Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeofizik Mühendisliği (Dr), Türkiye
Tez Danışmanı: Haluk Eyidoğan
Tezin Onay Tarihi: 2002
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Türkiye'nin en aktif ve en uzun fay sistemi olan Kuzey Anadolu Fay (KAF)
kuşağı üzerinde yer alan Erzincan havzası ve dolayı, jeolojik, tektonik
ve morfolojik özellikleri bakımından hayli karmaşık bir yapı
sergilemektedir. Tarihsel dönem boyunca çeşitli büyüklükte birçok
depremin meydana geldiği bölge, sismolojik olarak çok etkin bir özelliğe
sahiptir. Böylesine aktif bir bölge için yapılacak sismotektonik
yorumların doğruluğu, ancak bölgenin doğru sismolojik özelliklerinin
bilinmesi ile mümkündür. Bu tez kapsamında, 13 Mart 1992 Erzincan
depremi artsarsıntılan kullanılarak, Erzincan havzası ve dolayına ait
üst kabuk sismik hız yapısının, üç-boyutlu (3-D) yerel deprem
tomografisi ile belirlenmesi ve elde edilen sonuçların bölgenin ana
yapısal unsurları ile birlikte yorumlanmaya çalışılması amaçlanmıştır.
Yerel deprem tomografisi (LET), deprem etkinliği fazla olan bir bölgede,
uygun bir istasyon ağı ile kaydedilen depremlerin fazlarına ait seyahat
zamanlarını kullanarak, bölgenin hız veya soğurulma parametrelerinin
2-D ya da 3-D olarak görüntülenmesi işlemidir. Tomografik sonuçların
elde edilmesine kadar belirli evrelerden oluşan çalışmanın ilk
aşamasında, veri derlenmesi ve düzenlenmesi yer almaktadır. Sonraki
aşama ise artsarsıntı yerlerinin basit bir hız modeli ile
konumlandırıllmasıdır. Yüksek kalitedeki veri seçiminin ardından, 1-D
ters çözüm yöntemlerinin uygulanarak, düşey yönde 1-D hız yapısının
bulunması, çalışmanın üçüncü evresinde yer almaktadır. Bölgenin 1-D ters
çözüm sonucu bulunan hız yapısının, başlangıç modeli olarak
alınmasıyla, 3-D tomografik ters çözüm yöntemlerinin uygulanması ise son
evreyi oluşturmaktadır. Daha sonra ise hem 1-D ve hem de 3-D tomografik
ters çözüm yöntemleriyle bulunan sonuçlara, çözüm gücünü araştırmak
amacı ile bazı çözümlülük analizleri uygulanmıştır. 13 Mart 1992
Erzincan depremi (Ms=6.9) sonrası, İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ)
Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Fransa Strasburg Yer Fiziği Enstitüsü
(IPGS), Afet İşleri Genel Müdürlüğü Deprem Araştırma Dairesi (DAD),
Frankfurt Üniversitesi (FÜ), Paris Yer Fiziği Enstitüsü (IPGP) ve
TÜBİTAK gibi araştırma kuruluşları, bölgeye yerleştirdikleri istasyonlar
ile çok sayıda artsarsıntı kaydı almışlardır. Bu çalışma kapsamında
İTÜ-IPGS, DAD-FÜ ve IPGP gruplarının kaydettikleri veriler
kullanılmıştır. Toplam 58 istasyondan 21 tanesi üç bileşenli, geri
kalanı ise tek bileşenli sismometrelerden oluşmaktadır. Tek bileşenli
istasyonlar, doğal frekansı fs=l Hz olan MARK yapımı L4C sismometrelere
sahipken, üç bileşenli istasyonlar doğal frekansı fs = 0.5, 1 ve 2 Hz
olan üç farklı MARK yapımı L22 sismometreden oluşmuştur. Ayrıca kayıtçı
özelliklerine göre de xixfarklılıklar gösteren istasyonlarda MLR
(DAD-FÜ), Telemetrik (İTÜ-IPGS), GEOSTRAS (İTÜ-IPGS), MEQ (İTÜ-IPGS),
LENNARTZ (IPGP) ve REFTEK (IPGP) gibi kayıtçılar kullanılmıştır. Farklı
çalışma gruplarının elde ettiği verilerin birleştirilmesiyle, 1561 adet
artsarsmtı kaydından oluşan yeni bir veri seti oluşturulmuş ve bu veri
setinden toplam 22291 P- ve 10192 S- fazı okuması yapılmıştır. Bölgeye
ait basit bir hız yapısı kullanılarak, HYP2000 isimli yazılım programı
ile tüm artsarsıntılann yer bulma işlemi yapılmıştır. Bu işlem sonunda
1548 adet deprem yaklaşık olarak konumlandırılmış ve bunlara ait toplam
22250 P- ve 10184 S- fazı varış zamanlan elde edilmiştir. Yer bulma
işleminden sonra, çalışma bölgesinin 1-D hız yapışım belirlemek amacıyla
yapılacak olan ters çözüm için gerekli olan veri seçimi yapılmıştır.
Daha doğru sonuçlar elde edebilmek amacıyla yapılan bu veri seçiminde,
öncelikle azimutal boşluklan (GAP) < 180° ve gözlem sayılan P > 10
(V? için), S> 5 (VP&Vs için) olan kaliteli sayılabilecek
artsarsmtılar seçilmiştir. Bölgeye ait 1-D hız yapısının elde
edilmesinde ve ayrıca odaksal parametreler ile istasyon düzeltmelerinin
hesaplanmasında, eş zamanlı ve yinelemeli ters çözüm yapan VELE5T adlı
yazılım programı kullanılmıştır. 1-D ters çözüm iki aşamada
uygulanmıştır. Önce P- dalga hızı, daha sonra ise P- ve S- dalga hızlan
birlikte hesaplanmıştır. 1-D P- dalga hızı ters çözümü için, veri seçimi
sonucu 979 artsarsıntı seçilmiş ve bunlara ait toplam 17128 P- ve 8428
S- fazı elde edilmiştir. Yeterli kalitedeki bu artsarsıntılann
zaman-uzaklık eğrilerinden bölgeye ait ortalama P- dalga hızı 6.4 km/sn
S- dalga hızı ise 3.5 km/sn olarak bulunmuştur. Wadati diagramından elde
edilen Vp/Vs oranı ise 1.81 olarak bulunmuştur. 1-D P- dalga hızının
hesaplanması için, öncelikle bir başlangıç hız modeline ihtiyaç
duyulmuştur. Bu model, birbirinden farklı üç hız modelinin VELEST
programı ile bir dizi yinelemeli ters çözümü sonucu bulunmuştur. Üç
modelin sonuçlan arasından uygun bir model seçilerek, başlangıç hız
modeli oluşturulmuştur. Tüm modeller, bölgenin kabuk yapısı dikkate
alınarak 0-35 km arasında hazırlanmış, ancak arsarsmtı dağılımından
dolayı, sadece 20 km'ye kadar çözüm mümkün olmuştur. Seçilmiş veri seti,
başlangıç hız modeli ve istasyon düzeltmeleri ile birlikte 9 yinelemeli
5 işlem adımından oluşan ters çözüm işlemleri uygulanmıştır. Her bir
işlem adımında hesaplanan sonuçlar diğer işlem adımına giriş verisi
olarak sokularak devam edilmiştir. En son bulunan hız modeli
kullanılarak tekrar yer bulma işlemi ve ardından veri seçimi
yapılmıştır. Bu işlem sonunda toplam 1043 artsarsmtı seçilmiş ve en son
hesaplanan hız modeli ve istasyon düzeltmeleri ile birlikte yeni ters
çözüm işlemi uygulanmıştır. Bu son ters çözüm ile bölgeye ait 1-D P-
dalga hızı modeli elde edilmiştir. 1-D S- dalga hızı modelinin hesabı
için ise veri setine, P- varış zamanlanın yanısıra 5- varış zamanlan da
eklenmiştir. S- dalga hızı modeli için veri seçimi sonucu 926
artsarsıntı seçilmiş ve toplam 16877 P- ile 8384 S- fazı elde
edilmiştir. Ancak, RMS rezidüel değerlerim düşürmek için seçilen bu veri
grubunun sadece Wadati dağılımına uygun kısmı alınmış ve bunun
sonucunda 7356 P- ve 7356 5- fazı elde edilmiştir. 1-D S- dalga hızı
başlangıç modelinin belirlenmesi için iki farklı yöntem uygulanmıştır.
Bunlardan ilki, hesaplanan 1-D P- dalga hızı modelindeki her bir katman
için Wadati diagramını kullanarak bir Fp/Fs oranı belirlemek, ikincisi
ise 1.6'dan 1.9'a kadar sabit Vp/Vs oranlan alarak hesaplamalar
yapmaktır. 1-D P&S ters çözümünde, P- dalga hızlan için çok aşın bir
indirgeme değeri verilerek, bu hızlar sabit tutulmuş ve ters çözüm
işlemleri boyunca değişmemesi sağlanmıştır. Ters çözüm işlemleri
sonucunda, Erzincan havzası ve dolayına ait 1-D P- ve S- dalgası hız
yapısı elde edilmiştir. Buna göre; çözümlerin XXsağlandığı ilk 20 km'ye
kadar z = -2, 0, 1, 2, 3, 6, 7 ve 20 km derinliklerde hız değişim
katmanları bulunmuş ve bunlara ait P- ve 5- dalga hızı değerleri
sırasıyla FP= 1.48, 1.95, 2.48, 4.79, 5.44, 6.01, 6.26 ve 6.94 km/sn, Fs
= 0.54, 1.70, 2.10, 2.38, 2.88, 3.14, 3.53, ve 3.86 km/sn olarak
hesaplanmıştır. Hesaplanan hız modelinin çözümlülük gücünü görebilmek
amacıyla bazı kararlılık testleri uygulanmıştır. Bu testlerin sonucunda,
hesaplanan modellerin bölgenin 1-D hız yapısını yansıtan en doğru
modeller olduğu görülmüştür. Yanal yöndeki hız değişimlerini de
hesaplayabilmek için, 1-D ters çözümden sonra, aynı veri üzerine 3-D
tomografik ters çözüm yöntemleri uygulanmıştır. Bu işlem için, yine
artsarsmtılara ait ilk varış zamanlarım kullanan SIMUL2000 adlı yazılım
programı kullanılmıştır. Hız değerlerinin düğüm noktalarına atandığı
model yapışım kullanan algoritma için başlangıç modeli olarak, 1-D ters
çözümden elde edilen hız değerleri kullanılmıştır. 3-D tomografik ters
çözüm işlemleri de tıpkı 1-D' de olduğu gibi iki aşamada uygulanmıştır.
Önce bölgeye ait 3-D P- dalgası hız yapısı, ardından S- fazlarını da
kullanarak 3-D Vp/Vs yapısı bulunmuştur. 3-D ters çözüm için, üç farklı
düğüm noktası aralığına sahip başlangıç hız modelleri hazırlanmıştır.
Bunlar, yatay yöndeki düğüm noktası aralıklarına göre 10x10 km'lik "kaba
model", 5x5 km'lik "ince model" ve 5x5+2.5x2.5 km'lik "esnek model"
olarak adlandırılmıştır. Modellerin düşey yöndeki düğüm noktası
aralıkları ise değişkenlik göstermektedir. Kaba modelde en ince katman
kalınlığı 5 km iken, esnek modelde 1 km'ye kadar düşmektedir. 3-D
modellemede de tüm modeller 30-35 km'ye kadar olan derinlik için
hazırlanmış olsa da, ters çözümler ancak 20 km'ye kadar çözüm vermiştir.
3-D P- dalga hızı ters çözümünde kullanılan veriler, 1-D ters çözüm
sonucu elde edilen verilerden yine belirli ölçütlere göre seçilerek elde
edilmiştir. Bu işlem sonrası 3-D P- dalgası hız tomografisi için toplam
1025 adet deprem seçilmiş ve bunlara ait 17854 P- fazı elde edilmiştir.
Uygun kontrol parametreleri ve indirgeme değeri belirlendikten sonra, 5
yinelemeli 2 işlem adımı sonucunda her bir modele ait 3-D hız değerleri
elde edilmiştir. Her işlem adımında hesaplanan hız modeli diğer adıma
girdi olarak sokularak işlemlere devam edilmiştir. 3-D tomografinin
ikinci aşamasında ise S- varış zamanlarının da veriye katılmasıyla,
bölgenin 3-D S- dalgası hız yapısı elde edilmeye çalışılmıştır. Aynı
modellerin kullanıldığı bu ikinci aşamada, daha kararlı sonuçlar elde
etmek için, S- dalga hızlarından çok VP/Vs oranla rının ters çözümü
yapılmıştır. Bunun için modellerdeki tüm düğüm noktalarına, daha önce
Wadati diagramından bulunan bölgenin sabit Fp/Fs oram olan 1.81 değeri
atanmıştır. P- dalga hızı için ise ilk işlem adımında hesaplanan
değerler alınmıştır. Veri seçimi sonucu 868 adet artsarsıntı seçilerek
toplam 15845 P- ve 7826 S- fazı elde edilmiştir. Ters çözüm aşamasında
P- dalga hızlan için yüksek bir indirgeme değeri kullanılarak bu
hızların tekrar çözülmesi engellenmiştir. İki işlem adımı sonrası elde
edilen sonuçlar, bölgeye ait Vp/V$ oranlarının dağılımını vermiştir.
Daha sonra ise 3-D tomografik ters çözüm sonuçlarının çözümlülük
derecesini ortaya koyabilmek için bazı analizler yapılmış ve çözüm için
güvenilirlik sınırlan belirlenmiştir. Tüm tomografik işlemlerin
sonucunda, Erzincan bölgesinin ana yapısal unsurları 3-D olarak
belirlenerek, jeoloji ve tektonik ile uyumluluğu saptanmıştır. Özellikle
bölgedeki ana fay sistemi ve bu sistemin neden olduğu çek-ayır yapıdaki
sedimanter havzanın geometrik yapısı ortaya çıkarılmıştır. Ayrıca
bölgede, sismolojik çalışmalar için önemli bir yere sahip olan sismik
hız yapısı ile Fp/Fs oranlan hesaplanmış ve 3-D olarak dağılımı elde
edilmiştir.