Marmara Bölgesi'nin güncel gnss hız alanının belirlenmesi ve sonlu elemanlar yöntemi ile ana Marmara Fayı'nın sismik potansiyelinin ortaya konulması
Determining the contemporary gnss velocity field of the Marmara Region and revealing the seismic potential of the main Marmara Fault using the finite element method
Yazar: MUSTAFA FAHRİ KARABULUT
Danışman: PROF. DR. VAHAP ENGİN GÜLAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Üzerinde bulunduğumuz yerkürenin kabuk kısmı her ne kadar duyu organlarımızla fark edilmese de yıllar içerisinde çeşitli ölçme yöntemleri ile belirlenebilen miktarlarda hareket etmektedir. Bu hareket sonucunda nispeten diğer bölgelere göre zayıf dirence sahip olan kısımlarda kırılmalar meydana gelmektedir. Bu kırılmalar deprem olarak nitelendirilir ve çeşitli büyüklüklerde oluşmaktadır. 

Afrika, Arap ve Avrasya plakalarının etkileşimi ile Anadolu plakası 25 mm/yıl hız ile saatin tersi yönünde batıya doğru hareket etmekte ve Helenik Ark boyunca dalma hareketi yapmaktadır. Bu hareketten  dolayı moment büyüklüğü Mw 7 ve üzeri olan birçok yıkıcı deprem meydana gelmektedir. Özellikle Kuzey Anadolu Fayı, yaşanan bu büyük depremlerin meydana geldiği sağ yanal atımlı önemli bir faydır. 

Aletsel dönemde kaydedilen depremlerin tarihlerine bakıldığında 1939 Erzincan depremi ile başlayan ve batıya doğru göç eden deprem silsilesi gözlemlenmiştir. Bu depremlerin sonuncusu 1999 yılında merkez üssü Gölcük ve Düzce olmak üzere iki büyük deprem meydana gelmiştir. Gerilme transferi prensibi ile ilerleyen bu deprem silsilesi sonucunda bir sonraki depremin Marmara Denizi altından geçen Ana Marmara Fayı üzerinde meydana geleceği ifade edilmektedir.

Depremin büyüklüğü ve konumunun ortaya konulabilmesi için fayın kinematiğinin ve sismik döngüsünün çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Ana Marmara Fayı ve çevresinde yer alan GNSS istasyonları faya uzak noktalarda yer almakta olup, literatürde yer alan çalışmalarda kullanılan istasyon yoğunluğu özellikle İstanbul'un batısında oldukça düşüktür. Ayrıca Ana Marmara Fayı, Kuzey Anadolu Fayı'nın geri kalanına göre kompleks bir yapıya sahiptir. Bu nedenlerden dolayı farklı segmentlerden oluşan bu fay üzerinde literatürde ifade edilen olası depremin lokasyonu ve büyüklüğü hakkında farklı sonuçlar yer almaktadır. Çınarcık Segmenti ve Ganos Fayı'nda enerji birikiminin olduğu ifade edildiği gibi bunlara ek olarak Kumburgaz Segmenti'nin de kilitli olduğu bazı çalışmalarda ifade edilmektedir. 

Bu çalışma kapsamında Ana Marmara Fayı çevresinde yer alan ve farklı kurum ve kuruluşlar tarafından işletilen sürekli gözlem yapan ve TUTGA noktalarında gerçekleştirilen kampanya tipi GNSS ölçülerinin GAMIT/GLOBK yazılımında değerlendirilerek bölgenin güncel hız alanı elde edilmiştir. Bunun sonucunda bu bölgenin hız alanı güncellenmiş olup İstanbul'un batısında yer alan düşük nokta yoğunluğu arttırılmıştır. Elde edilen bu hız alanı kullanılarak, fayın sismik potansiyelini ortaya koymak için Sonlu Elemanlar Yöntemi ile 3 boyutlu sayısal modelleme yapılmıştır. Bu model sonucuna göre kilitli olduğu belirlenen Ganos Fayı'nda yaklaşık 21 mm/yıl, asismik krip gösteren Çınarcık Segmenti ve İzmit Fay'ı kesişiminde ise 13 mm/yıl kayma eksikliği elde edilmiştir. 

Ganos Fayında en son büyük deprem yaşanan 1912 yılından günümüze yaklaşık 2.3 m kayma eksikliği meydana gelmiştir. Çınarcık Segmenti'nde ise farklı çalışmalara göre en son büyük depremin 250 yıl veya 500 yıl önce meydana geldiği ifade edilmektedir. Buna göre bu kısımda ise sırasıyla yaklaşık 3.3 m veya 6.5 m kayma eksikliği olduğu hesaplanmıştır. Bu fayda meydana gelen depremlerin döngüsü yaklaşık 240 yıl olarak belirtilmektedir. Buna göre, Çınarcık Segmenti'nin Ganos Fayı'ndan önce kırılma olasılığının daha yüksek olduğu ifade edilebilir. Olası bir kırılma sonucunda Ganos Fayı'nda moment büyüklüğü yaklaşık 7.1, Çınarcık Segmenti'nde yaklaşık ise 7.1-7.4 arasında depremin meydana gelebileceği öngörülmektedir. Diğer segmentler ise moment büyüklüğü 6.8 civarında deprem üretme potansiyeline sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
The crust of the Earth, on which we reside, undergoes movements in measurable amounts over the years, although it may not be perceptible to human senses. These movements lead to ruptures, especially in regions with relatively weak strength compared to others. These ruptures are expressed as earthquakes and occur in various magnitudes. Due to the interaction of the African, Arabian, and Eurasian plates with the Anatolian plate moving westward at a rate of 25 mm/year in the counterclockwise direction, subduction movements occur along the Hellenic Arc. Many destructive earthquakes with a moment magnitude Mw 7 or higher result from this movement. The North Anatolian Fault, particularly, is a significant right-lateral strike-slip fault where these major earthquakes occur.

When the dates and locations of the earthquakes that occurred in the instrumental period are examined, it is observed that the earthquake migration from east to west started with the 1939 Erzincan earthquake. The last of these earthquake series resulted in two major earthquakes in 1999, with epicenters in Gölcük and Düzce. According to the principle of stress transfer, it is stated that the next earthquake will occur on the Main Marmara Fault, which passes under the Marmara Sea.

In order to estimate the magnitude and location of possible earthquakes, it is necessary to fully understand the kinematics and seismic cycle of the fault. GNSS stations around the Main Marmara Fault are located far from the fault, and when we examine the literature, the stations used have a low density in the west of Istanbul. Moreover, it has a complex structure compared to the rest of the North Anatolian Fault. Therefore in the literature, different results regarding the location and magnitude of a potential earthquake on this fault. While some studies indicate the accumulation of energy in the Çınarcık Segment, others suggest that the Kumburgaz Segment is locked.

In this study, the data from continuous GNSS stations operated by various institutions around the Main Marmara Fault and GNSS campaign stations conducted at TUTGA benchmarks were evaluated using the GAMIT/GLOBK software to obtain the updated velocity field of the region. As a result, the velocity field of this region has been updated, and the low point density west of Istanbul has been increased. Using this velocity field, 3D numerical modeling was conducted with the Finite Element Method to reveal the seismic potential of the fault. According to the model, it was determined that there is an approximate slip deficit of 21 mm/year on the Ganos Fault, and 13 mm/year on the intersection of the Çınarcık Segment and the İzmit Fault.

The last earthquake on the Ganos Fault occurred in 1912, resulting in an approximate total slip deficit of 2.3 m from that date until now. In the Çınarcık Segment region, according to various studies, the last major earthquake occurred either 250 or 500 years ago. Accordingly, there is an approximate slip deficit of 3.3 m or 6.5 m in this section, respectively. The earthquake cycle in this fault is stated to be approximately 240 years. Therefore, it can be inferred that the probability of rupture before the Ganos Fault in the Çınarcık Segment is higher. In the event of a possible rupture, an approximately moment magnitude 7.1 earthquake is predicted on the Ganos Fault, and an approximately magnitude 7.1-7.4 earthquake on the Çınarcık Segment. The other segments have the potential to produce earthquakes with a moment magnitude of around 6.8.