BATI ANADOLU ÖRNEĞİNDE BÖLGE SINIRLARI SEÇİMİNİN DEPREM TEHLİKESİNİN BELİRLENMESİNE ETKİLERİ

Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-20 Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-20 October 2007, Istanbul, Turkey BATI ANADOLU ÖRNEĞİNDE BÖLGE SINIRLARI SEÇİMİNİN DEPREM TEHLİKESİNİN BELİRLENMESİNE ETKİLERİ THE EFFECT OF REGION BORDER TO DETERMINE THE EARTHQUAKE HAZARD, CASE STUDY: WESTERN ANATOLIA Serap KAHRAMAN 1 Türkay BARAN 2 İ.Aydın SAATÇI 3 ÖZET Bir bölge için deprem tehlikesinin belirlenmesinde Gutenberg Richter (G-R) azalım ilişkileri sıklıkla kullanılmaktadır. Bu ilişkileri araştırırken ilk ve en önemli adım, deprem verilerinin değerlendirileceği bölge sınırlarının tanımlanmasıdır. Verinin içerdiği bilgiden en iyi biçimde yararlanılabilmesi amacıyla, genel bir kural olarak azalım ilişkilerinin belirlenmesinde kullanılan verilerin olabildiğince geniş bir bölgeyi tanımlaması hedeflenmektedir. Sunulan çalışmada, bölge sınırları seçimin, deprem tehlikesinin belirlenmesindeki etkileri G-R modeli örneğinde incelenmektedir. Model, çok sayıda aktif fay sisteminin etkisi altında, sismik aktivitesi oldukça yüksek olan Batı Anadolu bölgesinde ele alınmıştır. Bölgede 1900 ila 2005 yılları arasında aletsel olarak gözlenmiş veriler değerlendirilmiş, gerek bölgenin bütünü gerekse tanımlanan iki ayrı alt bölge için azalım ilişkileri elde edilmiştir. Her bölge için yeniden tanımlanan veriler kullanılarak, model parametrelerinin moment ve maksimum olabilirlik tahminleri belirlenmiştir. Her bölge için çeşitli yinelenme aralıklarına bağlı olarak yapılan tahminler karşılaştırılmış, tahminler ile Batı Anadolu nun tarihsel deprem kayıtlarının tutarlılığı incelenerek bölgenin deprem tehlikesinin belirlenmesi için en uygun sınırlar tanımlanmıştır. Çalışmada son olarak, tanımlanan yeni bölge için G-R model parametreleri tahmin edilmiş, özellikle İzmir ve çevresi için geçerli deprem tehlikesi tanımlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Deprem tehlikesi, Gutenberg-Richter, Bölge sınırları, Batı Anadolu ABSTRACT It is known that the probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) is sensitive to the location of seismotectonics boundaries. The Gutenberg-Richter (G-R) frequency-magnitude relationship is widely used to define probabilistic seismic hazard (PSHA) with the information content of observed earthquake data. As a general rule the borders of the affected area is extended to prevent information loss. In the presented study, the effect of the region definition on G-R model is debated on Western Anatolian region, which is one of the most seismically active and rapidly deforming regions of the world throughout the ages. For the purpose of ascertainment of the effect of the border definition to PSHA results, calculations are carried out for two subregions and one combined region as a whole using the seismic catalog from 1900 to 2005. The data sets are determined by region borders, the parameters are computed according to these data sets by the least squares and maximum likelihood methods and then future predictions are estimated via these parameters. Finally, most appropriate region borders for Western Anatolia are defined and for this new region G-R model parameters are obtained by comparing the results with historical earthquake records. At the last step, the PSHA analysis is performed for the new region which defines Izmir (Smyrna) and its surroundings and the earthquake hazard is determined for this region. Keywords: Earthquake hazard, Gutenberg-Richter, Region Border, Western Anatolia. 1 Doç.Dr, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, serap.kahraman@deu.edu.tr 2 Doç.Dr, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, turkay.baran@deuedu.tr 3 Dr, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, aydin.saatci@deu.edu.tr 335

336 Bölge Sınırları Seçiminin Deprem Tehlikesinin Belirlenmesine Etkileri GİRİŞ Anadolu; Avrupa ve Asya kıta hareketlerinin yanısıra Afrika kıtası ve Arap yarımadasının hareketlerine de bağlı deprem dinamiğinden etkilenmektedir. Bilinen tarihsel deprem kayıtlarına göre Anadolu daki kurulu yerleşimler sürekli olarak büyük depremlere maruz kalmıştır. Anadolu da en büyük faylanma sistemi olan Kuzey Anadolu Fay (KAF) sistemi dışında olmasına rağmen, yaygın bir deprem hareketi gözlenen Ege (Batı Anadolu) bölgesi, dünyanın en hızlı şekil değiştirmelerinin gözlendiği bölgelerden biridir. Batı Anadolu tektonik yapısı çok sayıda araştırmacı tarafından incelenmiştir. Bölgenin sismik etkinliği ve deprem tehlikesi konusunda da yapılmış çok sayıda çalışma bulunmaktadır (Le Pichon ve Angelier 1979, Şengör vd. 1987, Barka ve Reilinger 1997, Seyitoğlu ve Scott 1992 ve 1996, Koçyiğit vd. 1999, Şalk vd. 2000, Kahraman vd., 2004, 2007). Deprem tehlikesinin belirlenmesinde genel yaklaşım, seçilen bölgeye etki edebilecek bilinen tüm faylar için mevcut verilerin bölgesel analiz kapsamında değerlendirilmesidir. Tarihsel deprem verilerinin analizine dayanan bu yöntemlerin verdiği sonuçların güvenilirliği doğrudan veri kalitesine bağlıdır. Seçilmiş bir bölge için gözlenmiş verilere, Gutenberg-Richter, Gumbel ekstrem değerler gibi çeşitli olasılık dağılımları uygunluğunu araştırmak deprem tehlikesinin belirlenmesinde esas yaklaşımdır. Olasılık temelli (PSHA-Probabilistic Seismic Hazard Analysis) bu yöntemler, gözlenmiş verilerin azalım ilişkilerinin modellenmesi esasına dayanmaktadır. Deprem tehlikesi, belli bir yer ve zamanda, hasar ve can kaybına yol açabilecek büyüklükte bir yer hareketinin oluşma olasılığı olarak tanımlanmaktadır. Yer hareketlerinin oluşumundaki, yer, zaman ve büyüklük ölçeklerindeki belirsizlik, istatistik olasılık yöntemlere dayalı tahminleri zorunlu kılmaktadır (Naeim 1989, Naeim ve Kelly 1999). Bu yöntemler, deprem tehlikesi belirlenecek bölge için gözlenmiş verilerden hareketle tanımlanan azalım ilişkilerinin değerlendirilmesi esasına dayanmakta; Gutenberg-Richter (1944, 1956, 1958) tarafından tanımlanmış olan azalım ilişkileri yaygın olarak kullanılmaktadır. Parametrelerinin bölge sınırlarına, tarihsel verinin niteliğine bağımlılığı gibi çeşitli sakıncalarına dikkat çekilmiş olmakla birlikte (Cornell 1968, Wesnousky 1994, Kossobokov vd. 2000), halen azalım ilişkileri için daha iyi bir model önerilememiştir. Karakteristik deprem modeli (CH) gibi, özellikle verilerin durağan olmamasının (nonstationarity) yarattığı sorunları ortadan kaldırmak amacıyla önerilmiş olan daha kompleks modellerin de iç yapılarından kaynaklanan zayıflıkları olduğu belirtilmektedir (Kagan 2003). Bilindiği gibi, herhangi bir fiziksel olay, farklı tipte matematiksel modelle tanımlanıp açıklanabilmektedir. Farklı modeller arasından, incelenen olayı en iyi tanımlayan modelin seçilmesi gerekmektedir. Ancak, matematik modellerin getirdiği bilgi arasında anlamlı bir fark bulunmaması durumunda, en basit (parametre sayısı en az) olan modelin seçilmesi en uygunudur. Bu nedenle de, G-R modeli yaygın olarak kullanılmaktadır. Batı Anadolu gibi, çok farklı fay sistemlerine bağlı sismik etkileşimlerin gerçekleştiği bir alanda deprem tehlikesinin belirlenmesine esas olabilecek verilerin kullanılacağı bölge sınırlarının tanımlanması oldukça güçtür. Bu güçlük, verilerin değerlendirilmesine esas olan bölgenin sınırlarının değiştirilmesine; dolayısıyla da, gerek dağılım parametrelerinin, gerekse de en uygun azalım ilişkisinin değişmesine yol açmaktadır. Parametre değerlerindeki küçük değişimlerin dahi, uzun yinelenme süresine sahip deprem büyüklüklerinin tahmininde büyük farklılıklar doğurması kaçınılmaz olmaktadır. Azalım ilişkileri, bir bölge için sismik risk ve deprem kodlarının tanımlanmasında da ilk adımı oluşturmaktadır. Bu ilişkilerin parametre değerlerini önemli ölçüde değiştirebilen bölge sınırlarının belirlenmesi bu bildirinin temel konusunu oluşturmaktadır. Ege Bölgesi ve yakın çevresinde gözlenmiş olan depremlerin bölgesel analize bağlı olasılık yapılarının (Kahraman vd. 2004) ve bölge sınırlarının Gutenberg-Richter modeli parametreleri üzerine etkilerinin (Kahraman vd. 2007) ele alındığı iki çalışmada, Batı Anadolu için uygun etki bölgesi seçimi ve azalım ilişkileri araştırılmıştır. Sunulan çalışmada, bu iki çalışmanın sonuçlarından da yararlanarak, Batı Anadolu da 1900-2005 yılları arasında gerçekleşmiş depremler için uygun azalım ilişkileri, ekonomik ömürlere bağlı deprem tahminleri ve gerçekleşme olasılıkları ele alınmıştır.

S. Kahraman, T. Baran, İ.A. Saatçı 337 EGE BÖLGESİNİN TEKTONİĞİ, EGE GRABEN SİSTEMİ Türkiye, bilinen tarihsel dönem deprem kayıtlarına göre M.Ö. ikinci binlerden günümüze kadar hasar yapıcı ve yüzey faylanmasına neden olan büyük depremlere maruz kalmıştır. 1990 ile 2005 yılları arasında oluşmuş büyüklüğü M s 5.5 olan hasar yapıcı depremler ile 1989 ile 2005 yılları arasında oluşmuş büyüklüğü M s 4.0 olan depremlerin odak çözümlemeleri, özellikle diri fay segmentlerine karşılık gelen fay uçlarında yoğunlaşma eğilimi göstermiştir. Tarih boyunca sismik etkinliklerin sıklıkla hissedildiği bilinen Batı Anadolu da deformasyonların bölgedeki küçük faylar ve sistemler kadar, üç ana levhanın (Avrasya, Arabistan ve Afrika) hareketi ile de ilgili olduğu düşünülmektedir (Royden 1993a, b). Bölgedeki aktif deformasyonlar, kuzeye doğru hareket eden Afrika/Arabistan ve Hindistan Levhalarının Avrasya Levhasıyla çarpışmaları sonucunda oluşmaktadır. (Şekil 1). Bu hareket, kuzeyde Kuzey Anadolu (KAF), güneyde Doğu Anadolu fayları, Kıbrıs ve Helenik yayları ile sınır oluşturmaktadır (Barka 1992, Barka ve Reilinger 1997, Rockwell vd. 2001). Şekil 1. İncelenen bölgenin Türkiye nin tektonik haritası üzerindeki yeri [Oklar hareket yönünü göstermektedir] (Barka 1992, Rockwell vd. 2001). Batı Anadolu nun sismolojik yapısını açıklamaya yönelik çok sayıda tektonik, sismotektonik model bulunmaktadır (Dewey ve Şengör 1979, Le Pichon ve Angelier 1979, Şengör vd. 1987, Dewey 1988, Meulenkamp vd. 1989, Seyitoğlu ve Scott 1992 ve 1996, Koçyiğit vd. 1999). Ancak, bölgedeki deformasyona ilişkin dinamik ve kinematik yapı son derece karmaşık olduğundan genel kabul gören bir modelden söz edilememektedir. Ege graben sistemi, genel olarak D-B doğrultulu normal faylar ile sınırlandırılmış çok sayıda bloktan meydana gelmektedir. Bu bloklar arasında, D-B uzanımlı grabenler yer almaktadır. Bölge, genel olarak KKD-GGB yönlü bir çekme rejiminin etkisi altında bulunmaktadır. Bu oluşumlar, kuzeyden güneye doğru; Edremit Körfezi, Bakırçay-Simav grabeni, Gediz-Küçük Menderes grabenleri, Büyük Menderes ve Gökova Körfezi grabenleri şeklinde sıralanabilir. Ege graben sisteminin Edremit Körfezini içine alan kuzey kesimi, Kuzey Anadolu fayı ile Batı Anadolu daki çekme rejiminin etkisi altında bulunmaktadır. Dolayısıyla, bu bölgede oluşmuş depremlerin odak mekanizmaları hem normal, hem de yatay bileşenlerin hakim olduğu birleşik fay çözümlerini vermektedir (Şalk vd. 2000, Kahraman vd., 2004, 2007). Ege graben sisteminde 1900-1910 yılları arasında suskun bir dönem gözlenirken, 1910-1930 yılları arasında deprem sayısının önemli ölçüde arttığı izlenmektedir. Benzer şekilde, 1930-1960 yılları arasında tekrar sakin bir dönem, 1960-1975 yılları arasında yoğun bir sismik aktivite

338 Bölge Sınırları Seçiminin Deprem Tehlikesinin Belirlenmesine Etkileri gözlenmektedir (Ayhan vd. 1986). 1975-2005 arasında tekrar bir suskunluk dönemine girilmiş olup, yeniden bir sismik aktivite artışına girilmesi olasılığı yüksek görülmektedir. BÖLGE SINIRLARI Sunulan çalışmada, Ege Bölgesi ve yakın çevresinde, 1900 ve 2005 yılları arasında gerçekleşmiş, aletsel olarak ölçülmüş depremler kullanılarak, Batı Anadolu, ve özellikle İzmir ve çevresi için deprem tehlikesini tanımlayacak modeller araştırılmıştır. İzmir ili ve çevresini içerisine alacak şekilde sınırlandırılan coğrafya 37 40 N Enlem / 26 30 E Boylam olarak tanımlanmış ve iki bölgeye ayrılarak değerlendirmeye alınmıştır. Bu bölgelere ait koordinatlar ve ilgili faylanmalar Tablo 1 ve Şekil 2 de sunulmuştur. Tablo 1. Batı Anadolu da Aktif Faylar BÖLGE I 37 38 N/ 26 30 E Bölge II 38 40 N / 26 30 E Büyük Menderes Grabeni Karova-Milas Fay Zonu Muğla-Yatağan Fay Zonu Ula-Ören Fay Zonu Gediz Grabeni Zeytindağ-Bergama Fay Zonu Simav Fay Zonu Etili Fayı Kütahya Fayı Yenice-Gönen Fayı Şekil 2. Batı Anadolu bölgesi diri fay haritası (MTA 1992, Kahraman vd. 2007)

S. Kahraman, T. Baran, İ.A. Saatçı 339 Çalışmada kullanılan aletsel veriler Kandilli Deprem Araştırma Enstitüsü (KOERI) ve Afet İşleri Genel Müdürlüğü Deprem Araştırma Dairesi tarafından değerlendirilmiştir. Veri dizisinde anomali olup olmadığı iki kuruluş tarafından değerlendirilmiş veriler karşılaştırılarak yapılmıştır. Bu karşılaştırmada bir hataya rastlanmamıştır. Bununla birlikte, veri homojenliğinin korunabilmesi için çalışmada KOERI verileri esas alınmıştır. Deprem tehlikesinin belirlenmesinde kullanılan azalım ilişkilerine esas olarak M 4.0 olan depremler dikkate alınmıştır. KOERI verilerinde incelenen dönem ve bölge için 753 gözlenmiş değerin bölgeye ve büyüklüğe göre dağılımları Tablo 2 de sunulmuştur. Tablo 2: İncelenen Bölgede (37 40 N / 26 30 E) Büyüklüğü M 4.0 olan Deprem Sayıları M BÖLGE I BÖLGE II TÜM BÖLGE Adet Eklenik Adet Eklenik Adet Eklenik M 7 0 0 2 2 2 2 6.5 M<7 2 2 4 6 6 8 6 M<6.5 5 7 5 11 10 18 5.5 M<6 4 11 21 32 25 43 5 M<5.5 37 48 48 80 85 128 4.5 M<5 74 122 136 216 210 338 4 M<4.5 125 247 290 506 415 753 Deprem tehlikesinin (PSHA) belirlenmesine yönelik olarak, tarihsel kayıtların değerlendirilmesi ve tümdengelim olarak isimlendirilen iki ana yöntem bulunmaktadır (McGuire 1993, Utsu 1999). Her iki yöntem de farklı açılardan güçlü zayıf yönler taşımaktadır (Kijko ve Graham 1998, 1999, Kijko vd. 2002, 2003). Sunulan çalışmada, aletsel verilerin değerlendirilmesine dayalı parametrik yöntem kullanılmaktadır.gutenberg ve Richter (1944) tarafından önerilmiş azalım ilişkisi: logn a = a - bm (1) biçiminde olup, N a herhangi bir yılda büyüklüğü M veya daha büyük olan ortalama deprem sayısıdır. a ve b sabitleri ise sırasıyla, bölgenin sismik yönden aktivitesini ve bölgedeki küçük ve büyük depremler arasındaki ilişkinin karakteristiğini tanımlamaktadır. Gutenberg-Richter veya sadece Richter Kanunu (G-R modeli) olarak isimlendirilen (1) numaralı ilişki, bir bölgenin deprem davranışını tanımlamak açısından en uygun model olarak kabul edilmektedir (Wesnousky 1994, Naeim ve Kelly 1999). G-R model parametrelerini hesaplamak için genellikle en küçük kareler yöntemi (EKK) kullanılmaktadır. Bu amaçla, logn a ile M arasında doğrusal regresyon ilişkisi araştırılmaktadır. Bu durumda, regresyon sabitleri olan a ve b değerleri hesaplanmaktadır. Parametrelerin belirlenmesinde kullanılan bir diğer yöntem ise maksimum olabilirlik (likelihood) (ML) yöntemidir. Doğrudan olabilirlik fonksiyonunun kendisinin veya logaritmasının kısmi türevleri üzerinde çalışıldığı için bu yöntemle yapılan parametre tahminlerinin daha tarafsız (unbiased) olduğu kabul edilmektedir (Freund 1992). Gelecekte oluşabilecek bir deprem için yinelenme (tekerrür) aralığı ise, T = 1 (2) λ ilişkisi ile belirlenebilir. λ herhangi bir yılda ortalama deprem görülme olasılığı (λ -Poisson olasılık dağılımı için beklenen değer) olarak tanımlanmaktadır. Bir mühendislik yapısının öngörülen hizmet süresi (T e ) içinde, seçilen bir deprem büyüklüğünün (M 0 ) aşılma olasılığı Poisson dağılımı ile tahmin edilebilmektedir (Cornell, 1968, Freund 1992, Naeim ve Kelly 1999): P(M M0 ) = 1 exp( λte ) (3)

340 Bölge Sınırları Seçiminin Deprem Tehlikesinin Belirlenmesine Etkileri BATI ANADOLU DEPREM TEHLİKESİ AZALIM İLİŞKİLERİ Stokastik süreçler olarak değerlendirilen depremler rasgele özellik taşımakla birlikte, zaman ve yere bağlı olarak tanımlanabilirler. Depremlerin zaman ve yere bağlı değişimlerinin modellenebilmesi durumunda, gelecekte oluşabilecek bir depremin olası yer ve büyüklüğü tahmin edilebilir. Tahminlerin tutarlılığı, kullanılan model kadar eldeki aletsel verilerin kalitesi ile de yakından ilgilidir. Aletsel verilerle ilgili olarak iki temel sorundan söz edilebilir: Mevcut aletsel verilerin (gözlemler) incelenen süreci tanımlamada yetersiz kalması (kısa örnek-nicelik), veri kalitesi (nitelik). Depremlerin oluşum mekanizması ve dinamiği, deprem sürecinin stokastik olarak ele alınmasını gerektirmektedir. Kıta (levha) hareketlerine bağlı olarak meydana gelen bu tür süreçleri tanımlarken, tektonik yapı gereği, veri eksikliği sorunu ile karşılaşılması kaçınılmazdır. Veri sayısının azlığına (nicelik) bağlı tahmin hatalarını ortadan kaldırabilmek için iki yaklaşım uygulanabilmektedir: i) geçmiş verilerin değerlendirilmesi (retrospektif yaklaşım) ii) geleceğe yönelik tahminlerin uyumluluğu (prospektif yaklaşım). Birinci yaklaşım, önerilen modellerin tarihsel depremlerle uyumluluğunun araştırılması esasına dayanırken, ikinci yaklaşımda geleceğe yönelik tahminlerin bölgede gözlenmiş aletsel depremler, sismo-tektonik yapı, vb. jeofizik özelliklerle uyumluluğu araştırılmaktadır. Bir bölge için deprem tehlikesinin belirlenmesinde (PSHA) genellikle her iki yaklaşımın da dikkate alınması önerilir. Bunun da ötesinde, özellikle büyük depremlerin sonrasında, önerilen modellerin gözden geçirilmeli, ölçüm öncesi (a priori) olasılıklardan ölçüm sonrası (a posteriori) olasılıklara geçilerek, gerekirse model parametreleri düzeltilmelidir. Eldeki verilerin tam olup olmadığı (completeness) sorunu ise veri niteliğine ilişkin olarak sık karşılaşılan bir durumdur. Mühendislik çalışmalarında, depremler stokastik bir olay olarak değerlendirilirken en önemli sorun deprem büyüklüğüdür. Oysa, inşaat mühendisliği açısından depremlerin iki özelliği daha, önem taşımaktadır: oluşum yeri ve zamanı. Bu amaçla, bölgesel analiz yöntemleri ile yer tanımlanmakta, bu bölge sınırları içindeki gözlemler zaman serisi olarak incelenmektedir. Bu tür zaman serilerinde genellikle, büyüklüğü az olan depremlerin son yıllara yaklaştıkça arttığı, bir başka deyişle, geçmiş yıllarda daha çok, büyük depremlerin ölçüldüğü görülmektedir. Bu durum, bölgedeki deprem mekanizmasından çok, kullanılan ölçüm aletlerindeki hassasiyetlerin gelişimine bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Stepp (1972) depremlerin olasılıklarının Poisson dağılımı ile modellenebileceği kabulünün yapılabilmesi için, öncelikle kullanılan verilerin belirli aralıklar için bir tamlık analizinden geçirilmesini önermektedir. Bu amaçla, incelenen bölgede gözlenmiş tüm veriler zaman ve büyüklük olarak sınıflandırılmaktadır. Bu sınıflandırmadan sonra, her bir zaman aralığına (T) düşen ortalama örnek adedi ( λ ) ve bu aralık için ortalama değerden sapma miktarı ( σ λ ) hesaplanmaktadır: λ σ λ = (4) T Sunulan çalışmada, Batı Anadolu bölgesinde tanımlanan sınırlar içinde 1900-2005 yılları arasında ölçülmüş ve değerlendirilmiş, büyüklüğü M 4.0 olan verilere, on yıllık zaman aralıkları için bölge genelinde tamlık analizi uygulanmıştır (Şekil 3). Şekil 3 de görüldüğü gibi, özellikle 5.0 M 4.5 aralığında belirgin olarak izlenen eğilim bozulması dikkat çekicidir. Bu bozulmanın 1950 li yıllardan sonra daha hassas aletsel gözlemlerin alınabilmiş olmasına bağlı olduğu söylenebilir. Ancak, bu payın ne kadarının bölgenin sismotektonik özelliklerine bağlı orta büyüklükte depremlerin sık görülmesine, ne kadarının büyük depremlerle ilgili öncü ve artçı depremlere ait olduğunu belirlemek pek mümkün görülmemektedir. 4.5 M 4.0 değerleri için de benzer bir gidiş izlenmekte olup, noktalar arası girişime neden olduğundan Şekil 3 üzerinde işaretlenmemiştir. Yukarıdaki değerlendirmelere rağmen, incelenen bölge geneli için, gözlenmiş aletsel verilerin (M 4.0 ) tam kabul edilebileceği sonucuna varılmıştır. Bu yoruma bağlı olarak, azalım ilişkilerinin parametrelerinin belirlenmesinde Tablo 2 de sunulmuş veriler kullanılmıştır.

S. Kahraman, T. Baran, İ.A. Saatçı 341 Şekil 3. Batı Anadolu bölgesi için 1900-2005 arası gözlenmiş aletsel depremler için tamlık analizi [(37 40 N / 26 30 E) sınırları ve M 4.0 olan depremler değerlendirilmiştir] Gutenberg ve Richter modeli olarak tanımlanan (1) numaralı azalım ilişkisinin parametrelerinin belirlenmesi sonucunda, herhangi bir büyüklükteki deprem için yinelenme süresi ya da öngörülen yinelenme süresi için beklenen büyüklük değerleri hesaplanabilmektedir. Denklemdeki a ve b parametrelerinin değerleri belirlenirken, gözlenmiş veriler, seçilen adım (ΔΜ) dikkate alınarak gruplandırılır. Açıkça görülebileceği gibi, parametrelerin daha hassas ve güvenilir biçimde tahmin edilebilmesi için, ΔΜ değerinin olabildiğince küçük alınması uygun olacaktır. Çalışmada, verilerin değerlendirilmesinde kullanılan en küçük aralık değeri 0.1 seçilmiştir. Ele alınan üç bölge için bu gruplandırma esas alınarak en küçük kareler (EKK) ve maksimum olabilirlik (ML) yöntemleriyle parametre değerleri belirlenmiş ve Tablo 3 de sunulmuştur.

342 Bölge Sınırları Seçiminin Deprem Tehlikesinin Belirlenmesine Etkileri Tablo 3: EKK ve ML Yöntemleri için G-R Model Parametreleri (a,b), Determinasyon Katsayısı (R 2 ) ve Student-t İstatistiği (t r ) Değerleri PARAMETRE BÖLGE I BÖLGE II TÜM BÖLGE EKK ML EKK ML EKK ML a 4.03 4.46 4.02 4.59 4.43 4.23 b -0.891-0.971 ± 0.11-0.828-0.931 ± 0.07-0.876-0.840 ± 0.10 R 2 0.991 0.996 0.993 t r 55.1 83.5 64.7 Öngörülen deprem büyüklüklerine bağlı olarak, her iki yöntemle yapılan parametre tahminleri esas alınarak yinelenme süreleri hesaplanmış, bölgelere göre karşılaştırmalı olarak Tablo 4 de sunulmuştur. EKK ve ML yöntemleri ile belirlenen parametre değerleri kullanılarak yapılan 50, 75 ve 100 yıllık yapı ekonomik ömrü içinde öngörülen büyüklükte bir depremin aşılma olasılıkları sırasıyla Tablo 5 ve 6 da sunulmuştur. Tablo 3 den görüldüğü üzere, G-R modeli ile bölgenin depremselliği oldukça güçlü ilişkilerle tanımlanabilmektedir. Parametre değerleri hesaplanan bütün ilişkilerde değişkenliğin (varyans) büyük ölçüde tanımlanabildiği (%99.1 ila %99.6) görülmektedir. Student-t istatistiği için serbestlik derecesi 30, α = 0.005 alındığında kritik değer 2.76 olmaktadır. EKK yöntemi sonuçları karşılaştırıldığında bölgenin sismik yönden aktivitesini gösteren a katsayısının I ve II olarak tanımlı alt bölgeler için epeyce yakın olduğu, bölge bütünü için ise parametrenin değerinin % 10 mertebesinde artış gösterdiği görülmektedir. ML tahminleri incelendiğinde ise, bölgenin tümü için alt bölgelerden daha küçük bir parametre değeri hesaplandığı görülebilir. Karşılaştırmalı sonuçlardan, bölgenin sismik yönden oldukça aktif olduğu bilgisinin parametrik olarak da onaylandığı sonucuna ulaşılabilmektedir. Büyük ve küçük depremlerin ilişkisini gösteren b katsayısının EKK tahminlerine göre, doğrusala en yakın ilişki I numaralı bölgede görülürken, bölgenin tümünde nispeten güçlü, II numaralı bölgede ise küçük depremlerin sıklığının arttığı bir ilişki izlenmektedir. ML tahminlerinde ise bölgenin tümü için küçük deprem sıklığının fazla olduğu sonucuna varılabilmektedir. Bölgede küçük depremlerin sık görülmesine ve seçilen sınırlara bağlı etkiler, azalım ilişkisinde eğimi tanımlayan b katsayısında görülen % 4.3 ila 15.5 arasındaki değişimden de izlenebilmektedir. Bölgeden bölgeye parametre değerleri arasında gözlenen küçük farklılıklar gerek EKK gerekse de ML parametreleri kullanılarak yapılan (Tablo 4) yinelenme aralığı değerlerinde büyük değişimlere neden olmaktadır. Benzer şekilde, EKK ve ML parametre değerleri kullanıldığında da özellikle büyük depremler için oldukça farklı tahmin değerlerine ulaşılmaktadır. Benzer bir durum Poisson dağılımı ile hesaplanan olasılık değerlerinde de (Tablo 5 ve 6) gözlenmektedir. Tablo 4: Öngörülen Büyüklükteki Depremlerin EKK ve ML Yöntemleri için G-R Modeli Kullanılarak Elde Edilen Yinelenme Aralıkları T (yıl) M BÖLGE I BÖLGE II TÜM BÖLGE EKK ML EKK ML EKK ML 7.5 451.4 664.6 156.3 245.3 137.5 117.2 7.2 243.9 339.9 88.2 128.9 75.0 65.6 7.0 161.9 217.3 60.2 84.0 50.1 44.6 6.5 58.0 71.1 23.2 28.7 18.3 16.9 6.0 20.8 23.2 8.9 9.8 6.7 6.4 5.5 7.5 7.6 3.4 3.4 2.4 2.5 5.0 2.7 2.5 1.3 1.2 0.9 0.9 4.5 1.0 0.8 0.5 0.4 0.3 0.4 4.0 0.3 0.3 0.2 0.1 0.1 0.1 Tablo 4 ila 6 da verilmiş olan değerler arasındaki değişimin büyüklüğü, G-R modeli kullanılacak olsa da, bölge için güvenilir deprem tahminleri yapabilmek için hangi parametrelerin dikkate alınması gerektiği sorusunu doğurmaktadır.

S. Kahraman, T. Baran, İ.A. Saatçı 343 Tablo 5: Öngörülen Büyüklükte bir Depremin 50, 75 ve 100 Yıllık Yapı Ekonomik Ömründe Aşılma Olasılığı (EKK Parametre Tahminleri Kullanılarak, Poisson Dağılımı Kabulüyle) BÖLGE I BÖLGE II TÜM BÖLGE M 50 yıl 75 yıl 100 yıl 50 yıl 75 yıl 100 yıl 50 yıl 75 yıl 100 yıl 7.5 0.105 0.153 0.199 0.274 0.381 0.473 0.305 0.421 0.517 7.2 0.185 0.265 0.336 0.433 0.573 0.678 0.486 0.632 0.736 7.0 0.266 0.371 0.461 0.564 0.712 0.810 0.631 0.776 0.864 6.5 0.578 0.725 0.822 0.884 0.960 0.987 0.935 0.983 0.996 6.0 0.910 0.973 0.992 0.996 1.000 1.000 0.999 1.000 1.000 5.5 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 5.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 4.5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 4.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Tablo 6: Öngörülen Büyüklükte bir Depremin 50, 75 ve 100 Yıllık Yapı Ekonomik Ömründe Aşılma Olasılığı (ML Parametre Tahminleri Kullanılarak, Poisson Dağılımı Kabulüyle) BÖLGE I BÖLGE II TÜM BÖLGE M 50 yıl 75 yıl 100 yıl 50 yıl 75 yıl 100 yıl 50 yıl 75 yıl 100 yıl 7.5 0.072 0.107 0.140 0.184 0.263 0.335 0.347 0.473 0.574 7.2 0.137 0.198 0.255 0.321 0.441 0.540 0.533 0.681 0.782 7.0 0.206 0.292 0.369 0.449 0.591 0.696 0.674 0.814 0.894 6.5 0.505 0.652 0.755 0.824 0.926 0.969 0.948 0.988 0.997 6.0 0.884 0.960 0.986 0.994 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 5.5 0.999 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 5.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 4.5 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 4.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Parametreler, dolayısıyla geleceğe yönelik tahminler (beklenen değerler) arasındaki büyük farkların temel nedeni, parametrelerin belirlenmesinde kullanılan yöntemden (EKK ve ML) ziyade bölgeden bölgeye verilerin ve parametre değerlerinin değişimidir. Bu nedenle, temel sorun en uygun bölge sınırlarının ortaya konulmasıdır. İstatistik testler açısından bakıldığında Batı Anadolu, dolayısıyla İzmir ve çevresi için deprem tehlikesinin belirlenmesinde dikkate alınması gereken bölge tanımı için bir sonuca ulaşılamamıştır. İstatistik açıdan çok güçlü görünen modellerin verdiği sonuçlar arasındaki büyük değişimler, bölge sınırlarının yeniden tanımlanması ihtiyacını doğurmaktadır. Bu gereklilikten hareketle, hangi aletsel verilerle çalışılacağını belirleyen bölgenin yeniden seçimi için yukarıda tanımlanmış bölgelerin uygunluğunun araştırılmasında tarihsel verilerin değerlendirilmesi yoluna gidilmiştir. Bu amaçla, çeşitli çalışmalar ya da yazılı tarih incelemeleri sonucu bölgede oluştuğu düşünülen büyük depremler (Kahraman vd. 2007) harita üzerine aktarılmıştır (Şekil 4). Şekil 4 ten görülebileceği gibi, I numaralı bölgede (37 38 N / 26 30 E) tarihsel büyük depremler sadece Menderes grabeni üzerinde bulunmaktadır. Bir başka deyişle, Muğla-Yatağan, Karaova-Milas ve Ula-Ören fay sistemleri tarih boyunca oldukça aktif olmakla birlikte, büyük yıkıcılıkta deprem üretmemişlerdir. Benzer şekilde, II numaralı bölgede (38 40 N / 26 30 E) Etili ve Yenice-Gönen fayları üzerinde büyük depremler görülmemektedir. Bu değerlendirme sonucunda, bölge için deprem tehlikesinin belirlenmesinde, Büyük Menderes ve Gediz grabenleri, Zeytindağ-Bergama ve Simav fay sistemleri ile Kütahya fayının bulunduğu yeni bir bölge 37.5 39.6 N / 26 30 E (Şekil 4- kesikli çizgi) tanımlanmıştır. Yeni tanımlanan bölge için oluşturulan yeni veri dizisi ile bölgenin tamamı için kullanılan veri sayıları karşılaştırmalı olarak Tablo 7 de sunulmuştur. EKK ve ML yöntemi ile belirlenen G-R model parametreleri sırasıyla a için 3.88 ve 4.32, b için -0.807 ve -0.885 ± 0.08 olup, determinasyon katsayısı 0.994, t-istatistiği ise 69.9 olarak hesaplanmıştır.

344 Bölge Sınırları Seçiminin Deprem Tehlikesinin Belirlenmesine Etkileri Şekil 4: Batı Anadoludaki tarihsel büyük depremlerin konumları ve yeniden tanımlanan bölge (kesikli çizgiler) [F.: Fay, F.Z.: Fay Zonu] Tablo 7: Yeni Tanımlanan Bölgede Büyüklükleri M 4. 0 olan Deprem Sayıları YENİ TANIMLANAN BÖLGE TÜM BÖLGE M Adet Eklenik Adet Eklenik M 7 2 2 2 2 6.5 M<7 5 7 6 8 6 M<6.5 4 11 10 18 5.5 M<6 16 27 25 43 5 M<5.5 49 76 85 128 4.5 M<5 125 201 210 338 4 M<4.5 251 452 415 753 Batı Anadolu deprem tehlikesinin belirlenmesi amacı ile tanımlanan bölge sınırları dikkate alınarak EKK ve ML azalım ilişkileri tahminleri sırasıyla, logn a = 3. 88-0.807M (5) logn a = 4. 32 - ( 0.885 ± 0.08)M (6) olarak elde edilmiştir. Bu ilişkiler dikkate alınarak, bölge için tekrar hesaplanmış olan yinelenme süresi ve ekonomik ömür içinde aşılma olasılığı değerleri ise EKK ve ML tahminleri için karşılaştırmalı olarak Tablo 8 de sunulmaktadır.

S. Kahraman, T. Baran, İ.A. Saatçı 345 Tablo 8: Öngörülen Büyüklükte Depremlerin Yinelenme Aralığı T (yıl), Poisson Dağılımı Kabulüyle 50, 75 ve 100 Yıllık Yapı Ekonomik Ömründe Aşılma Olasılığı eğerleri M YINELENME ARALIĞI (Yıl) EKK ML 50 yıl AŞILMA OLASILIĞI (%) 75 yıl 100 yıl EKK ML EKK ML EKK ML 7.5 147.6 208.0 28.7 21.4 39.8 30.3 49.2 38.2 7.2 84.6 112.8 44.6 35.8 58.8 48.6 69.4 58.8 7.0 58.3 75.1 57.6 48.6 72.4 63.2 82.0 73.6 6.5 23.0 27.1 88.6 84.2 96.1 93.7 98.7 97.5 6.0 9.1 9.8 99.6 99.4 100 100 100 100 5.5 3.6 3.5 100 100 100 100 100 100 5.0 1.4 1.3 100 100 100 100 100 100 4.5 0.6 0.5 100 100 100 100 100 100 4.0 0.2 0.2 100 100 100 100 100 100 SONUÇ Sunulan çalışmada, en aktif tektonik hareketlerin sürdüğü, sismo-tektonik ve dinamik yapının oldukça tartışmalı olduğu Batı Anadolu bölgesi örneğinde, deprem tehlikesinin belirlenmesi için en uygun bölge sınırlarının tanımlanması problemi ele alınmıştır. Bu amaçla, 1900 2005 yılları arasında gözlenmiş aletsel büyüklükler değerlendirilmiş, farklı bölge tanımları için model parametreleri ve tahminler arasındaki değişimler ortaya konmuştur. Parametrelerin hesabında kullanılan EKK ve ML tahminleri, tarihsel ve aletsel depremler değerlendirildiğinde, en uygun bölge sınırlarının Büyük Menderes ve Gediz grabenleri, Zeytindağ- Bergama ve Simav fay sistemleri ile Kütahya fayının içinde bulunduğu 37.5 39.6 N / 26 30 E olarak belirlenmesi uygun görülmüştür. Bu bölge için, ML yöntemi ile belirlenen daha tarafsız parametrelerin kullanılması, dolayısıyla azalım ilişkisinin 4.32 (0.885 ± 0.08)M biçiminde tanımlanması (R 2 =0.994) uygun olacaktır. Tarihsel kayıtlarda, bölgede çok yıkıcı (Ms 7.0) 28 deprem kaydı görülmektedir. M.Ö 1400 tarihlerinden günümüze (2005) yaklaşık 3400 yıllık süre dikkate alındığında, bu büyüklükte depremlerin 120 yıllık yinelenme aralığına sahip olduğu söylenebilir. Dolayısıyla, tanımlanan bölge sınırları için belirlenen azalım ilişkisinin tarihsel gözlemlerle de uyumlu olduğu görülmüştür. Teşekkür Yazarlar, kullanılan deprem verilerinin ölçüm ve değerlendirmesini yapan Kandilli Deprem Araştırma Enstitüsü (KOERI) ne, The Effect of Region Border using Gutenberg- Richter Relationship, Case Study: Western Anatolia başlıklı makalenin yayımlanması sırasındaki yapıcı eleştiri ve katkılarından ötürü makalenin hakemlerine ve Prof.Dr. A.Kijko ya teşekkürü borç bilirler. KAYNAKLAR Ayhan E, Alsan E, Sancaklı N, Üçer SB (1986) Earthquake Catalog of Turkey and Surroundings 1881-1980, İstanbul, Boğaziçi Ünv., Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute Barka A, (1992) The North Anatolian fault zone, Annales Tectonicae, 6, 164 195 Barka A and Reilinger R, (1997) Active tectonics of the Eastern Mediterranean region deduced from GPS, neotectonic and seismicity data, Annale de Geofisica, 40, 587-610 Cornell AC (1968) Engineering seismic risk analysis, Bulletin of the Seismological Society of America, 58, 1583 1606 Dewey JF and Şengör AMC (1979) Aegean and surrounding regions complex multiplate and continuum tectonics in a convergent zone, Geological Society of America Bulletin, Part I, 90, 84-92 Dewey JF (1988) Extensional collapse of orogens, Tectonics, 7, 1123-1139

346 Bölge Sınırları Seçiminin Deprem Tehlikesinin Belirlenmesine Etkileri Freund JE (1992) Mathematical Statistics, New Jersey, Prentice Hall Gutenberg B and Richter CF (1944) Frequency of earthquakes in California, Bulletin of the Seismological Society of America, 34, 185-188 Gutenberg B and Richter CF (1956) Seismicity of the Earth, Princeton, Princeton University Press Gutenberg B and Richter CF (1958) Earthquake magnitude, intensity, energy and acceleration, Bulletin of the Seismological Society of America., 63, 501-516 Kagan YY (2003) ESI Special Topics, September, http://www.esi-topics.com/ earthquakes/interviews/ YanYKagan.html Kahraman S, Baran T, Şalk M (2004) İzmir ve çevresi deprem frekans ve risk analizi, Istanbul, VIth Uluslararası İnşaat Mühendisliğinde Gelişmeler Kongresi Bildiriler, İstanbul, 6-8 Ekim, I:500 509 Kahraman S, Baran T, Saatcı A, and Şalk M (2007) The Effect of Region Border using Gutenberg-Richter Relationship, Case Study: Western Anatolia, Pure and Applied Geophysics (in print) Kijko A, and Graham G (1998) Parametric-Historic procedure for probabilistic seismic hazard analysis Part I: Estimation of maximum regional magnitude m max, Pure and Applied Geophysics, 152, 413 444 Kijko A, and Graham G (1999) Parametric-Historic procedure for probabilistic seismic hazard analysis Part II: Assessment of seismic hazard at specified site, Pure and Applied Geophysics, 154, 1 22 Kijko A, Retief SJP and Graham G (2002) Seismic hazard and risk assessment for Tulbagh, South Africa: Part I - Assessment of seismic hazard, Natural Hazards, 26, 175 201 Kijko A, Retief SJP and Graham G (2003) Seismic hazard and risk assessment for Tulbagh, South Africa: Part II - Assessment of seismic risk, Natural Hazards, 30, 25 41 Koçyiğit A, Yusufoğlu H, Bozkurt E (1999) Evidence from the Gediz graben for episodic two-stage extension in western Turkey, Journal of the Geological Society, London, 156, 605-616 Kossobokov VG, Keilis-Borok VI, Turcotte DL and Malamud BD (2000) Implications of a statistical physics approach for earthquake hazard assessment and forecasting, Pure and Applied Geophysics, 157, 2323 2349 Le Pichon X and Angelier J (1979) The Hellenic arc and trench system: a key to the neotectonic evolution of the eastern Mediterranean area, Tectonophysics, 60, 1-42 McGuire RM (1993) Computation of seismic hazard, Annale de Geofisica, 36, 181 200 Meulenkamp JE, Wortel MJR, Vanwimmed WA, Spakman W, and Hoogerduyn-Sytrating E (1988) On the Hellenic Subduction zone and the geodynamic evaluation of Crete since the late middle Miocene, Tectonophysics, 146, 203-215 MTA(1992), Türkiye Diri Fay Haritası. http://www.mta.gov.tr/mta_web/dirifay1.asp (Son erişim: Tem 2007) Naeim F (Ed.) (1989) The seismic design handbook, New York, Chapman and Hall Naeim F and Kelly JM (1999) Design of seismic isolated structures: from theory to practice, New York, John Wiley & Sons Rockwell T, Barka A, Dawson T, Thorup K and Akyüz S (2001) Paleoseismology of the Gazikoy-Saros segment of the North Anatolia fault, northwestern Turkey Comparison of the historical and paleoseismic records, implications of regional seismic hazard, and models of earthquake recurrence, International Journal of Seismology, 5 (3), 433-448 Royden L (1993a) The tectonic of slab pull at continental convergent boundaries, Tectonics, 12, 303-325 Royden L (1993b) Evolution of retreating subduction boundaries formed during continenta collision, Tectonics, 12, 629-638 Seyitoğlu G and Scott BC (1992) The age of the Buyuk Menderes graben (west Turkey) and its tectonic implications, Geological Magazine, 129, 239 242 Seyitoğlu G and Scott BC (1996) The age of Alasehir graben (west Turkey) and its tectonic implications, Geological Journal, 31, 1-11 Stepp JC (1972) Analysis of completeness of the earthquake sample in the Puget Sound Area and its effects on statistical estimates of earthquake hazard, Proceedings of the First Microzonation Conference, Seattle, WA, pp. 897 909 Şalk M, Altıner Y, Ergün M (2000) Geodynamics of western Turkey and implications, Proceedings of international conference on earthquake hazard and risk in the Mediterranean region, I, 179-189 Şengör AMC (1987) Cross-faults and differential stretching of hanging walls in regions of low-angle normal faulting: examples from western Turkey, in Continental extensional tectonics (Eds: MP Coward, JF Dewey and PL Hancock), London, Geological Society, Special Publicaation, 28, 575-589 Utsu T (1999) Representation and analysis of the earthquake size distribution: a historical review and some new approaches, Pure and Applied Geophysics, 155, 509 535 Wesnousky SG (1994) The Gutenberg-Richter or characteristic earthquake distribution, which is it, Bulletin of the Seismological Society of America, 84:6, 1940-1959