BİGA YARIMADASI VE DOLAYININ 3-BOYUTLU KABUK HIZ YAPISININ BELİRLENMESİ VE SİSMOTEKTONİK YORUMU

Transkript

1 BİGA YARIMADASI VE DOLAYININ 3-BOYUTLU KABUK HIZ YAPISININ BELİRLENMESİ VE SİSMOTEKTONİK YORUMU B. Kaypak, 1 B. Çıvgın 2, K. Esat 3, G.B. Ecevitoğlu 4 ve G. Seyitoğlu 5 1 Doç. Dr., Jeofizik Müh. Bölümü, Ankara Üniversitesi, Gölbaşı-Ankara 2 Dr. Araş. Gör., Jeofizik Müh. Bölümü, Ankara Üniversitesi, Gölbaşı-Ankara 3 Dr. Araş. Gör., Jeoloji Müh. Bölümü,Tektonik Araştırma Grubu, Ankara Üniversitesi, Gölbaşı-Ankara 4 Prof. Dr., Yer ve Uzay Bilimleri Araştırma Enstitüsü, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir 5 Prof. Dr., Jeoloji Müh. Bölümü, Tektonik Araştırma Grubu, Ankara Üniversitesi, Gölbaşı-Ankara ÖZET: kaypak@eng.ankara.edu.tr Çanakkale nin Ayvacık ilçesi Gülpınar Köyü dolaylarında Ocak 2017 de başlayan ve Mart 2017 sonuna kadar devam eden yoğun bir deprem etkinliği gözlenmiştir. Bu sismik aktivitenin başlangıcından 15 Mart 2017 e kadar Gülpınar ve yakın çevresinde yaklaşık 4000 e yakın yer sarsıntısı kaydedilmiştir. Bu sismik etkinlik içerisinde büyüklükleri M>4.5 olan ve zaman zaman M=5.4 e kadar ulaşılabilen orta büyüklükte onlarca deprem de meydana gelmiştir. Biga Yarımadası nın güney-güneybatı ucunda gözlenen bu depremler özellikle KB-GD doğrultulu normal faylar ile ilişkilendirilmektedir. Bu faylar daha güneyde deniz içinde sismik yansıma verileri ile saptanan Bababurnu Fayı'na paraleldir. Bölge, İskiri (Skyros) Adası kuzeydoğusundan Biga Yarımadası na uzanan KD-GB doğrultulu sağ yanal İskiri-Biga Fayı ile Edremit körfezini kuzeyden sınırlayan DKD-BGB doğrultulu Edremit Fayı veya Kazdağların kuzeyinde yer alması olası başka bir doğrultulu atımlı fay arasındaki genişlemeli sıçrama alanı olarak değerlendirilmektedir. Bölgenin sismolojik ve sismotektonik açıdan yorumlanabilmesi ve meydana gelen çok sayıda depremin yeniden konumlandırıldıktan sonra bölgedeki aktif faylarla ilişkilendirilebilmesi amacıyla enlemleri ve boylamları arasında kalan alanın 3-Boyutlu tomografik görüntülenmesi yapılmıştır. Bu kapsamda, ilgili alanda yılları arasında meydana gelen yaklaşık 4776 depreme ait faz bilgileri kullanılmıştır. Önce bölgenin 1-B, sonra ise 3-B sismik hız modeli elde edilmiştir. Bölge için elde edilen yeni hız modelleri ile depremlerin yeni konumları hesaplanmıştır. Tomografik çözümlemeler sonucu belirlenen Vp ve Vp/Vs modelleri ile bölgenin litolojik ve yapısal unsurları arasında bir ilişki ortaya konulmuştur. ANAHTAR KELİMELER: Biga Yarımadası, Deprem Tomografisi, Ayvacık Depremleri

2 DETERMINATION OF 3-DIMENSIONAL CRUSTAL VELOCITY STRUCTURE OF THE BİGA PENINSULA AND ITS SURROUNDINGS AND SEISMOTECTONIC INTERPRETATION B. Kaypak, 1 B. Çıvgın 2, K. Esat 3, G.B. Ecevitoğlu 4 and G. Seyitoğlu 5 1 Assoc. Prof., Dept. of Geophysical Engineering, Ankara University, Gölbaşı-Ankara 2 Res. Asst. Dr., Dept. of Geophysical Engineering, Ankara University, Gölbaşı-Ankara 3 Res. Asst. Dr., Dept. of Geological Eng., Tectonics Research Group, Ankara University, Gölbaşı-Ankara 4 Prof., Research Institute of Earth and Space Sciences, Anadolu University, Eskişehir 5 Prof., Dept. of Geological Eng., Tectonics Research Group, Ankara University, Gölbaşı-Ankara ABSTRACT: kaypak@eng.ankara.edu.tr A high seismic activity that started in January, 2017 and continued until the end of March, 2017 was observed around Gülpınar village of Ayvacık county of Çanakkale province. About 4000 events were recorded around Gülpınar and its vicinity from the beginning of seismic activity to March 15. Also tens of moderate earthquakes that have a magnitude M>4.5 and occasionally reachable up to M=5.4 were occurred. The seismic activity is related to the NW-SE trending normal faults at the southeast edge of Biga Peninsula. These faults are parallel to the Bababurnu Fault determined by seismic reflection data. The region is evaluated as a releasing stepover between right-lateral İskiri-Biga Fault extending from northeast of the Iskiri (Skyros) Island to the Biga Peninsula and Edremit Fault bounding the Gulf of Edremit from the north or another possible strike-slip fault on the north of Kazdağları. In order to interpret the region in terms of seismologic and seismotectonic and to be associated the many occurred earthquakes with the active faults after the relocation process, the 3-dimensional tomographic imaging of the area between latitudes and longitudes was performed. In this context, the phase values belonging to about 4776 earthquakes occurred in the region between 1998 and Firstly 1-D then 3-D seismic velocity models of the region were obtained. More robust updated earthquake locations were calculated by using new velocity models. A relationship between the Vp and Vp/Vs models determined by the tomographic analyses, and the lithological and structural units of the region has been established. KEYWORDS: Biga Peninsula, Earthquake Tomography, Ayvacık Earthquakes

3 1. GİRİŞ Ege Denizi ve Batı Anadolu, deprem etkinliği açısından Asya-Avrupa coğrafyasındaki en yoğun bölgelerinden biridir. Karlıova dan başlayarak Yunanistan a kadar uzanan Kuzey Anadolu Fayı, Girit Adası nın güneyinde yer alan Ege Yayı ve Batı Anadolu genişleme rejimine katkıda bulunan horst-graben sistemleri bölgenin deprem etkinliğinde önemli rol oynayan tektonik yapılardır. Zaman zaman bu ana yapılara bağlı olarak aktif hale geçen bazı tali fay zonlarının ürettiği deprem etkinlikleri de gözlenmektedir. Bu etkinliklerden biri de Ocak 2017 tarihinde başlayan ve Mart 2017 sonlarına kadar devam eden Çanakkale nin Ayvacık ilçesi Gülpınar Köyü yakınlarında gözlenmiştir. Biga Yarımadasını ve dolayını etkileyen bu depremler normal karakterli Gülpınar Fayı tarafından üretilmiş olsa da bölgede risk oluşturabilecek diğer önemli faylar ise Edremit Fayı, İskiri-Biga Fayı, Bababurnu Fayı ve Havran-Balıkesir Faylarıdır (Seyitoğlu ve diğ., 2017). Bölgede gözlenen bu son sismik etkinlik, 15 Ocak 2017 tarihinde yerel saat ile 01:38:59 da, dış merkezi (episantr) Gülpınar (Çanakkale) olan ve 7 km derinlikte oluşan Ml=4.8 (KRDAE) büyüklüğündeki depremle başlamıştır. Ancak, deprem dağılımları dikkatle incelendiğinde bölgede söz konusu depremden daha önce küçük magnitüdlü onlarca depremin oluştuğu göze çarpmaktadır. 4.8 büyüklüğündeki bu depremden 22 gün sonra 6 Şubat 2017 tarihinde saat 06:51:40 da aynı merkez üssünde Ml=5.4 büyüklüğünde ikinci büyük bir deprem meydana gelmiştir. Oluşum sıklığı azalmış olsa da Gülpınar ve dolayında hala deprem etkinlikleri gözlenmektedir. Bu çalışma kapsamında, bölgede meydana gelen son deprem etkinliğinin oluşum nedenleri hakkında bilgi edinebilmek, bölgenin 1-boyutlu (1-B) ve 3-boyutlu (3-B) kabuksal hız yapısını ortaya çıkarmak ve bu yapı ile bölgenin tektonik ve litolojik unsurları arasında bir ilişki kurabilmek amacıyla Biga Yarımadası ve dolayına ait kabuğun Moho ya kadar olan kesimin tomografik görüntülenmesi yapılmıştır. Bunun için bölgede meydana gelmiş eski tarihli deprem verileri de kullanılarak çeşitli ters çözüm teknikleri uygulanmıştır. 2. VERİ VE YÖNTEM 2.1. Veri Biga Yarımadası ve dolayının 1-B kabuk sismik hız modelinin ve 3-B tomografik Vp ve Vp/Vs yapısının belirlenmesi amacıyla K enlemleri ile D boylamları arasında meydana gelmiş depremlerden faydalanılmıştır yılları arasında oluşmuş 4776 deprem (Şekil 1.) arasından belirli ölçütlere göre seçilmiş olanların P- ve S- fazı seyahat zamanları tomografik çözümlemeler için veri olarak kullanılmıştır. Tüm depremlere ilişkin katalog ve fazlara ait seyahat zamanı bilgileri Avrupa-Akdeniz Sismoloji Merkezi (European-Mediterranean Seismological Centre - EMSC) tarafından sağlanmıştır. Böylece hem Türkiye hem de Yunanistan a ait deprem gözlem istasyonlarından veri temin edilebilmiştir. Bölgedeki istasyonların tamamı yerleşik türde ve sürekli kayıt alacak şekilde yerleştirilmiştir. Bunların çoğu geniş bantlı ve üç bileşenli sismometrelerden oluşmuş olsa da ivme türü kayıtçılar da mevcuttur. Çalışma sahasında bulunan ve hız yapısının belirlenmesinde kullanılan 24 istasyona ait bilgiler Çizelge 1 de verilmiş olup bunların harita düzlemindeki konumları ise Şekil 1 de görülmektedir Yöntem Bu çalışma kapsamında, Biga Yarımadası ve çevresine ait sismik hız yapısının belirlenebilmesi için verilere iki aşamalı ardışık bir yöntem uygulanmıştır. Bu aşamalardan ilki 1-B hız yapısının hesaplanmasında kullanılan ters çözüm yöntemi, ikinci aşamada ise hesaplanmış 1-B hız modelinin referans olarak alındığı ve 3-B sismik hız yapısının saptanmasında kullanılan ters çözüm yöntemidir. Bunlar için sırasıyla VELEST (Kissling, 1988; Kissling ve diğ., 1994, 1995) ve SIMUL2000 (Thurber ve Eberhart-Phillips, 1999) algoritmaları kullanılmıştır.

4 Ters çözüm yöntemlerinin tümünde amaç; gözlemsel değerler ile bir başlangıç modelinden yola çıkılarak hesaplanan kuramsal değerler arasındaki farkı, eş-zamanlı çözümleme ile en küçük yapmaya çalışmaktır. Eğer kullanılan veri deprem verisi ise bunlara ait gözlemsel ve kuramsal seyahat zamanları arasındaki farkı en aza indirmek, yerel deprem tomografisinin (Local Earthquake Tomography, LET) esasını oluşturmaktadır. Çizelge 1. Bölgenin hız yapısının belirlenmesinde kullanılan ve farklı deprem gözlem merkezlerine ait istasyonlara ilişkin bilgiler. * İstasyondaki en son sismometre türünü ifade etmektedir. Merkez Kodu Enlem Boylam Yükseklik (m) Açılış Kapanış Kayıtçı Türü Sismometre* CANB Hız Ölçer CMG-6T CAND Açık İvme Ölçer CMG-5TD CUND İvme Ölçer CMG-5TD DKL Açık Hız Ölçer CMG-3ESPC Açık Hız Ölçer CMG-3ESP Hız Ölçer CMG-3T Hız Ölçer CMG-3T Açık Hız Ölçer CMG-3T GOKC Açık İvme Ölçer CMG-5TD GPNR Açık İvme Ölçer CMG-5TD AYVA Açık Hız Ölçer CMG-3T BAYC Açık Hız Ölçer CMG-3T BOZC Açık Hız Ölçer CMG-3T BUHA Açık Hız Ölçer CMG-3T BZG Hız Ölçer CMG-3T CNKL Açık Hız Ölçer CMG-3T ECEA Açık Hız Ölçer CMG-3T GOKA Açık Hız Ölçer CMG-3T KOCA Açık Hız Ölçer CMG-3T TROY Hız Ölçer CMG-3T ZEDA Açık Hız Ölçer CMG-3T LOS ? Açık Hız Ölçer S-13 SIGR Açık Hız Ölçer CMG-3ESP LIA Açık Hız Ölçer CMG-3ESPC PRK Açık Hız Ölçer STS-2 EFSA Açık İvme Ölçer CMG-5TD

5 Şekil 1. Biga Yarımadası ve dolayında, yılları arasında meydana gelen depremlerin dış merkez dağılımları (daireler) ve bölgedeki deprem gözlem istasyonları (üçgenler). Mavi üçgenler KRDAE; kırmızı üçgenler AFAD; eflatun üçgenler ise Yunanistan a ait deprem gözlem istasyonlarını göstermektedir. Büyük artı işareti ise harita merkezine karşılık gelmektedir Veri-İşlem Veri-işlem aşamaları ardışık iki ayrı çalışma altında yapılmıştır. Bunlardan ilkini 1-B hız modelinin elde edilmesi, ikincisini ise 3-B tomografik hız yapısının oluşturulması çalışmaları oluşturmuştur. 1-B hız modellerinin oluşturulmasında EMSC tarafından konumlandırılan 4476 adet deprem, sadece çalışma bölgesindeki istasyonlar kullanılarak yeniden konumlandırılmış ve bu işlem sonucunda 2683 depremin lokasyonu elde edilmiştir. Bölgede 1-B kabuk hız modelinin bulunmaması ve 3-B tomografik çözümler için güvenilir bir referans kabuk hız modeline ihtiyaç olmasından dolayı sistematik başlangıç modelleri oluşturularak bölge için yeni bir 1-B P-dalgası hız modeli elde edilmiştir. Bu modeller arasından artık seyahat zamanının en düşük karekök ortalama (RMS) değerini veren model esas başlangıç modeli olarak seçilmiştir (Kaypak ve Gökkaya, 2011). Bu modelden yola çıkarak ve yinelemeli-ardışık ters çözüm teknikleri uygulayarak bölge için güvenilir 1-B P-dalgası hız yapısı belirlenmiştir. Bu işlemlerde en büyük dış-merkez uzaklığı 400 km olarak alınmıştır. Veri-işlem çalışmalarının ikinci aşamasını 3-B tomografik görüntüleme işlemleri oluşturmuştur. 1-B P-dalga hızı modelinin belirlenmesinden sonra bu modelin referans model ve Vp/Vs oranının da 1.73 olarak alınmasıyla bölgenin 3-B Vp ve Vp/Vs tomografik görüntüleri elde edilmiştir. Bu veri-işlem aşamasında güvenilir sonuçlara ulaşabilmek amacıyla deprem faz verisi belirli ölçütlere göre seçilmiştir. Vp için en az 6 -P, Vp/Vs için ise en az

6 6 -P ve 4 -S faz okumasının yapıldığı, GAP değerinin ise en fazla 200 olduğu depremler seçilmiştir. Bu ölçütlere göre Vp için 1002, Vp/Vs için ise 835 deprem ters çözüm işlemlerine sokulmuştur. Bölgenin modellenmesinde yatay yönde 20x20 km lik, düşey yönde ise 0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 km derinliklerinde düğüm noktası aralıkları kullanılmıştır. Sönüm değeri olarak Vp için 200, Vp/Vs için ise 100 alınmıştır. 4. BULGULAR VE YORUMLAR Biga Yarımadası ve dolayının kabuk hız yapısının belirlenmesi amacıyla yapılan çalışmalar sonucunda bölgenin hem 1-B hem de 3-B hız yapıları elde edilmiştir km den 50 km derinliğe kadar toplam 42 katmandan oluşan başlangıç modellerinin ardışık ters çözümleri sonucunda bölgenin 4 katmandan oluştuğu belirlenmiştir. Bu katmanlara ait derinlik ve sismik hız değerleri Çizelge 2. de verilmiştir. Çizelge 2. Biga Yarımadası ve dolayının 1-B kabuk hız yapısı Derinlik (km) P- Dalga Hızı (km/sn) B hız modeline göre ilk 15 km lik kesimin üst kabuğa, bu derinlikten 40 km ve daha derin noktalara kadar olan kesimlerin ise alt kabuk ve Moho yu temsil eden yapılara karşılık geldiği şeklinde yorumlanmıştır. Çizelge 1. de verilen 1-B sismik hız yapısı referans alınarak yapılan 3-B tomografik ters çözüm işlemleriyle bölgenin 50 km derinliğe kadar Vp ve Vp/Vs yapıları ortaya çıkarılmıştır. Bölgede, en düşük Vp hızı 4.4 km/sn iken en yüksek hız ise 8.8 km/sn olarak hesaplanmıştır. Vp/Vs oranının ise 1.56 ile 1.89 arasında değiştiği belirlenmiştir. Tüm Vp ve Vp/Vs tomografik hesaplamaları sonucu hem yatay hem de düşey kesitler alınarak anomali haritaları oluşturulmuştur. Şekil 2 de 3-B tomografik ters çözüm sonucu yüzeyden 50 km derinliğe kadar elde edilen P- dalgası hızının değişim haritaları görülmektedir. 20 km derinliğe kadar çok değişken ve karmaşık hız anomalileri gözlenirken, bu derinlikten sonra daha sade ve sakin bir anomali değişimi gözlenmektedir. Bu, sismik hız anlamında üst kabuğun çok daha heterojen bir yapıya sahip olduğunu göstermektedir. Sığ derinliklerde yer alan bazı yüksek Vp anomalileri, yerel ölçekte meydana gelmiş kristalize olmuş magmatik sokulumlar şeklinde yorumlanabilir. Şekil 3 de ise Vp/Vs oranlarının değişim haritaları görülmektedir. Wadati diagramına göre bölgedeki ortalama Vp/Vs oranı, 1.73 olarak bulunmuştur. Bu oranın üzerindeki ve altındaki değerler anomali olarak değerlendirilmektedir. Vp ye bağlı olarak artan veya azalan Vp/Vs oranları normal olarak kabul edilirken, Vp nin normal değerler dolayında olduğu veya düşük veya yüksek iken Vp/Vs oranının ters davranış göstermesi kayacın dokusuna ilişkin anomalik bir yapı olarak yorumlanmaktadır. Yüzeye yakın yüksek ( 1.80) Vp/Vs anomalileri (Vp nin normal veya düşük değerler gösterdiği yerler) daha çok akışkan içeriğine sahip kayaçlara karşılık gelirken, daha derinlerde gözlenen bu tür yüksek anomaliler ise magma ceplerine karşılık gelebileceği şeklinde yorumlanmaktadır. Deprem konumları ile Vp ve Vp/Vs anomalileri arasında bir ilişkinin varlığı açıkca ortaya konulamamıştır. Ancak, Vp kat haritalarından depremlerin sığ derinliklerde (< 15 km) Vp nin arttığı, derinlerde ise azaldığı zonlarda oluştuğu; Vp/Vs kat haritalarında ise, tam bir kesinlik olmasa da, Vp anomalilerinin tersi bir durum söz konusudur.

7 Şekil 2. Biga Yarımadası ve dolayının 3-B tomografik ters çözüm yöntemiyle belirli derinlikler için elde edilmiş Vp kat haritaları. Her bir katman dolayındaki depremler beyaz dairelerle gösterilmiştir.

8 Şekil 3. Biga Yarımadası ve dolayının 3-B tomografik ters çözüm yöntemiyle belirli derinlikler için elde edilmiş Vp/Vs kat haritaları. Her bir katman dolayındaki depremler beyaz dairelerle gösterilmiştir.

9 4. SONUÇLAR Biga Yarımadası ve dolayında, 1998-günümüz arası meydana gelen depremler kullanılarak, tomografik ters çözüm yöntemleriyle bölgenin kabuk hız yapısına ilişkin ilksel sonuçlar elde edilmiştir. Henüz çalışmaların devam ettiği bölge için yaklaşık 50 km derinliğe kadar 1-B ve 3-B sismik hız yapısı modellenmiştir. 1-B sismik hız modellerine göre bölge başlıca dört katmandan oluşmaktadır. Bunlar üst kabuk, orta-alt kabuk ve üst manto şeklinde sınıflandırılabilir. 3-B tomografik ters çözüm sonucu, her ne kadar 50 km derinliğe kadar çözüm sağlanmış olsa da güvenilir sonuçlar deniz seviyesinden itibaren km derinliğe kadar elde edilebilmiştir. Hazırlanan kesitlerden Moho derinliğinin, yer yer değişse de, yaklaşık km derinliklerde yer aldığı belirlenmiştir. Deprem oluşumları ile hız anomalileri arasında ise kesin bir ilişki saptanamamıştır. KAYNAKLAR Kaypak, B. and Gökkaya, G., (2012). 3-D imaging of the upper crust beneath the Denizli geothermal region by local earthquake tomography, western Turkey. J. Volcanol. Geotherm. Res , Kissling, E., (1988). Geotomography with local earthquakes. Rev. Geophys. 26, Kissling, E., Ellsworth, W.L., Eberhart-Phillips, D., Kradolfer, U., (1994). Initial reference models in local earthquake tomography. J. Geophys. Res. 99, Kissling, E., Kradolfer, U., Maurer, H., (1995). VELEST Version 3.1 User s Guide: Short Introduction. Institute of Geophysics and Swiss Seismological Service, ETH, Zurich. Seyitoğlu, G., Ecevitoğlu, G.B., Esat, K. ve Kaypak, B., (2017). Şubat 2017 Gülpınar-Ayvacık (Çanakkale) depremleri bilgi notu.. Ankara Üniversitesi Tektonik Araştırma Grubu web sayfası ( ve Jeoloji Mühendisleri Odası web sayfası ( Thurber, C. H., and D. Eberhart-Phillips (1999). Local earthquake tomography with flexible gridding, Comput. Geosci., 25, , doi: /s (99)