Yüksek çözünürlüklü deprem lokasyonları ile Kilikya bölgesindeki aktif yapıların belirlenmesi
Identification of active structures in The Cilician region using high resolution earthquake location
Yazar: KÜBRA HOCAOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. GONCA ÖRGÜLÜ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Kilikya bölgesi, tektonik anlamda Türkiye'de ki en karmaşık ve en önemli yapıların bir araya geldiği bir  bölgede yer almaktadır. Doğu Akdeniz de yeralan bu bölgenin tektonik temelini, Afrika, Avrasya ve Arabistan levhalarının birbirlerine göre göreceli hareketi belirlemektedir. Anadolu'nun doğusunda, Arabistan ile Avrasya levhasının Bitlis Bindirme zonu boyunca çarpıştığı bilinmektedir. Anadolu bloğu, doğuda Doğu Anadolu ve kuzeyde Kuzey Anadolu fay zonu boyunca, batıya, Doğu Akdeniz'in okyanusal litosferine doğru, saatin tersi yönününde bir rotasyonla kaçmaktadır. Bölgeyi tektonik olarak etkileyen bir diğer unsur ise Helenik yayıdır. 
Bu karmaşık yapıları barındıran Kilikya bölgesinde, tanımlanmamış faylar bulunmaktadır. Bunun yanısıra derin odaklı gizli faylar hakkında da yeterince bilgi mevcut değildir. Bu çalışmanın amacı, derinde ve yüzeyde olan haritalanmış veya haritalanmamış gizli fayları belirlemektir. Bu kapsamda bölgedeki fayları daha ayrıntılı inceleyebilmek için, deprem lokasyonlarının daha yüksek çözünürlükte yapılması gerekmektedir.
Bu çalışmaya esas olan veri TURDEP (Türkiye'nin Deprem Riski Yüksek Jeo-stratejik Bölgelerinde Deprem Davranışının Çok Disiplinli Yaklaşımlarla Araştırılması) projesi kapsamında elde edilmiştir. TÜBİTAK' ğın kamu kurumları ve üniversitelerle işbirliği çerçevesinde yürütmüş olduğu bu proje, deprem riski yüksek olan bölgeleri mercek altına almıştır. Doğu Anadolu Fay Zonu (DAFZ)' da deprem riski yüksek olan bölgelerden biridir. Bu sebeple, DAFZ boyunca deprem istasyonları kurulmuş, 2007-2011 yılları arasında sismolojik veri toplanmıştır. Toplanan verilerin Kilikya Bölgesini (35.5-38.5K; 34-38D)  kapsayan bölümü bu çalışma kapsamında kullanılmıştır.
Çalışma kapsamında, deprem lokasyonlarının yüksek çözünürlükle elde edilebilmesi için İkili Farklar algoritması kullanılmaktadır. Bu algoritma deprem lokasyonlarını göreceli olarak doğru yerlerine taşımaktadır. İkili farklar algoritmasına göre, depremlerin hiposantırları arasındaki mesafenin, istasyon ile depremin olduğu nokta arasındaki mesafeden daha küçük olması gerekmektedir.  Böylelikle aynı istasyonda gözlemlenen iki depremin seyahat zamanı farkları, iki deprem arasındaki uzamsal farka işaret edebilir. İkili farklar algoritmasında iki farklı veri seti kullanılmaktadır: 1) katalog verisi, 2) korelasyon verisi. İkili farklar algoritması, katalog verisinden elde edilen mutlak seyahat zamanı farklarını, ve/veya korelasyon verisinden elde edilen P ve S dalgası zaman farklarını minimize ederek relokasyon işlemini gerçekleştirir.
Dalga şekilleri arasında ki doğru uyumun sağlanabilmesi için, dalga formları P- ve S- fazlarından kesildi ve belirlenen zaman penceresi arasında kalan dalga formları karşılaştırılarak korelasyon verisi oluşturuldu. 
Elde edilen korelasyon verisini, gürültülerden arındırarak relokasyon işleminde kullanabilmek adına üç adımda filtreleme işlemi uygulandı. İkili farklar algoritması, kullanılacak olan faz bilgisine (P,S), veri türüne (korelasyon ve/veya katalog), hypoDD öncesi tanımlanması gereken parametrelere (ters çözüm yöntemi, iterasyon sayısı, ağırlıklandırma gibi) ihtiyaç duymaktadır. Çözüme uygun olacak şekilde parametreler belirlenip, İkili Farklar algoritmasına sunulabilir.
Kilikya bölgesinde bulunan depremler üzerinde yapılan relokasyon ile lokasyon verileri karşılaştırıldığında, bölgedeki çizgisellik ve kümelenmelerin relokasyon verilerinde daha seçilebilir görüldüğü gözlemlendi. Bölgede ki depremler göreceli olarak doğru yerlerine taşındıktan sonra, bazı bölgelerde kümelenmelerin olduğu gözlemlendi. Bu bölgelerin daha ayrıntılı çalışılabilmesi adına Kilikya bölgesi dört ayrı alt bölgeye ayrılarak incelendi (A,B,C ve D bölgeleri). Her bir bölge üzerinde relokasyon haritaları oluşturularak, relokasyon sonuçları lokasyon sonuçları ile karşılaştırıldı. Relokasyon sonuçları üzerinden, derinlik kesitleri alınarak, bu bölgelerdeki aktif fayların derindeki yapıları hakkında ayrıntılı bilgi edinildi. Ayrıca her bölgede yer alan depremler için (M ≥ 3) odak mekanizma çözümleri bulunarak, relokasyon sonuçlarından elde edilen derinlik kesitleriyle karşılaştırıldı. Aralarında ki uyumlar belirlenerek çıkarımlar yapıldı. 
Kilikya bölgesinin kuzeybatısında bulunan A bölgesinde, yapılan relokasyon sonuçlarında elde edilen derinlik kesitlerinde iki farklı derinlikte, birbirlerinden bağımsız deprem kümeleri gözlenmektedir. Alınan CC' derinlik kesitinde yapılan ayrıntılı çalışmada, derine doğru bir çizgisellik olduğu gözlemlenmiştir. Bu çizgisellik eğim atımlı bir faya işaret etmektedir. Yapılan odak mekanizma çözümleri ise bunu destekler sonuçlar vermiştir. A bölgesinde daha önce haritalanmamış KKB-GGD doğrultulu normal bir fayın varlığı, bu çalışma kapsamında tespit edilmiştir. A bölgesinin güneyinde bulunan ve az sayıda deprem içeren B bölgesinde ise derin odaklı depremlerin olduğu gözlemlendi. Relokasyon haritalarında KD-GB doğrultulu bir çizgisellik gözlenmektedir. Bu çizgisellik Yakapınar fayı ile uyumlu olup, sol yanal doğrultu atımlı odak mekanizma sonuçları sunmaktadır.
Çalışma alanının merkezinde bulunan C bölgesinde, relokasyon sonuçları üzerinden alınan derinlik kesitlerinde, belli derinliklerde lokalize olmuş depremlerin olduğu gözlemlendi. Doğu Anadolu fayına paralel olan D bölgesinde ise, relokasyon sonuçları üzerinden alınan derinlik kesitlerinde derine doğru 90̊ 'lik çizgisellikler gözlemlendi. Yapılan odak mekanizma çözümlerinde çoğunlukla, KD-GB doğrultulu, doğrultu atımlı mekanizmalar elde edilmiştir. Elde edilen odak mekanizma sonuçları, derinlik kesitleri ile karşılaştırıldığında, çizgiselliklerin bölgede aktif olan sol yanal doğrultu atımlı fay olan Doğu Anadolu Fayı ve onun alt kolları ile ilişkili olabileceği tespit edilmiştir.

Abstract:
The Cilician region is one of the most tectonically complex areas in the eastern Mediterranean region. Relative motions of the African, Eurasian and Arabian plates form tectonic basis of the Eastern Mediterranean region. The neotectonics of the Eastern Mediterranean region are formed by the convergence of the African and Eurasian plates in the west and the collision of the Arabian and European plates in the east. Due to the relative motions in the east and west, Anatolian block is escaping to the west with a rotation in a counterclockwise direction using the North and East Anatolian Fault Zones. Plate tectonic motions within this distinct tectonic regime are mainly controlled by the East Anatolian Fault (EAF) and Dead Sea Fault (DSF) zones, Bitlis suture, Cyprus Arc and Hellenic trench. 
In this region, there are unmapped faults, including hidden faults which do not reach to the surface. The aim of this thesis is to determine the existence of both mapped/unmapped faults at both surface and depth. Within this scope, a detailed investigation will be made and earthquakes will be relocated in high resolution using the Double Difference algorithm.
The TÜBİTAK Marmara Research Center (Earth and Marine Sciences Institute) is leading and coordinating the multilateral earthquake research project, "Multi-Disciplinary Earthquake Research in High Risk Regions of Turkey Representing Different Tectonic Regimes" (TÜRDEP). The aim of this project is to achieve multidisciplinary earthquake studies in the Marmara Sea along the western part of the North Anatolian Fault Zone (NAFZ), East Anatolian Fault Zone (EAFZ) and within the Aegean Extensional System (EAS). This project was implemented in areas with high seismic risk. The EAFZ is one of the regions with high seismic risk. Therefore, seismic stations were built along the EAFZ and seismological data were collected between 2007 and 2011. Data of the same period were only requested for the Cilicain region (35.5-38.5N; 34-38E) and used in this study.
In this study the Double Difference algorithm was used to relocate earthquake locations from their locations to their relative true locations. The algorithm takes advantage of the fact that if the hypocentral seperation between two earthquakes is small compared to the event-station distance, then the ray paths between the source region and a common station are similar along almost the entire ray path. In this case, the difference in travel times for two events observed at one station can be attributed to the spatial offset between these events.
Two types of data were used to implement the Double Difference algorithm in this study: 1) catalog data, and 2) correlation data. The double difference algorithm attempts to minimize residual travel time differences, known as the double differences, for a pair of earthquakes at a single station. 
Earthquakes that are close to each other, and have similar focal mechanisms, produce similar waveforms at common stations. In order to find out waveform similarity in our data set, we applied a time domain cross correlation function to band-pass filtered (0.5-15.0 Hz) P/S wave data. Before the cross correlation, P and S waveforms were cut from 0.3s before the P/S onset to 0.9s after the P/S onset. These windowed waveforms were correlated in order to find the correlation coefficients and travel time differences between these waveforms of a possible event pair. 
Inspection of delay time measurements with cross correlation coefficient less than 0.7 indicates that a substantial amount of these measurements are outliers due to cycle skipping and correlation of noise. To improve the data quality and remove the noise, the correlation data set were eliminated in three steps. In order to create an event pair, travel time difference between two events should be small. Otherwise, spatial offset between these events will increase if the travel time difference increases. In this context, all travel time differences between earthquake pairs in the correlation data set were plotted as a function of cross correlation coefficient and  travel time differences (>±1s) were omitted from the data set since they were considered not to be close enough. At the second step, histograms of travel time differences were separetely formed for each event pair. Maximum number of occurrence was obtained from  travel time differences measured at different stations for each event pair. This value was taken as the average travel time difference for each event pair and a constant standart deviation (σ=±0.3)  around this value was assummed. Thus, travel time differences outside of this range were considered to be outliers and they were omitted from the data set. At the third step, waveform matching between event pairs were visually done for the  remaining data set. Incompatible waveforms were detected and eliminated from the data set. Finally, event pairs with at least three or four phases were selected for both catalog and correlation data in order to ensure robustness of the double difference inversions.
After eliminating the noise, the data was ready for use with the HypoDD program. The Double Difference algorithm required phase information (P or S), data type (catalogue and correlation) and inversion parameters (method, iteration number, and weighting). These parameters could be determined for the algorithm according to the most suitable solution found.
The relocated earthquakes revealed a focused view of the complex distribution of sesimicity in the Cilician region, compared to the corresponding catalog locations. Furthermore, in relocation view, there are lineaments along some faults in the region and selectable clusters. After the movement of the earthquakes to their relative true locations, selectable clusters were found in some part of the Cilician region. For a more detailed investigation, the Cilician region was divided into four sub regions (A, B, C and D regions). For each of these regions the relocation results were mapped and compared to  the previously recorded location data.
To determine the faults on the surface and to investigate potential deeper faults, cross-sections were taken. Moreover, focal mechanism solutions were determined for events (ML ≥ 3.0) in each region. The focal mechanism solutions and cross sectional results were compared to determine their similarities and differences.
Within the 'A' region, there were two independent earthquake clusters in the cross sections at different depths. The relocated hypocenters in cross section CC' formed an inclined lineation showing an alignment of their hypocenters to the depth. This is evidence for a dip-slip fault. The focal mechanisim solutions were also consistent with this finding. Therefore, it appears that a previously unmapped normal fault was discovered in this study within the A region. In the 'B' region  seismic activity is less compared to the other regions investigated in this study. But there was an interesting finding in this area.  Earthquakes were located at a depth between 20 and 35km with a NE-SW alignment at map view. In this area, the focal mechanism solutions and relocated seismicity indicated that there is a left lateral strike-slip fault trending NE-SW. This trend is consistent with the strike of the previously mapped Yakapınar Fault, also triggering the 1998 Adana earthquake (Mw 6.2).
At the center of the study area, the 'C' region, there was evidence of scattered sesimicity. We observe that earthquakes were clustered at certain depths in cross sections taken from the relocation results. Within the 'D' region, which is parallel to the EAFZ, there were 90̊ alignments to depth in the cross sections. The focal mechanism solutions indicated that strike-slip mechanisms are dominant. NE-SW/ENE-WSW trending nodal planes observed in focal mechanism solutions are perpendicular to the azimuths of depth sections in the 'D' region. This finding shows that relocated seismicity at map and depth view are consistent with trends of the EAF and its branches.