ISTANBUL TEKNIK ÜNIVERSITESI REKTÖRLÜGÜ BILIMSEL ARASTIRMA PROJELERI BIRIMI ISTANBUL IÇIN DEPREM SENARYOLARININ HAZIRLANMASINDA COGRAFI BILGI SISTEMLERININ KULLANIMI Prof. Dr. Okan Tüysüz I.T.Ü Avrasya Yerbilimleri Enstitüsü 2003
ÖZET 17 Agustos 1999 ve 12 Kasim 1999 depremleri Marmara Bölgesinde büyük can kaybina ve maddi hasarlara yol açmis, dünyanin en aktif deprem kusaklarindan biri üzerinde yer alan ülkemizin depreme hazirliksiz oldugunu açik bir biçimde göstermistir. Depreme hazirlanmada önemli asamalardan biri de bir depremde meydana gelmesi muhtemel olan yer sarsintisinin belirlenmesidir. Böylece alinacak tedbirler bir bölgede yasanmasi muhtemel maksimum yer sarsintisina göre planlanabilecektir. Yer sarsintisinin büyüklügü bir bölgede depremin yarattigi ivme ile ifade edilir. Bir depremin kaynaginda üretilen elastik enerjinin kaynaktan uzaga dogru yayilmasi esnasinda nasil azalacagi ve bunun belli uzaklikta ne kadar yer ivmesi yaratacagi çesitli deneysel formüller kullanilarak tahmin edilebilmektedir. Bu çalismanin amaci Istanbul u etkilemesi muhtemel faylarin kirilmasi durumunda nerelerde ne siddette bir yer sarsintisi yaratacaginin belirlenmesidir. Bunun için Marmara Denizi içerisinde mevcut aktif faylar dikkate alinarak bunlarin üretebilecegi deprem büyüklükleri belirlenmis, azalim formülleri kullanilarak depremin yaratacagi ivme hesaplanmistir. Mekansal verilerin analizinde son yillarda kullanilan en yaygin yöntemlerden biri Cografi Bilgi Sistemleri dir. Bu arastirmada deprem senaryolarinin hazirlanmasinda cografi bilgi sitemlerinin sagladigi kolayliklardan yararlanilmis, ArcView programi içerisinde yari-otomatik bir mekanizma olusturularak kullanici kontrollü bir siddet belirleme sistemi gelistirilmistir. Sistem daha detay verilerin girilmesi ile gelistirilebilir niteliktedir. Senaryonun çesitli faylar dikkate alinarak çalistirilmasi ile elde edilen sonuçlara göre Istanbul un sahil seridi ve yakin bölgeler olasi bir depremde en büyük siddetten etkilenecek alanlardir. 2
IÇINDEKILER GIRIS...1 BÖLÜM 1 1 ISTANBUL UN JEOLOJISI...7 1.1 PALEOZOYIK...7 1.2 MESOZOYIK...11 1.3 SENOZOYIK...12 1.4 KUVATERNER...16 1.5 YAPISAL JEOLOJI VE TEKTONIK...17 1.6 ISTANBUL UN ZEMIN KOSULLARI...21 BÖLÜM 2 1 MARMARA DENIZININ JEOLOJISI...25 2 KUZEY ANADOLU FAYI VE MARMARA DENIZI...31 BÖLÜM 3 1 ISTANBUL UN DEPREMSELLIGI...35 BÖLÜM 4 1 ISTANBUL IÇIN DEPREM SENARYOSU...41 2 ISTANBUL DA DEPREM OLASILIGI...42 3 17 AGUSTOS 1999 DEPREMININ YER IVME DEGERLERI AÇISINDAN DEGERLENDIRILMESI...43 4 AZALIM FORMÜLÜ VE 17 AGUSTOS 1999 DEPREMINDE ÖLÇÜLEN IVME DEGERLERI...44 5 AZALIM FORMÜLÜNÜN CBS IÇERINDE UYGULANMASI...48 6 SONUÇLARIN DEGERLENDIRILMESI...66 7 SONUÇ ve ÖNERILER...72 YARARLANILAN KAYNAKLAR...73 3
GIRIS Alp-Himalaya dag kusagi üzerinde yer alan Türkiye, bu tektonik konumu yüzünden depremsellik açisindan dünyanin en aktif ülkelerden biridir. Anadolu ile Arap yarimadasi arasinda bulunan Tetis okyanusu günümüzden yaklasik 11 milyon yil önce bu okyanusun kuzeye (Anadolu levhasi altina) dalip batmasi ile kapanmistir. Günümüzde hala kuzey yönünde dalip batmaya devam eden Akdeniz bu devasa okyanusun kalintisidir. Tetis okyanusunun kapanmasi sonucunda Arap yarimadasi Anadolu ile çarpismis, Kizildeniz boyunca Afrika dan ayrilan Arap yarimadasi kuzeye dogru ilerleyerek Dogu Anadolu yu sikistirmaya devam etmistir. Bu sikismayi baslangiçta kisalip kalinlasarak karsilayan Anadolu daha sonra daha rahat bir ortam olan batiya dogru kaçmaya baslamistir. Anadolu nun batiya kaçisi Karliova dan baslayarak batiya uzanan iki büyük fay boyunca gerçeklesmistir. Bunlardan güneyde yer alan Dogu Anadolu fayi Karliova ile Kahraman Maras arasinda uzanan 700 km uzunlugunda sol yanal atimli bir faydir. Bu fay batida Kizildeniz den gelmekte olan Ölü Deniz fayi ile bir üçlü eklem olusturarak son bulur. Karliova dan baslayarak batida Yunanistan a kadar uzanan 1500 km uzunlugundaki Kuzey Anadolu fayi ise sag yanal atimli bir faydir. Bu iki fay tarafindan batiya dogru tasinan Anadolu, orta kisimdaki ova rejimini takiben Ege bölgesinde kuzey-güney yönlü bir gerilme rejiminin etkisine girer. Böylece doguda sikisan ve iki fay boyunca batiya kaçan Anadolu levhasi burada gerilme etkisi ile bir horst-graben yapisi kazanmaktadir. Yukaridaki tanimdan görüldügü üzere Türkiye aktif bir tektonik rejim içerisinde yer almakta, bu nedenle de büyük depremlerden etkilenmektedir. Son yüzyilda Türkiye de meydana gelen depremlerde 100.000 civarinda can kaybi, 500.000 civarinda yarali ve milyonlarca dolar tutarinda maddi hasar meydana gelmistir. Bilhassa 17 Agustos ve 12 Kasim 1999 depremlerinden sonra depremlerin yol açabilecegi sorunlar ülkemizde daha etkin bir biçimde anlasilmis, gelecekteki depremlere hazirlik kavrami üzerinde agirlikli olarak durulmaya baslanmistir. Bu kapsamda yapilan çalismalardan biri de deprem senaryolarinin hazirlanmasidir. Deprem senaryolari çok disiplinli yaklasimlari gerektiren ve afet öncesi, sirasi ve sonrasina yönelik tedbirleri planlayan bir yöntemler manzumesidir. Bu yogun ve çok disiplinli çalismanin önemli asamalarindan biri de bir 4
bölgede gelecekte olmasi muhtemel deprem(ler)in siddetinin ve yaratacagi etkilerin belirlenmesidir. Bir depremde bir bölgede yasanan deprem siddetini denetleyen çesitli faktörler vardir. Bunlarin en önemlileri depremin büyüklügü ve kaynak mekanizmasi, deprem odagina olan uzaklik ve zemin kosullaridir. Deprem odagindan salinan deprem dalgalari kayalar içerisinden uzaga dogru hareket ettikçe kayalar tarafindan sogurulur ve etkilerini kaybederler. Deprem dalgalarinin uzaklikla azalmasi azalim (attenuation) adi ile bilinir. Bunun yani sira ana kaya üzerinde yer alan tutturulmamis bazi zeminler deprem dalgalarinin etkisinin artmasina yol açarlar. Buna da zemin büyütmesi (acceleration) denir. Azalim deprem mühendisliginin temel konularindan biridir. Çok genel bir tanimla azalim, deprem dalgalarinin kaynaktaki özellikleri ile kaynaktan itibaren takip ettikleri yolun degerlendirilmesi ile verilen bir noktadaki yer sarsintisinin tahmin edilmesidir. Bu konuda önceki deprem verilerine dayandirilmis olan çok sayida formül bulunmaktadir. Bu formüller kullanilarak bir depremin çevresinde yaratacagi ivme, buradan hareketle de olusabilecek siddet belirlenebilmektedir. Son 20 yilda bilgisayar teknolojisi gerek alet gerekse yazilim açisindan büyük bir gelisme kaydetmistir. Bu konudaki gelismelerden biri de mekansal dagilimi olan (cografi) verilerin siniflanmasina ve sorgulanmasina olanak saglayan Cografi Bilgi Sistemleri nde (CBS) yasanmistir. Bu sistem sayesinde cografi veriler sayisal ortamda tutularak siklikla güncellenebilmekte, üzerlerinde çesitli algoritmalar kullanilarak analizler yapilabilmektedir. CBS neredeyse sayilamayacak kadar genis uygulama alanlarina sahiptir. Bu alanlardan biri de yer verilerinin analizidir. Bu kapsamda gerek jeolojik gerekse jeofizik verilerin analizinde CBS kullanimi giderek artmaktadir. Bu projede de jeolojik veriler ve CBS in analiz yetenekleri kullanilarak faylar üzerinde olabilecek depremlerin azalim iliskileri arastirilmistir. ITÜ Rektörlügü Bilimsel Projeleri Arastirma Projeleri Birimi tarafindan desteklenen bu arastirmanin amaci gelecek bir büyük depreme gebe oldugu tüm çalisanlar tarafindan tartismasiz olarak kabul edilen Istanbul ve yakin çevresinde 5
olabilecek bir depremin yaratacagi yersarsintisini CBS kullanarak arastirmak ve bu konuda CBS kullanimina dair bir model gelistirmektir. Bu rapor 4 bölümden olusmaktadir. Birinci bölümde Istanbul un jeolojisi ve zemin kosullari ele alinmistir. Ikinci bölümde Istanbul u etkilemesi olasi faylari içerisinde barindiran Marmara denizi hakkindaki veriler siralanmistir. Üçüncü bölümde Istanbul un depremselligi tartisilmistir. Son bölümde ise CBS kullanilarak hazirlanan es ivme ve es siddet haritalari ile bunlarin hazirlanis yöntemleri anlatilmistir. Bu çalismayi destekleyen ITÜ Rektörlügü ne, bazi CBS programlarini bagislayan Sayisal Grafik A.S. Yönetim Kurulu Baskani Sayin Erol Parmakerli ye, bu çalismanin ilk versiyonunu birlikte hazirladigimiz Sayin Arda Serim e, çalismada emegi geçen Ar. Gör. Korhan Erturaç a, jeoloji haritalarini saglayan MTA Genel Müdürlügü ne ve zemin konusundaki verilerini karsiliksiz olarak kullanima açan çok sayidaki meslektasima tesekkür ederim. 6
BÖLÜM 1 1 ISTANBUL UN JEOLOJISI Istanbul, Türkiye nin ana tektonik birliklerinden Istanbul zonu üzerinde yer alir. Bu zon batida Büyükçekmece civarindan baslayarak doguda Kastamonu ya kadar uzanir. Istanbul zonunun karakteristik özelligi temelinde bulunan ve Türkiye nin baska birliklerindeki yasit istiflerden farkli özellikler sunan Paleozoyik yasli çökel bir istife sahip olmasidir. Bu Paleozoyik istifin üzerinde ise Mesozoyik ve Senozoyik yasli kayalar yer almaktadir (Sekil 1). Bunlar asagida, yaslidan gence dogru bir sira içinde kisaca özetlenmistir. 1.1 PALEOZOYIK Istanbul un büyük bir kesimi jeoloji literatüründe Istanbul Paleozoyik Istifi Paleozoyik yasli kayalar üzerine oturmaktadir. Bu topluluk Ordovisiyen den Karbonifer e kadar uzanan birkaç bin metre kalinligindaki bir çökel istiften olusmaktadir. Istanbul Paleozoyik istifinin genellestirilmis bir stratigrafi kesiti Sekil 1 de verilmistir. Paleozoyik istifinin görünen tabaninda çogun morumsu-pembe renkli kirintili bir istif bulunur (Sayar, 1979) (Sekil 1). Kurtköy formasyonu adi ile bilinen bu kirintili istif baslica konglomera, arkoz, feldspatik litarenit, çamurtasi ve subarkozdan olusmaktadir. Tabani gözlenemeyen birimin kalinligi 1000m.'den fazladir. Ordovisiyen yasli olan birim alüvyon yelpazesi ve örgülü akarsu ortami ürünüdür (Önalan 1982). Kurtköy formasyonu üste dogru beyazimsi ve pembemsi, seyl arakatkili kuvarsarenitlerle temsil edilen Aydos formasyonuna geçer. 150-300 m arasinda kalinliga sahip olan Aydos formasyonu gel git akintilarinin egemen oldugu plaj ve çok sig sahil ortaminda olusmustur. Aydos formasyonu üste dogru çogunlukla seyl, silttasi ve vaketaslari ile temsil edilen Gözdag formasyonuna geçer. Bu formasyonun üst kesimlerinde bazi bol fosilli kireçtasi bant ve mercekleri de bulunur. Birim Yalçinlar (1956), Ariç-Sayar (1962 ve 1979), Haas (1968) 7
ve Önalan (1982)'a göre Landoveriyen yasindadir. 250 m kadar kalin olan Gözdag formasyonu lagüner bir ortam ürünüdür (Önalan 1982). Sekil 1. Istanbul ve dolayinin genellestirilmis stratigrafi kesiti. 8
Istanbul Paleozoyik istifinin daha üstünde beyaz renkli, çapraz tabakali subarkozlardan olusan Aydinli formasyonu vardir. Içerisinde bazen 2m. kalinliginda çakilli seviyeler de içeren birim çok degisik kalinlikta tabakalanma gösterir. Eski bir kum bari niteligindeki birim fosil bulgularina göre Aydinli formasyonunun yasi Üst Landoveriyen'dir (Haas 1968, Sayar 1962, Önalan 1982). Bu kirintili birimlerden sonra istifte kalin bir karbonat dizisi yer alir. Bu karbonat dizisi, Gözdag ve Aydinli formasyonlariyla geçisli gri, mavimsi gri, bazen pembemsi renkli, bol fosilli, kuvars kumlu, killi, bazen da yumrulu-bantli bir kireçtasi ile temsil edilir. Venlokiyen-Ludloviyen yasli birim, resif çekirdegi ve resif önü ortamlarini temsil etmekte olup kalinligi 400 m dolayindadir. Dolayoba formasyonu olarak adlandirilmis olan bu birimin üzerinde ise önce ince tabakali, laminali bir kireçtasi ve daha sonra koyu mavi, koyu gri renkli, yer yer çok ince seyl seviyeli kireçtaslari ve nihayet yumrulu kireçtaslari bulunur. Alt Devoniyen yasli bu üst karbonat kesimin alt düzeyleri sig self, üst düzeyleri ise bu selfin dalga tabani alti ortamlarinda çökelmislerdir. Yumrulu kireçtaslarinin üzerine önce karbonatli bir kumtasi-seyl ardalanmasi, sonra kireçtasi bantli seyl ve son olarak da bir kireçtasi istifi gelir. Orta Devoniyen yasli (Haas 1968, Kullmann 1973, Kaya 1973) bu kesim baslica açik self-derin deniz ortamini temsil etmektedir (Önalan 1982). Üst Devoniyen de mavimsi renkli, ince yumrulu ve bazen de budinajli, ince katmanli kireçtaslari gelismistir (Tuzla formasyonu). Bu kireçtaslari ara seviyeler halinde laminali seyller içerirler. Içerisinde yer yer çört yumrulari da görülen birim giderek çört, radyolaryali çört ve silisli seyl ardalanmasina geçer. Bu kesimler istifin Karbonifer'e geçis düzeylerini olusturmaktadir. Açik bir self ortaminin derin kisimlari ve bu selfin olasilikla güneyindeki bir havzaya bakan yamaçlarinda olusan birim üste dogru dereceli olarak Karbonifer istifine geçer. Karbonifer mostralari Istanbul un daha çok Trakya yakasinda, daha az olarak da Anadolu yakasinda Üsküdar, Anadolu Kavagi ve Gebze civarinda görülür. Karbonifer istifinin alt kesimleri baslica gri-siyah renkli, ince laminali ve fosfat nodüllü radyolarit ve radyolaryali çörtlerden olusur. Bunlar arasinda yer yer sarimsi gri renkli silisli seyl düzeyleri yeralir. Karbonifer istifinin tabaninin görüldügü Baltalimani Büyükçayir deresi 9
ve Acibadem'de birim yumrulu kireçtaslarinin üzerinde dereceli geçislidir. Yumrulu kireçtasindan radyolaritlere geçiste kireçtasi içinde önce killi, silisli bant ve bazi çört nodülleri görülür. Giderek erimis kalker nodülü bosluklari içeren silisli sist tabakalari artar ve nihayet radyolaritlere geçilir. Radyolaritler çogun gri-siyah renkli, ince katmanli, laminalidir. Kalinligi 50 m den daha az olan bu birim literatürde Baltalimani formasyonu olarak bilinir. Vizeen yasli (Abdüsselamoglu 1963, Baykal ve Kaya 1963, Haas 1968) birim derin bir denizde karbonat kompensasyon derinligi altinda bir çökelmeyi isaret etmektedir. Derin denizel radyolarit-radyolaryali çört istifi üste dogru giderek baslica kirintili kayalardan olusan kalin bir istife geçer. Trakya formasyonu olarak bilinen bu kesimin alt düzeyleri killi seyl ve az oranda da kumtasindan olusur. Heybeliada ve Kartal dolaylarinda bu düzeylerde yer yer kireçtasi bant ve merceklerine de rastlanir. Birimde egemen litoloji orta-kalin katmanli kumtasi ve seyl ardalanmasidir. Ancak bazi alanlarda kumtaslari ve diger bazi kesimlerde ise seylin egemen oldugu görülür. Trakya formasyonunun üst kesimlerine dogru kirintililar içerisinde kireçtasi ve kumlu kireçtasi arakatkilari görülmeye baslar. Bunun yani sira istif içinde yer yer görülen kaba kirintili kesimler de alttan üste dogru kalinlik ve miktar olarak artarlar. Bunlar kumtasi ve seyller içinde yanal devami pek fazla olmayan mercekler seklindedir. Istifin daha üstüne dogru içerisinde bitki kirintilari bulunan konglomera arakatkilari da görülür. Istifin en üst düzeylerinde ise kalinligi yer yer 100 m.yi asan kireçtaslari yer alir. Cebeciköy kireçtasi olarak bilinen bu karbonatlar intrasparudit ve biyosparudit nitelikli olup bazi kesimlerde killi ve dolomitiktir. Bu kireçtaslari Orta-Üst Vizeen yaslidir (Kaya,1968). Istanbul Paleozoyik istifi, metamorfik bir temel üzerinde Kambriyen sonu- Ordovisiyen de akarsu çökelleri ile baslamakta, Siluriyen de kenar deniz fasiyeslerine, Devoniyen de ise platform karbonatlarina geçmektedir. Istanbul civarinda bu transgresif istif giderek derinlesen bir ortamda Orta ve Üst Devoniyen derin denizel çörtlü kireçtaslari ve Karbonifer türbiditik kirintililarinin çökelmesi ile gelisimini sürdürmüs, 10
Karbonifer basinda karbonat kompensasyon derinligi altina kadar çöken bölge bunu takiben nedeni çok iyi bilinmeyen ancak önemli bir tektonik etkiye maruz kalmis ve giderek siglasmistir. Istanbul Paleozoyik istifi içerisine sokulmus çesitli plütonik kayalar vardir. Bunlardan baslicalari Polonezköy yakinlarindaki Çavusbasi granodiyoriti, Gebze kuzeyindeki Sancaktepe graniti ve Pendik dogusundaki Tavsantepe kuvarsdiyoritidir. Paleozoyik ve daha yasli birimleri kesen bu magmatitlerin radyometrik yas tayinleri bunlarin Geç Permiyen basinda sokulmus Hersiniyen plütonlari oldugunu göstermektedir (Yilmaz, 1977). 1.2 MESOZOYIK Istanbul ve dolaylarinda iki farkli Mesozoyik istifi bulunur. Bunlar Triyas ve Üst Kretase yasli kayalardir (Sekil 1). Triyas genellikle Kocaeli yarimadasinda Gebze ve Hereke dolaylari ile Istanbul bogazinin kuzeybati kesimlerinde yüzeylenir. Üst Kretase yasli kayalar ise bogazin kuzey kesimlerinde ve Kocaeli yarimadasinin bazi kesimlerinde yaygindir. Gebze ve daha dogusunda izlenen Triyas yasli kayalar Istanbul Paleozoyik istifini açisal uyumsuzlukla örter (Sekil 1). Kocaeli Triyas istifi yer yer 1000 metre kalinliga kadar ulasan ve yer yer lav mercekleri içeren karasal-kirintililar (Ballikaya formasyonu, Baykal, 1943) ile baslayip üste dogru karbonat çimentolu lagüner ya da çok sig denizel kumtasi, kireçtasi ve dolomitlere geçer. Üst Skitiyen yasli bu kirintili ve karbonat ardalanmasinin üstünde Üst Skitiyen-Alt Aniziyen yasli dolomitler ve ince marn arakatkili yumrulu kireçtaslari vardir. 350-600 m. arasinda kalinligi olan bu birimin de üstünde yeralan 35 m. kadar kalin ammonitli kirmizi kireçtaslari ammonitlerden edinilen yas bulgularina göre Karniyen yasindadir. Ammonitli kirmizi kireçtaslari üzerinde 10-140 m. kalinliginda Halobiali, gri-yesil seyller vardir. Mikritik kireçtasi ve kalkarenit arakatkilari da içeren bu seyller üste dogru sari renkli, yaklasik 90 m. kalinliginda ve bitki kalintilari içeren bir kumtasina geçer (Assereto, 1972; Yurttas-Özdemir, 1973; Gedik, 1975). 11
Istanbul ve dolaylarindaki Paleozoyik ve Triyas yasli kayalari uyumsuzlukla örten iki farkli tür Üst Kretase istifi vardir. Bunlardan ilki, bogazin kuzey-kuzeybati kesimlerinde mostra verir ve genel olarak volkanik arakatkili denizel bir istif niteligindedir. Yaygin mostralari Karadeniz kiyisinda Kilyos ve Sile-Agva dolaylarinda yeralan birim, tabanda çakiltasi-kumtasi ile baslayarak silttasi, marn, kiltasi ve kireçtaslarina geçmekte ve andezit, dasit, riyolitik lav ve bunlarin piroklastik esdegerleriyle ardalanmaktadir. Istanbul bogazinin kuzey kesimlerinde, Mahmutsevketpasa-Riva ve Sariyer dolaylarinda Paleozoyik istif Üst Kretase yasli kayalarin üzerine itilmistir. Istanbul Paleozoyik istifi içerisine sik sik sokulmus olan andezitik dayklarin da bu volkanitlerle iliskili oldugu tahmin edilmektedir. Bu dayklarin önemli bir kismi Paleozoyik istif içerisindeki süreksizlik düzlemlerini izlemektedir. Kocaeli yarimadasi Üst Kretase istifi Triyas yasli kayalar üzerinde uyumsuzlukla yeralir. Birim tabanda Kampaniyen-Maastrichtiyen yasli (Özer vd., 1990) kalin bir çakiltasi (Hereke pudingi, Erguvanli, 1949) ve bunlarla yanal geçisli resifal kireçtaslariyla (Gebze kireçtasi, Erguvanli, 1949) baslar ve tedricen marn-seyl arakatkili resifal kireçtaslarina ve nihayet ince katmanli, beyazimsi-gri mikritik kireçtasi, marnkiltasi ardalanmasina geçer. Bol fosilli olan birim altta sig ancak üste dogru derinlesen bir ortamda çökelmistir. 1.3 SENOZOYIK Istanbul ve çevresindeki Senozoyik kayalari, altta yeralan Üst Kretase ve daha yasli birimleri diskordan olarak örter. Senozoyik üstten alta dogru baslica su litostratigrafi birimlerinden olusur (Sekil 2 ve 3); Belgrad formasyonu Bakirköy formasyonu Güngören formasyonu Çukurçesme formasyonu Gürpinar formasyonu Karaburun formasyonu Kirklareli kireçtasi 12
Islambeyli formasyonu Islambeyli formasyonu ve Kirklareli kireçtasi Orta-Üst Eosen (-Alt Oligosen?) yasli olup birbirleriyle geçisli çökel birimlerdir. Islambeyli formasyonu resif arkasi, lagün ortaminda olusmus kireçtasi, marn ve silttasi gibi kirintili çökel kayalarindan olusur. Sogucak kireçtasi adi ile de bilinen Kirklareli formasyonu ise açik gri-bej renkli, killikumlu, bol mercan ve alg fosilli, farkli dokularda, sert, genellikle masif baze n kalin katmanli, resif ve resif önü ortaminda olusmus karbonat egemen bir birimdir. Karaburun formasyonu, Istanbul un kuzeybatisinda tabanda plaj çökelleri ile baslayan, giderek delta çökellerine geçen bir istiftir. Birim altta çakiltasi, kumtasi ve çamurtasi gibi kirintili kayalari kapsar. Üst kesimlerinde ise koyu gri kiltasi, çamurtasi, olistostromal çakiltasi arakatkilari ve marnlardan olusur.istifin üst kesimlerini olusturan kiltasi-çamurtaslari kömürlesmis bitki kalintilari ve ince kömür bantlari içerir. Karaburun formasyonunun yasi Oligosen dir. Gürpinar formasyonu Istanbul un Avrupa yakasinda görülen diger bir Oligosen istifidir. Birim tabanda çapraz katmanli kumtasi, sarimsi bej renkli kuvars, kalsedon ve opal çakillarindan olusan çakiltaslari ile baslayarak gri, açik yesil renkli fosilli mikritik kireçtaslari, karbonat topakli, çatlakli, yer yer kayma yüzeyli, orta-kalin tabakali, ince kum ve silt araseviyeli, plastik- yari plastik, asiri konsolide çok kati- sert kiltaslari ve yer yer tüfit ardalanmasina geçer. Daha üst kesimlerde kahve-pas rengi kiltaslari, çakiltasi, kumtasi ve çakilli-bloklu kiltaslari ile devam edip, yesil, gri-boz renkli çamurtaslari ile sonbulur. Istif karasal ve gölsel (acisu) ortamda depolanmistir, 200 m.den kalindir. Gürpinar formasyonu Karaburun formasyonunun güneydeki karasal esdegeri olarak kabul edilmektedir. 13
kesiti. Sekil 2. Istanbul ve dolayinin genellestirilmis Senozoyik-Kuvaterner stratigrafi Çukurçesme formasyonu sarimsi kahve ve pas renkli gevsek kil çimentolu veya çimentosuz kil, silt ve çakil arakatkili, tutturulmamis ya da kötü tutturulmus, yer yer omurgali kemik ve dis kalintilari içeren bol mikali kum ve kumtaslarindan olusur. Istifin alt kesimlerinde çakilli, üst kesimlerinde de silt ve killi kum/kumtaslari egemendir. Bazi seviyelerinde ince seviyeler halinde unio ve mactra fosilleri içeren marn ve killerle ince kömür arakatkilari da kapsar. Formasyon içerisinde kumlarla diger tutturulmamis çökeller arasinda yanal ve düsey geçislere sikça rastlanir. Kalinligi 20 m. civarindadir. Çukurçesme formasyonu Gürpinar formasyonunu uyumsuz olarak örter ve Üst Miyosen (Panoniyen) yaslidir. Birim tabanda örgülü akarsu ortaminda depolanmistir. Unio ve Mactra kapsayan düzeyleri acisu ortamini yansitir. 14
Sekil 3. Haliç- Küçükçekmece Gölü arasinin jeoloji haritasi (Sayar, 1989 dan yararlanilarak hazirlanmistir) Güngören formasyonu Çukurçesme formasyonunun üzerinde tedrici geçisle yerlmaktadir. Formasyon gri-yesilimsi gri renkli ve paralel laminali killerle (Istanbul kili veya Süleymaniye kili) baslar. Göl fasiyesinde gelismis olan formasyon içinde yer yer çok iyi boylanmis gri renkli ince kum mercekleri ile yesil renkli marn ve kireçtasi ara tabakali killer bulunur. Formasyonun Bakirköy formasyonu ile sinirinda 10-15 m lik bir geçis zonu izlenir. Bu zonun alt kesiminde istif içinde önce lamina düzeyinde ve seyrek, sonra da giderek sayi ve kalinlikta kireçtasi aratabakalari ortaya çikar ve böylece tedricen üstteki Bakirköy formasyonuna geçilir. Birim yaklasik 120 m. kalinligindadir. Genel olarak merceksi bir geometriye sahip olan birim memeli, bivalv ve balik fosilleri kapsar. Bu fosillere göre Orta Üst Miyosen (Sarmasiyen Panoniyen) olarak 15
yaslandirilmistir. Güngören formasyonu Güngören çevresinde Çukurçesme formasyonu üzerinde tedrici geçisle yeralmakta, Avcilar Ambarli civarinda ise bu birimi düsük açili bir uyumsuzlukla örtmektedir. Bakirköy formasyonu, egemen olarak kil ve marn arakatkili bir kireçtasindan olusur. Kireçtaslari beyaz ve sarimsi renkli, bolca mactra fosilli, gözenekli, kof, yer yer tebesirimsidir. Istifin tabaninda yeralan kalin katmanli ve bol fosilli kesimler ince katmanli olanlara göre daha sert ve sikidir. Yer yer mikritik özellikte olabilen bu seviyelerde karstik erimeler gözlenir. Üst kesimlerdeki daha ince katmanli kesimler plaketli özelliktedir. Formasyon alttaki Güngören formasyonu ile geçisli olup Sarmasiyen yaslidir. Formasyonun kalinligi 20 m. civarindadir. Kireçtaslarinin içerdigi fosillere göre aci su ortaminda gelismis oldugu ortaya konmustur. Ancak, melanopsis ve unio gibi fosilleri de kapsamasi, çökelim evrimi içinde zaman zaman tatlisu ortaminin varligina da isaret etmektedir. Bakirköy formasyonu Üst Miyosen (Panoniyen-Ponsiyen) yaslidir. Belgrad formasyonu Avrupa yakasinin kuzey kesimlerinde ve Asya yakasinin tümünde mosra veren karasal kirintililardan olusmaktadir. Birim tutturulmamis ya da zayif tutturulmus çakiltasi, kum ve silt ile killerden olusmaktadir. Içerisinde linyit olusumlari da bulunan bu birimin Piyosen yasli oldugu tahmin edilmektedir. 1.4 KUVATERNER Istanbul çevresinde Kuvaterner yasli denizel bir çökel istif olan Kusdili formasyonu ile üzerinde yeralan alüvyonlardan olusmaktadir. Tüm bunlar üzerinde ise tarihi bir sehir olan Istanbul da yogun yerlesim ve yasam islevlerinin sonucu olan dolgular yer almaktadir. Kusdili formasyonu Asya yakasinda Kadiköy Kusdili çayirinda, Avrupa yakasinda ise Ataköy Ayamama deresi içerisinde sondajlarda kesilmistir. Üzeri genellikle alüvyon ve güncel dolgularla örtülüdür. Çakil ve kum mercekleri içeren gri-siyah renkli kil ve çamurlardan olusan bu birim lagün-bataklik ve kisitli olarak sig denizel bir ortamda gelismistir (Meriç vd., 1991a ve b). 16
1.5 YAPISAL JEOLOJI VE TEKTONIK Istanbul ve çevresindeki birimlerin yapisal özelliklerini detayda tanimlayan bir arastirma maalesef bulunmamaktadir. Bugüne kadarki bilgiler Istanbul ve çevresindeki kaya birimlerinin kivrimli ve kirikli bir yapisi oldugunu göstermekte ise de bu deformasyonun hangi evrelerde ve ne türde gelistigi ve kayalarin bilhassa depreme karsi davranisi açisindan önemli olan mühendislik özelliklerini nasil etkiledigi yönünde detay arastirmalar ya yoktur ya da bunlar sadece küçük alanlara özgüdürler. Eski incelemeler, Istanbul da bilhassa Paleozoyik yasli birimlerin kivrimli ve bindirmeli bir yapisi oldugunu belgelemislerdir. Literatürde bilinen en önemli yapisal unsurlardan biri Istanbul kuzeyinde Paleozoyik istifinin Üst Kretase volkanitleri üzerine bindirmesini saglayan Zekeriyaköy (veya Sariyer, Maden) bindirmesidir. Kuzey verjansli bu bindirmenin olasilikla Eosen ve sonrasi dönemde gelistigi tahmin edilmektedir. Istanbul Paleozoyik istifi kendi içerisinde bindirmeli bir yapiya sahiptir. Seymen (1995) gibi bazi arastirmacilar bu bindirmeleri haritalamislarsa da bunlari gelisim yasi hakkinda farkli yorumlar öne sürmüslerdir. Bu arastirma kapsaminda Istanbul un çesitli kesimlerinde küçük temsilci alanlarda saha çalismalari yapilarak birimlerin yapisal özellikleri gözlemlenmistir. Istanbul Paleozoyik istifinin tabaninda yer alan ve bilhassa Anadolu yakasinda genis alanlar kaplayan arkoz ve kuvarsitlerin yapisal özellikleri Anadolu yakasinda Maltepe civarlarinda bir örnek alanda gözlemlenmistir. Buna göre Paleozoyik istifte yaygin bir kirik gelisimi söz konusudur. Bunlarin önemli bir kismi sistematik kiriklar seklindedir. Her yönde olmakla birlikte çatlaklarin K10 0 B ve K70 0 D dogrultusunda daha baskin olarak gelistikleri saptanmistir. Yapilan gözlemlere göre sistematik kiriklar KB- GD ve KD-GB uzanimli kojugeyt çatlaklar seklinde olup gelisme yogunlugu Kurtköy formasyonunda 5-25 kirik/metre, Aydos formasyonunda ise 5-15 kirik/metredir. Sistematik kiriklar genellikle düzgün yüzeyli olup yüzeydeki bir-iki metrelik zon disinda bosluksuz ve düzenli yüzeyli, seyrek olarak da kil dolguludur. 17
Istanbul Paleozoyik istifinin üst kesimlerini olusturan Karbonifer istifinin yapisal özellikleri Istinye civarinda ölçülmüstür. Bu alandaki Paleozoyik yasli birimler kuzeye dogru oldukça monoton bir sekilde egimli olup kaya kalitesini etkileyecek biçimde deforme olmuslardir. Çalisilan alanda haritalanabilir oranda bir kivrim bulunmamaktadir. Tabaka dogrultulari kismen DKD-BGB, genellikle de BKB-DGD dogrultulu, egim degerleri ise 45-65 KB ve KD olacak sekildedir (Sekil 4) Sekil 4- Paleozoyik istiflere ait es alan üst yariküre projeksiyonu. Noktalar eklem sistemlerine ait kutuplari, siyah çizgiler tabakalanma düzlemlerini, kirmizi çizgiler ise fay ve makaslama düzlemlerini göstermektedir. Paleozoyik istifte sik aralikli ve çogunlukla düzenli eklem sistemleri bulunur. Bunlar dört egemen yönde bulunurlar (Sekil 5). Bu yönler yaklasik olarak K-G, D-B, KD-GB ve KB-GD dur. Bu durum Paleozoyik istifin dogu-bati ve kuzey güney yönlü iki farkli sikisma evresinden geçtigi seklinde yorumlanabilir. Eklemlerden bir kismi düsey bir kismi ise düsük egimlidir. 18
Sekil 5- Paleozoyik istifteki eklem sistemlerinin dogrultularini gösteren gül diyagrami Paleozoyik istifte görülen eklemlerin sikliklari metrede 8 ile 25 adet arasinda degismektedir. Bu süreksizlik düzlemleri tabakalanma ile birlikte kayanin romboidal süreksizlik düzlemleri ile sinirlanan parçalara ayrilmasina, böylece de kaya kalitesinin düsmesine neden olmuslardir (Foto 1). 19
Foto 1- Paleozoyik istifte tabakalanma ve düsey eklem sistemlerinin kesismesi ile olusan romboidal kirik sistemi Istanbul da Paleozoyik istiflerden en genis yayilimli olan birim Karbonifer yasli Trakya formasyonunun yapisal özellikleri Gaziosmanpasa civarinda yapilan gözlemlerle de arastirilmistir. Buna göre formasyonun büyük bir kesiminde sikismali bir tektonigin izleri görülmektedir. Bu tektonik rejimin baslica isaretçileri devrik ve yatik kivrimlar ile bindirme faylaridir. Bu yapilarin analizine göre bölgede bugün görülen kivrimlarin hemen hemen hepsi bindirme faylari ile yasit gelismistir. Bu kivrimli yapiyi kesen çok sayida küçük fay ve makaslama düzlemi de bulunmaktadir. Bu küçük faylarin ise büyük bir kismi normal, bir kismi da oblik faylardir. Paleozoyik istifi içerisindeki kivrimlarin büyük bir kismi birkaç metre ile birkaç on metre kanat açikligina sahip kivrimlardir. Kivrimlanmanin önemli sonuçlarindan biri çatlak gelisimine yol açmis olmalaridir. Genellikle sert ve kirilgan bir yapiya sahip olan Paleozoyik istife ait kayalar kivrimlanma esnasinda gelisen sistemli çatlaklar tarafindan biçilmislerdir. Çatlaklar bir metrede 15 adetten birkaç adete kadar degismekte olup bir kismi açik, bir kismi da kil ya da kalsit dolguludur. Her yönde olmakla birlikte çatlaklarin K10 0 B ve K70 0 D dogrultusunda daha baskin olarak gelistikleri saptanmistir. 20
Istanbul Paleozoyik istifindeki çatlak, kirik, fay ve tabakalanma gibi süreksizlik düzlemlerinin en önemli sonuçlarindan biri de ayrismayi denetleyen faktör olmalaridir. Süreksizliklerin yogun oldugu bölgelerde su sirkülasyonu artmakta, su ve birlikteki oksijen kayalarda ayrismaya yol açmaktadir. Nitekim yapilan jeofizik ölçümlerde kayalardaki ilk birkaç metrelik zonda Vs hizlari son derece düsük buna karsilik birkaç metre derin kesimlerde ise yüksek olarak gözlenmektedir. Istanbul da Paleozoyik ten sonra en genis yer kaplayan birimler Avrupa yakasindaki Miyosen istifleridir. Bu birimler içerisinde gelismis önemli bir kivrim ya da kirik sistemi bulunmamaktadir. Çogunlukla yatay ya da zayif bir ondülasyon gösteren birimler içerisindeki kirik sistemleri de genellikle uzun mesafelerde izlenen kiriklar olmayip yaygin degillerdir. Istanbul da kara üzerinde genç ve aktif faylarin bulunup bulunmadigi önemli bir tartisma konusudur. Oktay vd. (2002); Gökasan vd. (2002) gibi bazi arastirmacilar Istanbul da örnegin Istanbul Bogazi iki yakasinda, Ayama ma çayinda, Büyük ve Küçük Çekmece de aktif faylarin mevcudiyetini öne sürmektedirler. Ancak Istanbul da bugüne kadar kara üzerinde fay kökenli orta ve büyük depremler olmamistir. Diger yandan aktif oldugu ileri sürülen faylar üzerinde bunlarin aktif oldugunu kanitlayacak örnegin paleosismoloji gibi detay çalismalar yapilmamistir. Eldeki veriler isiginda genç yapisal unsurlarin Istanbul un morfolojik gelisiminde etkili olduklari disinda doyurucu sonuçlara ulasilmasi simdilik mümkün görülmemektedir. Sorun ancak gelecekteki detay arastirmalarla çözümlenebilecektir. Bu nedenle bu tartismali konuya burada girilmeyecektir. 1.6 ISTANBUL UN ZEMIN KOSULLARI Istanbul, yukarida da deginildigi üzere yer yer genis yayilimli ve oldukça kalin olabilen alüvyonlar ve yamaç molozlari ile tarihi bir yerlesimin ve hizla büyüyen bir metropol olmanin beraberinde getirdigi yapilasmanin bir sonucu olan suni dolgular disinda genel olarak kaya ortami üzerinde yer almaktadir. Istanbul un üzerine oturdugu bu birimler zemin davranisi açisindan üç grupta ele alinabilir. Birinci grup Paleozoyik yasli kayalardan olusur. Bu birimlerin ortak özelligi yasli ve saglam kayalardan 21