03 ŞUBAT 2002 SULTANDAĞI DEPREMİ (Mw=6.2) VE BÖLGEDEKİ TEKTONİK REJİM Nihan SEZGİN 1, Ali PINAR 1, Serkan ÖZÇELİK 1 nihan@istanbul.edu.tr, alipinar@istanbul.edu.tr, ozceliks@istanbul.edu.tr Öz:Ege açılma bölgesinin güneydoğu kısmında, 3 Şubat 2002 tarihinde Mw=6.2 büyüklüğünde Sultandağı Depremi meydana gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, Isparta Büklümünün gerilme tensör analizini yapmak ve 3 Şubat 2002 Sultandağı depreminin bölgedeki faylanma karakteristiğine etkisi olup olmadığını irdelemektir. Bu amaçla öncelikle sözü edilen bölgede 3 Şubat 2002 tarihinden önce meydana gelmiş depremlerin, daha sonra da 3 Şubat 2002 depreminden sonra meydana gelmiş artçı depremlerin odak mekanizma çözümleri elde edilerek, bölge için gerilme tensör analizi yapılmıştır. Buna göre bölgede 3 Şubat 2002 depreminden önce meydana gelmiş toplam 27 adet depremin odak mekanizma çözümleri yardımıyla elde edilen en büyük, ortaç ve en küçük asal eksen azimut ve dalım değerleri sırası ile (158/38), (297/44), (49/22) ve 3 Şubat 2002 Sultandağı depreminden sonra meydana gelen 16 adet artçı depremin odak mekanizması çözümleri ile elde edilmiş en büyük, ortaç ve en küçük asal eksen azimut ve dalım değerleri sırası ile (170/45), (291/27), (40/33) olarak hesaplanmıştır. En küçük asal gerilme eksenlerinin azimut değerlerine bakıldığında, 3 Şubat 2002 Sultandağı (Mw=6.2) depreminin bölgenin tektonik rejiminde saatin tersi yönünde yaklaşık 9 o lik bir rotasyona sebep olduğu görülmektedir. Bu sonuç, Ege açılma bölgesi için hesaplanmış GPS vektörlerinin konumu ile uyum içerisindedir.daha sonra Isparta büklümünün üst kesimi ve batı kanadı için ayrı ayrı gerilme tensörleri hesaplanmış, en büyük, ortaç ve en küçük asal eksen azimut ve dalım değerleri sırası ile üst kesim için (175/62), (290/13), (26/25) ve batı kısmı için (108/72), (226/9) ve(319/15) olarak bulunmuştur. Isparta büklümünün üst kesimleri ile sağ kanadı arasında en küçük asal gerilme eksenlerinin azimut değerlerine bakıldığı zaman 67 o lik saatin tersi yönünde bir rotasyon olduğu görülmektedir. Anahtar Kelimeler: Ege Açılma Bölgesi, Gerilme Tensör Analizi, Isparta Büklümü, 3 Şubat 2002 Sultandağı Depremi. Giriş Arabistan levhasının Avrasya levhasına göre göreceli olarak yaklaşık 25 mm/yıl hızla K-KKB yönüne doğru, Afrika levhasının da yaklaşık olarak 10 mm/yıl hızla kuzeye doğru ilerlemesi, Anadolu levhasının Kuzey Anadolu ve Doğu Anadolu Fay Zonları boyunca saatin tersi yönünde batıya kaçmasına neden olur (McKenzie, 1978, McClusky, 2000) (Şekil 1). Anadolu levhacığının batıya doğru olan bu kaçışı, Ege de Yunan makaslama kuşağının engellemesi ve D-B doğrultulu basınc ve bunu karşılamaya yönelik olarak da K-G yönlü genişleme rejiminin doğmasına sebep olmuştur (Kalafat, 1998). Ege bölgesinde Üst Miyosen de başlayan açılma miktarı (Mercier ve diğ., 1976) 30 mm/yıl olarak bulunmuştur (Kahle ve diğ., 2000; Jolivet, 2001). Anadolu'nun batıya kaçışında önemli bir tampon görevini yerine getiren yapıların başında gelen (Şengör, 1980; Barka ve diğ., 1995) ve Blumenthal (1963) tarafından Isparta Büklümü olarak adlanılan yapı, KD doğrultulu Fethiye-Burdur Fay Zonu ile KB doğrultulu Sultandağı Fay zonu ile şekillenen Toros Kuşağının ters V biçimindeki kesimidir (Şekil 1). Bölge, genelde Batı Anadolu Genişleme rejiminin etkisi altındadır ve deprem aktiviteleri bu rejime bağlı olarak gerçekleşmektedir. Isparta büklümünü şekillendiren yapılardan birisi olan yaklaşık 100 km uzunluğunda normal bir fay olan Sultandağı fayının, Kıbrıs yayının uzanımı olabileceği önerilmiştir (Eyidoğan ve Barka, 1996). Sultandağı fayının yakın aralıklı ikinci ve üçüncü derecede sintetik fayları da içerdiği belirtilmektedir (Koçyiğit, 2000). Türkiye deprem bölgeleri haritasına göre 1. derece deprem bölgesinde yer alan bu fay üzerinde 3 Şubat 2002 tarihinde Mw=6.2 olan Sultandağı depremi meydana gelmiştir. Bu bölge, daha önce 15 Aralık 2000 tarihinde meydana gelen 5.9 büyüklüğündeki bir depremden de etkilenmiştir (Alp, 2003). 1 İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü, 34850, Avcılar, İSTANBUL. 35
Bölgede meydana gelen depremlerin derinliğe göre dağılımı Şekil 2.de verilmiştir. Şekle bakıldığında Ege deki dalmabatma zonundan etkilenen açılma sistemine (McKenzie, 1978; Jackson ve McKenzie 1984) benzer bir şekilde, bölgenin Kıbrıs yayı dalma-batma zonundan etkilendiği, bu durum sonucunda açılma sistemi meydana geldiği söylenebilir. Şekil 1. Türkiyenin Sismotektonik Haritası. Büyük Oklar Levhaların Hareket Yönünü Göstermektedir (Barka Ve Reilinger,1997 den Değiştirilerek Alınmıştır.). Ayrıca Şekil 3. de bölgede Mw 5.3 olan 1995-2002 tarihleri arasında meydana gelmiş depremlerin odak mekanizması çözümleri verilmiştir. Çözümlere bakıldığında bölgedeki açılma sisteminin, büklümün sol kanadından sağ kanadına doğru saatin tersi yönünde bir rotasyona sahip olduğu görülmektedir. Şekil 2. Isparta Büklüm Ve Civarında 1976-2005 Tarihleri Arasında Meydana Gelen 4.5 Mw 9.0 Büyüklüklerindeki Depremlerin Derinlik Dağılımı. 36
Şekil 3. Isparta Büklümünde Meydana Gelmiş Mw 5.3 Olan Depremlerin Odak Mekanizma Çözümleri. Bu çalışmanın amacı, Gephart (1990) tarafından geliştirilmiş gerilme tensör analizi yöntemini kullanarak, Isparta Büklümünün gerilme tensör analizini yapmak ve bölgede 3 Şubat 2002 tarihinde meydana gelen Sultandağı depreminin (Mw=6.2) bölgenin faylanma karakteristiğine olan etkisini incelemek ve bölgenin tektoniğine ışık tutmaktır. 37
Gerilme Tensörü Analizi Yöntemi Bu çalışmada 3 Şubat 2002 Sultandağı depreminin (Mw=6.2) bölgedeki tektonik rejime etkisini incelemek için Gephart (1990) tarafından geliştirilen gerilme tensör analiz yöntemi kullanılmıştır. Yöntemde, depremlerin oluştuğu gerilme alanında uzaysal ve zamansal değişim olmadığı, fay düzleminde ilgili kayma yönünün makaslama yönü olduğu, fay boyunca oluşan yer değiştirmenin gerilme rejimini etkilemediği ve yer değiştirmenin mevcut olan ön zayıflık düzleminde oluştuğu kabul edilir. Yöntem, en büyük sıkışma (σ 1 ), orta sıkışma (σ 2 ) ve en küçük sıkışma (σ 3 ) olan üç asal gerilme eksenini ve R=(σ 2 -σ 1 )/(σ 3 -σ 1 ) olarak belirtilen gerilme oranının (stress ratio) belirlenmesinden oluşur. R nin değeri incelenen bölgede baskın olan gerilme rejiminin göstergesidir ve R değeri σ 1, σ 2 ve σ 3 gerilme değerlerinin büyüklükleri ile ilişkilidir. σ 1 > σ 2 =σ 3 R=1; Tek eksenli sıkışma; σ 1 = σ 2 >σ 3 R=0;Tek eksenli açılma; σ 1 > σ 2 >σ 3 R=0.5 7 üç eksenli gerilme ya da σ 2 =0, σ 1 =- σ 3 R=0.5 Tam makaslama rejimine işaret eder (Twiss ve Moores, 1992 sayfa 155) σ 1, σ 2 ve σ 3 gerilme eksenlerinin yatay veya düşey olması konumları faylanma tipini belirler. Bu dört parametre (σ 1, σ 2, σ 3 ve R) bir gerilme modelini oluşturur. Gözlenmiş veri seti ile en iyi şekilde eşleşmiş model en iyi uyumlu gerilme modeli adını alır. En iyi modeli ararken, gerilme eksenlerini belirli aralıklarla arttırarak gerilme tensör modelleri oluşturulur. Hesaplanan gerilme tensörü ile gözlenmiş faylanma mekanizmasının kayma vektörü karşılaştırılır. Karşılaştırma sırasında, kayma vektörü teorik gerilme modeline uyumlu olacak şekilde döndürülür ve sapma miktarı belirlenir. Sapma miktarı, teorik ve gözlemsel veri arasındaki uyumsuzluğu gösterir. Böylece her gerilme modeli için, gözlenmiş veriler ile tahminleri arasındaki uyumsuzluklar hesaplanır ve toplanır. Minimum uyumsuzluk, uyumsuzlukların en küçük toplamlarını gösterenlerden biridir ve bölgenin bölgesel gerilme tensörü olarak seçilir. Bu çalışmada, bu 4 parametrenin belirlenmesi için önce 1995-3 Şubat 2002 tarihleri arasında bölgede meydana gelmiş toplam 27 adet depremin odak mekanizma çözümlerinden elde edilen P-ve T-eksenlerinin azimut ve dalım değerleri kullanılmıştır. Veriler, çeşitli kaynaklardan ve Harvard CMT kataloğundan elde edilmiştir. Buna göre 3 Şubat 2002 tarihinden önce bölgeye etki eden gerilme tensörü hesaplanmış, σ 1, σ 2, σ 3 ün azimut ve dalımları sırasıyla (158/38), (297/44), (49/22) olarak bulunmuştur (Şekil 4). Uyumsuzluk değeri 5.2 o dir. Bölgede homojen bir gerilme alanının varlığından söz edilebilir. Şekil 4. 3 Şubat 2002 Sultandağı Depreminden Önce Bölge İçin Hesaplanan Bölgesel Gerilme Tensör Analizinin Sonuçları. Azimut Ve Dalım Çiftleri σ 1 İçin (158/38), σ 2 İçin (297/44), σ 3 İçin (49/22) Dir. 38
Daha sonra 3 Şubat 2002 Sultandağı depreminden sonra bölgede meydana gelen toplam 16 adet artçı depremin odak mekanizma çözümlerinden elde edilen P-ve T-eksenlerinin azimut ve dalım değerleri kullanılarak, bu depremin bölgenin tektonik rejimine olan etkisi araştırılmıştır. Veriler, Şekil 5. te verilmiştir. Şekil 5. 3 Şubat 2002 Sultandağı Depreminden Sonra Bölgede Meydana Gelen Artçı Deprem Dağılımı (Şekil, http://www.nemrut.mam.gov.tr/research/earthquake/afyon/afyon_index.htm adresinden temin edilmiştir). Buna göre 3 Şubat 2002 Sultandağı depreminden (Mw=6.2) sonra bölgeye etki eden gerilme tensörü elde edilmiş, σ 1, σ 2, σ 3 ün azimut ve dalımları sırasıyla (170/45), (291/27), (40/33) olarak hesaplanmıştır (Şekil 6).Uyumsuzluk değeri 2.1 o dir. Bu sonuç, bölge için homojen gerilme alanının varlığını gösterir. Şekil 6. 3 Şubat 2002 Sultandağı Depreminden Sonra Bölge İçin Hesaplanan Bölgesel Gerilme Tensör Analizinin Sonuçları. Azimut ve Dalım Çiftleri σ 1 İçin (170/45), σ 2 İçin (291/27), σ 3 İçin (40/33) Tür. 39
Bunların yanı sıra, Isparta büklümünün üst kesiminin gerilme tensör analizi yapılmış, σ 1, σ 2, σ 3 ün azimut ve dalımları sırasıyla (175/62), (290/13), (26/25) olarak hesaplanmıştır (Şekil 7). Uyumsuzluk değeri 7 o olarak bulunmuştur. Bölge homojen gerilme alanına sahiptir. Şekil 7. Isparta Büklümünün Üst Kesimi İçin Hesaplanan Bölgesel Gerilme Tensör Analizinin Sonuçları. Azimut Ve Dalım Çiftleri σ 1 İçin (175/62), σ 2 İçin (290/13), σ 3 İçin (26/25) Tir. Daha sonra Isparta büklümünün batı kanadında meydana gelen depremlerin odak mekanizması çözümlerini kullanarak gerilme tensör analizi yapılmış, en büyük, ortaç ve en küçük gerilme eksenlerinin azimut ve dalımları sırasıyla (108/72), (226/9) ve (319/15) olarak bulunmuştur (Şekil 8). Uyumsuzluk değeri ise 6.9 o dur. Bölgede homojen gerilme alanının varlığından söz edilebilir. Şekil 8. Isparta Büklümünün Batı Kanadı İçin Hesaplanmış Gerilme Tensör Analiz Sonuçları. En Büyük, Ortaç ve En Küçük Gerilme Eksenlerinin Azimut ve Dalımları Sırasıyla (108/72), (226/9) ve (319/15) tir. Sonuçlar Isparta Büklümünde meydana gelen Mw 5.3 depremlerin odak mekanizması çözümlerine bakıldığında, bölgedeki açılma sisteminin saatin tersi yönünde bir dönme rotasyonuna sahip olduğu görülmektedir. Bu nedenle büklümün üst kısmı ve batı kanadı için ayrı ayrı gerilme tensör analizi yapılmış, en küçük gerilme ekseninin azimut değerine bakılarak saatin tersi yönünde 67 o lik bir rotasyon olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra bölgedeki açılma sisteminin, bölgeye ait deprem aktivitesinin derinliklere göre dağılım haritasına bakıldığı zaman, Ege açılma sisteminin, Girit yayı dalma-batma zonundan etkilenmiş olabileceği iddiasına benzer şekilde (McKenzie, 1978; Jackson ve McKenzie 1984), Antalya körfezinin altındaki Kıbrıs yayı dalma-batma zonundan kaynaklanmış olabileceği düşünülmektedir. Ayrıca, Ege açılma bölgesinin güneydoğu kısmında 3 Şubat 2002 Sultandağı (Mw=6.2) depreminden önce meydana gelmiş depremlerle, 3 Şubat 2002 depreminden sonra meydana gelen artçı depremler kullanılarak elde edilen gerilme tensör 40
analizi sonucunda, en küçük asal gerilme eksenlerinin azimut değerlerine bakıldığında, Sultandağı depreminin bölgenin tektonik rejiminde saatin tersi yönünde yaklaşık 9 o lik bir rotasyona sebep olduğu görülmüştür. Bu sonuçlar, Ege açılma bölgesi için McClusky vd. (2000) tarafından hesaplanmış GPS vektörlerinin konumu ile uyum içerisindedir. Bunların yanı sıra bölgede homojen gerilme alanının varlığı söz konusudur. KAYNAKLAR 1. ALP, H., 2003, 2000-2002 yıllarında Afyon Sultandağ bölgesinde meydana gelen büyük depremlerin etkileşimi, İst. Üni. Fen Bil. Ens., Yüksek L. Tezi, 48 sayfa. 2. BARKA A.A. and REILINGER, R., 1997, Activite Tectonics of the Eastern Mediterranean Region: Deduced from GPS, Neotectonics and Seismicity Data, Anali di Geofisica, 6(3), 587-610. 3. BARKA, A., REILINGER, R., ŞAROĞLU, F., and ŞENGÖR, A.M.C., 1995, The Isparta Angle:Its importance in the neotectonics of the eastern Mediterranean region, IESCA-1995 Proceedings, 13-18. 4. BLUMENTHAL, M.M., 1963, Le systéme structural du Taurus sud Anatolien, Paul Fellot, 2, Société Géologique de France, 611-662. 5. EYİDOĞAN, H.,and BARKA, A.,1996, The 1 October 1995 Dinar earthquake, SW Turkey, Terra Nova 8, 479-485. 6. GEPHART, J.W., 1990, FMSI: a Fortran Program for inverting Fault/Slickenside and Eartquake Focal Mechanism Data to Obtain the Regional Stress Tensor, Comput. Geosci., 16,953-989. 7. http://www.nemrut.mam.gov.tr/research/earthquake/afyon/afyon_index.htm 8. JACKSON, J. and MCKENZIE, D., 1984, Active tectonics of the Alpine-Himalayan Belt between western Turkey and Pakistan, Geophys. J. R. astr. Soc., 77, 185-264. 9. JOLIVET,A.,2001, A comparison of geodetic and finite strain pattern in the Aegean, geodynamic implications. Earth and Planetary Science Letters, 187, 95-104. 10. KAHLE, H.G., COCARD, M., PETER, Y., GEIGER, A., REILINGER, R., BARKA, A., VEIS, G., 2000, GPS- Derived Strain Rate Field within the Boundary Zones of the Eurasian, African, and Arabian Plates, J. Geophy.Res.,105,B10, 23,353-23,370. 11. KALAFAT, D., 1998, Anadolu nun Tektonik Yapılarının Deprem Mekanizmaları Açısından İrdelenmesi, DAB, 25, 77. 12. KOÇYİĞİT, A., ÜNAY, E. and SARAÇ, G., 2000, Episodic graben formation and extensional neotectonic regime in west Central Anatolia and the Isparta Angle : A case study in the Akşehir-Afyon graben, Turkey, in E. Bozkurt, J.A.Wincester, and J.D.A.Piper (editors), Tectonics and Magmatism in Turkey and the Surrounding Area, Geological Society, London, Special Publication 173, 405-421. 13. MANDL, G., 1988, Mechanics of tectonic faulting-models and basic consepts, 407, Elsevier, Amsterdam 14. MCCLUSKY, S., et al., 2000, Global Positioning System Constraints on Plate Kinematics and Dynamics in the Eastern Mediterranean and Caucasus, J. Geophys. Res, 105, 5695-5719. 15. MCKENZİE, D.P., 1978, Active Tectonics of the Alpine-Himalayan Belt: The Aegean Sea and Surroundings Regions (Tectonics of the Aegean Region), Geophys. J. R. Astr. Soc., 55, 217-254. 16. MERCIER, J.L., CAREY, E., PHILIP,H., and Sorel, D.,1976, La néotectonique plio-quaternaire de l arc Egéen externe et de la mer Egée et ses relations avec la sismicité, Bull. Soc. Géol. Fr., 7, 355-372. 17. ŞENGÖR, A.M.C., 1980, Türkiye nin neotektoniğinin esasları, T.J.K. Publ., 40 pp. 18. TWISS, R.J and MOORES, E.M., 1992, Structural Geology, W.H. Freeman and Company, NewYork, 532 sayfa. 41