Marmara bölgesi gravite değişimlerinin belirlenmesi için model tasarımı
Model design for detection of gravity changes in Marmara region
Yazar: CÜNEYT AYDIN
Danışman: PROF.DR. HÜSEYİN DEMİREL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering ; Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Deformasyon analizi = Deformation analysis ; Gravimetrik yöntem = Gravimetric method ; Marmara bölgesi = Marmara region ; Varyans bileşenleri = Variance components ; Yer çekimi = Gravity

Özet:
Bu çalışmada, zamansal gravite değişimlerinin izlendiği gravite ağları için, stokastik modelinvaryans bileşen kestirimiyle belirlendiği bir değerlendirme stratejisi ortaya konmaktadır.Öncelikle Matlab'de, ölçülerin değerlendirme ve dengelemesini yapabilen bir programoluşturulmuştur. GrAd olarak adlandırılan bu programın temel özellikleri şunlardır: 1) Gelgitindirgemesi çeşitli gelgit potansiyel modellerine göre yapılmaktadır. 2) Uyuşumsuz ölçüaraştırması için medyan ölçütü ve Danimarka ağırlık fonksiyonunun kullanıldığı robustyöntem uygulanmaktadır. 3) Gravite ağını oluşturan geçkiler uygun biçimdebirleştirilmektedir. 4) Deformasyon analizi için gerekli gravite bilgisi tüm iz minimumyöntemine göre dengeleme ile üretilmektedir. 5) Global test ve yerelleştirme işlemlerine göredeformasyon analizi yapılmakta, istatistiksel olarak tanımlanan referans noktalarına göregravite değişimleri hesaplanmaktadır. Varyans bileşen kestirimi için BIQUE (Best InvariantQuadratic Unbiased Estimation) yöntemi seçilmiştir. Bileşenlerin iteratif olarak kestirildiği biralgoritma (iteratif-BIQUE) GrAd programına eklenerek farklı gravite ölçerler için varyansbileşen kestirimi yapılmaktadır. Elde edilen varyans bileşenleri ile yeni ağırlık matrisioluşturulmakta ve gravite ağı dengeleme işlemi yinelenmektedir.Sayısal uygulama için 25 noktadan oluşan Marmara Bölgesi Gravite Ağı (MAGRANET)kullanılmıştır. 2 adet LaCoste&Romberg bağıl gravite ölçerle 2003-2005 yılları arasında 5periyot ölçülen bu ağ, GrAd programı ile serbest dengelenmiştir. Periyot dengelemelerindegravite ölçer okumalarının ağırlıkları, a) alışıldık biçimde eşit (P) öngörülmüş ve b) varyansbileşen kestirimine göre oluşturulmuştur. Kestirim sonrası gravite ölçer ağırlıklarının farklıolması gerektiği (yaklaşık P ve P/2) ortaya çıkmıştır. Her iki durumda serbest dengelemelerleelde edilen gravite değerleri karşılaştırıldığında, ?7 ve 11 ?Gal arasında değişen farklargözlenmiştir. Bununla birlikte, her iki durum için elde edilen gravite değerleri ve bunlarınağırlık katsayıları matrisleri kullanılarak deformasyon analizleri yapılmıştır. Ekim 2004-Ekim2003, Ekim 2005-Ekim 2003 ve Haziran 2005-Haziran 2004 dönemlerine ilişkin analizlerinfarklı sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Haziran 2005-Haziran 2004 dönemi için iki durumakarşılık yerelleştirmeler sonrası elde edilen gravite değişimleri arasında 17 ?Gal'e varanfarklar çıkmıştır. Böylece, gerçeği yansıtmayan bir stokastik modelin deformasyon analizisonuçlarını önemli ölçüde etkilediği gösterilmiştir.(b) durumu için elde edilen gravite değişimlerine göre, Marmara Bölgesinde özellikle Gebze-Tuzla arasında ve İzmit Körfezinin güneyinde yer alan Gemlik bölgesinde farklı anomalilerinbulunduğu saptanmıştır. Bu bölgedeki noktalarda zamansal gravite değişimleri 50 ?Gal'eulaşmaktadır.Anahtar Kelimeler: Zamansal gravite değişimi?Varyans bileşen kestirimi?BIQUE yöntemi?Gravite ağları?Deformasyon analizi?Marmara Bölgesi

Abstract:
This study gives a processing strategy with variance component estimation aiming to performa proper stochastic model in a gravity monitoring network.First, a program which is able to make some necessary reductions and to adjust gravityobservations was written in Matlab. The basic properties of the program called GrAd asfollows: 1) Gravimetic tide reductions are made according to some tidal potential models, 2)robust estimation with Denmark weight function and median methods are used for outlierdetection, 3) the observations belonging to the lines of a network are combined properly in theadjustment, 4) gravity values of the points are estimated with a trace-minimum adjustment fordeformation analysis, 5) deformation analysis is performed for different epochs with theglobal test and localization procedures and the temporal gravity changes are obtainedaccording to the statistically-verified reference points in the network. In order to estimate thevariance components, the method of BIQUE (Best Invariant Quadratic Unbiased Estimation)was used in the study. An algorithm in which the components of different meters areestimated iteratively (iterative-BIQUE) was adapted to GrAd.For numerical applications, Marmara Region Gravity Network (MAGRANET) with 25gravity points was used. The network was measured with 2 LaCoste&Romberg relativegravity meters between 2003-2005 semi-annually as 5 periods. For free adjustments ofdifferent periods, the weigths of the meters? readings, a) were selected equally (=P) as usual,b) were obtained according to the estimated variance components. As a result of theestimation of the components, it is shown that the meters? weigths are different(approximately P and P/2, respectively). Comparing the estimated gravity values for the casesof a and b, the differences between ?7 and 11 ?Gal were observed. Moreover, using theestimated gravity values and their cofactor matrices from the two cases separately, the periodsof October 2004-October 2003, October 2005-October 2004 and June 2005-June 2004 wereanalysed with localization procedure. According to the deformation analyses? results, thetemporal gravity changes computed for the two cases vary each other significantly.Especially, for the June 2005-June 2004 period, the variations reach up to 17 ?Gal. As a resultof the statistically significant differences, it is concluded that the improper stochastic part of aGauss-Markoff model for gravity networks affects adversely the interpretation of the temporalgravity changes.With the temporal gravity changes obtained for the case b, it is seen clearly that the regionbetween Istanbul and Izmit as well as the southern part of the Izmit Bay have differentanomaly patterns related to the changes on the other points of the MAGRANET. Themagnitudes of temporal gravity changes in the corresponding parts of the network reach up to50 ?Gal per year.Key Words: Temporal gravity changes?Variance component estimation?BIQUE method?Gravity networks?Deformation analysis?Marmara Region