Mikrobölgeleme çalışmalarında yer tepkisi ve kayma dalga hız (Vs) yapısının yorumlanması: Eskişehir örneği
Interpretation of ground response and shear-wave velocity (Vs) structure in microzonation studies: A case study in Eskişehir
Yazar: MUAMMER TÜN
Danışman: PROF. DR. ASIM OĞUZ ÖZEL ; PROF. DR. YÜCEL GÜNEY
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering
Dizin: Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Jeofizik = Geophysics ; Jeofizik araştırmaları = Geophysic researches ; Mühendislik jeofiziği = Engineering geophysics

Özet:
Ülkemizde ve dünyada meydana gelen depremler, birçok mühendislik yapısının farklı nedenlerden dolayı hasar görmesine veya tamamen çökmesine neden olmaktadır. Özellikle rezonans etkisi ve odaklanma etkisi nedeniyle, yerleşim alanları kuvvetli ve uzun süreli sismik sarsıntıların etkisinde kalmaktadır. 

Çalışma alanı olarak seçilen Eskişehir kent merkezinde, 20 Şubat 1956?da, 6.4 büyüklüğünde, meydana gelen depremde 2819 yapı hasar görmüştür. 17 Ağustos 1999 Kocaeli (Mw:7.4) depreminde, Eskişehir kent merkezinde 86 kişi hayatını kaybetmiş ve 95 kişi yaralanmıştır. 70 konut-işyeri ağır hasar görmüş, 1 bina deprem anında, 4 bina depremden sonra yıkılmıştır. Eskişehir kent merkezine yaklaşık uzaklığı 130 km olan 1999 Kocaeli depreminin bu ölçüde hasar meydana getirme nedeni halen araştırılmakta olan bir konudur. Bu hasarların en önemli nedenlerinden biri yerel zemin etkisi (Site Effect)?dir. Bu çalışmanın amacı, bu etkiyi jeofizik yöntemler kullanarak belirlemektir.

Yerel zemin etkisini belirlemede kullanılan parametrelerden en önemlileri; yerin kayma dalga hızı (Vs), sediman kalınlığı (h) ve zemin hakim titreşim frekansı (f)?dır. Yüzeye yakın S dalga hız yapısı, Rayleigh dalgalarından türetilen dispersiyon eğrilerinden ters çözüm yolu ile hesaplanabilmektedir. Bu çalışma kapsamında, diğer yöntemlere göre daha pratik, tahribatsız, hızlı ve ekonomik avantajlar sağlayan, tek istasyon ve dizilim mikrotremor ölçüm yöntemleri uygulanmıştır. Mikrotremor kayıtları, basit veri işlem ve analiz özelliklerinden dolayı mikrobölgeleme çalışmalarında da çok kullanışlı bir veri kaynağıdır. H/V spektral oran ve Uzaysal Özilişki (SPAC) yöntemleri kullanılarak, hakim frekans (f), anakaya derinliği (h) ve kayma dalga hız (Vs) yapısı belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, patlatmalı enerji kaynağı kullanılarak yapılan 96 kanallı sismik yansıma verileriyle karşılaştırılmıştır. Çalışma alanında daha önceden yapılan derin sondaj ve sığ sondaj verilerinden de yararlanılarak, iki tabakalı yer yapısı için (anakaya derinliği ?h1?, yumuşak zemin tabakası ?h2?), sediman kalınlığı (h) - zemin hakim frekansı (f)  arasındaki ilişkileri tanımlayan, iki ayrı bağıntı geliştirilmiştir. 

Çalışma alanının kuzeyinde Triyas yaşlı metamorfik kayaçlar, güneyinde ise daha çok Pliyosen, Miyosen ve Eosen yaşlı sedimanter kayaçlar yüzeylenmektedir. Eskişehir Ovası?nın üst seviyesini ise Kuvaterner yaşlı birimler oluşturmaktadır. Bu çalışmada toplanan tek istasyon mikrotremor (H/V) ölçüm sonuçları irdelenmiş ve toplanan bu veriler kullanılarak çalışma alanı için ?Zemin Hakim Frekans Haritası? hazırlanmıştır. Hazırlanan bu harita bölgenin jeoloji haritası ile karşılaştırılmış ve yüksek frekans değerlerinin gözlendiği alanların anakayanın yüzeylendiği alanlara karşılık geldiği görülmüştür. H/V oran eğrilerindeki 1. Pikler çalışma alanının kuzeyinde yüzeylenen Triyas yaşlı kayaçlar ile ilişkilendirilirken 2. Pikler Porsuk Nehri ve Sarısu Çayı?nın getirdiği sedimanlardan oluşan Kuvaterner yaşlı yeni alüvyon birimiyle ilişkilendirilmiştir. Ölçülen frekans değerleri ve Vs yapılarının, jeolojik yapı ile uyumu denetlenmiştir.

Abstract:
Earthquakes in our country and in the world cause damage and collapse of engineering structures due to several reasons. Settlement areas are under the effect of strong and long-duration seismic vibrations due to resonance and focusing effects.

Eskişehir city-center is chosen as the study area where an earthquake of 6.4 magnitude happened on February, 20 1956 damaged 2819 constructions. During the August, 17 1999 Kocaeli Earthquake, 86 lives were lost, and 95 injuries occurred in the Eskisehir city-center. 70 residences-enterprises were heavily damaged, 1 building during the earthquake, 4 buildings following the earthquake were collapsed. The reason of the extensive damage caused by the 1999 Kocaeli Earthquake 130 km far from Eskişehir is still under investigation. The main reason of those damages is local site-effects. The aim of this study is to determine the effect by using of geophysical methods.

The most important parameters to determine local soil effects are the shear-wave velocity (Vs), sediment tickness (h), and dominant frequency (f). Subsurface S wave velocity model may be computed from the inversion dispersion curves derived from Rayleigh waves. In this study, single/multiple station microtremor measurement methods which are more practical, non-distructive, fast and economical compared to other methods were implemented. These methods using microtremor recordings have become a very useful data for microzonation studies because of their simple acquisition and analysis. Dominant frequency (f), bed-rock depth (h) and shear-wave velocity (Vs) were determined from H/V spectral ratio and Spatial Autocorrelation (SPAC) methods. The results obtained were compared to the 96-channel seismic reflection data with explosive energy source. Two separate formulae, defining the relation between sediment thickness (h) and dominent frequency (f) for two layered structure (bed-rock depth `h1?, soft soil layer `h2?), were developed based on the data obtained from shallow- and deep-drill data. 

Trias metamorphic rocks on the north, and Pliocene, Miocene, Eocene sedimentary rocks on the south of the study area outcrop. Quaternary age of units constitute the upper-level of the Eskişehir valley. In this study, single station microtremor (H/V) measurement results, which were collected by university, are analyzed and with the help of these data, a complete fundamental frequency map has been prepared for the study area. This map was compared with a regional geological map and the higher frequency area indicated that is near to the surface of bedrock. First-pick on the H/V spectral ratio curve is related to the Trias rock outcrops at the north of the study area, second-pick on the H/V spectral ratio curve is related to the Quaternary new aluvium deposited by the Porsuk River and Sarısu Creek. The compliance between measured frequency values and Vs models versus geological structure were investigated.