TÜRKOĞLU-ANTAKYA SEGMENTİNDE YEREL DEPREM TOMOGRAFİSİ, DOĞU ANADOLU, TÜRKİYE ÖZET: Ç. Özer 1,2, M. Özyazıcıoğlu 3, E. Gök 4 ve O. Polat 5,* 1 Araştırma Görevlisi, Jeofizik Müh. Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir 2 Araştırma Görevlisi, Jeofizik Müh. Bölümü, Atatürk Üniversitesi, Erzurum 3 Doçent, İnşaat Müh. Bölümü, Atatürk Üniversitesi, Erzurum 4 Yardımcı Doçent, Jeofizik Müh. Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir 5 Doçent, Jeofizik Müh. Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir *Sorumlu yazar; Email: orhan.polat@deu.edu.tr Bu çalışmada yerel deprem tomografisi yöntemiyle Doğu Anadolu Fay Zonu nun (DAFZ) başlangıcı olan Türkoğlu-Antakya segmentinin 3-B sismik kabuk hız yapısı ortaya konmuştur. 3-B tomografik ters çözüm için ~10.000 deprem içinden ~40 istasyon tarafından kayıt edilen ve 2007-2013 yılları arasında meydana gelmiş ~1000 deprem seçilmiştir. Tomografik kesitler Türkoğlu-Antakya segmentinin üç farklı sismik tabaka ile temsil edildiğini Vp hızlarının 3.5 km/sn den 8.5 km/sn ye kadar değiştiğini ortaya koymuştur. Moho süreksizliği ~29-40 km arasında dalgalı bir şekilde konumlanmıştır. ANAHTAR KELİMELER : Yerel Deprem Tomografisi, Sismik Hız Yapısı, Doğu Anadolu LOCAL EARTHQUAKE TOMOGRAPHY IN TURKOGLU-ANTAKYA SEGMENT, EASTERN ANATOLIA, TURKEY ABSTRACT: We report a new 3-D seismic crustal velocity model for the Turkoglu-Antakya segment where located starting part of East Anatolian Fault Zone (EAFZ) using Local Earthquake Tomography method. To perform the 3-D tomographic inversion, we have used 1.000 small-to-moderate earthquakes recorded between 2007-2013 by ~40 stations from ~10.000 events. Tomographic sections show that the Turkoglu-Antakya segment is represented by three different seismic layers and that Vp velocities vary from 3.5 km/s to 8.5 km/s. The Moho discontinuity is located at ~ 29-40 km as undulated shape. KEYWORDS: Local Earthquake Tomography, Seismic Velocity Structure, Eastern Anatolia 1. GİRİŞ Doğu Anadolu Fay Zonu (DAFZ); Türkiye nin doğusunda KD-GB yönlü, sol yanal atımlı aktif bir fay zonudur. Fay sistemi farklı doğrultularda yer yer kademeli yön değiştiren çok sayıda segmentden oluşmakta ve arazide açık olarak izlenebilmektedir (Özdemir ve İnceöz, 2003). DAFZ nun Güney kısımdan başlangıcı olan Türkoğlu-Antakya segmenti yüksek deprem etkinliği gözlenen bir bölge olarak öne çıkmaktadır. Tarihsel ve aletsel dönem içerisinde yıkıcı deprem etkisinde kaldığı bilinmektedir (Şekil 1).
Şekil 1. Proje alanı yakın çevresinde yer alan önemli yerleşim alanları (a), deprem tehlike haritası (b), tarihsel ve aletsel dönem sismiste (c), fay mekanizması çözümleri (d).
GPS ölçümleri Türkoğlu-Antakya segmentinin güncel kayma hızının ortalama 6.8±0.3 mm/yıl olduğunu göstermektedir (Reilinger vd., 2006; Emre vd., 2010). 600 km uzunluğundaki DAFZ, kuzeydoğu ucunda Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) ile kesiştiği Karlıova birleşmesinden başlamaktadır. Güneydoğu ucunda Ölüdeniz, Reyhanlı fayı ve DAFZ arasında yer alan Amik gölünde sonlanır. Türkoğlu-Antakya segmenti K34 D doğrultu ile uzanmaktadır (Şaraoğlu b vd.,1992; Emre vd., 2010). Hatay-Maraş civarında da farklı sismolojik görüntüleme (tomografik) yöntemleri kullanılarak kabuk hız yapısı yeterli sayıda, duyarlıkta ve çözünürlükte belirlenebilmiş değildir. Literatür araştırmalarında, pilot bölgeyi kapsayacak şekilde yapılmış 3 çalışmanın mevcut olduğu anlaşılmıştır (Şekil 2). Şekil 2. Çalışma alanı çevresinde yürütülen mevcut çalışmaların sonuçları ve çözünürlük düzeyleri. a) Al Lazki ve diğ. (2003) Pn hız tomografisi (kırmızıdan maviye hız aralığı 7.8-8.4 km/sn), b)zor (2008) 100 km derinlikteki hız tomografisi (değişim ±%2), c) Tezel ve diğ. (2013) S-dalga hız tomografisi, d) Tezel ve diğ. (2013) Moho derinlik (km) dağılımı.
Bunlara ek olarak; bilindiği üzere yerkabuğu sismolojik hız yapısının duyarlı bir şekilde belirlenmesi, bölgenin jeodinamik ve sismotektonik yapısı ile litolojik özelliklerin daha doğru yorumlanmasına önemli bir katkı sağlamakta, ileride yapılacak farklı uzmanlıklara ait çalışmalar için de önemli bir kaynak niteliği taşımaktadır. Ayrıca kabuğa ait sismolojik hız yapısı çalışmalarından elde edilen bulgular; farklı ortamlara ait kayaç ve mineral tipi, yoğunluk durumu, gözeneklilik, kırılganlık, akışkan içeriği, basınç, sıcaklık ve soğrulma gibi parametreler hakkında da fikir verebilmektedir. Bu çalışmada hedef yerel deprem tomografisi yöntemiyle Doğu Anadolu Fay Zonu nun başlangıcı olan Türkoğlu-Antakya segmentinin sismik hız yapısının ortaya konmasıdır. Bu amaçla Türkoğlu-Antakya Segmentini dik yönde kesen GD-KB doğrultulu sismik profiller ışığında bölgenin sismik hız yapısı ortaya konmuştur. Bu çalışmada kullanılacak deprem istasyonlarının sayı ve kalitesinin yeterli olması, dağılım geometrisinin tüm bölgeyi kapsayacak şekilde olması, analizlerde kullanılacak depremlerinin sayısının ve kayıt aralığının A-kalite bir çalışma için önemli altlık teşkil etmesi nedeniyle Hatay-Maraş bölgesinde tektonizmanın etkili olduğu bölgelerdeki jeolojik birimlerin yanal ve düşey hız farklılıkları yüksek çözünürlükte görüntülenmiştir. 2. VERİ VE YÖNTEM Bu çalışmada Hatay-Maraş'ta ve yakın çevresinde bulunan ~40 istasyon tarafından 2007-2013 yılları arasında kaydedilen depremlere ait faz okumaları kullanılmıştır. En az 10 P- ve 5 S- faz okuması yapılan ve aynı zamanda GAP 180 koşulunu sağlayan 924 iyi konumlanmış deprem, ham katalogdaki 12.486 deprem arasından seçilmiştir (Şekil 3). Şekil 3. Doğu Anadolu da 2007-2013 yılları arasında kayıt edilen 12.486 depremin lokasyon ve derinlik dağılımı (Siyah üçgenler AFAD tarafından işletilen sismik istasyonları simgelemektedir).
Yerel Deprem Tomografisi yöntemi (YDT); son 30 yıldır sismolojik kabuk hız yapısının belirlenmesi amacıyla sismolojide yaygın olarak kullanılmaktadır (Kaypak ve Gökkaya, 2012; Ozer ve Polat 2017a; Ozer ve Polat 2017b). YDT, deprem etkinliği fazla olan bir bölgede, uygun bir istasyon ağı ile kaydedilen depremlerin fazlarına ait seyahat zamanlarının kullanılarak, bölgenin sismolojik hız parametrelerinin görüntülenmesi işlemidir. Tomografik çalışmaların ilk aşamasını 1-B sismik hız yapısının belirlenmesi oluşturmaktadır. Bölgede daha önceden yürütülmüş jeofizik çalışmalar (deprem tomografisi, sismik yansıma, gravite vb.) yeterli ise ilksel model olarak bu hız yapıları kullanılabilinir. Aksi durumda VELEST (Kissling, 1988) algoritması yardımıyla deneme modelleri oluşturularak bölgeyi temsil edebilecek en uygun 1-B sismik hız yapısı belirlenmeli ve deprem lokasyonları ile başlangıç hız modeli oluşturulmaktadır. Veri seçimi işleminden sonra 1-B ters çözüm işlemi (Kissling, 1988) yapılır ve yapı ortaya konur. 1-B ters çözüm sonucu bulunan hız yapısı, 3-B hız yapısı çalışmaları için başlangıç modeli kabul edilmiştir. 1-B hesaplamada olduğu gibi, 3-B tomografi çalışmasında da verilere yinelemeli ters çözüm işlemi uygulanarak, sismik hızlar belirlenmiş ve çalışma alanına ait 3-B sismolojik hız görüntüsü (Koulakov, 2009) ortaya konmuştur. 3. TÜRKOĞLU-ANTAKYA SEGMENTİNİN SİSMİK HIZ YAPISI Tomografik çalışmaların duyarlılığını ve çözüm gücünü saptamak için en önemli aşama modelin sentetik testler aracılığıyla doğrulanmasıdır. LOTOS (Local Tomography Software) ile çalışma alanı çevresindeki depremler kullanılarak Dama tahtası testi uygulanmıştır (Koulakov, 2009). Dama tahtası modeli kullanarak +/- % 10 hız geçişleri olduğu varsayılarak bir model oluşturulmuştur. Her bir hız kutucuğu karedir ve kenar uzunlukları 40 km dir. Bu testteki amaç mevcut istasyon ve kaydedilen deprem dağılımıyla ne kadarlık bir alanı çözebileceğimizi sentetik testler ile tespit etmektir. Sentetik test yardımıyla Türkoğlu-Antakya segmentinin mevcut veri seti ve istasyon dağılımı ile yüksek çözünürlüklü bir şekilde görüntülenebileceği tespit edilmiştir (Şekil 4). Türkoğlu-Antakya segmentini dikine kesen iki profil, bölgede aktif 3 farklı sismik hız tabakası olduğunu göstermektedir (Şekil 5). Şekil 4. Hatay-Maraş bölgesi Vp Dama tahtası testi
Şekil 5. Vp düşey tomografik hız kesitleri. Bölgede sismik hızlar 3.5 km/sn den 8.5 km/sn ye kadar değişmektedir. Yüzeyde gözlenen düşük Vp hızları (Vp 4km/sn) çoğunlukla Kuvaterner yaşlı genç çökellere karşılık gelmektedir. Havza altında hızların düştüğü bölgeler havza geometrisi hakkında önemli bilgiler vermektedir. Sismojenik zon olarak nitelendirebilen Condrad süreksizliği ~20 km, Moho derinliği ~35 km olarak tespit edilmiştir. 4. SONUÇLAR Doğu Anadolu ve DAFZ boyunca yürütülen mevcut çalışmalarda elde edilen tomografik görüntülerin çözünürlüğü göz önüne alındığında, söz konusu bölgelerde çok daha fazla sayıda deprem istasyonu ve deprem verisinin kullanıldığı bu çalışma; yeraltı sismolojik hız yapısının yanal-düşey hız değişimlerini daha iyi aydınlatmaya yönelik büyük potansiyel taşımaktadır. Elde edilen bulgular, bölgede yürütülen benzer çalışmalardan elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında önemli oranda farklılık göstermektedir. Yüzeye yakın sığ katmanlardaki ( 5 km) düşük VP ( 4 km/sn) anomalileri, Türkoğlu-Antakya bölgesindeki Kuvaterner yaşlı sedimanlarına karşılık gelmektedir. Ayrıca yüzeye yakın yüksek Vp ( 6.0 km/sn) zonları ise magmatik kökenli sokulumlar olarak yorumlanabilir. Çoğunlukla topoğrafyanın yüksek olduğu kesimlerde görülen diğer yüksek hızlı Vp anomaliler ise Paleozoik ve Mesozoik yaşlı birimler ile ilişkilidir. Kabuk kalınlığı 29-40 km arasında değişken bir yapıya sahiptir. Bir sonraki aşamada mevcut veri setini geliştirerek bölgedeki jeotermal alanların araştırılması amacıyla Vp, Vs ve Vp/Vs kesitleri birlikte yorumlanarak bölgedeki sıcak su potansiyeli araştırılacaktır. TEŞEKKÜR 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 Al-Lazki, A.I., Seber, D., Sandvol, E., Türkelli, N., Mohaman, R. ve Barazangi, M. (2003). Tomographic Pn velocity and anisotrophy structure beneath the Anatolian plateau (eastern Turkey) and the surrounding regions. Geophys.Res.Lett. 30:24, 8043-8047. Emre, Ö., Duman, T.Y., Özalp, S., Elmacı, H. (2010). 8 Mart 2010 Başyurt-Karakoçan (Elazığ) depremi değerlendirme raporu. MTA Jeoloji Etüdler Dairesi. Son Erişim Tarihi: 26.05.2017. http://www.mta.gov.tr/v2.0/duyuru/images/basyurt_elazig_depremi.pdf Kaypak, B. ve Gokkaya, 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, 194-214. Özdemir M.A. ve İnceöz, M. (2003). Doğu Anadolu Fay Zonunda (Karlıova-Türkoğlu arasında) akarsu ötelenmelerinin tektonik verilerle karşılaştırılması. Afyonkocatepe Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi: 5:1, 89-114. 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). Şaroğlu, F., Emre, E. ve Kuşçu, İ. (1992). The East Anatolian Fault zone of Turkey, Annal. Tecn. 6, 99-125 Tezel T., Shibutani T., Kaypak B. (2013). Crustal thickness of Turkey determined by receiver function, Journal of Asian Earth Sciences 75, 36-45. Zor, E. (2008). Tomographic evidence of slab detachment beneath eastern Turkey and the Caucasus, Geophysical Journal International 175, 1273-1282.