Adana havzası sismik gürültü kaynaklarının konum ve zaman özelliklerinin belirlenmesi
Investigation of spatial and temporal properties of seismic noise in the Adana basin
Yazar: NEVRA BULUT
Danışman: PROF. DR. AYŞE KAŞLILAR ŞİŞMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Artalan Sismik Gürültüler (ASG), yerkürenin, gerek kendi içindeki hareketlenmeleri 
gerekse de dış etkenlerle  etkileşimi sonucunda  sismik enerjinin  açığa çıkmasıyla 
oluşan  farklı periyot bantlarına sahip  cisim ve yüzey dalgalarıdır.  Daha önceleri 
veriyi kirlettiği gerekçesiyle istenmeyen ve  süzgeçlenerek  bastırılmaya çalışılan 
gürültü sinyalleri son  yıllarda geliştirilen yöntemlerin de katkısıyla,  yüzey 
dalgalarından Green fonksiyonu eldesi ile kabuk ve manto hız yapısının araştırılması, 
petrol aramaları, zemin araştırmaları gibi  pek çok çalışmada veri olarak 
kullanılmaktadır.  Aynı zamanda gürültünün nitelendirilmesi  dünyada binlercesi 
kurulu olan  sismografların performansını daha iyi anlamaya ve veri kalitesini 
artırmaya yardımcı olacaktır. 
Bu tez çalışmasının amacı, nüfusu yüksek, endüstriyel anlamda gelişmiş ve tektonik 
olarak aktif bir coğrafyada bulunan sedimanter Adana Havzası ve çevresinin sismik 
gürültü niteliğinin zamana,  konuma, jeolojiye ve kültürel yapılarak bağlı olarak 
araştırılması ve değerlendirilmesidir. Çalışmada kullanılan 2011 ve 2012 yıllarına ait 
sürekli sismik kayıtlar,  Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Deprem 
Araştırma Enstitüsü (KRDAE) ve T.C Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi 
Başkanlığı Deprem Dairesi Başkanlığı (AFAD-DAD)' na ait, Adana Havzası' nda 
bulunan 17 adet geniş bantlı  Güralp CMG-3T ve Güralp CMG-3ESP  marka  hız 
kayıtçıları ile toplanmıştır. 
Havzanın  sismik  gürültü değerlendirmesine geçmeden önce  yöntem ayrıntılarının 
verilmesinin yanı sıra programı ve kullanılacak verileri tanımaya yönelik bir takım 
çalışmalarda bulunulmuştur. Uygulanan gürültü analizi yönteminde, düşey bileşenli 
verilerin güç yoğunluğu spektrumları (GYS), olasılık yoğunluk fonksiyonları (OYF) 
ve spektrogramları  açık kaynaklı  PQLX  (Passcal Quick Look eXtented)  programı 
kullanılarak hesaplatılmış ve çizdirilmiştir. Havzadaki gürültü dağılımının zamana ve 
konuma  bağlı değişiminin incelenmesi için GMT programı kullanılarak hazırlanan 
haritalarda, kültürel gürültülerin yani mikrotremörlerin (kaynak: trafik, insan, makine 
vb.)  baskın  olarak gözlendiği 0.1-1 s bandı  ve mikrosalınım olarak da bilinen 
mikroseizmların  (kaynak:  derin ve sığ su etkileşimleri)  gözlendiği 4-8 s  (İkincil 
Yüksek Frekans veya Double Frequency Peak) ve 10-20 s (Birincil Yüksek Frekans 
veya Single Frequency Peak)  bantlarındaki gürültü  verileri, 2011 yılı, yaz-kış 
mevsimleri ve gece-güz saatleri için  haritalanmıştır.  Öte yandan  kıyıya yakın bir 
istasyon ile karasal ortama kurulmuş ve aynı jeolojik formasyon üzerindeki istasyon 
arasındaki farklar spektrogramları hesaplanarak incelenmiştir. Bölgede üç bileşen xviii 
 
kaydı mevcut olan KRDAE verileri kullanılarak gürültülerin mod değerlerinin yatay 
ve düşey bileşenlerdeki durumu incelenmiş ve gözlenen farklar tartışılmıştır. 
Elde edilen  sonuçlara göre gün içindeki  gürültü seviyesi  değişimlerinin  yüksek 
frekanslı kültürel gürültülerden kaynaklandığı  gözlenmiştir. Mevsimler arasındaki 
değişimler ise  ancak  uzun  periyotlarda gözlenebilmiştir.  Genel olarak, kültürel 
gürültüler yerleşimin ve sediman kalınlığının fazla olduğu havza içinde her zaman 
yüksek değerlerde gözlenirken,  uzun  periyotlu mikrotitreşimlerin daha çok havza 
sınırlarını etkilediği söylenebilir.  
Çalışmada 2011 yılı düşey bileşen kayıtlar için periyoda bağlı elde edilen en yüksek 
ve en düşük mod değerleri grafiklenerek bölgeye ait yüksek ve düşük gürültü modeli 
oluşturulmuştur. 
Bu çalışma ile bölgedeki istasyonların ve toplanan verinin kalitesi hakkında bilgi 
sağlanmıştır. Özellikle bazı istasyonlarda veri kayıtlarının sürekli olmadığı veya alet 
kökenli arızalar nedeniyle veri kalitesinin bozulduğu gözlenmiştir. Kullanılan 
yöntem, kurulu istasyonların sürekli izlenmesi ve arızaların  öngörülüp zamanında 
müdahale edilmesine ve dolayısı ile veri kaydı sürekliliğine katkı sağlayabilir. 
Çalışmada elde edilen en yüksek ve en düşük gürültü modeli ve gürültü haritaları, 
bundan sonra bölgeye yerleştirilecek güncel istasyonlar için referans model olarak 
kullanılabilir. Gürültü seviyesi düşük bölgeler daha düşük manyitüdlü depremlerin 
kayıtlarına olanak sağlayabilirken, yüksek gürültülü bölgelerde manyitüdü daha 
büyük depremler kayıt edilebilecektir. 
Bu çalışmada elde edilen  bilgiler yine gürültü  verilerinin kullanılacağı  dizilim 
işleme, yatay/düşey spektral oranlama,  artalan sismik gürültü tomografisi, zemin 
özelliklerini ve  sediman kalınlığını belirlemeye yönelik gürültü kökenli birçok 
çalışmada referans olarak kullanılabilir.

Abstract:
The ambient seismic noise is widely used in imaging the subsurface structure. One of 
the popular applications is the retrieval of surface waves Green's functions that are 
used to obtain the velocity distributon in the Earth's crust and mantle. Ambient noise 
is also used in oil exploration and  in near-surface studies  for soil characterizations.  
In such studies the characterization of the noise can  help to better understand the 
performance of each seismograph and the noise levels at each station which can 
contribute to interpretations of the results obtained by other ambient noise studies. In 
this study the characteristics of background seismic noise levels in the Adana Basin 
and its surroundings (Southern Turkey) are investigated.    
The Adana  Basin is an inter-mountain, NE-SW trending basin. The depositional 
history, geological formations and thickness of the sediments suggest high potential 
for hydrocarbon settings. Besides, it is a developing region both in population and 
industry, a tectonically active area and hence prone to seismic hazards.   Several 
studies are performed or under progress to understand the subsurface structure of the 
region. The characterization of  the quality of noise data and the ambient seismic 
noise levels of the region may contribute to the ongoing and future studies, such as 
tomography, array processing and H/V spectral ratio studies, based on ambient noise.  
For this purpose the continuous noise data is processed recorded in 2011 by the noise 
analysis method given in Chapter 2.   
Adana Basin and its surroundings, is an arcuate, open V shape structure extending in 
NE-SW direction in the northeastern Mediterranean Sea. The basin is developed on 
Tauride basement rocks mainly in Neogene times,  affected by the  interplay of the 
African plate with the Arabian and Anatolian microplates. The basin is primarily 
controlled by NE-SW trending faults that are splays of the larger sinistral East 
Anatolian Fault. Three main rivers occupy the Adana Basin and form a major deltaic 
complex in the region. The previous studies suggest a sediment thickness between 3 
km to 6 km. The aim of this study is to characterize the seismic noise and the quality 
of the continuous  noise data in the region which will contribute to the  recent and 
future seismic studies.  For this  reason,  the  vertical component continuous data 
recorded during 2011 by seventeen broadband Guralp CMG-3T, Güralp CMG-3T 
and Güralp CMG-3ESP  velocity  sensors with sampling rates 50 and 100  sps  are 
used.  The national seismic networks in the investigated sites are operated by KOERI 
(Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute) and ERD (Earthquake 
Research Department of Disaster and Emergency Management Presidency of 
Turkey).   xx 
 
In a continuous seismic record, besides noise, earthquakes, system transients and 
instrumental glitches (data gaps, clipping, spikes, mass recenters, calibration pulses) 
will be present. For the characterization of the noise,  removal of this kind of 
distortions is necessary. In the method mentioned in Chapter 2 the discrimination of 
these distortions are provided by the calculation of the probability density functions 
(PDFs) of the seismic data. As the distortions are represented by low probabilities, 
the power values with high probabilities correspond to stationary background noise 
at each station.  Details of system transients and instrument glitches are given in 
Chapter 3 with some demonstrations of seismic traces and PSD curves. In Chapter 4, 
investigation of spatial and temporal noise properties in the Adana Basin and its 
surroundings are studied. At last, final comments and results are discussed (Chapter 
5). 
In this study  the open source software Passcal-Iris Quick Look eXtented (PQLX)  is 
use  for processing the data. The data is prepared by selecting 1-hr time series 
segments with an overlap of 50%. Each 1-hr segment is divided into 13 segments 
with 75% overlap to reduce variance of the power spectral density (PSD)  estimates. 
After removing the mean,  trend  and instrument response, 10% cosine taper is 
applied to the ends of the time series to reduce the spectral leakage in the resulting 
Fast Fourier Transform (FFT). After computing the PSD of each time series segment 
the results are converted to ground acceleration to compare with the NLNM and 
NHNM.  After  calculating the PSDs and PDFs,  first results show that the main 
features of noise are coherent in general with the new low-noise model (NLNM) and 
new high-noise model (NHNM)    of  Peterson  noise models  but different at few 
localities.  These features are cultural noise (T=0.1-1s, noise source:  traffic, 
machinery)  and microseisms that are classified as Double Frequency Peak (DFP,  
T=4-8s, noise source:  ocean waves) and Single Frequency Peak  (SFP,  T=10-20s,  
noise source: shallow coastal waters). Before  the noise characterization, the usage 
and properties of PQLX, its inputs and outputs, arrangement of the suitable response 
function format, organization of the data set's header  informations etc. are 
investigated and applied. In order to investigate the noise characteristics in the basin 
and its surroundings,  PSD  mode values  are used for the cultural noise and 
microseism periods and noise distribution maps are prepared for annual, seasonal and 
diurnal variations by using GMT (Generic Mapping Tools).  
To observe the annual  noise  changes,  PSD mode values for the 3 different  period 
band have mapped for the year of 2011. For the cultural noise band (T=0.1-1s), it is 
clearly seen that the noise  level is higher than the other bands (DFP, SFP) and high 
noise propagates from the coast region  towards  the basin. For  the DFP band  (T=4-
8s),  relatively higher  noise level stands near the border of the basin  and also  cay 
station which has always the highest noise level in the basin.  For  the SFP  band 
(T=10-20s), there is a sharp noise  decreasing  as near as 30 dB  through  the whole 
basin, but still middle of the basin has higher noise values. 
To observe the seasonal  noise  changes, summer months (June,  July, August 2011) 
and winter months (December 2011, January-February 2012) are processed. In the 
cultural noise band, noise distribution in summer  is more extensive and propagates 
from all coastal side  into the basin; in winter, high noise level distribution remains 
only on the coastal side. Contrarily, for the DFP band,  noise variationss are observed 
only on the borders of the basin  except  cay  in summer, while almost whole study xxi 
 
area has affected by the high noise such as -120 dB and -130 dB in winter. Lastly, for 
the SFP band, again there is a sharp noise level decreasing for both seasons, but it is 
seen that, in winter, especially Adana Basin and around the Taurus Mountain 
(Northwest of the study area) has relatively high noise values.  In addition to these 
noise maps, to observe the seasonal changes  with different graphs,  spectrograms 
were analysed for two different seasons as wet and dry seasons. 
To observe the  daily noise  changes,  the day  (06:00-20:00) and  the  night (20:00-
06:00) times data are mapped. For the cultural noise, the day time shows high noise 
levels especially near the coast and in the basin region. This high noise level reduces 
about 10-20  dB at the night times. For the  DFP,  there is no significant variation 
between day and night times.  At SFP both for the day and the night times,  the noise 
levels in the basin are higher  in comparison to mountain sides. The relatively high 
noise levels in the basin are spread to wider area in the day time when compared to 
the night times. Consequently,    in daily basis,  the significant variations occur at 
cultural noise levels, almost no variation is observed at SFP, and slight variations are 
observed at DFP periods. 
In addition to three specific period band that defined above, for the 0.5-3s band, we 
observe the DFP changes during a year and half yearly. It is seen that, local sea wave 
activity affects  the noise level, bathimetry changes could also be a good reason for 
these changes. 
Besides the noise map interpretations, some other investigations are also studied and 
some are briefly mentioned  as follows. Noise  level  difference between the coastal 
and the crustal  based  stations  which  installed  on  the same geological structure is 
studied by the analysis of the spectrograms. Also, as  three-component data sets are 
available for the KOERI stations,  those  mode values are graphed  for the seven 
stations and it is seen that the horizontal components (E, N) have higher noise levels 
with respect to vertical (Z)  component in high periods.  Vertical-component PSD 
mode curves for 17 stations are coherent with the Peterson noise models. The Adana 
Basin mode high-  and low-  noise models are estimated which will provide useful 
information before the installation of any station and also in earthquake magnitude 
interpretations. 
In this study, unfortunately it is observed that at some stations the data quality is poor 
due to the interruption of data transfer, mass recenter and similar reasons,  therefore 
significant part of the data could not be used in processing.  
For the future studies, the PSD calculations for the year 2012 and for the horizontal 
components of the time series are under progress. Afterwards array processing and 
the horizontal to vertical spectral ratio  (HVSR)  studies will be performed  for the 
region for further characterization of both noise and subsurface structure.