Eskişehir bölgesinin sismotektonik özellikleri ve deprem kaynak parametreleri
Seismotectonic characteristics and earthquake source parameters of the Eskisehir region
Yazar: SUNAY MUTLU
Danışman: PROF. DR. EŞREF YALÇINKAYA
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeofizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Anadolu levhasının batıya doğru hareketine bağlı olarak Orta ve Batı Anadolu'da birçok fay sistemi oluşmuştur. Orta Anadolu'nun KB kesiminde yer alan Eskişehir Fay Zonu (EFZ) bu önemli yapısal oluşumlardan biridir. Kuzey ve güney batı Anadolu'nun tektonik rejimleri arasında bir geçiş zonu konumunda olan EFZ, KB-GD doğrultulu olarak birçok segmentten oluşmaktadır. Aletsel dönemde fay zonu boyunca meydana gelen en büyük deprem 20.02.1956 tarihli (Mw 6.4) Eskişehir depremidir.
Bu çalışmada, EFZ boyunca 2003-2024 yılları arasında KRDAE-BDTİM geniş bantlı kayıtçıları ile kaydedilen ve büyüklükleri 2.5≤Mw≤4.9 arasında değişen 154 deprem verisi incelenmiş olup, 109 adet depremin güvenilir moment tensör ters çözümleri yapılmıştır. Küçük ve mikro depremlerin oluşturduğu bu veri setinin moment tensör çözümleri ile bölgenin aktif tektoniği ve gerilme dağılımı araştırılmıştır. Ayrıca çözümlerin güvenirliliğini doğrulamak amacıyla 30 deprem için farklı bir yöntem ile çözümler yapılmıştır. Bu depremlerin moment tensör ters çözümünden elde edilen odak mekanizmaları ile P dalgası ilk hareket yönü ters çözümünden elde edilen odak mekanizmaları karşılaştırılmıştır. Doğrultu, eğim ve kayma açıları incelendiğinde iki yöntemin birbirleriyle benzer sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca AFAD ve KRDAE-BDTİM'nin kataloglarında bulunan moment tensör çözümleri ile bu çalışmada elde edilen çözümlerin genel olarak uyumlu olduğu görülmüştür. 
Odak mekanizması çözümleri incelendiğinde, Eskişehir Fayı boyunca (İnönü, Eskişehir ve Alpu ovalarını kapsayan alan) normal faylanmaların baskın olduğu görülmektedir. EFZ'nin GD kesiminde, Tuz Gölü'ne doğru sismik aktivitenin son derece düşük olduğu dikkati çekmektedir. Bu bölgede yüzey deformasyonunun da çok azaldığı GPS ölçümlerinden bilinmektedir. Aydınlı bölgesi ve Cihanbeyli Fayı civarında az sayıda gerçekleşen mikro deprem etkinliğinden deprem kaynak mekanizmaları elde edilmiştir.  Çalışma alanının bu kesiminde sıkışmaya bağlı doğrultu atımlı ve ters fay çözümlerinin baskın olduğu görülmektedir. Fay zonunun bu kesiminin daha karmaşık faylanma mekanizmaları oluşturduğu izlenmektedir.
Eskişehir Fayı için yapılan 65 odak mekanizması çözümüne dayanan gerilme ters çözüm sonuçlarına göre, asal gerilme eksenlerinin yönelimleri şu şekildedir: σ1 = 159°/77°, σ2 = 311°/11°, ve σ3 = 42°/6° (azimut/dalım). Gerilme oranı (R) 0.87 olarak hesaplanmıştır. Gerilme analizleri, en büyük asal gerilme ekseninin (σ1) düşey olduğunu, en küçük asal gerilme ekseninin (σ3) ise KKD-GGB yönünde bulunduğunu göstermektedir. Son 20 yılın güncel sismolojik verileri, Eskişehir Fayı'nın 42° azimutla KKD-GGB doğrultulu bir açılma rejiminin etkisinde olduğunu ortaya koymaktadır. EFZ'nin orta kesiminde gerilme ters çözümlerine göre asal gerilme eksenlerinin konumları σ1 = 227°/6°, σ2 = 324°/48°, ve σ3 = 131°/41° (azimut/dalım) ve gerilme oranı 0.42 bulunmuştur. Fay zonunun GB kesiminde 6. Bölgede (Cihanbeyli Fayı) ise σ1 = 0.4°/7°, σ2 = 92°/9°, ve σ3 = 233°/78° (azimut/dalım) ve gerilme oranı 0.88'dir. 5.Bölge'nin ters bileşenli doğrultu atımlı bir tektonik yapının etkisi altında olduğu görülürken, 6. Bölgede ise gerilme eksenlerinin sıkışmaya yönelik olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, Eskişehir Fay Zonu boyunca farklı segmentlerde belirlenen gerilme rejimleri, fay zonunun değişen gerilme rejimini ve bölgesel deformasyon dinamiklerini yansıtmaktadır. Bu veriler, EFZ'nin tektonik gelişimi ve güncel sismotektonik özelliklerinin daha iyi anlaşılmasına önemli katkılar sunmaktadır.

Abstract:
Due to the westward movement of the Anatolian Plate, numerous fault systems have formed in Central and Western Anatolia. The Eskişehir Fault Zone (EFZ), located in the NW part of Central Anatolia, is one of these significant structural formations. Positioned as a transition zone between the tectonic regimes of northern and southwestern Anatolia, the EFZ consists of multiple segments trending NW-SE. The largest earthquake instrumentally recorded along the fault zone was the Eskişehir earthquake of February 20, 1956 (Mw 6.4).
In this study, 154 earthquake events with magnitudes ranging between 2.5 ≤ Mw ≤ 4.9, recorded by KRDAE-BDTİM broadband stations between 2003 and 2024, were analyzed. Reliable moment tensor inversions were performed for 109 earthquakes. The moment tensor solutions of these small and micro earthquakes were utilized to investigate the active tectonics and stress distribution of the region. Additionally, to validate the reliability of the solutions, an alternative method was applied to 30 earthquakes. The focal mechanisms obtained from the moment tensor inversion were compared with those derived from the P-wave first-motion inversion. The analysis of strike, dip, and rake angles indicated that the two methods yielded similar results. Moreover, the moment tensor solutions obtained in this study were generally consistent with those listed in the AFAD and KRDAE-BDTİM catalogs.
Focal mechanism solutions indicate that normal faulting dominates along the Eskişehir Fault (covering the İnönü, Eskişehir, and Alpu basins). In the SE part of the EFZ, seismic activity towards Tuz Gölü is notably low. GPS measurements confirm that surface deformation in this area is also significantly reduced. A limited number of micro-earthquake events around the Aydınlı region and the Cihanbeyli Fault have been analyzed for their source mechanisms. In this part of the study area, strike-slip and reverse faulting mechanisms associated with compressional stress are predominant. The faulting mechanisms in this section of the fault zone appear to be more complex.
According to the stress inversion results from 65 focal mechanism solutions for the Eskişehir Fault, the orientations of the principal stress axes are as follows: σ1 = 159°/77°, σ2 = 311°/11°, and σ3 = 42°/6° (azimuth/plunge). The stress ratio (R) was calculated as 0.87. Stress analyses indicate that the maximum principal stress axis (σ1) is vertical, while the minimum principal stress axis (σ3) is oriented in the NNE-SSW direction. Recent seismological data from the past 20 years reveal that the Eskişehir Fault is subject to an extensional regime oriented at an azimuth of 42° NNE-SSW. In the central part of the EFZ, stress inversion results indicate principal stress orientations of σ1 = 227°/6°, σ2 = 324°/48°, and σ3 = 131°/41° (azimuth/plunge), with a stress ratio of 0.42. In the SW segment of the fault zone, specifically Region 6 (Cihanbeyli Fault), the principal stress orientations are σ1 = 0.4°/7°, σ2 = 92°/9°, and σ3 = 233°/78° (azimuth/plunge), with a stress ratio of 0.88. Region 5 exhibits a transpressional tectonic regime, whereas in Region 6, the stress axes indicate compressional characteristics. In conclusion, the stress regimes identified along different segments of the Eskişehir Fault Zone reflect the varying stress states and regional deformation dynamics. These findings contribute significantly to the understanding of the tectonic evolution and current seismotectonic characteristics of the EFZ.