KÜÇÜK VE ORTA BÜYÜKLÜKTE SİSMİK AKTİVİTE GÖSTEREN ALANLARDAKİ YER ETKİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ: ANKARA İÇİN ÖRNEK BİR ÇALIŞMA

Transkript

1 KÜÇÜK VE ORTA BÜYÜKLÜKTE SİSMİK AKTİVİTE GÖSTEREN ALANLARDAKİ YER ETKİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ: ANKARA İÇİN ÖRNEK BİR ÇALIŞMA ÖZET: M.K. Koçkar 1 ve H. Akgün 2 1 Doktor, Deprem Müh. Uygulama ve Araştırma Merkezi, Gazi Üniversitesi, Ankara 2 Profesör, Jeoteknoloji Birimi, Jeoloji Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06531, Ankara mkockar@gazi.edu.tr Yüksek sismik aktivitenin tekrarlanma aralığının ve aletsel kayıt verilerinin az olduğu alanlarda, sismik tehlike değerlendirmelerinin yapılması zordur. Bu sebeplerden dolayı, bu tür özellikleri taşıyan Ankara ve çevresi gibi etrafındaki uzak fakat büyük magnitüdlü, ve yakın civarı gibi sık aralıklı orta ve küçük magnitüdlü deprem üretme potansiyeline sahip alanlarda yerel zemin koşullarına bağlı olarak yapılacak değerlendirmeler önem kazanmaktadır. Son yıllarda meydana gelen depremler de, önemli miktarda zararların ve hayat kayıplarının yerel zemin koşullarının etkisi ile doğrudan ilişkili olduğunu göstermiştir. Önemli büyütmeler yaratabilen yer yüzeyine yakın zeminlerdeki jeolojik ve topoğrafik koşullar ile sismik yer hareketlerinin mekânsal değişkenliğinin, yerin salınım seviyesi ve zayıf zeminler üzerindeki tepkisi hakkında bilgi edinmede önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Günümüzde zemin büyütmelerine eğilimli alanların sediman karakteristiklerinin belirlenmesinde kullanılan pek çok yöntem olmasına karşın, bu yöntemlerin ekonomik ve teknik olarak uygulanabilmesi zordur. Öte yandan, geniş bir alanda yeraltı sediman ve havza koşullarının karakteristiklerinin belirlenmesi için mikrotremor ölçümleri sıklıkla uygulanmaktadır. Kentsel alanlar başta olmak üzere gerekli verilerin elde edilmesi için nispeten kolay ve ekonomik olarak kabul edilen mikrotremor yöntemi, mikrobölgeleme çalışmalarına uygunluğu sebebiyle sismik tehlike değerlendirmelerinin önemli bileşenlerinden biri olan yerel saha etkilerinin güvenilir bir şekilde değerlendirmesinde de kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışma ile Ankara nın batısında yer alan Pliyo-Kuvaterner zeminlere ait havza sedimanlarının yer tepkileri mikrotremor ölçümlerinin kısa-periyot gürültü kayıtları aracılığıyla incelenmiş ve buna bağlı olarak değerlendirmeler yapılmıştır. Çalışılan alanda hâkim titreşim periyotları ve büyütme oranlarını belirlemek için yüzeydeki mikrotremor ölçümlerinin yatay ve düşey bileşenleri arasındaki spektral oran yöntemi (H/V) kullanılmıştır. Ayrıca yer etkilerinin sebeplerinin detaylı olarak araştırılması amacıyla, mikrotremor sonuçları çalışma alanında yapılmış olan sismik ölçümler ve jeoteknik sondaj çalışmalarından elde edilen dinamik zemin karakterizasyonu sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmaların sonucunda, çalışma alanında yer tepkisini etkileyen üç ana etken belirlemiştir; bunlar: sedimanların yaşı, genç sedimanların kalınlıkları ve zemin karakterleri ile üniform olmayan yeraltı konfigürasyonlarıdır. Özellikle, sediman kalınlıklarının, basen topoğrafyasının ve zayıf zemin karakterlerinin, H/V yönteminden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırıldığında uyumlu olduğu görülmektedir. Bu sonuçlar yerel zemin koşullarının mekânsal olarak belirlenmesi için bölgeleme çalışmalarında kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar, bu bölgelerde yapılacak deprem tehlikesi değerlendirmelerinde ve bunlara bağlı olarak yapılacak olan mekânsal planlama çalışmalarında önemli bir altlık teşkil edecektir. Buradan yola çıkılarak, Ankara ve çevresi gibi küçük ve orta büyüklükte sismik aktivite gösteren alanlardaki yerel zemin koşullarının yer sarsıntısı karakteristiğini nasıl ve ne ölçüde değiştirdiği üzerine değerlendirmeler yapılmış ve ne tür önlemler alınabileceği hakkında öneriler verilmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Yerel zemin koşulları, Mikrotremor, H/V yöntemi, iki boyutlu yer etkileri, sismik bölgeleme, Ankara. 1

2 1. GİRİŞ Son yıllarda meydana gelen depremler de, önemli miktarda zararların ve hayat kayıplarının yerel zemin koşullarının etkisi ile doğrudan ilişkili olduğunu göstermiştir. Hasar ve can kayıplarına katkı yapan diğer potansiyel etkenler olsa da, yerel saha koşullarından dolayı oluşan yer hareketi büyütmeleri sismik hasarın artmasında önemli bir rol oynamaktadır. Ankara, büyük fay sistemlerine nispeten uzak olmasına karşın (yaklaşık km) deprem tehlikesi açısından güvenli olarak kabul edilmemesi gerektiği düşünülmektedir. Bu duruma benzer bir örnek olarak, Kocaeli Depremi (1999) esnasında deprem merkezi olan Gölcük-İzmit'e 90 km'den daha uzak olmasına karşın yer etkilerinden dolayı ciddi hasar gören Avcılar ve çevresi verilebilir. Bu nedenle, kuvvetli yer hareketlerinin sonrasında meydana gelen kayda değer zemin büyütme etkilerine sebep olan yerel saha koşullarının etkisi deprem geotekniğini çalışmalarında önemli bir yer tutmaktadır. Yukarıda bahsedildiği üzere zemin büyütmesi kavramının ve oluşum mekanizmalarının tam olarak anlaşılması açısından "uzak-mesafe etkisi" olarak da bilinen ve yerel saha koşulları ile doğrudan ilişkili olan problemlerin anlaşılması için bahsi geçen çalışma alanında ayrıntılı bir araştırma yapılmamıştır. Bu sebeple, her ne kadar büyük fay sistemlerine nispeten uzak bir noktada yer almasına karşın Ankara ve civarındaki pekişmemiş zayıf sediman istiflerinin deprem esnasında nasıl bir davranış göstereceklerinin incelenmesi gerektiği düşünülmektedir. Buna ilave olarak, Marmara Bölgesi gibi yüksek deprem riski taşıyan alanlarda büyük depremlerin sıklık aralığı ve kurulmuş olan mevcut sismik ağlar göz önüne alındığında yer etkenlerini belirlenmesi açısından çok sayıda imkan bulunmaktadır. Ancak, Ankara'nın da içerisinde yer aldığı Orta Anadolu bölgesinde sismik aktivitenin tekrarlanma aralığı seyrek ve bu tür çalışmaları gerçekleştirecek sismik istasyon ağları yetersizdir (Koçkar, 2006). Saha koşullarının güvenilir bir şekilde belirlenmesi için yer hareketlerinin kaydedilmesi için sismik ağ kurmak çok daha masraflı olabilir ve bu gibi bir bölgede ciddi vakit gerektirebilir. Bunun yerine, yerel saha koşullarının tahmin edilmesi için ekonomik ve pratik bir uygulama olarak karşımıza çıkan mikrotermor yöntemi ile ortam gürültüsünün kaydedilmesi sayesinde makul bir alternatif çözüm yaratılabilir. Yerel saha etkilerinin tahmin edilmesinde kullanılan mikrotremor yöntemlerinden H/V metodunun kullanılması ile yer hareketi tepkilerinin belirlenmesi için ortamın kısa-periyot gürültü ölçümlerinin kullanılması çeşitli çalışmalarda başarılı sonuçlar vermiştir. Nakamura yöntemi (Nakamura, 1989) olarak da adlandırılan bu yöntem güvenilir bir yöntemdir (Lermo ve Chavez-Garcia, 1993; Bard, 1999) ve özellikle kentsel alanlarda kaynak-yol (source-path) etkisi problemini çözmek amacıyla sıklıkla kullanılmaktadır. Bu problemin spektral oran yöntemlerindeki en önemli hata sebebi olduğu düşünülmektedir. Dolayısıyla bu yöntemin zemin büyütmelerin tahmin edilmesinde güvenilir sonuçlar verdiği düşünülmekte ve bu gibi durumlarda H/V yöntemlerinin sismik bölgeleme çalışmalarında kullanışlı olduğu görülmektedir. Ancak çalışma alanında yer alan sediman karakterlerinin yeraltı heterojenliğinin eksiksiz olarak anlamak, elde edilecek verilerin güvenilir bir şekilde yorumlanması için büyük önem teşkil etmektedir (Lecave vd., 1999; Chatelain vd., 2008). Ankara nın batısındaki zeminlerin büyük kısmı basen dolgu malzemesi tipindeki Pliyo-Kuvaterner çökellerden oluşmaktadır. Bu pekişmemiş sedimanların Ankara çevresinde yer alan büyük ölçekli Fay Sistemlerinden kaynaklanan yıkıcı depremler yaşadığında, zeminler üzerinde ciddi hasarlar meydana getirebileceği düşünülmektedir. Bu sebeplerden dolayı, Ankara baseni genelinde büyük bir alan kapsayan bu sedimanların basen (havza) dolgusu olma özelliklerinden dolayı yer hareketi büyütmeleri ve rezonans ile ilişkili yerel saha etkilerinin detaylı incelenmesi gerektiği düşünülmektedir. 2. ÇALIŞMA ALANI İLE İLGİLİ GENEL ÖZELLİKLER VE DEPREMSELLİK Yaklaşık 5 milyonluk nüfusa sahip Türkiye'nin başkenti Ankara, İç Anadolu'nun doğusu ile batısını ve kuzeyi ile güneyini bağlayan karayollarının kesişim noktasında yer almaktadır. Çalışma alanı Ankara baseninde, şehir merkezinin batısında ve Ankara Çayı'nın boyunca doğu-batı yönünde ilerleyen ve yaklaşık DKD-BGB yönlü 25 ila 30 km uzunluğunda ve 10 ila 15 km genişliğindeki fayla sınırlı bir çöküntü havzasıdır. Çalışma alanı şehrin büyüme potansiyeli yüksek olduğu bir alanda yer almaktadır. Bu bölge çoğunlukla yoğun konut ve küçük ila büyük ölçekli sanayi tesislerinin bulunduğu yerleşik bir alandadır (Şekil 1). 2

3 2. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı Şekil 1. Ankara şehir merkezinin batısında yer alan çalışma alanının yer bulduru haritası. Ankara kent merkezi etrafında yer alan faylar sismik olarak aktiftir, ancak küçük ve orta ölçekli deprem üretme potansiyeline sahiptirler (M 6). Ankara ya 50 ila 75 km uzaklıkta meydana gelen bu sismik aktivitelere 6 Haziran 2000 Orta depremi ve artçı şoklarını (MS = 6.0, 4.9 ve 4.4; KRDAE), 31 Temmuz - 9 Ağustos 2005 Bala depremleri serisi (ML = 5.3, 4.8 ve 4.6; KRDAE) ve Aralık 2007 Bala depremleri serisi (ML = 5.7 ve 5.5; KRDAE) örnek olarak verilebilir. Bu depremler Ankara'yı etkileme potansiyeline sahip nispeten orta büyüklükte sismik aktivitelerdir. Ancak bölgesel ölçekte bakıldığında Ankara'nın, çevresinde yer alan ve özellikle de büyük ölçekli yıkıcı depremler (M > 7.0) üretme kapasitesine sahip fay sistemlerinden, örneğin Kuzey Anadolu Fay Sistemi (NAFS), Tuz Gölü Fay Zonu (TGFZ) ve Seyfe Fay Zonundan (SFZ) önemli ölçüde etkilenebilir. Bu fay sistemleri üzerinde gerçekleşmiş olan büyük depremlere örnek olarak KAFS üzerinde 26 Kasım 1943 Kastamonu depremi (ML = 7.3), 1 Şubat 1944 Gerede depremi (ML = 7.3) ve 13 Ağustos 1951 Çankırı depremi (ML = 6.9) ve SFZ üzerinde 19 Mart 1938 Taşkovan-Akpınar depremi (ML = 6.6; KRDAE) sayılabilir. Bu sebeple, bahsedilen bu Fay Sistemleri ve Fay Zonları üzerinde gerçekleşme olasılığı olan önemli sismik aktiviteler Ankara baseni ve çevresinde yer alan sedimanların yerel saha karakteristiklerini etkileyebilir, ciddi hasar ve can kayıplarına neden olabilir. 3. JEOLOJİ VE YERALTI SEDİMAN KARAKTERİSTİKLERİ Bölgede mostra veren jeolojik birimlerin yaşları Üst Miyosen Öncesi'nden Kuvaterner'e kadar değişim göstermektedir. Oluşturulan 1: ölçekli jeoloji haritası jeolojik birimlerini dört ana litholojik birime ayırtlamaktadır: (1) Üst Miyosen öncesi - Alt Pliyosen temel kayası, (2) Üst Pliyosen - Pleyistosen akarsu çökelleri, (3) Kuvaterner teras çökelleri, ve (4) Kuvaterner alüvyal çökelleri (Şekil 2). Bu çalışma ile "Ankara kili" da olarak bilinen yukarıda bahsedilen üç genç sedimanter birim üzerine yapılan çalışmalara odaklanılmıştır. Bunlardan Pliyo-Pleyistosen akarsu çökelleri karasal kökenli olup çalışma alanının fayla sınırlı baseninde ve çevresinde çökelmiştir (Şekil 2). Bu çökeller, mineralojik içeriği, tane boyu ve renkleri açısından yüksek derecede heterojen bir yapıya ve görünüme sahiptir. Pliyo-Pleyistosen akarsu çökellerinin kil içeriği Kuvaterner sedimanlardan nispeten daha yüksektir ve yüksek şişme potansiyeli gösterirler. Bu birimlerin kalınlığı, bulundukları stratigrafik konuma göre birkaç metreden 200 m'ye kadar değişim göstermektedir (Erol vd., 1980). Kuvaterner alüvyon ve teras sedimanları sel suları ile taşınmış ve fayla sınırlı Ankara baseni içerisinde yer alan Ankara Çayı'nın taşkın ovasında çökelmiştir. Kuvaterner çökeller basenin marjininde bulunan teras çökelleri (Üst Pleistosen) ve basenin ekseninde akarsu taşkın ovasında bulunan alüvyon (Holosen) çökeller olarak ayırtlanmıştır. Kuvaterner teras çökelleri nispeten küçük bir alanı kaplamaktadır ve Ankara baseninin marjinleri boyunca basamak tipi bir dizi akarsu terasını oluşturmaktadır (Şekil 2). Bu sedimanların kestirilen kalınlıkları 3

4 genellikle 5 ile 10 m arasında değişmektedir (Koçkar, 2006). Kuvaterner alüvyon sedimanlar nispeten kalın tabakalıdır ve güncel akarsu yatakları boyunca sel suları ile çökelmiştir (Şekil 2). Genellikle pekişmemiş ve diğer jeolojik birimlere nazaran nispeten daha homojen ve yumuşak çökellerdir. Yeraltı suyu seviyesi 2 ile 6 m arasında değişmektedir ve teras çökelleri ile basenin sınırını oluşturan daha yaşlı çökellerin altında kademeli olarak daha derindedir. Bu alüvyon sedimanların kalınlıkları genellikle 5 ila 30 m arasında değişmektedir (Koçkar, 2006). Şekil 2. Çalışma alanındaki temel jeolojik birimler ve mikrotremor ölçüm noktalarının haritası (Akyürek vd., 1997 ve Erol vd.'den Koçkar, 2006'da gerçekleştirilen arazi çalışmaları sonucunda değiştirilerek alınmıştır). 4. ARAZİ ÖLÇÜMLERİ VE VERİ ANALİZİ Mikrotremor ölçümleri, Ankara basenindeki yer etkilerini belirlemek amacı ile Pliyo-Kuvaterner sedimanlarda 352 noktada gerçekleştirilmiştir (Şekil 2). Mikrotremor ölçümlerinin yatay ve düşey bileşenler arasındaki spektral oranlar (H/V) sahanın hakim titreşim periyotlarını ve büyütme seviyelerini belirlemek için kullanılmıştır. Deneysel sonuçların doğruluğunu kontrol etmek ve zemin profiline dair daha güvenilir bilgiler elde etmek amacıyla Ankara baseninde gerçekleştirilen ivme-ölçer sismometre ile alınan H/V mikrotremor ölçümleri çalışma alanında yapılan saha araştırması çalışmaları ile karşılaştırılarak güvenilirlikleri kontrol edilmiştir (örneğin, yerinde sismik ölçümler ve bazı jeoteknik sondaj logları ile bazı kontrol noktalarında bir genişbant sismometre kullanılarak alınan H/V mikrotermor ölçümleri) H/V Ölçüm Yöntemleri ve Veri Analizleri Mikrotremor arazi ekipmanı veri kaydedici olarak 24-bit dijital kaydedici birimi ile DATAMARK LS-8000 WD A/D tipi ölçüm cihazı (Hakusan Co. Ltd.) ve JEP-6A3 üç bileşenli dahili ivme-ölçer sismometreden (Akashi Co. Ltd.) oluşmaktadır. 1µg ve 1 mgal (cm/s/s)'e tekabül eden sensör ve LS-8000 WD sayısallaştırıcının çözünürlüğü, diğer ivme-ölçer sensörler ile karşılaştırıldığında H/V mikrotremor deneyi için olan ortam titreşim seviyelerini tespit etmek için yeterli olduğu söylenebilir (Kudo, kişisel görüşme, 2012). Ayrıca, çalışma alanında temsili 10 kontrol noktasında (Şekil 3'te gösterilmiştir) Pliyo-Kuvaterner sedimanlar üzerinde 1 Hz' lik hız-ölçer sensörlü Guralp CMG-40TD geniş-bant sismometre ile birlikte 24-bit sayısallaştrıcı kullanılarak ivme ölçer sismometre ile yapılan ölçümleri doğrulamak için H/V kısa periyotlu gürültü ölçümleri de alınmıştır. İvme-ölçer sensör ile elde edilen H/V spektrumlarının aynı lokasyondaki sismometre sensörü ile yapılan kontrol ölçümleri ile karşılaştırıldığında bu yöntemin sahaların hakim periyotları ve büyütme seviyelerini kestirmede nispeten tutarlı sonuçlar verdiği açıkça gözlemlenebilir (Şekil 4 ve 5). 4

5 4.2. Sismik Saha Karakterizasyonu Yöntemi ve Veri Analizleri Yer hareketi büyütmelerindeki mekansal dağılımların belirlenmesinde, sismik saha koşullarını haritalamak, ve ayrıca hem büyüklük hem de frekansa bağlı saha büyütmelerinin niceliksel olarak belirlenmesinde sistematik yaklaşımlar geliştirilebilir (Wald ve Allen, 2007). Buna bağlı olarak, sismik saha koşullarının haritalanmasında, standartlaştırılmış bir yöntem olan zeminlerin ilk 30 m' sindeki ortalama kayma dalgasının ölçülmesi yöntemi kullanılabilir (International Code Council; ICC, 2006). IBC 2006 tasarım koduna göre zemin sınıfları için bölgesel bir V s modeli geliştirmek üzere Ankara baseninde yerel saha koşulları karakterize edilmiştir (Koçkar, 2006). Bu amaçla çalışma alanında Kuvaterner alüvyon ve teras çökelleri ile Pliyo-Pleyistosen sedimanlar üzerinde 259 noktada sismik hız ölçümleri yapılmıştır (Koçkar, 2006). Sedimenter birimlerin ilk 30 metresindeki ortalama kayma dalgası hızları ölçüm noktalarının tamamı için hesaplanmıştır (Şekil 3). Ayrıca, sediman kalınlıklarının belirlenmesi (Koçkar, 2006; Koçkar ve Akgün, 2008) ve kalınlığın V s (30) değerleri üzerindeki etkisini incelemek amacıyla (Koçkar vd., 2010 ve Koçkar ve Akgün, 2012) mevcut jeoteknik sondaj verileri de kullanılmıştır. Kuvaterner alüvyon sahalar genellikle 30 metre derinlikten daha az Holosen alüvyon ve altında daha sıkı sediman istiflerinden oluşmaktadır. Alüvyon sedimanların kayma dalgası hızları 80 ila 200 m/s arasında değişirken bu birimin altında yer alan istifler genellikle 300 m/s' den daha yüksek hıza sahiptir. Holosen alüvyon biriminin kalınlığı basen genelinde ve akarsu yan kollarında farklılık göstermekte ve 5 ile 25 m arasında değişmektedir. Kuvaterner teras çökeller genellikle ince bir teras sediman birimine (10 metreden az) ve bunun altında daha sıkı malzemeye sahiptir. Teras sedimanların kayma dalgası hızları 180 ile 240 m/s arasında değişmekte ve altında kalan çökellerin hızı genellikle 300 m/s' nin üzerindedir. Son olarak, Pliyo-Pleyistosen çökellerde genellikle 230 ile 440 m/s arasında kayma dalgası hızları ölçümlenmiş ve derinlik arttıkça hız değerlerinin arttığı görülmüştür. Şekil 3. Temel jeolojik birimler ve sismik ölçüm noktalarının gösterildiği çalışma alanı haritası (Koçkar, 2006). IBC (2006) tarafından belirtilen saha koşulları göz önünde bulundurulduğunda, sedimanter birimler genel olarak çeşitli alt gruplara ayrılmıştır ve bu belirgin birimlerin V s (30) sonuçlarının dağılımının yorumlaması istatistiksel olarak incelenmiştir (Tablo 1). Kuvaterner sedimanlarda farklı V s (30) karakteristiklerine sahip iki birim vardır, bunlar E-Sınıfı Kuvaterner alüvyon birimi ve D-Sınıfı Kuvaterner alüvyon ve teras çökelleridir (Tablo 1). Kuvaterner (Holosen) alüvyon birim içerisindeki V s (30) değişimi, sahadaki ilk 30 metre içerisinde daha sıkı zemin karakterli teras çökelleri ve Pliyo-Pleyistosen akarsu çökellerinin varlığından etkilenmiştir. Kuvaterner teras birimler genellikle Kuvaterner alüvyon birimlerden daha sıkı karakterdedir, ancak etrafında yer alan daha yaşlı sedimanlardan daha az sıkı olma eğilimindedirler. Bu çökellerin kalınlığı genelde 10 metreden daha az belirlenmiş ve ilk 30 metre içerisinde ciddi miktarda daha sıkı zemin karakterli Pliyo-Pleyistosen sedimanlara 5

6 rastlanmış ve bunlar V s (30) değerlerini etkilemiştir. Pliyo-Pleyistosen sedimanlar, çevrelerinde yer alan ve nispeten daha sıkı olan V s (30) değerleri ortaya koyan Kuvaterner çökeller ile karşılaştırıldığında özellikle daha iyi çimentolanmış, deforme olmuş ve yükselmiştir. Pliyo-Pleyistosen çökeller ölçüm noktalarında genellikle 30 metreden daha kalın olarak gözlemlenmiştir. Tablo 1. Genelleştirilmiş jeolojik birimlerin sediman karakteristiklerinin istatistiksel dağılımı ve bunların V s (30) verisine göre IBC 2006 saha sınıflandırmaları. Jeolojik Birim Ort. V s (30) (m/s) Std. S. (m/s) Aralık (m/s) Veri Sayısı Oran (%) Zemin Sınıfı (IBC 2006) Genel Açıklama Kuvaterner Class C Class D Class E Holosen-Üst Pleyistosen Kuvaterner alüvyon Class C Class D Class E Holosen Kuvaterner teras Class C Class D 0 - Class E Üst Pleyistosen Pliyo-Pleyistosen Class C Class D 0 - Class E Üst Pliyosen - Pleyistosen 1 V s (30) verisinin değerlendirilmesi esnasında, Pliyo-Kuvaterner sedimanların genellikle mevcut daha genç ve daha yaşlı jeolojik birimlerin kayma dalgası hızı kategorileri arasındaki sınırda yer alan değişken hız aralıkları verdiği gözlemlenmiştir (Tablo 1). Alüvyonun kalınlığına bakılacak olunursa, alüvyonun yüzeyde olduğu V s (30) profillerinde ilk 30 metrede altında farklı malzemeleri içeriyor olması önemlidir. Ayrıca, yüzey örtü malzemesi niteliğindeki alüvyon kalınlığı alüvyal basenin sınırına doğru kademeli olarak azalmaktadır. Bu nedenle, ilk 30 m derinlikte altında farklı malzeme olan alüvyon profili kalınlığı azaldığında doğal olarak V s (30) değerlerinin kademeli olarak arttığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, V s (30) verilerine dayanan saha karakterizasyon çalışmaları sediman koşulları için uygun bir niceliksel ölçüttür ve sedimanter birimlerin karakteristikleri ile yer etkilerinin karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesine olanak sağlayan yerel zemin koşullarının tanımlanmasında değerli sonuçlar ortaya koyabilirler. 5. ANKARA BASENİNDE SAHA ETKİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ Şekil 4 ve 5'te çeşitli noktalar için H/V tepki spektrumu örnekleri verilmiştir. Farklı çökel alanları için olan H/V spektrumları nispeten daha sıkı zemin özelliği gösteren Pliyo-Pleyistosen akarsu sedimanlarının nispeten daha düz tepki eğrileri verdiğini (Şekil 4, MOB-91), diğer yandan ise alüvyal yumuşak zemin noktalarında genellikle hakim titreşim periyotları belirleyen maksimum (pik) büyütme oranları görülmektedir (Şekil 4, MOB-11, 29, 175, 321). H/V titreşim periyodundaki değişim genellikle alüvyon sediman karakteristiğini H/V pik periyodu ne kadar yüksek ise alüvyon çökelin kalınlığının o kadar fazla olacağı şekilde yansıtmaktadır. Bu ilişki her noktada tam olarak doğru olmasa dahi, H/V periyodu arttıkça büyütme oranlarının da o kadar yüksek olduğuna dair bir eğilim söz konusudur. Bunun aksine, H/V oranının pik noktasındaki değeri genellikle depremin pik noktasındaki değerinden daha düşük değerler verme eğilimi olduğu unutulmamalıdır (Bonnefoy-Claudet vd., 2006). 6

7 Çalışma alanındaki H/V tepki spektrumları Kuvaterner sahalarda genellikle her iki sensörle yapılan ölçüm sonuçları için de yüksek periyotlarda benzer pik frekanslara sahiptirler (Şekil 4, MOB-11, 321 ve 343). Bu zeminler alüyyon kalınlığının nispeten yüksek olduğu noktalardır. Ancak çalışma alanında mobil istasyonların birkaçından alınan ölçüm sonuçlarında alüvyon kalınlığı fazla olmasına karşın alanın genel karakteristiği düşünüldüğünde ne hakim titreşim periyotları ne de H/V büyütme oranları benzerlik göstermiştir (Şekil 4, MOB- 55). Bunun nedeni, yüksek seviyedeki gürültü sebebiyle H/V spektrumunun şeklini tamamen bozan çok yoğun araç trafiğinin olduğu bir alanda ölçüm yapılmasıdır. Ayrıca, sıkı zemin özellikleri gösteren malzemeler ile (örneğin, anakaya veya çok sıkı zemin) yoğunluğu daha düşük yumuşak sedimanlar arasındaki litolojik sınır seviyelerindeki empedans farkı, çalışma alanındaki bazı noktalarda kayıtların spektral grafiklerinin değişimlerinden açıkça çıkarılabilmektedir (Şekil 5). Bunun nedeninin muhtemel yüzey topografyasının üniform olmayan (non-uniform) konfigürasyon biçimi ile alakalı olarak bu iki tabaka arasındaki keskin empedans farklarından dolayı olduğu düşünülmektedir (Horike vd., 2001). Şekil 4. Farklı noktalarda hesaplanmış H/V spektrumlarından örnekler. Kuvaterner alüvyon alanlar MOB-11, -29, -175, -321, -343 ve -55 tarafından ve Kuvaterner teras ve Pliyo-Pleistosen alanlar sırasıyla MOB-250 ve -91 tarafından temsil edilmektedir. Şekil 5. İnce gevşek alüvyon sediman tabakaları ile kaya birimleri arasındaki üniform olmayan yüzey topografyası konfigürasyonu ile ilişkili keskin empedans kontrastı örnekleri (MOB-345 ve MOB-3). Mikrotremor ölçümleri sonucunda elde edilen sonuçlar temel alınarak Ankara baseni için saha tepkisi dağılımları haritalanmıştır. Öncelikle, ölçüm noktaları arasında mekansal interpolasyon işlemi gerçekleştirilerek Ankara baseni genelindeki hakim titreşim periyodu dağılımının haritası hazırlanmıştır (Şekil 6). Daha sonra ise yine hakim periyotlarda gözlemlenen maksimum büyütme seviyelerinin haritası her bir ölçüm noktasında interpolasyon yapılmadan değerlendirilmiş ve büyütme seviyeleri açısından kademeli olarak büyüyen boyutlu semboller olarak gösterilmiştir (Şekil 7). Bunun sebebi Nakamura yönteminin niteliksel karakterinin H/V oranının pik değeri tarafından erişilen seviyesinin güçlü bir sarsıntı esnasında yüzeydeki bir sinyalin büyütmesi ile ilişkilendirilmesinin halihazırda sağlayamamasından kaynaklanmaktadır (Bard, 1999; Duval vd., 2001). Şekil 6'da sunulan haritadan hakim titreşim periyotlarıdaki genel eğilimlerin çalışma alanındaki sedimenter birimlerin dağılımı ile tutarlı olduğu görülmektedir. Bu hakim periyotlardaki genel dağılımların Ankara baseninde alüvyondan kaya zeminlere kadar farklı litholojik birimlerin yer almasından dolayı göreceli olarak farklılıklar göstermesinden kaynaklanmaktadır. Hakim titreşim periyotları Kuvaterner yaşlı alüvyon sedimanlarında 0.4 ile 0.9 s arasında değişmektedir. Titreşim periyotlardaki bu farklılıkların da olası nedenleri sediman özellikleri ve kayma dalgası hızlarındaki değişkenliğin yanı sıra alüvyon zemin kalınlıklarıdır. 7

8 2. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı Şekil 6. H/V yöntemi ile elde edilen hakim titreşim periyodu haritası. Şekil 7. H/V yöntemi ile elde edilmiş maksimum büyütme oranlarını gösteren harita. Bu düşüncenin doğruluğunu kanıtlamak amacıyla, Ankara baseni genelindeki sediman kalınlıklarını ve karakterlerini incelemek amacıyla üç kesit boyunca düşey ve yanal değişimleri gösteren 2 boyutlu Vs profilleri çıkarılmıştır (Şekil 8). Kesitlerin doğrultuları Şekil 3'te verilmiştir (A-A, B-B and C-C ). Eksenel çökelim sisteminin kontrolündeki güncel dere yatakları ve bunların ana kolları göz önünde bulundurulduğunda, alüvyon çökellerinin kalınlıkları nispeten yüksektir ve kayma dalgası hızları nispeten düşüktür (Şekil 8a ve b). Ancak, Pliyo-Pleyistosen akarsu çökellerinin kalınlığı nispeten yüksektir ve Vs sonuçları derinlik arttıkça sürekli olarak artış gösterir. Bundan dolayı, basenin ekseni boyunca derinlik değişimi genellikle Kuvaterner alüvyon çökellerin kalınlığı ile doğrudan ilişkilidir. Bu durum genellikle pekişmemiş zemin özelliği gösteren bu birimlerin sediman karakteristikleri ve litolojik kalınlıkları ile H/V yönteminden elde edilen hakim titreşim periyotları arasında iyi bir uyum olduğunu göstermektedir. Ankara baseninin kenar sınırlarında baskın olan marjinal çökelim sistemi (Şekil 8c) topoğrafya eğiminin değişimine göre moloz akması ve örgülü nehirler tarafından çökelmiş teras ve alüvyon yelpazesi konglomeralarından oluşmaktadır. Marjinal çökelim ortamının doğasından dolayı tane boyları ince taneli alüvyon ovası sedimanlarını oluşan eksenel taşkın ovası çökelim sisteminkinden daha büyüktür. Bu nedenle, kaba taneli çökellerin Vs sonuçları ince taneli olanlara göre daha yüksektir (Eker vd., 2012). Doğal frekansları sediman kalınlığına dönüştürmek kolay bir işlem değildir, zemin büyütme seviyelerindeki değişimler de basen genelinde ortalama Vs değerleride bazı değişimler yaratmaktadırlar. Genellikle basen kenarlarda ve güncel nehir yataklarının sığ yan kollarında nispeten daha düşük büyütme seviyelerine rastlanmıştır ve daha ince alüvyon tabakası kalınlıklarından dolayı daha düşük sönümlenmeler söz konusudur. Şekil 7'de sunulan harita göz önünde bulundurulduğunda, bu baskın periyotlarda gözlemlenen maksimum büyütme seviyelerinin çökelim ortamı ve sediman karakteristiğinden dolayı değişkenlik göstermektedir, ancak bunlar Ankara baseninin litolojik birimleri ile nispeten uyumludur. Bu genel eğilim bazı noktalarda büyütme seviyelerinin genel karakteristiğini yansıtmıyor olabilir. Örneğin, H/V sonuçları düşey bileşenindeki olası büyütmelerden dolayı alüvyon sedimanlarının ana ekseni boyunca bazı noktalarda daha düşük büyütme seviyesi sonuçları vermektedir. Bunun yanında, H/V sonuçları basen kenarındaki alüvyon tabakası kalınlığının nispeten düşük olduğu sedimanlarda ve temel kayası ile arasındaki sınıra yakın yerlerde yüksek büyütme seviyelerini de temsil edebilir (empedans farkı; Şekil 7). Vs sonuçlarının H/V sonuçları ile karşılaştırılması göz önünde bulundurulduğunda, Ankara basenindeki hakim titreşim periyotları ile maksimum büyütme seviyeleri genel olarak sismik sediman özellikleri iyi bir uyum göstermiştir. Buna bağlı olarak, elde edilen bölgeleme haritası çalışmalarının tamamı Ankara baseninin batısındaki çalışma alanında zemin tepkisinin mekansal değişimlerinin tahmin edilmesinde kullanılmak üzere yer etkilerinin değerlendirilmesi için nihai bir bölgeleme haritası oluşturulması amacıyla sentezlenmiş ve bir araya getirilmiştir (Şekil 9). 8

9 Şekil 8. Çalışma alanında farklı en kesitlerden alınan 2-boyutlu derinlik modelleri, A-A' (a), B-B' (b) ve C-C' (c). Bu kesitlerin doğrultu yönleri Şekil 3'te verilmiştir. Şekil 9. Ankara baseninde yer etkilerinin değerlendirilmesi için hazırlanan bölgeleme haritası. Şekilde V s 30 ve hakim titreşim periyotları ile maksimum büyütme seviyelerine istinaden hazırlanan, ve H/V spektral oranlar haritalarına dayanan bir sınıflandırma haritası verilmiştir. 9

10 6. SONUÇLAR Bu çalışmada kullanılan yöntemler ve prosedürler Ankara basenin batısındaki zeminlerin yer etkilerinin değerlendirilmesi çalışmalarını içermektedir. Yapılan bu çalışmalar, bölgelerde yapılacak deprem tehlikesi değerlendirmelerinde ve bunlara bağlı olarak yapılacak olan mekânsal planlama çalışmalarında önemli bir altlık teşkil edecektir. Çalışma alanı hali hazırda ve gelecekte Ankara'nın önemli büyüme potansiyeline sahip yerleşim alanlarının içerisinde yer almaktadır. Yakın geçmişteki yaşadığımız örnekler, Ankara baseni ve etrafında gerçekleşebilecek önemli sismik aktivitelerin Ankara'nın yoğun nüfuslu şehir merkezi ve çevresini etkileyebileceğini göstermiştir. Ankara şehir merkezi ana fay sistemlerinden uzakta yer aldığı düşünülse de, bu gibi büyük şehirlerin kentleşme oranının hızla artması, aşırı nüfus, plansız kentleşme ve yetersiz altyapısından dolayı can ve mal kaybı açısından felaket risklerine açıktır. Bu sebeple, yapılan bölgeleme çalışmaları ve yerel saha değerlendirmeleri; genel arazi kullanımı, kentsel planlama açısından ve büyük gelişme alanları belirlenip onaylanmadan önce gerekebilecek özel çalışma sahalarının (örneğin Belediyeler için mikrobölgeleme çalışmaları vb.) belirlenmesi açısından Türkiye'nin başkenti olan Ankara için önem teşkil etmektedir. Özellikle burada sunulan çalışmalar mülki ve yerel idareler, mühendisler, şehir plancıları ve acil durum müdahale personeli vb. için çalışma alanı kapsamındaki potansiyel riski doğru şekilde değerlendirmek ve azaltmak açısında faydalı olabilir. Bu çalışmanın sonucunda yer etkilerini tetikleyen üç ana etken belirlenmiştir, bunlar jeolojik formasyonun yaşı, zemin tabakalarının kalınlığı ile daha genç sedimanter birimlerdeki zemin özellikleri ve üniform olmayan yeraltı konfigürasyonlarıdır. Kuvaterner alüvyon birimleri, yüzeye yakın yerlerde düşük hızlı çökellerin yer almasından dolayı yüksek periyotlarda yer hareketlerini Pliyo-Pleyistosen yaşlı çökellere göre daha fazla büyütmüşlerdir. Ankara baseninde sismik verilerin H/V ölçümleri ile karşılaştırılması göz önünde bulundurulduğunda, hakim titreşim periyodu haritasındaki değişimlerin maksimum büyütme seviyeleri ve sismik saha karakterizasyonu sonuçları ile uyumluluk göstermiştir. Hakim periyotlardaki yüksek büyütmeler çalışma alanında genellikle birim içinde düşük kayma dalgası hızı özelliklerine sahip daha kalın pekişmemiş malzemelere tekabül eden Kuvaterner sedimanlar boyunca gözlemlenmiştir. Bu sonuçların karşılaştırılması H/V pik periyodunun büyük ihtimalle pekişmemiş sediman özelliklerinin saha tepkilerinden dolayı artan büyüklük ivmeleri ile yükseldiğini göstermektedir. Ayrıca, sismik dalgalarının yayılımı yüzey topografyasından ve üniform olmayan yeraltı konfigürasyonlarından ciddi şekilde etkilenebilir ve bu da pekişmemiş sedimanlar ile sağlam zemini teşkil eden birimler arasında büyük empedans farklarının oraya çıkmasına neden olabilir. Dolayısı ile bu çalışma arka plan gürültüsünün kaydedilmesine dayanan H/V yönteminin genellikle hakim titreşim periyotlarını belirleyen maksimum büyütmeleri ortaya koyan düşük açılı dalıma sahip yumuşak alüvyon tabakalarının sismik davranışına dair güvenilir veri elde edilebileceğini göstermiştir. TEŞEKKÜR Bu çalışma kapsamında sağladığı finansal kaynaktan dolayı Orta Doğu Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projelerine (BAP ) teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışmaya vermiş oldukları katkılarından dolayı Sayın Uğur Kuran, Sayın Kıvanç Okalp, Sayın Mete Mirzaoğlu, Sayın Mert Eker ve Sayın Selim Cambazoğlu'na teşekkürlerimizi sunarız. REFERENCES Akyürek, B., Duru, M., Sütçü, Y.F., Papak, İ., Şaroğlu, F., Pehlivan, N., Gönenç, O., Granit, S. ve Yaşar, T. (1997). Ankara şehrinin çevresinin jeolojisi ve doğal kaynakları. MTA Derleme No (yayınlanmamış). Bard, P.-Y. (1999). Microtremor measurements: a tool for site effect estimation?, In: The effects of Surface Geology on Seismic Motion, Irikura, Kudo, Okada & Sasatani (Eds.), Rotterdam,

11 Bonnefoy-Claudet, S., Cornou, C., Bard, P.-Y., Cotton, F., Moczo, P., Kristek, J., Fah, D. (2006). H/V ratio: a tool for site effects evaluation. Results from 1-D noise simulations. Geophysical Journal Int. 167:2, Chatelain, J-L., Guillier, B., Cara, F., Duval, A-M., Atakan, K., Bard P.-Y., The WP02 SESAME team (2008). Evaluation of the influence of experimental conditions on H/V results from ambient noise recordings. Bulletin of Earthquake Engineering 6, Duval, A.M, Méneroud, J.P, Vidal, S., Singer, A, De Santis, F., Ramos, C., Romero, G., Rodriguez, R., Pernia, A., Reyes, A. and Griman, C. (2001). Caracas, Venezuela, Site effect determination with microtremors. Pure and Applied Geophysics 158, Eker, A. M., Koçkar, M.K., Akgün, H. (2012). Local site characterization and seismic zonation study by utilizing active and passive surface wave methods: A case study for the northern side of Ankara, Turkey. Engineering Geology 151, Erol, O., Yurdakul, M.E., Algan, Ü., Gürel, N., Herece, E., Tekirli, E., Ünsal, Y., Yüksel, M. (1980). Ankara nın jeomorfoloji haritası, MTA Rapor no: 6875, 300 p. Horike, M., Zhao B., Kawase, H. (2001). Comparison of site response characteristics inferred from microtremors and earthquake shear waves. Bulletin of the Seismological Society of America 91, International Code Council, ICC. (2006). International Building Code. Structural and fire-and life-safety provisions (seismic, wind, accessibility, egress, occupancy and roof codes), Whittier, CA. Koçkar, M.K. (2006). Engineering geological and geotechnical site characterization and determination of the seismic hazards of Upper Pliocene and Quaternary deposits situated towards the west of Ankara. Ph.D. Dissertation, Middle East Technical University, Ankara, 401 p. Koçkar, M.K., Akgün, H. (2008). Development of a geotechnical and geophysical database for seismic zonation of the Ankara basin, Turkey. Environmental Geology 55:1, Koçkar, M.K., Akgün, H., Rathje, E.M. (2010). Evaluation of site conditions for the Ankara basin of Turkey based on seismic site characterization of near-surface geologic materials, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 30, Koçkar, M.K. and Akgün, H. (2012). Evaluation of Site Effects of the Ankara Basin, Turkey, Journal of Applied Geophysics 83, Lacave, C., Bard, P.-Y., Koller, M.G. (1999). Microzonation: techniques and examples. In: Block 15: Naturgefahren-Erdbebenrisiko, ( 23 p. Lermo, J., Chavez-Garcia, F.J. (1993). Site effect evaluation using spectral ratios with only one station. Bulletin of the Seismological Society of America 83, Nakamura, Y. (1989). A Method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Quarterly Report of Railway Technical Research Institute (QR of RTRI) 30:1, Wald, D.J., Allen, T.I. (2007). Topographic slope as a proxy for seismic site conditions and amplification. Bulletin of the Seismological Society of America 97:5,