Türkiye'de 3-bileşenli kuvvetli yer hareketi ve geniş bantlı deprem kayıtlarından faylanma mekanizmalarının belirlenmesi ve sismotektonik yorumları
Determination of faulting mechanism of earthquakes using 3-component strong motion and broadband records and their seismotectonic implication
Yazar: MEHMET YILMAZER
Danışman: PROF. DR. ALİ PINAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering
Dizin: Deprem = Earthquake ; Deprem katalogları = Earthquake catalogs ; Deprem kaynağı = Earthquake source ; Fay düzlemi çözümleri = Fault plane solutions ; Gerilme analizi = Stress analysis ; Gerilme dağılımı = Stress distribution ; Odak mekanizması = Focal mechanism ; Sismik veri işleme = Seismic data processing ; Sismik veriler = Seismic data ; Sismotektonik = Seismotectonics

Özet:
Çalışmanın amacı, sayısal sismik verileri kullanarak faylanma mekanizmalarının belirlenmesi ve bulguların sismotektonik yorumlarının yapılması olarak özetlenebilir. Bu amaca uygun olarak çalışma genel anlamda üç ana aşamadan oluşturulmuştur. Bunlar işlem sırasına göre Moment Tensör Ters Çözümü, Gerilme Çözümlemesi ve Sismotektonik Yorumlama olarak sıralanmaktadır.Bu tez kapsamında geliştirilen yazılım, bir depremin yerini, büyüklüğünü ve faylanma mekanizmasını belirleme aşamasında gerekli tüm işlemleri yardımcı yazılım kullanmaksızın yapacak şekilde tasarlanmıştır. Yazılım genel anlamda SAC (Goldstein 2008) formatını kullanmasına karşın, beş ayrı formattaki ivme kayıtlarını da otomatik olarak algılama yetisine sahiptir. Geliştirilen yazılım kullanılarak bir depremin çözümlenmesi sırasında ardışık olarak yapılan işlemler sinyal kalitesinin belirlenmesi, faz okumalarının yapılması, depremin yeri (hypocenter) ve oluş zamanının belirlenmesi, depremin büyüklüğünün (MD, ML ve MS) belirlenmesi ve Moment Tensör Ters Çözüm yöntemi ile mekanizma çözümlemesinin yapılması şeklinde sıralanır.Programın ana işlevlerine ek olarak Suetsuge (1998) tarafından geliştirilen ilk hareket yönlerinden faylanma mekanizması çözümü yapan algoritma yazılımla bütünleştirilmiştir. Bu yolla yapılacak mekanizma çözümlerinde, kullanıcı kendi oluşturacağı odağı terk ediş açısı (take-of angle) tablolarını kullanabileceği gibi, yer belirleme sırasında hesaplanan terk ediş açılarını doğrudan kullanarak çözüm yapabilecektir.Faylanma mekanizmalarını belirlemek amacıyla geliştirilen yazılım, gerek hız gerekse ivme kayıtlarını aynı anda kullanarak moment tensör ters çözüm (MTI) yapabilmektedir. Yazılımın farklı kişilerce çok sayıda veri üzerinde denemeleri yapılmış ve çözümlerin güvenilirliği konusundaki kuşkular en aza indirilmiştir. Testler sırasında Harvard tarafından çözümlemesi yapılan onlarca deprem geliştirilen yazılımla çözülmüş ve sonuçların genelde uyumlu olduğu gözlenmiştir. Uygulamalarda kullanılan 3 bileşen geniş bant sayısal veri setlerinin tamamı Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (KRDAE) Ulusal Deprem İzleme Merkezi (UDİM) sayısal veri arşivlerinden, 3 bileşen kuvvetli yer hareketlerine ilişkin sayısal veri setleri ise Bayındırlık ve İskan Bakanlığı Deprem Araştırma Dairesi (DAD) arşivlerinden alınmıştır. Çözümlemesi yapılan depremlerin büyük bir çoğunluğu, Türkiye'de geniş bantlı sayısal kayıtçıların yoğun olarak kullanılmaya başlandığı 2004 yılı ve sonrasında kaydedilen sayısal verilerden oluşmaktadır ve taban büyüklük M?3.5 olarak seçilmiştir. Çözümlemesi yapılan depremlerin gerilme analizi yapılması tasarlanan bölgelerde yer almasına özen gösterilmiştir.Yapılan çözümler sırasında büyüklüğü M?4 olan depremler ve kaynağa yakın istasyonlar için frekans aralığının göreceli olarak yüksek tutulmasının daha iyi sonuç verdiği gözlenmiştir.Çalışma kapsamında yaklaşık 600 depremin MTI yöntemi ile çözümlemesi yapılmış ve bu çözümler kataloglarda var olan çözümlerle birleştirilerek 18 ayrı bölgede gerilme analizi yapılmıştır. Analiz sonucunda elde edilen bölgesel gerilme eksenleri haritalanarak tektonikle ilişkisi araştırılmıştır. Bu bağlamda, Türkiye genelinde 18 ayrı bölge için elde edilen stres tensör bileşenlerinden en büyük asal gerilme ekseni ?1 ve en küçük asal gerilme ekseni ?3'ün uzaysal dağılımı GPS vektörleriyle karşılaştırılmıştır. Buna göre, Güneybatı Anadolu'da tektonik çekme kuvvetlerinin etkin olduğu bölgelerde ?3 ekseni GPS vektörleriyle paralellik göstermektedir. Buna karşın, Doğu Anadolu sıkışma bölgelerinde ?1 ekseni GPS vektörlerine paralel olduğu gözlenmiştir. Anadolu ve Ege bölgesinde tektonik çekme kuvvetlerinin başlıca kaynağı Afrika levhasının Helen ve Kıbrıs yayları boyunca oluşturduğu yitim zonu ve tektonik sıkışma kuvvetlerinin kaynağı ise Arap levhasının kuzey ucunda meydana gelen kıta-kıta çarpışması olduğu bilinmektedir. Bu bilinenlerin ışığı altında, elde edilen sonuçlar genelde, Doğu Akdeniz ve Anadolu için varsayılan tektonikle uyum içerisindedir. Ancak, Adana-Hatay ve Doğu Anadolu Fayının yer aldığı kesimlerde elde edilen gerilme analizi sonuçları bu bölgelerin Arap levhasının yanı sıra büyük oranda Afrika levhasının da etkisinde olduğunu çağrıştırmaktadır.

Abstract:
The objective of the thesis can be briefly outlined as derivation of the focal mechanisms using digital seismic data and their seismotectonic implications. The objective is realized in three steps, namely, Moment Tensor Inversion, Stress Tensor Inversion and Seismotectonic Implications.The algorithm developed here locates the earthquake, estimates its size and derives a focal mechanism without need for any extra software. Besides the general SAC (Goldstein, 2008) format the software recognizes automatically five different formats of strong motion data. The sequential data processing includes estimation of the signal quality, automatic seismic phase reading, estimation of the origin time and its location, estimation of its size (MD, ML and MS) and estimation of a fault plane solution through moment tensor inversion.In addition, the software includes a program developed by Suetsuge (1998) to estimate the fault plane solution of earthquakes using first motion polarity data. The users can construct their own take-off angle tables to be used for the focal mechanism estimations or can use directly the take-off angles calculated during earthquake location process.The software to retrieve the focal mechanisms of earthquakes through moment tensor inversion (MTI) method uses both velocity and strong motion records. This software has been under test and has been utilized by many researches thus the ambiguities on the results were significantly reduced. Meanwhile, tens of solutions obtained by the Harvard group where compared with the ones we obtained and the result was a satisfactory. The 3-component broadband data used in the applications are retrieved from the digital data archive of Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute (KOERI) National Earthquake Monitoring Center (NEMC) while the 3-componet strong motion data were retrieved from the data archive of Earthquake Research Departement (ERD) of the Ministry of Public Works and Settlement. Most of the events we analyzed belongs to the period starting from 2004 because the density of the instruments increased considerably since then and the threshold magnitude was Mw=3.5. Special care was taken for the events taking part in the regions where we planned to derive stress tensors.The results show that the frequency band including higher frequncies yield better results for the M<4 events recorded at stations closer to the epicenter.In total, we obtained solutions for approximately 600 earthquakes using the MTI method and combining these solutions with the ones given at different catalogues forms a data set that we used to estimate the stress tensors acting at 18 different regions. The results of this analysis were mapped to show the orientations of the maximum and minimum principal stress directions so as to reveal the spatial stress pattern to be used for tectonic implications of the focal mechanisms. In this respect, the spatial distribution of the maximum principal stress axis ?1 and the minimum principal stress axis ?3 are displayed along with the GPS vectors. This illustration indicates that in SW Turkey where the tensile forces dominate the tectonics, the ?3 axes are parallel to the GPS vectors. On the contrary, in Eastern Turkey where compression is dominant, the ?1 axes are parallel to the GPS vectors. It is well known that the causative for the tensile forces in Western Anatolia and Aegean regions is the subduction process along the Hellenic and Cyprus arcs while the compressive forces are generated by the collision process at the tip of the Arabian plate. Considering these facts, our results are mainly a confirmation of what is known but the orientations of the principal stress axes for the Adana-Hatay and East Anatolian fault zone suggest that these regions are influenced mainly from the motion of African plate rather than the Arabian plate.