TÜRKİYE KUVVETLİ YER HAREKETİ VERİ TABANININ GENİŞLETİLMESİ: BİR ÖN ÇALIŞMA M.A. Sandıkkaya 1, N. Aghaalipour 2 ve Z. Gülerce 3 1 Y. Doç. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Hacettepe Üniversitesi, Ankara 2 Yüksek Lisans Öğrencisi, Deprem Çalışmaları Ana Bilim Dalı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara ÖZET: 3 Doç. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara Email: abdullahsandikkaya@hacettepe.edu.tr Türkiye de 1976-2007 yılları arasında olmuş depremlerde kaydedilen kuvvetli yer hareketi kayıtlarını içeren Türkiye Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı (TKYHVT) Akkar vd. (2010) tarafından sunulmuştur. Bu bildiride 2008-2015 yılları arasında kaydedilmiş depremler ile TKYHVT nın genişletilmesi için yapılan ön çalışmaların bir özeti sunulacaktır. Makalenin ilk bölümünde TKYHVT ya eklenen 162 depremden elde edilen 1189 kayıt hakkında genel bilgiler (deprem büyüklüğü, kaynağa olan uzaklık, faylanma mekanizması, vb.) ve bu bilgilere ait istatistiksel veriler sunulmaktadır. Buna ek olarak, ham kayıtların filtrelenmesi konusunda izlenen prodesürün detayları verilmiş ve kuvvetli yer hareketi tahmin denklemlerinini oluşturulması ve/veya test edilmesinde kullanılabilmesi için tepki spektrumlarının hesaplanmaları yapılmıştır. Güncellenen veri tabanının güncel dikey/yatay oranı (V/H) tahmin denklemlerinin ülkemize olan uygunluğunun test edilmesi amacıyla kullanılması planlanmaktadır. ANAHTAR KELİMELER: Kuvvetli Yer Hareketi, Kayıt Filtreleme, Türkiye Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı, Yer Hareketi Tahmin Denklemleri. ABSTRACT: The Turkish Strong Ground Motion Database (TKYHVT) was presented by Akkar et al. (2010). This database contains waveforms recorded from earthquakes in Turkey between 1976-2007. In this study, a summary of the preliminary studies for the extension of TKYHVT for earthquakes recorded between 2008-2015 will be presented. In the first part, general information about 1189 records obtained from 162 earthquakes (earthquake magnitude, distance to the source, faulting mechanism, etc.) is discussed with the data statistics. The filtering process applied to the raw waveforms is described and then the response spectra are calculated. These spactra will be used in developing and / or testing strong ground motion prediction equations especially testing the existing vertical-tohorizontal predictive models. KEY WORDS: Kuvvetlistrong-Ground Motion, Record Processing, Turkish Strong Ground-Motion Database, Ground-Motion Prediction Equations 1. GİRİŞ Türkiye de 1976-2007 yılları arasında olmuş depremlerde kaydedilen kuvvetli yer hareketi kayıtlarını içeren Türkiye Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı (TKYHVT), TÜBİTAK 1007 programı destekli Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Şebekesi Veri Tabanının Uluslararası Ölçütlere Göre Derlenmesi projesi kapsamında oluşturulmuş ve sonuçları Akkar vd. (2010) tarafından sunulmuştur. TKYHVT veri tabanına 2008 sonrasındaki kaydedilen deprem kayıtları ham veri olarak eklenmiştir ve ham veriler kullanılıcıların erişimine açıktır (http://kyhdata.deprem.gov.tr). Bu tarihten beri ülkemizde meydena gelen büyük depremlerden 2010 Elazığ, 2011 Simav ve 2011 Van depremleri sırasında elde edilen kuvvetli yer hareketi kayıtları SIGMA projesi kapsamında
hazırlanan RESORCE veri tabanında işlenerek sunulmuştur (Akkar vd., 2014). Ancak 2008 sonrası meydana gelen düşük magnitüdlü depremlerden elde edilen kayıtlar analiz edilmemiş, filtrelenmemiş ve kullanıcılara bir veri tabanı formatında sunulmamıştır. Bu çalışmanın amacı, Türkiye de 2008-2015 yılları arasında kaydedilmiş kayıtların TKYHVT ye eklenerek TKYHVT nın önceki çalışmalar ile tutarlı bir biçimde genişletilmesidir. Bu amaçla, 2008-2015 yılları arasında meydana gelmiş moment büyüklüğü (M w) 3.5 veya daha fazla olan 162 adet depremde kaydedilen 1189 adet kuvvetli yer hareketi kaydı toplanmıştır. Makalenin ilk bölümünde TKYHVT ya eklenen kayıtlar hakkında genel bilgiler (deprem büyüklüğü, kaynağa olan uzaklık, faylanma mekanizması, vb.) ve bu bilgilere ait istatistiksel veriler sunulmuştur. Buna ek olarak, ham kayıtların analiz edilmesi ve filtrelenmesi konusunda izlenen prodesürün detayları verilmiştir. Güncellenen TKYHVT nın kuvvetli yer hareketi tahmin denklemlerinini oluşturulması ve/veya test edilmesinde kullanılabilmesi için, tepki spektrumlarının hazırlanması, kayıtların deprem kataloğu ve kayıt istasyonu bilgileri ile eşleşmesi gerekmektedir. Bu amaçla yapılan çalışmalar makalenin son kısmında özetlenmiştir. Güncellenen veri tabanının güncel dikey/yatay oranı (V/H) tahmin denklemlerinin ülkemize olan uygunluğunun test edilmesi amacıyla kullanılması planlanmaktadır (Aghaalipour, 2018). 2. TKYHVT YE EKLENEN VERİLER Türkiye Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı, 2008-2015 yılları arasında kaydedilen (Mw 3.5) 479 adet deprem içermektedir. Bu depremlerin mekansal dağılımı Şekil 1 de gösterilmektedir. Şekil 1 dikkatle incelendiğinde, depremlerin iki ana bölgede: Batı Anadolu genişleme rejimi ve Doğu Anadolu Fay Sistemi çevresinde, yoğunlaştığı gözlenmektedir. Depremlerin yoğunlaştığı bölgelerin ana tektonik yapısı göz önüne alındığında, depremlerin mekanizmalarının ağırlıkla normal ve yanal-atımlı olması beklenmektedir. Bu depremlerden elde edilen kayıtların istatistiksel olarak anlamlı olabilmesi için yanlızca 3 veya daha az sayıda istasyonda kaydedilen depremler veri tabanına eklenmeden elenmiştir. Buna ek olarak belirli bir alanda veri eksiği olan, örneğin kaydedildiği istasyonun ilk 30 metredeki ortalama kayma dalgası hızı (V S30 değeri) belirli olmayan kayıtlar elenmiştir. Veri tabanının kullanım amacı göz önünde bulundurularak odak derinliği 30 km nin altında olan (sığ olmayan depremler) veya kaynak-saha mesafesi 200 km nin altında olan kayıtlar da veri tabanına eklenmemiştir. Yapılan bu ön eleme sonucunda 162 depremden elde edilen 1189 adet kayıt değerlendirmeye alınmıştır. Şekil 1: Depremlerin mekansal dağılımı (http://kyhdata.deprem.gov.tr)
Türkiye Ulusal Kuvvetli Yer Hareketine eklenecek veriler hazırlanırken öncelikle deprem bilgileri (M w, merkezüssü kordinatları, fokal derinlik, fay ve moment tensör çözümü, vb.) uluslarası ve ulusal deprem ajanslarından derlenmiştir. Yeni veritabanında yer alan tüm depremler için lokasyon bilgileri International Seismology Center (ISC) katalogunda henüz tam olarak yer almadığından AFAD tarafından sağlanan bilgiler ana kaynak olarak tercih edilmiştir. M w ve fay çözümü bilgileri sırasıyla Global CMT Web Sitesi (http://www.globalcmt.org/cmtsearch.html; son erişim tarihi 2016), Regional Centroid Moment Tensor Web Sitesi (http://rcmt2.bo.ingv.it/; son erişim tarihi 2016) ve CSEM Moment Tensor Web Sitesinde (https://www.emsc-csem.org/earthquake/index_tensors.php; son erişim tarihi 2016) yer alan bilgiler kullanılarak derlenmiştir. Bu çalışma kapsamında herhangi bir büyüklük çevirim denklemi kullanılmamıştır (ör., Akkar vd., 2010). Derlenen fay çözümleri ve Boore ve Atkinson (2007) tarafından önerilen metod kullanılarak her deprem için deprem mekanizması (SS: Yatay Atımlı, NM: Normal Atımlı ve RV: Ters Atımlı) belirlenmiştir. Şekil 2 de veritabanında yer alan normal, ters ve yanal atımlı deprem mekanizması tiplerine atfedilen deprem ve kayıt sayılarının dağılımları verilmektedir. Şekil 2 deki dağılım, depremlerin kaydedildiği bölgelerdeki ana tektonik yapı ile tutarlı bir biçimde ters atımlı depremlerin sayıca az olduğunu göstermektedir. Yaklaşık olarak aynı sayıda deprem olmasına karşılık normal tipli kayıtlar yanal atımlı kayıtlardan daha fazladır. Şekil 2. Veri tabanına eklenen verilerin fay tiplerine göre dağılımı (a) deprem sayısı (b) kayıt sayısı Türkiye Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı nda verilen istasyon bilgileri kullanılarak tüm kayıtlar için farklı alan-kaynak mesafe birimleri hesaplanmıştır (R rup: kırılan faya en yakın uzaklık; R jb: kırılan fayın yeryüzündeki izdüşümüne olan en yakın uzaklık). Veri tabanına eklenen alan-kaynak mesafe birimlerini hesaplamak için Akkar vd. (2014) tarafından özetlenen metod kullanılmıştır. Bu hesaplama aşamasındaki en büyük sorun, kullanılan kaynaklardan elde edilen fay çözümlerinde önerilen fay düzlemlerinden hangisinin en büyük fay düzlemini temsil ettiğinin bilinmemesidir. Bu nedenle veri tabanına eklenen R rup ve R jb değerleri her iki düzlem için ayrı ayrı hesaplanmış ve hesaplanan değerlerin artimetik ortalaması kullanılmıştır. Veri tabanında bulunan istasyonların zemin sınıflandırması yeni Türk deprem şartnamesinde taslağında yer alan sistematiğe göre yapılmıştır (AFAD, 2016). Kaya (B, V S30 760 m/s), sert zemin (C, 360 V S30 < 760 m/s), yumuşak zemin (D, 180 V S3 < 360 m/s) ve çok yumuşak zemin (E, V S3 < 180 m/s) sınıflarındaki istasyon ve kayıt sayılarının dağılımı incelendiğinde (Şekil 3) sadece bir adet istasyonun çok yumuşak zemin tipinde olduğu, 10 istasyonun ise kaya zeminden kayıt aldığı görülmüştür. Bu karşılık kayıtların %44 ve % 51 i sırasıyla sert ve yumuşak zemin tipine ait istasyonlarda kaydedilmiştir.
Şekil 3. Veri tabanına eklenen verilerin zemin sınıflarına göre dağılımı (a) istasyon sayısı (b) kayıt sayısı 3. VERİLERİN ANALİZİ VE FİLTRELENMESİ Kayıtların mühendislik sismolojisi alanında kullanılabilmesi için filtreleme işlemine tabi tutulması ve kullanılabilir maksimum periyodlarına kadar tepki spektrumlarının hesaplanması gerekmektedir. Bu çalışma kapsamında elde edilen veriler TKYHVT ya ekleneceği için, TKYHVT nın oluşturulması sırasında izlenen prosedür takip edilmiştir. Kayıt filtreleme işlemi her bir kaydın görsel olarak incelenerek standart olmayan hataların (non-standard errors, Douglas, 2003) kaldırılması ile başlamıştır. Bu aşamada mühendislik kullanımına uygun olmayan kayıtlar veri tabanına dahil edilmemiştir. Daha sonra tüm kaydın ortalaması kayıttan çıkartılarak 0. dereceden düzeltme (zeroth order correction) yapılmıştır. Filtreleme işleminin son basamağı, filtre için düşük ve yüksek frekans kesme değerlerinin belirlenmesidir. Bu değerler gerek Fourier spektrumunun (FAS) incelenmesi gerekse hız ve deplasman zaman serilerinin incelenmesi ile her bir bileşen için ayrı ayrı iteratif bir biçimde seçilmiştir (Boore ve Bommer, 2005; Akkar ve Bommer, 2006; Douglas ve Boore, 2011). Bu basamakta Utility Software for Data Processing (USDP) programı vasıtasıyla kayıtlar filtrelenmiştir. Şekil 4 te kayıtların filtrelenmesinde kullanılan düşük frekans kesme değerlerinin (f lc) deprem büyüklüğüne bağlı değişimi gösterilmektedir. Atkinson ve Silva (2000) tarafından verilen teorik köşe frekansı (Şekil 4 teki AS00 çizgisi) ile yapılan karşılaştırma sonucu teorik değerlerin büyük oranda aşılmadığı görülmüştür. Teorik değerler ile uyumluluğun en önemli nedenlerinden biri bu veri setinde yer alan kayıtlarının büyük bir bölümünün yeni nesil kayıt cihazları tarafından kaydedilmesidir. Veri setindeki kayıtların kulllanılabilir minimum frekans değerleri, düşük frekans kesme değerlerinin (f lc) 1.25 katı olarak hesaplanarak veri setine eklenmiştir. Şekil 5 te verilen kullanılabilir maksimum periyoda göre kayıt sayısının değişimi incelendiğinde, 0-3 saniye arasında neredeyse tüm kayıtlar için hesaplanan tepki spektrumlarının geçerliliğini koruduğu, ancak 3 saniyeden büyük periyodlarda kullanılabilecek kayıt sayısının hızlı bir biçimde düştüğü görülmektedir. Bu nedenle, bu veri seti kullanılarak yapılacak istatistiksel analizlerin 0-3 saniyeler arasında sınırlandırılması önerilmektedir. Kayıtların her iki yatay ve bir dikey bileşeni için USDP programı ile tepki spektrumları hesaplanmış, yatay bileşenler için tepki spektrumunun geometrik ortalama (GM) değerleri, dikey bileşen için tepki spektrumu (V) ve dikey/yatay oranı (V/GM) 3 saniye spektral periyoduna kadar veri tabanına eklenmiştir. Hazırlanan veri seti ile ilgili diğer detaylar Aghaalipour (2018) de verilmektedir.
Şekil 4. Filtreleme işleminde kullanılan düşük frekans kesme değerlerinin (f lc) deprem büyükliğine göre belirlenen teorik köşe frekansı (Atkinson ve Silva, 2000) değerleri ile karşılaştırılması 4. SONUÇ Şekil 5. Kayıt sayısının kullanılabilir maksimum periyod değerlerine göre değişimi Bu çalışmanın amacı, 2008-2016 yılları arasında kaydedilen kuvvetli yer hareketi kayıtlarının TKYHVT nın oluşturulması sırasında izlenen prosedür takip edilerek TKYHVT ye eklenmesidir. Şekil 6 da 1976-2007 yılları arasında derlenen TKYHVT daki kayıtların deprem büyüklüğü-kaynak mesafesi dağılımı yeşil üçgenler ile gösterilmektedir. 2008 öncesi kayıtlar çoğunlukla 5-6.5 arasındaki depremlerden 30 km ve üzerindeki mesafelerde kaydedilmiştir. Mühendislik tasarımı açısından önemli deprem senaryolarını içeren bölümlerde (6.5 ve üzeri depremlerden elde edilen yakın saha kayıtları) ise çok az sayıda veri bulunmaktadır. Son zamanlarda özellikle kritik yapıların tasarımıda önem kazanmaya başlayan ve bölgesel değişiklikleri yoğun bir biçimde yansıtan (Gülerce vd., 2016; Sandıkkaya, 2017) düşük magnitüdlü (M w<5) kayıtların sayısı da oldukça kısıtlıdır.
Şekil 6. TKYHVT de yer alan ve yeni eklenen verilerin deprem büyüklüğü kaynak mesafesi dağılımı. Şekil 6 da kırmızı üçgenler ile gösterilen veriler bu çalışma kapsamında veri tabanına eklenmiştir. Eklenen kayıtların büyük bir kısmı M w 5.5 depremlerden elde edilmiştir, ancak ilk 20 km içerisinde kaydedilmiş verilerin sayısı oldukça fazladır. Bu nedenle, yapılan çalışmanın orta-düşük magnitüd aralığında TKYHVT ye önemli katkı verdiği düşünülmektedir. Bu çalışma kapsamında 2010 Elazığ, 2011 Simav ve 2011 Van depremleri sırasında elde edilen 125 adet kuvvetli yer hareketi kaydı da veri tabanına eklenmiştir. Böylece, önceki durum ile karşılaştırıldığında orta-büyük magnitüd aralığında var olan kayıt sayısının yaklaşık %80 artması sağlanmıştır. Güncellenen veri tabanı mühendislik sismolojisi alanında kullanılacağı için, halihazırda (http://kyhdata.deprem.gov.tr) adresinde kullanılıcılara açık olmayan mühendislik parametreleri de (örneğin tepki spektrumu) hazır hale getirilmiştir. 2017 yılında meydena gelen Çanakkale-Ayvacık deprem fırtınasında elde edilen kayıtların analizi devam ettiği için bu çalışmaya eklenememiştir ancak, kısa sürede tamamlanıp Aghaalipour (2018) de TKYHVT ye eklenecektir. REFERANSLAR Aghaalipour N.(2018). Hybrid Ground Motion Prediction Model for Vertical Ground Motion Component ODTÜ Fen Blimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi (2018 de tamamlanması beklenmektedir). Akkar, S. ve Bommer, J.J. (2006). Influence of long-period filter cut-off on elastic spectral displacements. Earthq Eng Struct Dyn 35:1145 1165. Akkar, S., Çağnan, Z., Yenier, E., Erdoğan, Ö., Sandıkkaya, M.A. ve Gülkan, P. (2010). The recently compiled Turkish strong motion database: preliminary investigation for seismological parameters. J Seismol 14:457 479. Akkar, S., Sandıkkaya, M.A., Senyurt, M., Azari Sisi, A., Ay, B.Ö., Traversa, P., Douglas, J., Cotton, F., Luzi, L., Hernandez, B., ve Godey, S. (2014). Reference database for seismic ground-motion in Europe (RESORCE). Bull. Earthquake Eng. 12:311 339. Atkinson, GM. ve Silva, W. (2000). Stochastic modeling of California ground motions. Bull. Seismol. Soc. Am. 90:255 274. Boore, D.M. ve Atkinson, G.M. (2007). Boore Atkinson NGA ground motion relations for the geometric mean horizontal component of peak and spectral ground motion parameters. Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, CA.
Boore, D.M. ve Bommer, J.J. (2005). Processing of strong-motion accelerograms? Needs, options and consequences. Soil Dyn Earthq Eng 25:93 115. Douglas, J. (2003). What is poor quality strong-motion record? Bull Earthq Eng 1:141 156. Douglas, J. ve Boore, DM. (2011). High-frequency filtering of strong-motion records. Bull Earthq Eng 9:395 409. Gülerce, Z., Kargıoğlu, B. and Abrahamson, N.A. (2016). Turkey-Adjusted Next Generation Attenuation West-1 Models for Horizontal Ground Motions. Earthquake Spectra 32 (1): 75-100. Sandıkkaya, M.A. (2017). Effects of Low Magnitude Records on Ground-Motion Prediction Equations: A Preliminary Study for Turkey. Bulletin of the Earth Sciences Application and Research Centre of Hacettepe University 37 (3): 237-252. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (2016). Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Ankara. (https://www.afad.gov.tr/tr/).