AKHİSAR (MANİSA) DOLAYLARINDA GERÇEKLEŞEN YEREL DEPREMLERİN SPEKTRAL KAYNAK PARAMETLERİNİN HESAPLANMASI

Transkript

1 AKHİSAR (MANİSA) DOLAYLARINDA GERÇEKLEŞEN YEREL DEPREMLERİN SPEKTRAL KAYNAK PARAMETLERİNİN HESAPLANMASI ÖZET: Alper DEMİRCİ 1 ve Tolga BEKLER 2 1 Yrd. Doç. Dr., Jeofizik Mühendisliği Böl., Çanakkale Onsekiz Mart Universitesi, Çanakkale 2 Doç. Dr., Jeofizik Mühendisliği Böl., Çanakkale Onsekiz Mart Universitesi, Çanakkale E-posta: alperdemirci@me.com Köşe frekansı, fmax, gerilme düşümü ve kaynak yarıçapı gibi spektral deprem kaynak parametreleri, bir depremin kaynak özelliklerini açısından önemli parametrelerdir. Bu çalışmada, 41 yerel depreme ait (3.5 M 5.0) kaynak parametreleri matlab tabanlı bir yazılım (EQK_SRC_PARA) kullanılarak hesaplanmıştır yılları arasında, 12 Eylül 2016 Akhisar (Manisa) depreminin yakın civarında gerçekleşen depremlere ait genişbant deprem istasyonlarına ait veritabanı KRDAE sismik istaston ağından oluşturulmuştur. P ve SH dalgalarını içeren uyerdeğiştirme ve ivme spektrumları Brune kaynak modeli kullanılara analiz edilmiştir. Toplamda 41 deprem için 1443 dalgaformu incelenmiş ve her depreme ait parametreler manuel olarak hesaplanmıştır. Her bir kaynak parametresi, her deprem için kullanılan sismik istasyon sayısına göre ortalama alınarak hesaplanmıştır. Gözlemsel spektrumlar, bölge için daha önce ortaya atılmış, Qs kalite faktörü kullanılarak sönüm etkisinden arındırılmıştır. Depremlere ait elde edilen sismik moment değerleri ve Nm (3.5 Mw 5) arasında değişiriken köşe frekansı değerleri ise 0.69 ile 3.61 Hz arasındadır. Kaynak yarıçapı değerleri 330 m ile 1882 m. arasında hesaplanmış, ve bu kaynaklardaki gerilme düşümleri is 0.02 Mpa ile 0.36 Mpa arasında değişkenlik göstermektedir. Sonuç olarak, bu kaynak parametreleri arasında ampirik ilişki fonksiyonları ortaya çıkarılmış ve iki sismik dalga fazı için karşılaştırma yapılmıştır. ANAHTAR KELİMELER : Köşe Frekansı, Kaynak Yarıçapı, Sismik Moment, Spektral Kaynak Parametreleri, Gerilme Düşümü ESTIMATION OF SPECTRAL SOURCE PARAMETERS FOR LOCAL EARTHQUAKES IN AKHISAR (MANISA) REGION ABSTRACT Earthquake spectral source parameters such as corner frequency, fmax, stress drop and source radii are key parameters defining the characteristics of an earthquake source. In the present study, source parameters of 41 local events (3.5 M 5.0) have been estimated. A database of broadband recordings of small to moderate earthquakes has been obtained during the in the vicinity of epicentral area of the Akhisar (Manisa) earthquake occurred at 12 September 2016 by the seismic network of KOERI. The displacement and acceleration spectrums including P and SH phases of waveforms were analyzed according to Brune s source model. A total of 1443 waveforms were analyzed for 41 local event and multi-station spectral characteristics of each event were determined manually. Each source parameter was calculated by averaging according to number of used seismic station for each event. Observed spectrums were corrected for attenuation effects using a preexisting regional estimate of the quality factor Qs. The obtained seismic moments range from to

2 Nm (3.5 Mw 5) with corner frequency range between 0.69 and 3.61 Hz. The source radii values are between 330 and 1882 meters and stress drop values vary between 0.02 and 0.36 Mpa. In conclusion, empirical scaling relations between spectral source parameters were estimated and compared for both results obtained from two seismic wave phases. KEYWORDS : Earthquake, Corner Frequency, Earthquake, Source Radii, Seismic Moment, ;Spectral Source Parameters, Stress Drop 1. GİRİŞ Bir deprem meydana geldiğinde, belli miktarda gerilme enerjisi serbest kalmakta ve ani bir gerilme düşümü oluşmaktadır. Sismik kaynak teorisinde son yıllarda artan teknolojik gelişmeler, cisim dalgalarının spektral karakteristiklerini göz önüne alarak sismik moment, stres düşümü, kaynak yarıçapı gibi parametrelerin hesaplanmasını dolayısıyla kaynağın fiziksel özelliklerinin ortaya çıkarılmasını mümkün kılmaktadır. Yerbilimciler tarafından özellikle bu konuda yapılan bilimsel çalışmaların sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Bu tür çalışmaların gelişmesine katkıda bulunan temel nitelikteki bağıntılar ilk olarak Brune (1970) tarafından ortaya atılmıştır. Brune (1970) kaynaktaki fiziksel parametrelerin bir fonksiyonu olarak yakın ve uzak alan yer değiştirme genlik spektrumlarını kullanarak kaynak parametrelerini hesaplamak için bir model önermiştir. Abercombie ve Leary (1993) dünyanın çeşitli yerlerinde, kaynak parametre çalışmaları alanında son zamanlarda önemli katkıda bulunan kişilerdir. Sharma ve Wason (1994), Himalaya ve yakındaki bölgeler için spektral kaynak parametrelerini hesaplamışlardır. Bu çalışmada, yılında meydana gelen Akhisar depremi ve arkasından gelişen artçı şoklara ait B.Ü. Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (KRDAE), Bölgesel Deprem-Tsunami İzleme ve Değerlendirme Merkezi, verisi kullanılarak spektral analizler gerçekleştirilmiş ve kaynak parametreleri elde edilmiştir. Bu kaynak parametreleri bölgenin depremselliğini temsil etmesi açısından birbirleri arasında ilişkilendirilmiş ve bölgesel ilişki fonksiyonları ortaya çıkarılmıştır. 2. ÇALIŞMA ALANI TEKTONIK ÖZELLİKLERİ Çalışma alanı kuzey enlemleri ile doğu boylamları olarak belirlenmiştir. Bu alan, Ege Graben sistemi içerisinde yer almaktadır (Şekil-1). Ege Graben sistemi, dünyadaki en hızlı genişleme gösteren ve sismik aktivite açısından en aktif sistemlerden birini temsil etmektedir. Bu aktif tektonizma içerisinde yer alan Akhisar Havzasında meydana gelmiş depremlerin konu alındığı bu çalışmada tarihinde saat 11:26 da KKB-GGD gidişli Soma-Kırkağaç Fay Zonu; 40 km uzunluktaki KKD-GGB gidişli sağ yanal doğrultu atımlı Akhisar-Sındırgı Fay Zonu ve km uzunluktaki KB-GD gidişli Akhisar-Akselendi-Gölmarmara Fay Zonu olmak üzere 3 fay zonunun kesişim bölgesinde (Kartal ve diğ, 2016) 5.1 büyüklüğünde bir deprem meydana gelmiştir. Bu depremin arkasından meydana gelen artçı şok dağılımları KKB-GGD doğrultulu bir çizgisellik sunarak devam etmiştir. Kartal ve diğ, 2016, bölgedeki tektonizmayı lokal olarak ele almış, elde ettikleri sol yanal doğrultu atımlı faylanmayı gösteren odak mekanizma çözümleri ile meydana gelen depremlerin, birbirine zıt eğimlere sahip iki normal fay (Akselendi ve Akhisar Fayları) arasındaki yırtılma sonucu meydana geldiğini ortaya koymuşlardır.

3 Şekil 1. Çalışma alanı ve civarındaki aktif faylar (Emre vd, 2013) ve bölgede meydana gelmiş depremler (M>2). 3. YÖNTEM VE MATERYAL Gözlemsel yerdeğiştirme spektrumu (u) aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir. U(w)=S(w)*G(w)*R(w)*I(w) (1) Eşitlikte S(w) kaynak spektrumunu belirtirken, G(w) geometrik yayılım, dalga yayınım örüntüsü ve sönüm etkilerini içine almaktadır. R(w) ise ölçüm yapılan istasyona ait yerel zemin büyütmelerinden oluşurken I(w), ölçüm istasyonuna ait alet tepki spektrumunu ifade etmektedir. Bu çalışmada, kaynak spektrumunu elde etmek amacıyla, öncelikle KRDAE tarafından işletilen geniş bant deprem istasyonları kayıtlarına ait ham veriden alet etkisini giderme işlemi ilgili istasyonlara ait sismometre tepki verisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Daha sonraki aşamada, SH dalga fazını elde etmek amacıyla yatay bileşenler üzerinde rotasyon işlemi uygulanmıştır. P dalga fazı için düşey bileşen kullanılmıştır. Brune(1970) kaynak modeli, köşe frekansı değerinden daha büyük frekanslarda belirgin eğim değişimleri göstermektedir. Özellikle yüksek frekanslarda oluşan bu değişimlerin önüne geçmek amacıyla ivme ve yerdeğiştirme spektrumlarına, Boore (1983) tarafından önerilen 2. dereceden alçak geçişli Butterworth filtresi uygulanmıştır. Bu filtreye ait kesme frekansı fmax olarak belirtilmektedir (Hanks, 1982). Brune (1970) tarafından ortaya atılan, teorik ivme ve yerdeğiştirme kaynak spektrumları sırasıyla, AA(RR, ff) = ωω2 Ω 0 1+( ff ffcc )2 (2)

4 DD(RR, ff) = Ω 0 1+( ff ffcc )2 (3) Deprem kaynak modellerinde, ivme spektrumunda köşe frekansı değerine kadar olan artış belirli bir frekans aralığı boyunca sabit hal alırken Hanks (1982) tarafından tanımlanan farklı bir frekans değerinde düşüş eğilimine geçiş yapmaktadır. Bu frekans değeri fmax olarak isimlendirilmektedir. Bu değerin kaynağı hakkında farklı görüşler mevcuttur. Hanks (1982) ve Anderson ve Hough (1984) bu değerin yerel zemin koşullarından etkilendiğini belirtirken diğer yandan, Papageorgiou ve Aki (1983a, b) ve Yokai ve Irikura (1991), fmax değerini kaynak etkisi ile ilişkilendirmişlerdir. Özellikle ivme spektrumlarında, fc ve fmax gibi keskin eğim değişimlerine karşılık gelen frekans değerleri daha belirgin bir hal almakta ve ivme spektrumu üzerinde seçilebilirlikleri daha kolay olmaktadır. Dolayısıyla, elde edilen ivme spektrumlarından, fc değeri için spektrum genlik artışının birden kesildiği frekans değeri ve fmax değeri için ise eğrinin bir band boyunca düz olarak devam ettikten sonra tekrar düşüş eğilimine girdiği frekans değeri seçilmiştir. Bu bilgiler ışığında ivme spektrumunda, fc, fmax ve Ω0 (düşük frekans yerdeğiştirme spektral seviyesi) manuel olarak belirlenmiştir. Sonraki aşamada, çalışma alanını da içerisine alan bölge için daha önceden Kurtulmuş ve Akyol (2013) tarafından hesaplanmış frekans bağımlı kalite sönüm kalite faktörü (Qsh) uzak istasyonlar ( km) için Qsh=113.45f 0,47 eşitliği, yakın istasyonlar (10-70 km) için ise Qsh=60.97f 1,42 eşitliği kullanılarak hesaplanmıştır. P dalga fazı kullanılarak yapılan spektral analizlerde bu aşama Qp=2,25Qs kabulü ile gerçekleşmiştir (e.g. Gajewski vd, 1999). Seçilen fc, fmax ve Ω0 spektral parametreleri kullanılarak, 2 ve 3 no lu bağıntılarla hesaplanan Brune kaynak modeli ne ait spektral eğriler, gözlemsel spektrumlar ile çakıştırılmıştır. Deneme yanılma yöntemiyle belirlenen ve gözlemsel eğriyi en düşük hata ile temsil eden sentetik modele ait spektral parametreler kullanılarak, izleyen bağıntılar yardımıyla depremin Sismik moment, Gerilme düşümü ve kaynak yarıçapı gibi kaynak parametreleri elde edilmiştir. MM 0 = 4ππππββ3 RRΩ 0 RR θθθθ SS aa (4) Eşitlikte M0 sismik momenti, ρ, ortalama yoğunluk değerini, β, kaynak civarındaki ortalama makaslama dalga hızını, R hiposantr uzaklığını, R θφ, ortalama yayınım örüntüsü değerini ve S a ise serbest yüzey zemin büyütme faktörünü temsil etmektedir. Sismik momentin elde edilmesinde sonra Hanks and Kanamori (1979) tarafından geliştirilen ampirik bağıntı yardımıyla moment büyüklük değeri (Mw) hesaplanabilmektedir. Mw=0.66*log(M 0)+10.7 (5) Kaynak yarıçapı (Sr) ve gerilme düşümü (Δσ) parametreleri de 6 ve 7 no lu eşitliklerden hesaplanmaktadır. SS rr = KKKK 2ππff cc (6) Δσσ = 7MM 0 16ss rr 3 (7) Kaynak yarıçapı hesaplamalarında kullanılan K sabiti SH dalga fazı ile yapılan hesaplamalarda 2.34, P dalga fazı ile yapılan hesaplamalarda ise 1.92 olarak alınmıştır (Sivaram et al 2013). Yukarıdaki eşitlikler incelendiğinde elde edilen ve hesaplanan spektral kaynak parametrelerini birbirleriyle doğrusal ve/veya ters şekilde birbirleriyle ilişki içinde olduğu söylenebilmektedir. Fakat Kaynak yarıçapı ve Sismik momentin birbirlerinden tamamen bağımsız parametreler olduğu ve özellikle bu iki parametrenin birtakım regresyon analizleri sonucu ilişkilendirilmesi önemli olmaktadır.

5 4. TARTIŞMA VE SONUÇLAR Deprem spektrumlarının karakteri ve özellikle bu karakterin depremin büyüklüğüyle ölçeklendirilmesi mühendislik amaçlı kuvvetli ve zayıf yer hareketlerinin simülasyonu çalışmaları açısından büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla çalışma kapsamında, bölgede meydana gelmiş 41 depreme ait spektral kaynak parametreleri SH ve P dalga fazları için ayrı ayrı hesaplanmıştır. Çalışmada, her bir deprem için birden fazla istasyon verisi kullanılmış ve kullanılan istasyonlardan elde edilen sonuçların her bir parametre için ortalamaları alınarak muhtemel hatalardan kaçınılmaya çalışılmıştır. Elde edilen kaynak parametreleri Tablo 1 ve Tablo 2 de verilmektedir. Elde edilen sonuçlar ışığında, iki farklı fazdan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve birbirleriyle olan ilişkileri ortaya çıkarılmıştır. Örneğin P ve Sh dalga fazları kullanılarak elde edilen köşe frekansı (fc) değerleri arasında fc(p)= 1,5 fc(sh) ilişkisi elde edilmiştir. Aynı şekilde diğer parametreler arasında da benzer ilişki fonksiyonları bu çalışma kapsamında elde edilmiştir. Yapılan çalışma bir ön çalışma niteliğinde olup bir sonraki aşamada bölgede 2017 yılı içerisinde de meydana gelen depremlerden eldeilen sonuçlarında eklenmesiyle daha yoğun çözünürlüklü veri seti kullanarak bölgeyi daha iyi temsil eden sonuçlar elde edilebilecektir. Şekil 2. SH ve P fazlarından elde edilen köşe frekanslarının doğrusal ilişki grafiği.

6 Tablo 1. SH fazı kullanılarak elde edilen spektral kaynak parametreleri. Date Time (UTM) Lat Long Depth M 0 Mw Fc (Hz) Fmax (Hz) Sd (Mpa) Sr(m) Nsta :47: :15: :45: :57: :18: :23: :30: :17: :57: :24: :03: :18: :36: :00: :54: :04: :33: :05: :52: :16: :07: :05: :26: :29: :15: :23: :53: :48: :25: :56: :30: :51:

7 :21: :49: :51: :02: :52: :03: :23: :35: Tablo 2. P fazı kullanılarak elde edilen spektral kaynak parametreleri. Date Time (UTM) Lat Long Depth M 0 Mw Fc (Hz) Fmax (Hz) Sd (Mpa) Sr(m) Nsta :47: :15: :45: :57: :18: :23: :30: :17: :57: :24: :03: :18: :36: :00: :54: :04: :33: :05: :52: :16: :07:

8 :05: :26: :29: :15: :23: :53: :48: :25: :56: :30: :51: :21: :49: :51: :02: :52: :03: :23: :35:

9 KAYNAKLAR Abercrombie, R. E., and P. Leary, (1993). Source parameters of small earthquakes recorded at 2.5 km depth, Cajon Pass, southern California: Implications for earthquake scaling, Geophys. Res. Lett., 20, Brune, J.N. (1970). Tectonic Stress and the Spectra of Seismic Shear Waves from Earthquakes, Journal of Geophysical Research, 75, No. 26, 1970, pp Boore, D. M. (1983). Stochastic Simulation of High-Frequency Ground Motion Based on Seismological Models of the Radiated Spectra, Bulletin of the Seismological Society of America, 73, No. 6, pp Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş., Şaroğlu, Ş. (2013). Açıklamalı Türkiye Diri Fay Haritası, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Özel Yayınlar Serisi, No:30, Ankara - Türkiye. Gajewski, D., Stangl, R. Fuchs, K. ve Sandmeier K., (1990). A new constraint on the composition of the topmost continental mantle: Anomalously different depth increases of P and S velocity, Geophys. J. Int., 103, Hanks T.C. and Kanamori H., (1979). A Moment Magnitude Scale, Journal of Geophysical Research, 84, No. B5, pp Hanks, T.C. (1982). fmax, Bulletin of the Seismological Society of America, 72, pp Anderson J.G. ve Hough, S.E A Model for the Shape of the Fourier Amplitude Spectrum of Acceleration at High Frequencies, Bulletin of the Seismological Society of America. 74, No. 5, pp Kurtulmuş, T.Ö. ve Akyol, N. (2013). Crustal attenuation characteristics in western Turkey. Geophys J Int. 195:2, Papageorgiou A.S. and K. Aki, K. (1983a). A Specific Barrier Model for the Quantitative Description of Inhomogeneous Faulting and the Prediction of Strong around Motion. I. Description of the Model, Bulletin of the Seismological Society of America, 73, No. 3, pp Papageorgiou A.S. and Aki K, (1983b). A Specific Barrier Model for the Quantitative Description of Inhomogeneous Faulting and the Prediction of Strong ground Motion. I1. Application of the Model,Bulletin of the Seismological Society of America, 73, No. 4,, pp Sharma M. L. and Wason H. R.,(1994). Occurrence of Low Stress Drop Earthquakes in the Garwal Himalayan Region, Physics of the Earth and Plantary Interiors. 85, No. 3-4, pp Sivaram, K., Kumar, D., Teotia, S.S. et al. (2013). Source parameters and scaling relations for small earthquakes in Kumaon Himalaya, India.J Seismol 17: 579. Yokoi, T.and Irikura K. (1991). Meaning of source controlled fmax in empirical Green s function technique based on a T2 -scaling law, Annuals, Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ. 34 B- 1.