Maden Tetkik ve Arama Dergisi

Transkript

1 Türkçe Bask ISSN : X Güney Marmara Bölgesindeki Büyük Vadilerin Olas Deflilme Zaman...Nizamettin KAZANCI, Ömer EMRE, Korhan ERTURAÇ, Suzan A.G. LEROY, Salim ÖNCEL,...Özden LER ve Özlem TOPRAK 1 Orta Toroslarda Bucakk flla Bölgesinin (GB Karaman) Tektono-Sedimanter Geliflimi...Tolga ES RTGEN 19 Karaburun Yar madas Kuzey K y Kesiminin Neojen Stratigrafisi...Fikret GÖKTAfi 43 Edremit Körfezi ve Dikili Kanal (KD Ege Denizi) K y Alanlar nda Jeolojik Yap Özelliklerinin Belirlenmesinde Bentik Foraminiferlerin Önemi...Engin MER Ç, Niyazi AVfiAR, pek F. BARUT, Mustafa ERYILMAZ, Fulya YÜCESOY ERYILMAZ,...M. Baki YOKEfi ve Feyza D NÇER 63 Alibaltalu Laterit Yata na Ait Jeokimyasal Araflt rmalar, Shah ndezh KD su, KB ran...ali ABED N, Ali Asghar CALAGAR ve Khadijeh M KAE L 69 Toprak ve Akasya A ac Sürgünlerindeki z/a r Element Da l m...alaaddin VURAL 85 Afflin-Elbistan-K fllaköy Aç k Kömür flletmesindeki Do u fievlerinin Durayl l n n Sonlu Elemanlar ve Limit Denge Yöntemiyle ncelenmesi... brahim AKBULUT, lker ÇAM, Tahsin AKSOY, Tolga ÖLMEZ, Dinçer ÇA LAN, Ahmet ONAK,...Süreyya SEZER, Nuray YURTSEVEN, Selma SÜLÜKÇÜ, Mustafa ÇEV K ve Veysel ÇALIfiKAN 107 Simav Havzas n n Jeofizik Verilerle Analizi ve Modellenmesi...Ceyhan Ertan TOKER 119 Maden Tetkik ve Arama Dergisi Yay n Kurallar MTA Dergisi (2014) 148: MADEN TETK K VE ARAMA DERG S Maden Tetkik ve Arama Dergisi Ç NDEK LER S MAV HAVZASININ JEOF Z K VER LERLE ANAL Z VE MODELLENMES, BATI ANADOLU GEOPHYSICAL ANALYSIS AND MODELLING OF THE S MAV BASIN, WESTERN ANATOLIA Ceyhan Ertan TOKER a a MTA Genel Müdürlü ü Jeofizik Etütler Daire Baflkanl, Anahtar sözcükler: Simav, graben, fay, gravite, manyetik, asta, ters çözüm, modelleme Bat Anadolu ÖZ Gravite ve manyetik potansiyel alan yöntemlerinde, jeolojik yap yla iliflkili parametreleri ayd nlatmak için çeflitli veri ifllem teknikleri uygulan r. Kenar alg lama yöntemleri de veri ifllem teknikleri aras nda yer al r. Bu çal flmada, 2B, 3B ters çözüm ve yeni kenar alg lama tekniklerinden asta tekni i uygulanarak, Simav Yar Grabeninin jeolojik konumunun derindeki geometrisi ve tektonik hatlarla iliflkisi ortaya konulmufltur. Asta, tilt aç s kullan larak elde edilmifltir. Keywords: Simav, graben, fault, gravity, magnetic, asta, inversion, modelling ABSTRACT The various data processing techniques, to illuminate the parameters of the geological structure which are applied in gravity and magnetic potential field methods. Also edge detection procedures are in data processing techniques. In this study, 2D, 3D, inversion and asta technique is one of the new edge detection procedures were applied to clarify correlation between the Simav half graben s deep position and geometry of the tectonic lineaments. The Asta is obtained using the tilt angle. 1. Girifl Bu çal flmada Simav grabeninin konumu jeofizik verilerle 2b, 3b ve kenar zon alg lamas yap larak incelenmifltir. Uygulanan veri ifllem tekniklerinin sahaya özgü getirdi i aç l mlar n ya da k s tlamalar n genele dair olup olmad n n irdelenmesi, problemin faydal yanlar ndan biridir. Genel ve özel çözüm iliflkisi her disiplin ve alt disiplinde oldu u gibi etkileflimlidir. Çal flman n amac Simav Yar Grabenine ve grabeni s n rlayan faylara, Jeofizik verilerle 2. ve 3. boyuttan yeni bir bak fl kazand rmakt r. Uygulanan veri ifllem çal flmalar sonucunda graben anakaya görüntüsü, üst kabuk s n r arayüzey görüntüsü ve Simav Fay ile Nafla Fay Zonu kesifliminden oluflan köfle yap s tespit edilmifltir. Yap lan tüm ifllemler, potansiyel alan haritalar ndan maksimum bilgi elde etmek ve haritalardaki jeolojik yap lar n fiziksel parametrelerini ortaya koymaya yöneliktir. Öncel çal flmalarda, analitik sinyalin ikinci düfley türevi Hsu vd. (1996), tilt aç s n n total yatay türevi Verdusco vd. (2004), hiperbolik tilt aç s ve tilt aç s n n ikinci düfley türevleri Cooper ve Cowan (2004) taraf ndan kenar zon alg lama veri ifllemlerinde kullan lm flt r. ASTA yöntemi, Ansari ve Alamdar (2011), taraf ndan yeni bir kenar alg lama yöntemi olarak sunulmufltur. Kaynak kodlar Matlab program ile yaz lm fl ve sentetik model verilere uygulanm flt r. Bu çal flmadaki kenar alg lama prosesleri Ar soy ve Dikmen (2011) taraf ndan gelifltirilen Potensoft veri ifllem yaz l m kullan larak yap lm flt r. Bununla * Baflvurulacak yazar : toker.ertan@gmail.com 119

2 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi 120 birlikte, söz konusu yaz l m menüsü, Asta modülü içermemektedir. Asta modülü, yaz l mdaki program parças ndan modifiye edilerek türetilmifl ve yaz l m menüsüne taraf m zdan eklenerek kullan lm flt r. Tilt aç s n n ikincil potansiyel gibi davranmas ile birlikte s n rlar netleflen yap n n, analitik sinyal tekni i ile de iflimlerinin de incelenebildi i görülmüfltür. Daha sonra, faz filtresinden türev filtresine geçifl yap lm flt r. Böylece, tilt aç s ve analitik sinyal ifllemleri ayr ayr uyguland nda meydana gelen olumsuz sinyal/gürültü oran n n iyileflti i ve prizma fleklindeki model yap lar n köfle duyarl l n n korundu u görülmüfltür. Yatay türevin kenar s n rlar n alg lamas, düfley türevin anomaliyi belli bir alanda lokalize etmesi ve analitik sinyalin yap s n rlar nda yüksek de erler vermesi, seçilebilirlik bak m ndan önemli katk sa lamaktad r. Tilt aç s yöntemi uyguland nda artan derinlikle birlikte, kenar s n rlar n n netli ini kaybetmesi gibi sorunlar n ortadan kalkt ve yap köflelerinin korundu u, seçilebilir kenar zon alg lamalar n n ortaya ç kt görülmüfltür. 2. Materyal ve Metod Bu çal flmada, kenar alg lama tekni i ASTA bileflenleri (Analitik sinyal, tilt aç s ) tan t ld ktan sonra, yöntemin di er kenar alg lama teknikleri ile karfl laflt rmas yap lm flt r. Bunun için Demirbafl ve Uslu (1986) taraf ndan üretilen saha verisine kenar alg lama ve ters çözüm yöntemleri uygulanarak sonuçlar tart fl lm flt r Analitik Sinyal ve Tilt Aç s Analitik Sinyal Analitik sinyal, M Gravite veya Manyetik potansiyel alan olmak üzere, AS(x,z) = M / x + i M / z (1) olarak verilmektedir. Analitik sinyalin genli i AS(Z) = (( M / x) 2 + ( M / z) 2 ) 1/2 (2) fleklinde ifade edilmektedir. 3 Boyutlu Analitik Sinyal teorisi Analitik sinyal, manyetik anomaliye ait türevlerin hesaplanmas yla dalga say s ortam nda kolay türetilebilir. ki boyutlu Fourier dönüflüm çifti afla daki flekilde kullan larak g(k x, k y ) = F[f(x,y)] = f(x,y) e -i(k x x +k y y) dx,dy (3) f(k x, k y ) = F -1 [g(k x, k y )] (Denklem 3) =1/4P 2 g(k x, k y ) k x, k y dk x, dk y haline gelir. k x ve k y x ve y do rultusundaki dalga say lar olmak üzere; (3) no lu ba nt kullan larak M manyetik potansiyelin Fourier transformu ile dalga say s ortam nda yatay ve düfley türevleri, hatta potansiyelin farkl türev iliflkileri tan mlanabilir (Roest vd., 1982). birim vektörler olmak üzere üç boyutlu analitik sinyal: (4) (4) no lu ba nt dan Hilbert dönüflüm çiftindeki reel ve kompleks gösterime geçifl yap l rsa; Frekans ortam nda Fourier gradyenti olarak, fleklinde yaz l r. F[M], frekans ortam ndaki gradient operatörüdür. (5) olarak kabul edildi inde, potansiyelin yatay ve düfley gradyent iliflkileri göz önüne al nd nda, (5) No lu denklemin reel k sm anomalinin yatay türevi, kompleks k sm ise düfley türevdir (Pedersen, 1989). (6) Yatay ve düfley türev aras ndaki iliflki, frekans ortam ndaki 3B Hilbert dönüflüm, [(?.k)/?k?)] operatörüdür (Roest vd., 1992). Burada grid datas n n 3B otomatik interpretasyonu 2B genlik fonksiyonuna; bu fonsiyon da Nabignan (1972, 1974) taraf ndan verilen (2) no lu denklemin mutlak de erine eflittir. AS(x,z) = (( M/ x) 2 + ( M/ y) 2 + ( M/ z) 2 ) 1/2 (7) Bu denklem, 3B analitik sinyal denklemidir. Analitik sinyal (D: 7), jeolojik yap n n kenar zonlar nda maximum olur.

3 MTA Dergisi (2014) 148: Türevlerden dolay, de iflimin oldu u yerler, en büyük genlikle ifade edilmektedir. Buradaki ifadede yap n n kaynak k sm n n ön plana ç kt anlafl lmal d r. Çoklu yap lar kaynak kütleye indirgendi inde, art k Jeolojik yap s n rlar haline geldi inden, daha fazla ayr flt r lamamaktad r (Ansari ve Alamdar, 2011). Tilt Aç s Kenar zon alg lamalar nda tilt aç s temel faz filtrelerinden biri olarak tan mlanmaktad r. Bu filtreyi ilk gelifltiren ve kullanan Miller ve Singh (1994) olmufltur. Düfley türevin, total yatay türevin genli ine oran n n Arctan, tilt aç s n vermektedir. Tilt=Arctan ( M/ z) / [( M/ x) 2 +( M/ y) 2 ) 1/2 (8) Tilt aç s kaynak yap üzerinde ve yak n nda pozitif de erler (+90) al r. Kütlenin üzerinden uzaklaflt kça önce s f ra yaklafl r, ard ndan eksi de erlere geçer (-90) ve pozitif ve negatif anomalilerin aras nda bir bant fleklinde uzan r. S f r oldu u yerler kenar zonlard r. Anomali konturlar aras nda -p/4 ve p/4 aras ndaki mesafenin yar s, yap s n r n n üst yüzey derinli ine eflittir (Salem vd., 2007). fiekil 1 de tilt aç s ve bileflenleri flematik olarak görülmektedir. tamam nda düfleydeki de iflim, potansiyel alan fliddeti ile tan mlanmaktad r. Bu zorunluluk, düfley türevde sorun olarak ortaya ç kmaktad r. Kenar s n r geçifllerinde ölçüm alan nda yer alan farkl derinlikteki kütlelere ait kenar s n rlar istenilen ölçüde keskin ve net olarak görülememektedir. Rejyonal alan çal flmalar nda alan büyüklü ü ve içindeki çoklu yap lar, veri ifllem aflamalar nda dar bir alanda görüntülenmektedir ve olaylar birbirine çok yak n durmaktad r. Bu nedenle arazi verisinin yorumlanmas zorlaflmaktad r. Düfley bileflen ( T/ z) tilt kayna n n derindeki de iflimini ifade eder. Tilt aç s ile s n rlar belirginleflen kütlenin derin etkisi de analitik sinyalde yerini al r. Analitik sinyal, tilt aç s yöntemi ile birlikte kullan ld nda baz görüntülerin daha netleflti i görülmektedir. 4. Nolu ba nt da M potansiyali yerine T tilt aç s yaz ld nda AS(Z) = (( T/ x) 2 + ( T/ y) 2 + ( T/ z) 2 ) 1/2 (9) ba lant s elde edilir. Bu ba nt, tilt aç s ndan analitik sinyal üreten ASTA ba nt s d r Kenar alg lamada kullan lan türev filtreleri, faz filtreleri ve asta mödülü Ar soy ve Dikmen (2011) taraf ndan Potensoft yaz l m nda kullan lmak üzere önerilen 0 5 km derinlikteki 3 adet dikdörtgen prizman n (fiekil 2) manyetik alan etkisi (Model grid) ve di er kenar alg lama yöntemlerinin model duyarl l incelenmifltir. fiekil 1- ASTA bileflenlerinin flematik görünümü 2.2. Asta Tilt aç s yöntemi ile derin kaynaklar n kenar alg lamas uygulamalar nda baz sorunlarla karfl lafl lmaktad r. Düfley de iflim ölçümü yap lmad ndan, yüzeyden alg lama çal flmalar n n fiekil 2- Üç boyutlu model görünümü (Ar soy ve Dikmen, 2011 den) 121

4 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi Bu amaçla s ras yla; (a) Model grid, (b) Yatay gradient, (c) Analitik sinyal, (d) Tilt aç s, (e) Tilt türevi, (f) Theta haritas, (g) Hiperbolik tanjant (ötelenmemifl), (h) ASTA (Tilt Aç s tabanl Analitik Sinyal) veri ifllem yöntemleri uygulanarak sonuçlar birbiriyle karfl laflt r lm flt r. Potensoft paket program (Ar soy ve Dikmen, 2011) ara yüzüne eklenen ASTA modülü, menüde yer almaktad r (fiekil 3). yaratmaktad r. Konturlar n yay l m ve renk hareleri, yap sal karmafla gibi de alg lanabilir. 2) fiekil 4 b de görüntü daha temiz ancak küplerin üst k s mlar nda kontur y lmalar ve üst kenarlar n n daha dar oldu u görülmektedir. Ortadaki dikdörtgen prizman n üst kenar, olmas gerekenden daha fazla kal nlaflm flt r. 3) fiekil 4 c deki görüntü b den daha temiz olmakla birlikte, orta bölümde yer alan dikdörtgen prizma seçilebilir de ildir. 4) fiekil 4 e deki tilt aç s görüntüsünde yap lar n geometrik olduklar anlafl lmakla birlikte, kontur y lmalar ve özellikle dikdörtgen prizman n uzun kenarlar nda tekrarlanan kenar görüntüleri modelin anlafl lmas n zorlaflt rmaktad r. 122 fiekil 3- Grafik ara yüzüne eklenmifl Model gridin ASTA modülü görüntüsü. Türev filtreleri genel anlamda verinin yatay (x ve y do rultular nda) ve düfley (z) do rultularda 1. türevlerinin ve 2. türevlerinin hesaplanmas temeline dayan r. Türev filtrelerine örnek olarak analitik sinyal ve yatay gradyent verilebilir. Faz filtreleri ise düfley türevin ve yatay türev aç temelinde oranlanmas ile elde edilen aç sal büyüklüktür. Örnek olarak Hiperbolik tanjant yöntemi verilebilir. Asta yöntemi ise; tilt büyüklü ünün türevlenmesi ile elde edilmifl melez kenar alg lama tekni idir. fiekil 4 de üç prizman n kenar alg lama yöntemleri ile oluflturulan görüntüleri yer almaktad r. Bu görüntüler, ilerideki bafll k alt nda ayr nt l olarak analiz edilmifltir Model yan tlar n n karfl laflt r lmas 1) Model yan tlar nda yer alan flekil 4 a,d,f ve g deki model görüntülerinde anomali yay l m alan e risel genifllemelere sahiptir. Prizma kenarlar keskin de il ve konturlar n geçiflleri de net de ildir. Kullan lan 4 renk (sar, k rm z, mavi, yeflil) farkl geçifller gösterdi inden, yap lar n seçilebilirli i kuflkuludur. Ortadaki dikdörtgen prizman n uzun kenarlar, paralel dört renkli geçifllere sahiptir. Bu nedenle, gerçek kenar hangisi olabilir kuflkusu 5) fiekil 4 h deki ASTA görüntüsünde ise kimi bölgelerdeki küçük (noktasal) kontur y lmalar na ra men kenar hissi uyand ran kal nl eflit geometrik çizgisel kenar geçiflleri ortaya ç km fl, daha gürültüsüz ve seçilebilir prizma üst görünüflleri elde edilmifltir. 6) fiekil 4 h de, tilt aç s ndan elde edilen analitik sinyal görülmektedir. Orta k s mda yer alan, uzun dikdörtgen prizman n, net s n rlara sahip oldu u ve yap lar n seçilebilir oldu u görülmektedir. fiekil 4 te yer alan yöntemlerden yaln zca asta yöntemi, bir kombinasyondur. Ancak, tilt aç s uygulanmas n n ard ndan yap lan, analitik sinyal asta kombinasyonu ile ayn de ildir. Kenar alg lama yöntemlerinin, art arda kullan lmas yla da yap lar n baz bölümlerinde keskin s n rlar bulunmas na karfl n, orta bölümde yer alan dikdörtgen fleklindeki prizman n, s n rlar ndaki görünümler net de ildir. fiekil 5 ve flekil 6 da Öncel çal flmalarda (Hsu vd., 1996) taraf nda analitik sinyalden sonra uygulanan 2. düfley türev ve Cooper ve Cowan (2004) taraf ndan uygulanan tilt aç s n n ard ndan uygulanan 2. düfley türev gösterilmifltir. fiekil 5 te sol altta ve sa üstte yer alan prizma etkisinin keskin kenarl oldu u görülmekteyse de orta k s mdaki uzun prizmatik yap n n kenar s n rlar belirgin de ildir. fiekil 6 da her üç prizman n kenar s n rlar farkl renklerin giriflimine ra men belirgin ancak kenarlar seçilebilir de ildir. kinci türev kombinasyonlar nda daha fazla veri ifllem ve ifllem zaman bulunmas na karfl n kontrast ve sinyal zay f, görüntüler net de ildir (fiekil 5 ve fiekil 6).

5 MTA Dergisi (2014) 148: fiekil 4- Kenar alg lamas model yan tlar 123

6 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi fiekil 5- Analitik sinyalin 2. düfley türevi. 3. Simav Fay ve Simav Yar Grabeninin Jeolojik Konumu Simav Grabeni ni de içeren Ege Graben sistemleri, 60 l y llardan bu yana araflt rmac lar n ilgisini çekmifltir (Arpat ve Bingöl, 1969). KD GB uzan ml Demirci, Selendi, Gördes basenlerini kuzeyden s n rlayan Simav fay taraf ndan kontrol edilen yaklafl k DB gidiflli Pliyosen? - Kuvaterner çöküntü alan, Simav Grabeni olarak ifade edilmektedir (fiaro lu vd., 2002) (fiekil 7a). Seyito lu vd. (1997), fay mekanizmas çözümlerinden Simav Fay n n aktif ve listirik geometrili bir fay oldu unu söylemifllerdir. Bu yap, Geç Oligosen - Erken Miyosen döneminde Ege yi etkileyen K-G genifllemeli tektoni in son ürünlerindendir (Seyito lu vd., 1997). Jeomorfolojik bulgulara göre, Simav Gölü nün yerleflmifl oldu u ova taban n n son on bin y lda meydana gelen depremlerle çöktü ü ifade edilmektedir Do an ve Emre, (2006). Bir di er görüfl ise, Simav fay n n, bat ucunda Gelenbe Fay Zonu na, fiekil 6- Tilt aç s n n 2. düfley türevi. do u ucunda ise Sultanda Fay na ba lanan 205 km uzunlu unda do rultu at ml bir fay zonu oldu udur (Do an ve Emre, 1999). Grabenin kuzey s n r bir dizi normal faydan oluflan Nafla Fay Zonu ve daha kuzeyde yer alan Emet (Kütahya) Fay Zonu ile s n rl d r (Emre vd., 2013). Emre vd. (2012) ne göre, Simav Fay Zonu içerisinde geliflen en büyük yap sal çöküntü konumundaki Simav ovas, Simav ve fiaphane faylar aras ndaki sa a s çramal sekmede geliflmifl bir havzad r. Bölgesel tektonik harita flekil 7a ve çal flma alan flekil 7b de görülmektedir. (Emre vd., 2013), depremlerin meydana geldi i bölgede güncel tektonik deformasyonun normal ve do rultu at ml faylarla karfl land n belirtmektedirler. Araflt r c lar, bölgenin en önemli deprem kaynak zonlar n n, KB- GD do rultulu, sa yönlü Simav fay ile KB-GD uzan ml normal faylardan oluflan Nafla Fay Zonu oldu unu ve bunun birbirine paralel bir seri faydan olufltu unu (güney bat ya do ru 55º - 65º aras nda 124 fiekil 7- a) Bölgesel tektonikharita (fiaro lu vd., 2002 den); b) Çal flma alan.

7 MTA Dergisi (2014) 148: de iflen e imlere sahip) belirtmektedirler (fiekil 7b). Simav Fay n n Seyito lu vd. (1999) taraf ndan belirtildi i gibi listirik geometrili bir normal fay m, yoksa Emre vd. (2013) taraf ndan ileri sürüldü ü gibi, bölgesel anlamda transfer fay niteli inde sa yönlü do rultu at ml bir fay m oldu u konusunda tart flmalar halen devam etmektedir. Simav Fay n n ve Simav çöküntü alan n n Menderes Masifi ile iliflkisi de literatürde tart flmal d r. Örne in, Gessner vd. 2013) e göre fay Menderes Masifinin s n rlar içindedir (fiekil 8). Buna karfl n, Koralay (2011) a göre Simav Fay n n Menderes Masifi ile bir s n r iliflkisi bulunmamaktad r (fiekil 9). Havadan manyetik ve rejyonal gravite verilerine bak ld nda, Menderes Masifinin yay ld alan n kenar zonunda tektonik bir s n r olufltu u görülür (fiekil 10a, b). Masifin bulundu u alanda manyetik duyarl l k genifl ölçüde kaybolmufltur. Ancak fiekil 8- Menderes masifi s n rlar (MTA, 2002 den düzenleyen Gesner vd., 2013 ten) fiekil 9- Basitlefltirilmifl bölgesel tektonik harita (Okay vd., 1996 dan de ifltererek alan Koralay vd den) 125

8 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi fiekil 10- a) Havadan manyetik verilerle Menderes masifinin kuzey s n r ; b) Gravite Rezidüel izostazi haritas ; beyaz çizgi Simav Fay ; k rm z çizgi, flekil 12 deki profil hatt n gösterir (MTA, 2012 den de ifltirilerek). çevresinde manyetik duyarl l olan bir puzzle bofllu u görüntüsü yer al r. Simav fay ve kuzeyindeki çöküntü alan n n da bu manyetik ve gravite s n r n n içerisinde kald anlafl lmaktad r. Manyetik haritan n kuzeyinde litolojik olarak ortaç kökenli kayaç gruplar n n ortak fiziksel özellikler gösterdi i; kenar alg lma tekni i uyguland nda da bu alanda omega iflareti ne benzeyen hat (Siyah çizgi) boyunca fiziksel bir geçiflin tan mlanabilece i anlafl lmaktad r. Siyah çizgi muhtemelen masifin kuzey s n rlar n tan mlamaktad r (fiekil 10b). 126 Menderes Masifi tektonik bir birlik oluflturmakta olup bu birli in s n rlar ndaki fiziksel de iflim, jeofizik anomali olarak k smen (kuzeyde) haritalara yans m flt r (fiekil 10a). fiekil 11 de yeflil çizgi ile görülen s n r, Gessner vd. (2013) taraf ndan s yr lma (Detachment) fay olarak tan mlanm flt r. Simav havzas içerisinde çal flan bir yerbilimci, birimlerin ötelenmesini, Simav Fay boyunca kuzeydeki taban blo unu, do uya do ru hareket ediyor olarak görür (fiekil 11). Bu hareket, graben sistemlerinin kuzeybat - güneydo u yönündeki hareketiyle çelifliyor gibi görünse de, her ikisi de gravite verileriyle uyumludur. Gravite haritalar üzerinde kuzeybat güneydo u ve fiekil 11- Menderes Masifi Kuzey s n rlar E rigöz granitotiti ve s yr lma faylar (yeflil çizgiler) (Gessner vd., 2013 ten al nm flt r). kuzeydo u güneybat yönünde kesitler al n rsa, bu kesitlerin graben modeli ve fay tan mlamalar yla (normal fay) uyumlu oldu unu görülür. 4. Simav Havzas n n ki Boyutlu (2B) Anakaya Görüntüsü Simav grabeninin kavramsal modeli ve üzerinde gerçek gravite profil flekil 12 de görülmektedir. Bu kesitte güneybat yönündeki, topografik olarak yüksek blo un, kenar fayl d r. Kuzeydo u yönünde

9 MTA Dergisi (2014) 148: basamak fleklindeki faylar ise Nafla Fay Zonu nu ifade etmektedir. fiekil 12 de üst k s mda yaklafl k -55 mgal gravite de erinden -65 mgal e kadar olan düflüm, fayla uyumlu görülmektedir. Anomali, graben içerisinde neredeyse yatay konuma gelmektedir. KD ya do ru (muhtemelen bazaltlar n etkisi ile) yükselerek grabenin karfl kenar nda, normal faylanmalar n oldu u yerlere paralel, sal n ml anomaliler fleklinde devam eden grafik azalarak devam etmektedir. Do udaki birimlerin, graben içi dolgu birimlerden daha yo un birimler oldu u bu grafik üzerinde (fiekil 12) görülmektedir. Grafi e yans yan anomali de erleri, sahada ölçülen gravite de erleridir. Bu profilden gravite iki boyutlu ters çözüm ifllemi ile üretilen Anakaya profilinin derinlik de erleri, 27. iterasyonda yak nsam flt r (Çizelge 1). Çizelge 1- Ters çözümün 27. iterasyon de erleri. fiekil 12- Kavramsal model ve ölçülen gravite anomalisi. 27. terasyon Ölçülen Gravite Gravite de eri Hesaplanan Mesafe (mgal) Derinlik X1 X2 (mgal) Gravite (mgal)

10 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi Havzan n do usunda, güneybat -kuzeydo u profilinde, güney kanat yüksek e imle inerken, kuzey kanad n simetrik olmad ve daha düflük e imle yükseldi i fiekil 13 üzerinde görülmektedir. Grabenin anakaya görüntüsü elde edilirken, sahada daha önce yap lan manyetotellurik çal flmalarda elde edilen 2 boyutlu ters çözüme yak n seçilen gravite profilinin fiekil 14 teki MT profilinde k rm z kesikli çizgi ile iflaretlenen ve sürekli çizgilerle iflaretlenmifl ana faylar n konumlar n n uyumlu oldu u görülmektedir. Simav Grabeni, do uya do ru daralan üçgen bir havza görünümü sunar (fiekil 15 ve fiekil 16). Bu havzan n (gnayslar n bulundu u) güney s n r, belirgin bir gravite geçifline sahiptir (fiekil 16). Kuzeyde, aktif tektonik haritada (fiekil 15) ayr nt l fiekil 13- Gravite profilinin alt nda kalan anakaya görüntüsü (yeflil çizgi anakayay, sar çizgiler kenar faylar n gösterir). 128 fiekil 14- Yak n konumlu MT profilinin 2B ters çözüm görüntüsü (K l ç ve Kaya, 2010 dan de ifltirilerek).

11 MTA Dergisi (2014) 148: fiekil 15- Bölgenin aktif fay haritas (Emre vd., 2012 den). bir flekilde çizilmifl olan Nafla fay zonu geçiflleri, gravite haritas nda da aç k olarak izlenebilmektedir (fiekil 16). Emre vd. (2013) taraf ndan yenilenen aktif fay haritas (fiekil 15), grabenin flekli ve konumu bak m ndan gravite haritas (fiekil 16) ile uyumludur. Gravite haritas nda, (-60 ile -64) mgal de er aral, fiekil 8 de granitoyitler ile, (-72 ile -74) mgal aral ndaki de erler ise, grabenin alt kenar boyunca uzanan gnayslar (fiekil 8) temsil etmektedir. fiekil 16 üzerindeki mavi k s mlar ise, flekil 8 deki Kuvaterner yafll alüvyal dolgunun (beyaz) gravite etkisini ifade etmektedir. 5. Gravite Kenar Alg lama Tekni i ve Üç Boyutlu (3B) analizi Derin ve s yap lar n kenar zonlar n takip etmek için birbirinden farkl prosesler uygulamak gerekmektedir. S yap lar n kenar zon etkileri araflt r l rken, türev ve faz filtreleri iyi sonuçlar verebilmektedir. Derin yap lar n kenar alg lamalar yap l rken ise, düfley türevden kaynaklanan baz sorunlarla karfl lafl lmaktad r. Bu sorunlar aflmak üzere bu çal flmada yukar analitik uzan m ve yatay gradyent uygulamalar ndan yararlan lm flt r. Analitik sinyal yöntemi, Nabignan (1972) taraf ndan iki boyutlu yap lara uygulanm flt r. Daha sonra, çeflitli bilgisayar uygulamalar ile gelifltirilerek günümüzde veri ifllem paket yaz l mlar nda, kenar alg lamalar bölümünde yerini alm flt r. Analitik sinyal yöntemi, fonksiyonun karmafl k Hilbert transformunun mutlak de erinin fonksiyondan ç kar lmas ile tan mlanabilir. Bu durumda, kenar fiekil 16- Sahan n Bouguer gravite haritas ve seçilen Profil (beyaz çizgi: fiekil 20) (Demirbafl ve Uslu, 1986 dan); k rm z kare: fiekil 18 alan. zondaki de iflimin en büyük de erleri, kontur geçifllerinin oldu u yerlerde elde edilir. Analitik sinyal uygulamalar nda, tekni in yap köflelerine duyars z oldu u bilinmektedir. Bu sorunu gidermek üzere bu çal flmada, veriye önce yatay gradyent uygulanm fl, daha sonra tilt aç s ndan analitik sinyal türetilmifl, böylece analitik sinyal, yap köflelerine de duyarl hale getirilmifltir (fiekil 17a, b). Analitik sinyal kavram, kaynak kütle etkisi olarak düflünüldü ünde; bunun bir hat boyunca maksimumlar n görebilmek için, yatay gradient e ihtiyaç duyulmufltur. S derinliklerdeki bozucu etkileri gidermek amac yla veriye yukar analitik uzan m ifllemi uygulanm fl, daha sonra yatay gradient ve asta uygulanm flt r (fiekil 17b). fiekil 18, sabit terimi (c) -0.7 gr/cm 3 yo unluk kontrast olan kuadratik yo unluk fonksiyonu ile ters çözümden üretilmifl 3B derinlik haritas n göstermektedir. Üst kabu un taban na ait ara yüzey olarak nitelendirilebilecek bu görüntüde, güney kenar aç k sar renkli kontur geçiflinde s çramal bir flekilde büklüm yapmaktad r. Program hesaplamalar nda kestirim de eri pozitif al nd ndan derinlikler haritaya pozitif olarak yans m fl olup bu harita üst kabuk ara yüzey topografyas n temsil etmektedir. Gravite ters çözümünde Simav grabeni bir çöküntü alan olarak görülmektedir. Simav Fay n n grabeni kesti i alan k rm z kesikli çizgi ile gösterilmifl olup bu kesimde KD-GB uzan ml bir çöküntü alan belirmifl olmakla birlikte bu çöküntü alan n n yüzeyde herhangi bir belirtisi oluflmam flt r (fiekil 18). 129

12 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi fiekil 17- a) Yatay gradient görüntüsü; b) Yatay gradient + ASTA fiekil 18-3B Bouguer Gravite haritas ndan 3B Analizi ile elde edilen havza derinlik haritas (lokasyon için bkz. fiekil 16) Bulgular Bu çal flmadaki iki ve üç boyutlu gravite ters çözüm ifllemleri, birbirinden farkl teknikleri uygulayan programlar kullan larak elde edilmifllerdir. ki boyutlu kenar alg lama ve gravite veri ifllemleri, Matlab tabanl bir proses yaz l m olan Potensoft ta (Ar soy ve Dikmen, 2011) yap lm flt r. Üç boyutlu analizde ise, temelleri (Cordell ve Henderson 1968) taraf ndan at lan iteratif üç boyutlu ters çözüm algoritmas üzerinde (Goncalves, 2006) taraf ndan gelifltirilen Fortran program kullan lm flt r. Ayn programda, (Bhaskara ve Ramesh, 1991) taraf ndan önerilen kuadratik yo unluk da l m fonksiyonu yer almaktad r. Kenar alg lama yöntemi olarak, asta yöntemi uygulanm fl ve model duyarl l ile derin yap lardaki çözüm performans incelenmifltir. Ancak, asta yöntemi, ham veriye do rudan uygulanmam flt r. Derin yap lar için asta öncesinde s ras yla yukar analitik uzan m, alçak geçiflli süzgeçler ve yatay gradyent uygulanm flt r. Üç boyutlu (3B) analizde koordinats z kare veri kullan l r ve daha sonra program ç kt s ba l koordinatlarda düzenlenir. Program, yo unluk da l m n kuadratik bir fonksiyonla tan mlayan bir algoritma kullanarak, havza taban ndaki üst kabuk s n r n n yo unluk kontrast yaratt bir ara yüzey geometrisi elde eder (fiekil 18). Burada, havza ile taban n n kontrast n en iyi temsil eden fonksiyonu kullanmak, avantaj yarat r. Program, havza alt derinli ini tan mlamaya olanak tan sa da, yo unluk farklar n n minumum oldu u derinlik, iterasyon sonunda, farkl de erler alabilmektedir. Tan mlanan alt derinlik, iflleme bafllamak için gerekli kestirim parametresi olarak kullan lmaktad r. Simav grabeni, gravite ters çözümünde, çöküntü alan olarak görünmektedir (fiekil 18). Bu flekil üzerindeki k rm z kesikli çizgilerle iflaretlenmifl alanda, Simav fay taraf ndan kesilen graben içinde, yüzeyde izi

13 MTA Dergisi (2014) 148: bulunmayan, çökme benzeri bir yap n n varl gözlenmektedir (fiekil 18). Havza taban, düflük Vp h zlar ve yüksek b de eri ile tan mlanmaktad r (fiekil 19; MTA, TÜB TAK, C.Ü., A.Ü., 2012). Bu kesitte, Simav Grabeni bölgesinde yaklafl k 13 ila 15 km derinde, 3.3 ile 3.7 km/s h za sahip düflük h z anomalisi aç kça görülmektedir. Bu çal flman n sonuçlar incelendi inde, söz konusu düflük h z zonu, dolgu yap s ya da çöküntü alan olarak yorumlanabilir. Yüksek b de eri ise (Dikmen, 2012) taraf ndan yüksek s k flabilirlik kapasitesi olarak yorumlanm flt r (fiekil 19). Simav Havzas n n kenarlar, güneyde yüksek aç l normal bir fayla s n rlan rken, kuzeyinin daha düflük aç l normal faylarla s n rland flekil 13 üzerinde de görülmektedir. Güneyinde Simav Fay, kuzeyinde Nafla Fay Zonu olan alan ayn zamanda flekil 16 üzerinde düflük gravite de erleri ile temsil edilmifltir. Bu flekil üzerinde gösterilen KD-GB do rultulu gravite profilinin 2 boyutlu ters çözümünden de görülebilece i üzere (fiekil 20), graben yap s, Büyük Menderes ve Gediz grabenlerinde oldu u gibi, Simav ana fay n n kuzeyinde geliflmifl asimetrik bir yar grabendir. Simav yak nlar nda seçilen 2B ters çözümle, anakaya görüntüsü elde edilen profilde kuzey do uya do ru, daha ondülasyonlu bir anakaya taban profili görülmektedir. Yüzeyde Nafla fay zonunun, bir bölümünün üzerinden geçen anakaya profili, depremlerinde ço unlukla yer ald bir alandad r. Anakaya profilinin Gediz ve Büyük Menderes grabenlerinde (Sar, 2003) oldu u gibi, ekseninin kuzey do uya do ru e imli oldu u görülmektedir (fiekil 20). fiekil 19- Sismik h z (Vp) kesiti mavi bölge 3.3 Km/s düflük h z zonu (Hat konumu flekil 15 üzerindedir) (MTA, TÜB TAK, C.Ü., A.Ü., 2012) fiekil 20- Asimetrik yar graben yap s (Profil konumu flekil 16 üzerindedir). 131

14 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi Üç boyutlu (3B) derin gravite çözümü ile elde edilmifl görüntü (fiekil 18, 21a) ve gravite verilerinin prosesi ile kenar alg lama tekni i uygulanm fl 2B görüntüsü (fiekil 21b) birlikte incelendi inde, Do an ve Emre (2006) nin iflaret etti i s çramal büklüm belirgin bir flekilde ortaya ç kmaktad r (fiekil 21a, b). Derinlik olarak 13 ila 15 km deki sismolojik s n r, gravite haritalar (fiekil 18, 21a) ile oldukça uyumlu görülmektedir. K rm z kesik çizgi, 3 boyutlu haritada fay n büklüm yapt aland r (fiekil 21a). Bu bölge, grabenin güney s n r d r. Ayn çizgiler 2 boyutlu görüntünün güney s n r na da çak flmaktad r (fiekil 132 fiekil 21-2B ve 3B çözümlerin ortak alan görüntüsü (fiekil 21a alan fiekil 21b üzerindeki beyaz dikdörtgendir)

15 MTA Dergisi (2014) 148: b). Kenar alg lama proseslerinde yeni bir yöntem olan asta n n dikkatli uyguland nda, di er kenar zon alg lama tekniklerinde ortaya ç kan istenmeyen etkileri içermedi i anlafl lm flt r. fiekil 22 üzerinde görülen sar hat (beyaz daire içinde) analitik sinyalin, yap köflelerinde izlenebilir oldu unu göstermektedir (fiekil 22). Üç katmanl olarak düzenlenen bu görüntü üzerinde tektonik s n rlar n topo rafya ile uyumlulu u aç kça görülmektedir (fiekil 22). Bu alandaki faylar üzerinde geliflen depremlerin odak mekanizma çözümlerinde moment tensörlerinin genel olarak normal fay karekteri gösterdi i, bununla birlikte az da olsa do rultu at m bilefleni içerdikleri görülmektedir (fiekil 23). Depremlerin topland alan, iki fay ekseninin ve muhtemel bir üçüncü gömülü fay ekseninin kesim noktas gibi görünmektedir. Yukar da s ralanan ifllemler ve çal flmalardan üretilen Simav Havzas üç boyutlu havza derinlik arayüzey modeli flekil 24 tedir. fiekil 22-3 katmanl görüntü üzerinde ASTA yöntemi ile elde edilmifl kenar zonlar (sar çizgiler); fiekil 23- Moment tensör çözümleri. K rm z top 19 May s 2011 Mw=5.83 (Bekler vd., 2011 den) fiekil 24- Simav Havzas üç boyutlu havza derinlik ara yüzey modeli 133

16 Simav Yar Grabeni Jeo-Fizyografisi Tart flma ve Sonuçlar - Simav fay yaklafl k 205 km uzunlu unda bir fay zonudur. Bu fay zonunu bir tek fay karakteri ile adland rmak yerine baz bölümlerdeki bask n bileflenin ifade edilmesi yerinde olur. Örne in Simav graben içerisindeki bölümde yüksek aç l normal fay görünümündedir. (fiekil 13 ve fiekil 14). Fay n farkl bölümlerinde bask n bileflenlerin de iflmesi nedeniyle farkl fay karakterlerinin görülmesi, bölgede yürütülen çal flmalar n k s tl alanlarda yürütülmesinin bir sonucu olmal d r. Bu farkl bulgulardan birisi de, fay n Simav Grabeni içerisindeki bölümünde yer yer do rultu at m bileflenlerinin gözlenmesidir (Gessner, 2013). - Paleosismoloji çal flmalar nda, aç lan hendek yerlerinin belirlenmesinde, çoklu jeofizik kriterleri kullan lmal d r. Ço u zaman fay n yüzey izlerinin dikkate al nd hendekler yerine, Jeofizik yöntemleri uygulanm fl görüntüler kullan larak yap lan yer seçimi, çok daha güvenli olacakt r. - Gravite ölçümlerinden, güneydeki grabenin bir Yar Graben oldu u anlafl lmaktad r (fiekil 20). Simav fay n n graben içinde normal fay görünümünde oldu u ve kenar alg lama proseslerinde Simav Fay ile yar grabeni s n rlayan KB GD do rultulu Nafla Fay zonunun kesiflti i yerde görülen köfle yap s n n, birçok deprem oda n n bulundu u alan ile örtüfltü ü görülmektedir (fiekil 22, 23). Baz yerlerde ana kaya derinli i 1000 ila 1200 m dolay ndad r (fiekil 13). Üst kabuk ara yüzey topo rafyas 13 ila 15 km derinli i vermekte olup bu de er sismoloji ters çözümündeki h z kesitiyle de uyumludur (fiekil 19). - Simav havzas içerisindeki fay hatlar üzerinde son iki y lda meydana gelen depremler, bölgenin tektonik aç dan ne kadar canl ve gerilmenin ne kadar yüksek oldu unun kan t d r. Nitekim, Kütahya Fay Zonu nun Holosen aktivesinin incelendi i çal flmada (Alt nok vd., 2012), M=6.5 büyüklü ünde deprem üretme potansiyelinden söz edilmektedir. - Bölgedeki derin fay sistemlerinin derindeki geometrilerinin do ruya yak n olarak belirlenmesi, k r lmas beklenen fay segmentlerinin daha do ru olarak modellenmesini sa layacakt r. Bu nedenle, bölgedeki fay modellerine benzer alanlarda derin fay geometrilerinin anlafl lmas nda 2B ve 3B jeofizik modellerin kullan lmas, üretilecek jeolojik modellerin duyarl l n daha yüksek bir seviyeye tafl yacakt r. - Bu çal flmada ilk kez ayr nt l gravite verisi kullan larak Simav Grabeni nin derinlik arayüzey modeli üretilmifltir. Katk Belirtme Çal flmada kullan lan veriler fievket Demirbafl ve Adnan Uslu taraf ndan bölgede 1984 y l nda gerçeklefltirilen çal flmadan al nm flt r. Makalenin yay nlanmas için sa lad klar destek için MTA Genel Müdürlü ü ne teflekkür ederim. Makalenin oluflumu ve tamamlanmas aflamas nda bilimsel katk lar için çal flma arkadafl m Dr. Yahya Çiftçi ye ayr ca teflekkür ederim. De inilen Belgeler Gelifl Tarihi: Kabul Tarihi: Yay nlanma Tarihi: Haziran 2014 Alt nok, S., Karabacak, V.,Yalç ner, C.Ç., Bilgen, A.N., Altunel, E., K yak, N.G Kütahya fay zonunun Holosen aktivitesi, Türkiye Jeoloji Bülteni, 55, 1. Ansari A. H., Alamdar, K A new edge detection method based on the analytic signal of tilt angle (ASTA) for magnetic and gravity anomalies, IJST A2: 81-88, Iranian Journal of Science and Technology. Ar soy, M.Ö., Dikmen, Ü Potensoft: MATLABbased software for potential field data processing, modeling and mapping, Computer and Geoscience, 37, 7, s Arpat, E., Bingöl, E.,1969. Ege bölgesi graben sisteminin geliflimi üzerine düflünceler, Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 73, 1-9, Ankara. Bhaskara, D., Ramesh, N A fortran-77 Computer program for three-dimensional Analysis of gravity anomalies with variable density contrast, Computer and Geoscience, 17, 5, s Bekler, T., Demirci, A., Özden, S., Kalafat, D Simav, Emet fay zonlar ndaki optimum kaynak parametrelerinin analizi, 1. Türkiye Deprem Mühendisli i ve Sismoloji Konferans, ODTÜ, ANKARA. Cooper, G.R.J., Cowan, D.R Filtering using variable order vertical derivatives. Computer and Geoscience, 30, Cordell, L., Henderson, R.G Iterative threedimensional solution of gravity anomaly data using a digital computer, Geophysics, 33, Demirbafl, fi., Uslu A Kütahya Simav Gravite Etüdü, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlü ü Rapor No: 8136, Ankara (yay mlanmam fl). Do an, A., Emre, Ö Ege graben sisteminin kuzey s n r : S nd rg Sincanl Fay Zonu, 59. Türkiye Jeoloji Kurultay, Bildiriler Kitab.

17 MTA Dergisi (2014) 148: Emre, Ö., Duman, T.Y., Duman, fi., Özalp, S Türkiye diri fay haritas (yenilenmifl), Maden Tetkik ve Arama Yay nlar, Ankara. Gessner, K., Gallardo, L.A., Markwitz, W., Ring, U., Thomson, S.N What caused the denudation of the Menderes massif: Rewiev of the crustal evaluation, lithosphere structure, and dynamic topograpy in soutwest Turkey. Gondwana research, 24/1, Goncalves, W.J Inversion gravimetrica 3d de la subcuenca de maturin Üniversidat Simon Bolivar proyekto de grado thesis. Van Hinsbergen, J.J A key extensional metamorphic complex rewieved and restored: The Menderes massif of western Turkey, Earth Science Rewievs, 102, Hsu, S.K., Sibuet, J.C., Shyu, C.T., Depth to magnetic source using generalized analytic signal, Geophysics, 61, K l ç, A.R., Kaya, C., Simav jeotermal sahas n n manyetotellurik yöntemle araflt r lmas, Yer Elektrik Çal fltay, Kastamonu. Koralay, O. E., Candan, O., Akal, C., Dora, Ö., Chen, F., Sat r, M., Oberhansli, R Menderes masifindeki Pan-afrikan ve Triyas yafll metagranitoyitlerin jeolojisi ve jeokronolojisi, Bat Anadolu, Türkiye, Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 142, Miller, H. G., Sing, V Potential field tilt - A new concept for location of potential field sources: Journal of Applied Geophysics, 32, MTA, TÜB TAK, C.Ü., A.Ü., G145 No lu Tübitak, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlü ü, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Ankara Üniversitesi flbirli i Projesi, Kuzeybat Anadolu Kabuk Yap s n n Jeofizik Verilerle Araflt r lmas Projesi, , Ankara (yay mlanmam fl). Nabighian, M.N The analytic signal of two dimensional magnetic bodies with polygonal crossection: it s properties and use for automated anomaly interpretation, Geophysics, 37, Pedersen, L. B. 1989, Relations between horizontal and vertical gradients of potential fields Geophysics, 54, Roest, W. R., Verhoef, J., Pilkington, M Magnetic Interpretation using the 3-D analytic Signal Geophysics, 1, , January Salem, A., Williams, S., Fairhead, D., Ravat, D. V., Smith, R Tilt-depth method: A simple depth estimation method using first-order magnetic derivatives: The Leading Edge, December, Seyito lu, G The Simav Graben: An example of young E-W trending structures in the late cenosoic extensional system of western Turkey. Turkish Journal of Earth Science, 6, , TÜB TAK, Turkey. Sar, C Gravite verilerinin tekil de er ayr flt rma yöntemi ile ters çözümü ve Gediz ve Büyük Menderes grabenlerinin tortul kal nl klar n n saptanmas, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 5, 1. Verdusco, B., Fairhead, J.D., Green, C.M New insigth in to magnetic derivatives for structural mapping, Leading Edge, 23 (2),