İZMİR KÖRFEZİ DOĞUSUNDA 2B LU ZEMİN-ANAKAYA MODELLERİNİN YÜZEY DALGASI VE MİKROGRAVİTE YÖNTEMLERİ KULLANILARAK OLUŞTURULMASI ÖZET: E. PAMUK 1, Ö.C. ÖZDAĞ 2, M. AKGÜN 3 ve T. GÖNENÇ 4 1 Araştırma Görevlisi, Jeofizik Müh. Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi,İzmir 2 Uzman, Ege Bölgesi Uygulama ve Araştırma Merkezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir 3 Profesör Dr, Jeofizik Müh. Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi,İzmir 4 Doçent Dr, Jeofizik Müh. Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi,İzmir Email: eren.pamuk@deu.edu.tr Deprem-zemin ortak davranışı tanımlanırken temel alınan 2B'lu zemin-anakaya modellerinin oluşturulması amacıyla İzmir Körfezi doğusunda 10 km uzunluğundaki K-G doğrultulu 2 profil boyunca çeşitli jeofizik yöntemler uygulanmıştır. 50 m derinliğe kadar olan Kayma dalgası hız (Vs) değerleri MASW ve ReMi yöntemlerinin birlikte kullanılması ile elde edilmiştir. Daha derin Vs değerleri ise SPAC yöntemi kullanılmıştır. Elde Edilen Vs değerlerinden ampirik bağıntılar yardımıyla tabakaların yoğunluk değerleri hesaplanmıştır. Mikrogravite yönteminden elde edilen residüel gravite değerleri bu yoğunluk değişimlerine göre modellenerek 2B lu zemin- anakaya modelleri oluşturulmuştur. Elde edilen modeller incelendiğinde özellikle körfeze yakın kesimlerde zeminin 300-400 m kalınlığında ve birden fazla tabakadan oluştuğu saptanmıştır. Zemin kalınlığının Körfez doğusuna ve Kuzey-Güney yönüne doğru azaldığı belirlenmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Zemin-Anakaya Modellemesi, Yüzey Dalgası, Mikrogravite, İzmir CREATING OF 2D SOIL-BEDROCK MODELS IN EASTERN İZMİR BAY USING SURFACE WAVE AND MICROGRAVİTY METHODS ABSTRACT: Various geophysical methods were applied along two N-S direction profiles which are 10 km long in the east of İzmir Bay in order to create 2D soil-bedrock models which are based on the definition of earthquake-soil common behavior. Shear wave velocity (Vs) values were obtained by using MASW and ReMi methods together up to 50 m depth. The SPAC method was used to obtain deeper Vs values. Density values were calculated from the obtained seismic velocities using empirical relations. 2D soil-bedrock models were created with the help of modeling of residual gravity values obtained from microgravity method using these density values. When the 2D models were examined, it was determined that the soil is 300-400 m thickness and composed of more than one layers in parts where are especially closer to the bay. Also, It was determined that the thickness of the soil is decreased towards the east of İzmir bay and the North-South direction. KEYWORDS: Modeling Of Soil-Bedrock, Surface Wave, Microgravity, İzmir.
1. GİRİŞ Zemin ana kaya modelleri deprem-zemin ortak davranışı çalışmalarında temel alınmaktadır. Bu çalışmada Vs<760 m/s ise ortamın zemin, 760<Vs<3000 m/s arasında ortamın mühendislik anakayası, 3000 m/s <Vs durumunda ise sismik anakaya tanımları kullanılmıştır (Akgün vd. 2013;Pamuk vd. 2017). Sismik anakaya sınırından itibaren sismik empedanslar, enerjinin korunumu kanununa göre deprem hareketinin genlik frekans spektrumununda değişimlere neden olmaktadırlar. Aynı zamanda, deprem esnasında oluşabilecek deformasyanların doğru bir şekilde hesaplanabilmesi için deprem kaydının zemin yüzeyinden mühendislik anakayası sınırına taşınması gerekmektedir. Ayrıca, zeminlerde meydana gelebilecek dinamik yükler altında gerilim-deformasyon değerleri, yanal ve düşey yönde; Tabaka geometrilerine (kalınlık, genişlik);tabakaların Yoğunluklarına ile P ve S dalga hızlarındaki değişimlerine (sismik empedans oranları) bağlıdır. Dolayısıyla tüm bu olayların ayrıntılı incelenmesi ve zemin içerisinde meydana gelebilecek elastik, elastoplastik ve plastik deformasyonların belirlenebilmesi için 2B veya 3B'lu zemin-anakaya modellerine ihtiyaç duyulmaktadır. İzmir ve çevresi için jeolojik olarak anakaya, Üst Kretase yaşlı Bornova Melanjı (karmaşığı) olarak tanımlanır (Özbek vd., 1981). Bornova karmaşığının matriksi içinde daha yaşlı kireçtaşı mega-olistolitleri gelişigüzel yer almaktadırlar. Altındağ ve çevresinde yer alan kireçtaşları, Işıklar kireçtaşı olarak isimlendirilir (Özer vd.,1982). Bornova karmaşığı, kumtaşı/şeyl-kalkerli şeyl ardalanmasından oluşmuştur. Bornova karmaşığı içerisinde kireçtaşı, diyabaz blokları ve çakıltaşı mercekleri yer almaktadır (Erdoğan, 1990). Bölgede Neojen yaşlı gölsel tortullar Bornova karmaşığının üst kısmında açısal uyumsuz olarak yer alır. Sırasıyla yüzeye doğru Yamanlar volkanitleri ve bunun üzerinde de Kuvaterner yaşlı alüvyonlar uyumsuz şekilde yer almaktadır (Erdoğan, 1990;Kıncal, 2004) (Şekil 2). Jeolojik çalışmalara göre çalışma alanı kuzeyinde Miyosen yaşlı andezit ve türevleri, güneyinde ise neojen yaşlı kireçtaşları bulunmaktadır. Orta kısımların çöküntü alanı olma özeliği de dikkate alındığında Kuvaterner yaşlı alüvyon delta birikim alanı özellikleri gözlenmektedir. Bu çalışmada, zemin, mühendislik-sismik anakayaları arasındaki arayüzeylerin 2B lu olarak belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla Bornova ovası ve çevresinde yüzey dalgası ve mikrogravite yöntemleri uygulanmıştır (Şekil 1).Bu çalışma üç aşamadan olışmaktadır;1) Yüzey dalgası yöntemleri kullanılarak sismik hızların elde edilmesi, 2) Elde edilen sismik hızlardan ampirik bağıntılar yardımıyla yoğunluk değerlerinin hesaplanması, 3) Mikrogravite yönteminden elde edilen residüel gravite değerlerinin bu yoğunluk değişimlerine göre modellenerek 2B lu zemin- anakaya modellerinin oluşturulmasıdır. Oluşturulan modeller incelendiğinde özellikle denize yakın kısımlarda zemin kalınlığının 300-400 m olduğu ve çok sayıda tabakadan oluştuğu görülmektedir. Çalışma alanın Kuzey ve Güneyine doğru gidildikçe zemin kalınlığının azaldığı görülmektedir. Tabakaların topoğrafyası yatay ve düşey yönde değişimler göstermektedir. Şekil 1. Çalışma Alanının konumu ve jeomorfolojisi
2. ARAZİ ÇALIŞMASI Bornova ovası ve çevresinde yüzey dalgası ve mikrogravite yöntemleri ile veriler toplanmıştır. Bu çalışma kapsamında iki profil boyunca 13 adet MASW ve ReMi; 150 adet mikrogravite; 4 adet SPAC ölçümleri gerçekleştirilmiştir. (Şekil 2). Şekil 2. Çalışma Alanının jeolojisi ve ölçü noktaları (jeoloji haritası Uzel vd., 2012 den değiştirilerek alınmıştır) Pasif kaynaklı yüzey dalgası analizlerinde, sismik enerji genellikle düşük frekans ve uzun dalga boyları ile yayıldığı için aktif kaynaklı yöntemlere göre, daha derin yer yapılarının incelenmesine olanak verir. MASWaktif kaynaklı yüzey dalgası yöntemleri (MASW) ile elde edilen dispersiyon eğrileri göreceli olarak yüksek frekans aralığında (örneğin 15-50 Hz aralığı) ve sınırlı derinlik için (genel olarak 3-30 metre) belirlenirken, ReMipasif kaynaklı yüzey dalgası yöntemiyle elde edilen dispersiyon eğrileri daha düşük frekans aralığını (örneğin, 3-15 Hz) ve daha derinlerin incelenmesine (örneğin, 30-100 metre) olanak sağlamaktadır. Hem araştırma derinliğinin artırılması hem de yüksek çözünürlükte Vs-derinlik profillerinin elde edilmesi için bu çalışmada MASW ve ReMi yöntemleriyle elde edilen dispersiyon eğrileri birleştirilmiştir (Şekil 3). Birleştirilen dispersiyon eğrilerin ters çözümüyle Vs-derinlik profilleri elde edilmiştir (Şekil 3).
Şekil 3. Birleştirilmiş dispersiyon eğrisinin ters çözümü ile elde edilen Vs profilleri 3. 2B LU ZEMİN-ANAKAYA MODELLERİNİN OLUŞTURULMASI A-A ve B-B profilleri üzerindeki Residüel gravite anomalisinden 2B lu zemin-anakaya modelleri oluşturmak için öncelikle modellemede kullanılacak yoğunluk değerleri S-Hızı değerlerinden yaralanılarak, Pamuk vd. (2017) de verilen bağıntılar yardımıyla hesaplanmıştır. Hesaplanan yoğunluk değerleri kullanılarak Talwani (1959) yaklaşımı ile zemin-anakaya modelleri elde edilmiştir (Şekil 4). A-A profilinde, Alan-1 de, sismik anakayaya kadar Vs hızı 760 m/s den büyük olan 2 farklı tabaka mühendislik anakayası olarak belirlenmiştir. Bu bölgede sismik anakaya derinliği yaklaşık olarak 1000 m dir. Alan-2 de ise Vs değeri 760 m/s den düşük ve toplam zemin kalınlığı yaklaşık 300 m olan 4 farklı tabaka görülmüştür. Bu tabakaların yoğunlukları 1.66 ile 2.06 gr/cm3 arasında değişmektedir. Ortalama Vs değerleri ise 200-650 m/s arasındadır. Bu birimlerin altında sismik anakayaya kadar Vs değeri 760 m/s den büyük iki farklı tabaka vardır. B-B kesiti incelendiğinde ise; Alan-1 de, A-A kesitindeki alan-1 e benzer olarak sismik anakayaya kadar Vs hızı 760 m/s den büyük olan 2 farklı tabaka mühendislik anakayası olarak belirlenmiştir. Alan-2 incelendiğinde Vs değeri 760 m/s den düşük toplam zemin kalınlığı yaklaşık 300 m olan zemin tabakası görülmektedir. Bu birimlerin altında sismik anakayaya kadar Vs değeri 760 m/s den büyük iki farklı tabaka vardır. Sismik anakaya derinliği bu bölgede yaklaşık 1200 m dir. Alan- 3 de ise sismik anakayaya kadar Vs değeri 760 m/s den büyük olan 3 farklı tabaka mühendislik anakayası olarak belirlenmiştir. En altta ise Vs değeri 3000 m/s den büyük ve ortalama yoğunluğu 2.78 gr/cm3 olan sismik anakaya tabakası bulunmaktadır (Şekil 4).
Şekil 4. a) A-A profili boyunca elde edilen 2B lu zemin-anakaya modeli ve jeolojik kesit b) B-B profili boyunca elde edilen 2B lu zemin-anakaya modeli 4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Çalışma alanını etkileyecek olası bir depremde özellikle orta kısımlarda odaklanma problemlerinin ve havza kenarından oluşan yüzey dalgalarının etkisinin görülme olasılığı bulunmaktadır. Ayrıca, çalışma alanının orta kısımlarında saptanan anakaya ve zemin arasında sismik empedanslar olmasından dolayı deprem dalgaları rezonans etkisi yaratabililir. Bu durumun bu üzerinde inşaa edilecek mühendislik yapılarının dinamik yük hesaplamalarında dikkate alınması önerilir. Bu tip havza etkisi gözlenen alanlarda yapılacak mühendislik hesaplamalarının 1 boyutta değil 2 ve 3 boyutta yapılması gerekliliği bu çalışmada da görüldüğü üzere büyük önem taşımaktadır. Bornova ovasında 400 m değerlerine kadar zemin kalınlığı ve hakim periyot değerleri ortalama olarak 1-1.5 sn (Pamuk vd. 2017) civarında olması Türk Deprem yönetmeliğinde (TDY,2007) tanımlanan zemin sınıflamalarına uymadığı gibi birçok zemin sınıflamasında (Eurocode vb.) da uymamaktadır. Zemin kalınlığının bu denli fazla olduğu yerlerde zemin sınıflaması için Vs 30 tanımının kullanılmaması gerekir. Bu çalışmanın sonuçlarına göre TDY 2007 de kullanılan tasarım spektrumları yetersiz kaldığı anlaşılmaktadır. Yüksek katlı yapıların hızla inşa edildiği çalışma alanı için elde edilen 2B lu zemin modelleri dikkate alınarak yapı yapılacak bölge için özel tasarım spektrumlarının oluşturulması önerilmektedir.
KAYNAKLAR Akgün, M., Gönenç, T., Pamukçu, O., Özyalın, Ş., & Özdağ, Ö. C. (2013). Mühendislik Ana Kayasının Belirlenmesine Yönelik Jeofizik Yöntemlerin Bütünleşik Yorumu: İzmir Yeni Kent Merkezi Uygulamaları. Jeofizik Dergisi, 1304-12. Erdoğan, B. 1990. İzmir-Ankara Zonu nun İzmir ile Seferihisar arasındaki bölgede stratigrafik özellikleri ve tektonik evrimi. TPJP Bülteni. c. 2/1-Aralık 1990. 1-20 Özbek, D. 1981. Altındağ Köyü (İzmir) çevresinin jeoloji ve Altındağ taş ocaklarının mühendislik jeolojisi, Bitirme Ödevi, Ege Üniversitesi Yerbilimleri Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, İzmir. Özer, S., İrtem, O. 1982. Işıklar-Altındağ (Bornova-İzmir) alanı Üst Kretase kireçtaşlarının jeolojik konumu, stratigrafisi ve fasiyes özellikleri, Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 25, 41-47. Pamuk, E., Akgün, M., Özdağ, Ö. C., & Gönenç, T. (2017). 2D Soil and Engineering-Seismic Bedrock Modeling of Eastern Part of İzmir Inner Bay/Turkey. Journal of Applied Geophysics.137,104-117 Uzel, B., Sözbilir, H., Özkaymak, Ç., 2012. Neotectonic evolution of an actively growing superimposed basin in western Anatolia: The inner bay of Izmir, Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences 21 (4), 439-471.