EGE BÖLGESİ GRABEN SİSTEMLERİNİN KABUK HIZ YAPISI Çağlar Özer 1,2, Elçin Gök, Orhan Polat 1,* 1 Dokuz Eylül Üniversitesi, Jeofizik Müh. Bölümü,35160 İzmir 2 Atatürk Üniversitesi, Oltu Yer Bilimleri Fakültesi, Erzurum Email: caglar.ozer@deu.edu.tr, orhan.polat@deu.edu.tr * Sorumlu Yazar ÖZET Batı Anadolu geçmişten günümüze birçok yıkıcı depreme sahne olmuş ve hala yoğun deprem etkinliğinin gözlendiği bir bölgemizdir. Bu bölgenin içinde bulunduğu tektonik rejimin sonucu olarak Batı Anadolu da birçok jeotermal alan meydana gelmiştir. Bu çalışmada yerel deprem tomografisi yöntemi kullanılarak üst kabuk hız yapısı araştırılmıştır. Büyük Menderes, Küçük Menderes ve Gediz Grabenleri boyunca derinlik-hız kesitleri alınmış, bölgenin P-dalga hızı ve Vp/Vs oranı değerleri 30 km derinliğe kadar hesaplanmıştır. Afet ve Acil Durum Yönetimi (AFAD) tarafından kurulan 55 adet istasyon verisinden hareketle, 10.000 den fazla deprem içeren ilksel kataloğun içinden iyi konumlanmış ~1000 deprem seçilmiştir. Elde edilen tomografik kesitler hızları 3.5 km/s den 8.5 km/sn ye değişen dört tabakalı bir hız modelini önermektedir. Ayrıca depremlerin büyük çoğunluğunun ilk 15 km de (%50) gerçekleştiği gözlenmektedir. Aktif sismojenik zonun geçişini gösteren bu derinlik Condrad süreksizliği olarak yorumlanmıştır. Ek olarak tüm Batı Anadolu için Moho derinlik haritası üretilmiş ve Batı Anadolu için Moho derinliği ~29 km olarak belirlenmiştir. Fakat bazı aktif jeotermal alanlarda (Aydin, Kütahya ve İzmir) Moho derinliğinin 20 km ye kadar düştüğü gözlenmiştir. Elde edilen Vp ve Vp/Vs değerleri birlikte yorumlanarak mevcut jeotermal alanların yapısı ortaya çıkarılmış (petrolojik ve litolojik) ve bazı potansiyel yeni jeotermal alanlar bu çalışma kapsamında önerilmiştir. ANAHTAR KELIMELER: Yerel Deprem Tomografisi, Sismik Hız Yapısı, Jeotermal, Batı Anadolu CRUSTAL VELOCITY STRUCTURE OF GRABEN SYSTEMS IN AEGEAN REGION ABSTRACT The western Anatolia has been the scene of many devastating earthquakes from past to present and is still a region where intense earthquake activity is observed. As a result of the tectonic regime, many geothermal fields have been occurred in the western Anatolia. In this study, upper crustal velocity structure was investigated by local earthquake tomography method. Depthvelocity sections were taken along Buyuk Menderes, Kucuk Menderes and Gediz grabens, and the P-wave velocity and Vp / Vs ratio values of the region were calculated down to 30 km
depth. Using from 55 station data operated by the Disaster and Emergency Management (AFAD), ~ 1000 earthquakes were selected from the primary catalogue which contain more than 10.000 earthquakes. The obtained tomographic cross sections suggest four layered model which velocities are range from 3.5 km / s to 8.5 km / s. It is also observed that the majority of earthquakes occurred in the first 15 km (50%). This depth border indicating the discontinuities of the active seismogenic zone interpreted as Condrad discontinuity. In addition, a Moho depth map for the whole of Western Anatolia was produced and determined to be ~ 29 km. However, in some active geothermal fields (Aydin, Kutahya and Izmir), the Moho depth has been observed as 20 km. Obtained Vp and Vp/Vs values were interpreted together to reveal the structure of existing geothermal fields (petrological and lithological) and some potential geothermal fields were proposed in this study. KEYWORDS: Local Earthquake Tomography, Seismic Velocity Structure, Geothermal, Western Anatolia 1. GİRİŞ Ege Bölgesi tektonik açılma rejimine bağlı olarak depremsellik açısından etkinliğini hala sürdürmektedir. Tarihsel ve aletsel dönem içerisinde birçok büyük depremin meydana geldiği bölgede, en son büyük deprem 17-21 Ekim 2005 tarihleri arasında Seferihisar da meydana gelmiştir. Moment büyüklüğü 5.9 olarak rapor edilen ana şoktan hemen sonra bölgede uzun bir süre artçı sarsıntılar devam etmiştir. Genişleme tektoniği etkisinde bulunan Ege Bölgesinde (Batı Anadolu, Türkiye) oligosen sonunda başlayan Kuzey-Güney açılma ile Ege Denizi oluşmuştur. Ege Denizinin altındaki kabuk kalınlığı Anadolu ya (Doğu) ve Yunanistan a (Batı) doğru artmaktadır (Okay, 2017). Ege Bölgesi yerküre üzerinde hızla genişleyen alanların başında gelmektedir. Bu genişleme ile ilişkili olarak oluşmuş Neojen havzaların başında Doğu-Batı doğrultulu grabenlerdir (Seyitoğlu ve Işık, 2015). Bu çalışma kapsamında Büyük Menderes, Gediz ve Küçük Menderes Grabenlerini dik olarak kesecek şekilde sismik profiller alınmıştır. Büyük Menderes Grabeni (BMG), doğu-batı yönlü bir grabendir. BMG çevresindeki oblik ve normal fay yapısı iki karmaşık tektonik olaya işaret etmektedir. İlk grup tektonizma, K-G sıkışma ile ilgili D-B gerilme ile açıklanmaktadır. Bu grup, erken-orta miyosen ve havza oluşumlarından sorumlu KG ve KD yönlü oblik fay sistemlerinin gelişiminden sorumludur. İkinci grup tektonik rejim, gerilmenin D-B dan K-G ye değişmesi ile BMG nin ilerleyen üç aşamalı deformasyonunu kontrol etmiştir. Deformasyon sürecinin başında Büyük Menderes Sıyrılma Fayının gelişimi ile birlikte Menderes Masifinin derin kısımları yükselmeye başlamıştır (Gürer vd., 2009). Batı Anadolu nun genç yapısal elemanlarından olan Gediz Grabeni (GG), Kuvaterner başından bu yana akmış olan Gediz nehirleri ve göller, K-G genişleme rejimi içinde oluşan tektonik denetimli bir havza evrimi süresince çökellerini dolgulamıştır (Hakyemez vd., 2013). Küçük Menderes Grabeni, dar Kuvaterner olukları vasıtasıyla birbirine bağlanan Kiraz, Ödemiş, Bayındır, Dağkızılca-Torbalı ve Selçuk olmak üzere beş ana tabandan oluşmaktadır. Dağkızılca, Kiraz ve Selçuk havzaları Miyosen ve daha genç birimlerden, diğer birimler ise büyük ölçüde Kuvaterner çökelleri ile doludur (Rojay vd., 2012).
Büyük Menderes, Küçük Menderes ve Gediz Grabenlerinin 3-B sismik hız yapısının Yerel Deprem Tomografi (YDT) yöntemi ile belirlenmesi ve elde edilen sonuçların tektonik, jeolojik ve jeotermal potansiyel açısından yorumlanması bu çalışmanın temel hedefini oluşturmaktadır. 2. VERİ VE YÖNTEM 2.1. VERİ 2007-2012 yılları arasında Afet ve Acil Durum Yönetimi (AFAD) başkanlığı tarafından işletilen 55 istasyon tarafından kayıt edilen ~12.000 deprem kaydı kullanılarak BMG, GG ve KMG nin sismik hız yapısı ortaya konmuştur (Şekil 1). Tomografi çalışmalarının temelinde değerlendirilecek veri setine hâkimiyet önemlidir. Yüksek kalitedeki depremlerin seçilebilmesi için en az 10 P- faz okuması yapılan ve lokasyon RMS değerleri 0.5 s den daha küçük değere sahip 989 deprem seçilmiştir. Seçilen depremlerin büyüklüğü 1.5 ile 5.9 arasında değişmektedir. Şekil 1. Batı Anadolu da 2007-2012 yılları arasında kayıt edilen 12.000 depremin lokasyon ve derinlik dağılımı. (Mavi üçgenler AFAD tarafından işletilen sismik istasyonları simgelemektedir. Kırmızı yıldızlar bölgedeki önemli jeotermal alanları göstermektedir.)
2.2. YÖNTEM Bu çalışma kapsamında Yerel deprem tomografisi (YDT) tekniği ile tomografik kesitler oluşturulmuştur. 3-B tomografik çalışmaların temelini 1-B hız yapısı çalışmaları oluşturur. Bu kapsamda bölgenin jeolojik koşulları, daha önceki çalışmalar göz önünde bulundurularak bölgeyi temsil eden 1-B sismik hız yapısı VELEST (Kissling, 1988) algoritması yardımıyla en az 10 P- ve 5 S-dalga fazı okuması ve aynı zamanda GAP 180 koşulunu sağlayan depremler arasından seçilerek oluşturulmuştur (Tablo 1). LOTOS-12 (Local Tomography Software) programı ile 1-B hız yapısı temel alınarak 3-boyutlu yatay kesitler elde edilmiştir. Düşey sismik profiller BMG, KMG ve GG ni dik olarak kesecek şekilde alınmıştır. Tablo 1. 3-B tomografik hesaplamalarda kullanılan 1-B başlangıç hız modeli Derinlik (km) P- hızı (km/s) -2.0 3.1 2.0 4.2 10.0 4.7 12.0 6.2 18.0 6.5 25.0 7.5 30.0 50.0 7.7 8.5 3. EGE BÖLGESİNİN 3-B HIZ YAPISI Tomografik çalışmalarda hız yapılarının doğru şekilde belirlenmesi ve yapılan çalışmaların doğruluğunun kontrol edilmesi amacıyla tomografik çalışmalarda uygulanan birçok sentetik test vardır. LOTOS (Koulakov, 2009) ile Dama tahtası modeli kullanarak +/- % 10 hız geçişleri olduğu varsayılarak bir model oluşturulmuştur. Her bir hız kutucuğu karedir ve kenar uzunlukları 50 km dir. Bu testteki amaç mevcut istasyon ve kaydedilen deprem dağılımıyla ne kadarlık bir alanı çözebileceğimizi sentetik testler ile tespit etmektir. Bu çalışmada yapılan dama tahtası testi göstermektedir ki BMG, GG ve KMG üzerindeki sismik profiller yüksek çözünürlüklü alan içinde konumlanmaktadır. Aynı zamanda bu koşullarda güvenilir derinlik 030 km arası olduğu belirlenmiştir (Şekil 2). Yüksek çözünürlüklü alanda konumlanmış düşey sismik hız profilleri Şekil 3 de, Vp/Vs oranları Şekil 4 de sunulmaktadır.
Bademler, Menemen, Kızılçukur (Şekil 3, profil 1), Köşk, Sındırgı, Bigadiç (Şekil 3, profil 2), Sarayköy, Karahayıt, Demirci ve Simav (Şekil 3, profil 3) bölgelerinde en düşük Vp hızları gözlenmiştir. Vp tomografik kesitlerine bakıldığında hızları 3.5 ile 8.5 km/sn arasında değişen 4 farklı sismik hız profili dikkat çekmektedir. Ortalama Moho derinliği 25 km ile 35 km arasında değişmektedir (Şekil 3). Şekil 2. Vp Dama tahtası testi
Şekil 3. Vp düşey tomografik hız kesitleri. Kırmızı kesikli çizgiler Moho derinliğini simgelemektedir. Şekil 4. Vp/Vs tomografik kesitleri Vp/Vs tomografik kesitleri bölgenin petrolojik özellikleri hakkında bilgi vermesi açından çok değerlidir. Vp/Vs kesitleri Vp tomogramları ile birlikte yorumlanarak bölgedeki jeotermal, gaz ve sıvı içeriği hakkında önemli bilgiler vermektedir. Düşük Vp ve düşük Vp/Vs gaz içeriği ile ilişkilendirilirken, düşük Vp ve yüksek Vp/Vs akışkan içeriği ile ilişkilidir (Ozer ve Polat 2017a; Ozer ve Polat 2017b). Menemen, Köşk, Bigadiç, Sarayköy ve Karahayıt bölgelerinde düşük Vp ve Vp/Vs değerleri gözlenmiştir. Bu alanlardaki düşük Vp ve Vp/Vs değerleri çoğunlukla gaz içerikli kayaçlardan kaynaklanmaktadır. Bu tür zonlarda, Vs hızlarında pek bir değişim olmazken Vp hızları önemli ölçüde düşmektedir (Şekil 4). Profiller boyunca alınan düşey tomografik kesitlerde (Şekil 3-4) gözlenen yüksek Vp/Vs anomalilerinin, bu hidrotermal sistem içerisindeki akışkanlar ile ilişkili olabileceği şeklinde yorumlanabilir. Yüzeye yakın katmanlar (<5 km) incelendiğinde yüksek Vp/Vs değerlerinin, genellikle kırık zonları boyunca yoğunlaştığı dikkat çekmektedir. Bu anomalilerin çoğu günümüzde halen kullanılmakta olan jeotermal kaynakların yakınlarında gözlenmektedir (Yelki, Süzbeyli, Güzelhisar, Kızılçukur, Salihli, Akhisar, Gümüşkol, Hamamdere, Demirci ve Simav). 4. SONUÇLAR
Batı Anadolu daki önemli tektonik birimlerden BMG, GG ve KMG çevresinde kaydedilen yerel depremler kullanılarak bölgenin 3-B sismik hız yapısı 30 km ye kadar çıkarılmıştır. Vp sismik hız yapısı Batı Anadolu da 3.5 ile 8.5 km/sn hızları arasında değişen dört katmanlı sismik hız yapısı tespit edilmiştir. Düşük Vp ve Vp/Vs değerleri gaz içeriği ile ilişkilendirilirken, düşük Vp yüksek Vp/Vs değerleri olası jeotermal akışkanlar ile ilişkili olabileceği belirtilmiştir. Moho derinliği 25-35 km arasında değişmekte ve Aydın da 19 km, Selendi-Demirci de 29 km olarak tespit edilmiştir. TEŞEKKÜR Bu çalışma Dokuz Eylül Üniversitesi (DEÜ) Fen Bilimleri Enstitüsünde Doktora eğitimine devam etmekte olan Çağlar Özer in doktora tezinin bir parçasını oluşturmaktadır. Bu çalışma DEÜ-BAP projesi (2016.KB. FEN.013) ve Türkiye Deprem Mühendisliği Derneği (TDMD) tarafından desteklenmiştir. Fay bilgileri Maden Tetkik ve Arama (MTA) çizim editöründen sayısallaştırılmıştır. KAYNAKLAR Gürer, Ö.F., Filoreau, N.S., Özburan, M., Sangu, E., Dogan, B. (2009). Progressive development of the Büyük Menderes Graben based on new data, western Turkey. Geological Magazine 146:5, 652-673. Hakyemez, H. Y., Göktaş, F., Erkal, T. (2013). Gediz Grabeninin Kuvaterner Jeolojisi ve Evrimi. Türkiye Jeoloji Bülteni 56: 2, 1-26. Kaypak, B. ve Gökkaya, G. (2012). 3-D imaging of the upper crust beneath the Denizli geothermal region by local earthquake tomography. Western Turkey, Journal of Volcanology and Geothermal Research 211-212, 47-60. Kissling, E. (1988). Geotomography with local earthquake data. Rev. Geophys. 26, 659-698. Koulakov I. (2009). LOTOS code for local earthquake tomographic inversion. Benchmarks for testing tomographic algorithms, Bulletin of the Seismological Society of America 99:1, 194214. Okay, A. https://web.itu.edu.tr/~okay/geology_turkey_notes/. Son Erişim Tarihi: 05.05.2017. Ozer, C., ve Polat, O. (2017a). 3-D crustal velocity structure of Izmir and surroundings. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, (accepted). Ozer, C., ve Polat, O. (2017b). Local earthquake tomography of Izmir geothermal area, Aegean region of Turkey. Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata, (accepted). Rojay, B., Toprak, V., Demirci, C., Süzen, L. (2005). Plio-Quaternary evolution of the Küçük Menderes Graben Southwestern Anatolia, Turkey. Geodinamica Acta 18 (3-4), 317-331.
Seyitoğlu, G. ve Işık, V. (2015). Batı Anadolu da geç Senozoyik genişleme tektoniği: Menderes çekirdek kompleksinin yüzeylenmesi ve ilişkili havza oluşumu. MTA Dergisi 151, 49-109.