Gutenberg- Richter relationship and maximum values of magnitude (M Max ), intensity (I Max ), acceleration (acc Max ), velocity (V Max ) and displacement (D Max ) are calculated from Gumbel's asymptotic distribution using the uniform catalog. The highest values of all parameters are calculated in the North Anatolian fault, Aegean arc and the West Anatolian Graben System. while the lowest values in the Mid Anatolian and Cyprus arc and it is observed that the parameters are related to each other. The empirical relationships have been developed between these parameter. It is resulted that if one parameter is computed, other parameters can be calculated empirically. Using developed relationships the empirical contour maps of M Max, I Max, acc Max, V Max and D Max parameters are computed from a/b values. Considering the calculated parameters, it is resulted that the most hazardous regions in Turkey are Erzincan, Tokat, Kastamonu, Bolu, Düzce, Adapazarı, İzmit and vicinity. It is observed that the maps produced empirically may be used as a measure of seismic hazard in Turkey. 1. VERİ ve YÖNTEM Bu çalışmada kullanılan veri seti değişik kataloglardan derlenmiştir yılları arasındaki depremler, United States Geological Survey-National Earthquake Information Center (USGS- NEIC) tarafından hazırlan "Global Hypocenter Data Base" kompakt diskinden (CD-ROM) alınmıştır yılları arasında oluşan depremler için, USGS tarafından aylık olarak yayınlanan Premilinary Determination of Epicenters (PDE) kataloğu ve internette kullanıcıya açık olan Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS) katalogları kullanılmıştır. Her iki katalogdaki veri birleştirilerek yılları arasında oluşmuş deprem hakkında bilgilerin bulunduğu homojen olmayan bir katalog elde edilmiştir. Bu çalışmada kullanılan katalog 102

4 farklı magnitüd türleri ve magnitüd-şiddet arasında geliştirilen ampirik ilişkiler kullanılarak yüzey dalgası magnitüdü (M S ) için homojen hale getirilmiştir. Türkiye ve civarında değişik sismik hazard parametreleri arasındaki ilişkiyi irdelemek için Erduran (2002) tarafından hazırlanan bölgelendirme ve hazırlanan katolagta yer alan depremlerin episantr dağılımları Şekil 1 de gösterilmiştir. 1. ve 2. bölge Kuzey Anadolu Fayını, 3. bölge Kuzey Doğu Anadolu Fay sistemini ve Kafkasları, 4. bölge Doğu Anadolu fayını ve Bitlis Zagros Bindirme kuşağını, 5. bölge Ege-Kıbrıs arkının bir bölümünü, 6. bölge Ege arkını, 7. bölge Batı Graben sistemini ve 8. bölge Orta Anadolu fay sistemini kapsamaktadır. Sismik hazard çalışmalarından yaygın olarak Gutenberg-Richter (G-R) ilişkisi ve Gumbel uç değerler yöntemleri kullanılmaktadır. Magnitüd-frekans ilişkisi olarak ta bilinen bağıntı (Gutenberg-Richter, 1954) Log N = a - bm (1) şeklindedir. Burada M; magnitüdü, N; M değerinden büyük veya eşit olan depremlerin yıllık ortalama oluş sayısıdır. a ve b sabit katsayılar olup, ait oldukları bölgelerin sismik ve tektonik özelliklerine bağımlıdır. Şekil yılları arasında Türkiye ve civarında oluşan depremler ve sismik hazard parametrelerinin hesaplanmasında kullanılan 8 farklı bölge. Gumbel uç değerler metodunun ve 3. tip asimtotik dağılımları (Makropoulos & Burton, 1986); G I (m) = exp [-exp(-α(m-u))] α>0 (2) G II (m) = exp[-((u-m 0 )/(m-m 0 )) k ] k>0, m>m 0, u>m 0 0 (3) G III (m) = exp [-((w-m)/(w-u)) k ] m<w, u<w, k>0 (4) bağıntıları ile verilir. Burada m; maksimum (uç) magnitüd değeri, α ve u; Gutenberg-Richter bağıntısında olan a ve b ile ilgili katsayılardır. Gumbel I doğrusal bir davranış göstermesine rağmen, 103

5 Gumbel III dağılımı kavisleşen bir eğri şeklindedir ve bu eğride k kavisleşme parametresi, w, uç değerler aralığının üst sınırı ve u, tekrarlanan uç değerlerin karakteristik değeridir. İvme, hız ve yerdeğiştirme değerleri Orphal ve Lahoud (1974) tarafından, acc = 6.6* M r cm/s 2 (5) V= 0.726* M r cm/s (6) D = * M r cm (7) geliştirilen ilişkiler kullanılarak hesaplanmıştır. Burada r odak derinliğini göstermektedir. Türkiye nin 8 farklı bölgesi için G-R ilişkisinden hesaplanan a/b ve Gumbel dağılımlarından hesaplanan M Max, I Max, acc Max, V Max ve D Max değerleri Tablo 1 de verilmiştir. Hesaplanan a/b değerleri , M Max değerleri , I Max değerleri , acc Max değerleri cm/s 2, V Max değerleri cm/s ve D Max değerleri cm aralığında değişim göstermiştir. Bu parametrelerin en yüksek değerleri Kuzey Anadolu fayında, Ege arkında ve Batı Anadolu da, en düşük değerleri Kıbrıs arkı ve Orta Anadolu Bölgesinde hesaplanmış ve bu parametrelerin birbirleriyle ilişkili olduğu gözlenmiştir. Bu ilişkiler dikkate alınarak En küçük kareler yöntemi ile a/b ile M Max, I Max, acc Max, V Max ve D Max arasında, M Max =1.10*(a/b)-0.64 (8) I Max =1.47*(a/b)-1.22 (9) acc Max =exp(078*(a/b))*1.57 (10) V Max =exp(1.29*(a/b))* (11) D Max =exp(1.49*(a/b))* (12) bağıntıları hesaplanmıştır. Tablo 1. Türkiye'de 8 farklı bölge için hesaplanan parametreler Bölge Deprem a/b M Max I Max acc Max V Max D Max Sayısı (cm/s 2 ) (cm/s) (cm) Şekil 2, 1 x1 'lik grid aralığı için hesaplanan sismik hazard haritalarını göstermektedir. Şekil 2a da verilen a/b kontur haritası doğrudan G-R ilişkisinden hesaplanmıştır. Şekil 2b-2f de gösterilen M Max, I Max, acc Max, V Max ve D Max haritaları ise (8)-(12) bağıntıları kullanılarak a/b değerlerinden ampirik olarak hesaplanmıştır. Kontur haritaların tümünde riskli bölgeler aynı yerlere denk düşmektedir. Bu yüzden ampirik olarak hazırlanan haritaların sismik hazardı iyi bir şekilde yansıttığı gözlenmiştir. Tüm haritalarda en yüksek değerler Kuzey Anadolu fayı, Ege arkı ve Batı Anadolu da gözlenmiştir. Hesaplanan bütün parametrelere bağlı olarak Türkiye için en riskli bölgelerin Erzincan, Tokat, Kastamonu, Bolu, Düzce, Adapazarı ve İzmit civarlarında olduğu görülmüştür. 104

6 2. SONUÇLAR Bu çalışmada Türkiye nin farklı bölgeleri için sismik hazardın farklı tektonizmalara göre değişimi incelenmiş ve değişik sismik hazard parametreleri arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Değişik kaynaklar kullanılarak Türkiye ve civarında yılları arasında oluşan depremleri içeren yeni bir katalog hazırlanmıştır. Sismik hazard çalışmasının sağlıklı bir şekilde yapılabilmesi için katalog ampirik ilişkiler kullanılarak M S ' ye göre homojen hale getirilmiştir. Parametrelerin bölgelere değişimini incelemek için Türkiye nin 8 farklı bölgesi dikkate alınmıştır. Homojen deprem katalogu kullanılarak her bir bölge için Gutenberg-Richter (G-R) ilişkisinden a/b modal değerleri, Gumbel Uç Dağılım yöntemi kullanılarak beklenen maksimum magnitüd (M Max ), şiddet (I Max ), ivme (acc Max ), hız (V Max ) ve yer değiştirme (D Max ) değerleri hesaplanmıştır. Bu parametrelerin en yüksek değerleri Kuzey Anadolu fayında, Ege arkında ve Batı Anadolu da, en düşük değerleri Kıbrıs arkı ve Orta Anadolu Bölgesinde hesaplanmıştır. Tüm parametreler için yüksek değerlerin aynı yerlerde gözlenmesine bağlı olarak bu parametrelerin birbirleriyle ilişkili olduğu sonucuna varılmıştır. Bu parametreler arasında ampirik ilişkiler geliştirilmiş, bir bölge için G-R ilişkisi hesapladıktan sonra diğer parametrelerinde ampirik olarak hesaplanabileceği ortaya konmuştur. Geliştirilen ampirik ilişkiler kullanılarak a/b değerlerinden M Max, I Max, acc Max, V Max ve D Max parametreleri için kontur haritaları hazırlanmıştır. Bu haritaların sismik a/b haritasında olduğu gibi sismik hazardı iyi bir şekilde yansıttığı gözlenmiştir. Bu yüzden, bu haritaların sismik hazard çalışmalarında başarı ile kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Hesaplanan bütün parametrelere bağlı olarak Türkiye için en riskli bölgelerin Erzincan, Tokat, Kastamonu, Bolu, Düzce, Adapazarı ve İzmit civarlarında olduğu görülmüştür. Şekil yılları arasında Türkiye ve civarında oluşan depremler için 1 o x1 o grid aralığı kullanılarak hesaplanan a) a/b (modal değerler), b) M Max (beklenen en büyük magnitüd), c) I Max (beklenen en büyük şiddet), d) acc Max (cm/s 2 ) (beklenen en büyük ivme), e) V Max (cm/s) (beklenen en büyük hız) ve f) D Max (cm) (beklenen en büyük yer değiştirme) kontur haritaları. a/b kontur haritası doğrudan Gutenberg-Richter ilişkisinden, diğer haritalar ise (8)-(12) bağıntıları kullanılarak a/b değerlerinden ampirik olarak hesaplanmıştır. 105

7 KAYNAKLAR Erduran, A., Türkiye'de Değişik Sismik Zonlarda Oluşan Depremlerin Kaynak Parametrelerinin İncelenmesi ve Bu Parametrelerin Aktif Faylarla İlişkisinin Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, K.T.Ü, Fen Bil. Enst. Trabzon. Gutenberg, B. ve Richter, C. F., Earthquake Magnitude, Intensity, Energy and Acceleration, Bull. Seism. Soc. Am., Vol.32, No.3, July. Makropoulos, K., C., ve Burton, W., P., 1986, Hazan: A fortan program to evaluate seismic-hazard parameters using Gumbel s theory of extreme value statistics, Computer & Geosciences, 12, Orphal, D. L. ve Lahoud, J. A., Prediction of peak ground motion from earthquakes: Bull. Seism. Soc. America, v.64, no.5, p