Orta Marmara fayının kinematiğinin GPS ölçmeleriyle izlenmesi
Observation of Central Marmara fault kinematics with GPS
Yazar: İSMAİL KARA
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HAKAN YAVAŞOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
İnsan için en değerli varlığı canıdır. Var olduğu günden beri, bu en değerli varlığını korumak için savaşmış, gerek içgüdüsel, gerekse mantık çerçevesinde birçok savunma mekanizması geliştirmiştir. Yaptığı bu savaşlar kimi zaman kendi ırkı ile, kimi zaman açlık ve yoklukla, kimi zaman hastalıklarla, kimi zaman da doğayla olmuştur. Açlık ve yokluğu üreterek, kendi ırkı ile olan savaşları anlaşmalar yaparak bertaraf edebilen insanoğlu, doğa ile ne anlaşabilmiş ne de onun ne zaman saldıracağını tam olarak kestirebilmiştir. Bu yüzden de deprem başta olmak üzere can ve mal kaybına neden olan tüm doğa olayları ve bunların bilinmezlikleri merak edilmiş ve araştırılmıştır. Günümüze kadar gelen süreçte insan ırkı, teknolojinin de gelişimine paralel olarak depremlerle ilgili yeni teoriler ortaya atmış, kuramlar üretmiş, problemleri tanımlamaya çalışmış ve çözümler üreterek savunma mekanizmasını güncellemiştir ve güncellemeye de devam etmektedir.
Bu bağlamda ilk olarak 1912 yılında kıtaların kayma teorisi ile levhaların birbirine göre yavaş, fakat sürekli hareket ettiği fikri ortaya atılmış, daha sonra 1970'li yıllarda ise levha tektoniği kuramı ile de bu hareketlerin yeryüzünde meydana getirdiği olayların başında deprem geldiği gerçeği kanıtlanmıştır. Peki bu hareketleri izlemek ve hareketin neden olduğu gerilme birikmelerini göstermek mümkün müydü? İlk olarak 1906 yılında San Andreas fayı üzerinde yapılan yersel ölçmeler sayesinde, bu birikimlerin jeodezik yöntemlerle ortaya konulabileceğinin mümkün olduğu görülmüştür. Zaman içerisinde gelişen uzay teknolojisi ile birlikte yersel jeodezik teknikler yerini uydu jeodezisi tekniklerine bırakmıştır. Bunlardan VLBI (Very Long Baseline Interferometry) ve SLR (Satellite Laser Ranging) daha çok büyük ölçekli yerkabuğu hareketlerinin, yerin dönme ve çekim parametrelerinin belirlenmesinde kullanılırken, levha hareketlerinin incelenmesinde zaman, mekan ve hava koşullarından bağımsız olarak ölçme yapabilen, az maliyetli ve lojistik açıdan son derece kullanışlı olan GPS (Global Positioning System) optimum çözüm olmuştur.
1960'larda temelleri atılan GPS, ilk başta ABD Savunma Bakanlığı tarafından askeri amaçlı kullanılmakta, sivil bir karşılığı bulunmamaktaydı. 1980'lerin sonunda sivil kullanıma açılması ile birlikte hem bu teknolojinin gelişmesi hızlanmış, hem de levha hareketleri başta olmak üzere jeodinamik tüm mühendislik çalışmalarının vazgeçilmezi olmuştur.
Tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de depremle olan savaşın kazanılması, yıkıcı etkilerinin azaltılıp, öngörülebilirliğinin arttırılması elzemdir. Özellikle yurdumuzun en aktif deprem kuşağı olan Akdeniz-Himalaya kuşağında yer alması, tektoniğini oluşturan  Kuzey Anadolu Fayı ve Doğu Anadolu Fayı'nın aktif faylar olduğu gerçeği göz önüne alındığında, yapılmış, yapılmakta ve yapılacak olan her çalışmanın önemi son derece büyüktür. 1939 yılında büyüklüğü 8,0 olan Erzincan, 1999 yılında büyüklüğü 7,4 olan Gölcük ve yine aynı yıl büyüklüğü 7,2 olan Düzce gibi üç büyük yıkıcı deprem üreten KAF, birçok can ve mal kaybına neden olmuş, hasarın maddi ve psikolojik onarımı yıllar sürmüştür. KAF doğuda sırasıyla Varto, Bingöl, Karlıova, Erzincan, Suşehri, Reşadiye, Niksar, Erbaa, Ladik, Havza, Kâmil, Kargı, İsmetpaşa İstasyonu, Gerede, Bolu bölgelerinden geçmekte ve Bayırlı ile Havza arasında Ilgaz Dağlarını kesmektedir. Daha sonra batıda Soğanlı Vadileri, Abant ve Mudurnu çayı boyunca ilerleyen KAF, bu bölgede daha sonra Kuzey Kol ve Güney Kol olmak üzere iki farklı ana güzergaha ayrılır. Güney ana kol, Geyve'den başlayıp, Mekece'den geçerek İznik'e uzanmakta ve buradan Bandırma'ya doğru ilerleyip, burayı da geçtikten sonra, Biga yarımadasını izleyerek Ege denizine yönelmektedir. Kuzey ana kol, İzmit-Adapazarı koridorundan başlayarak Marmara denizini kat edip Ganos fayı ile birleşerek Saros körfezine ulaşmaktadır. Bu güzergah üzerinde KAF, dünyanın en kalabalık şehirlerinden birisi olan İstanbul'u, Orta Marmara Segmenti vasıtasıyla tehdit etmekte, adalar segmentinin ise elastik deformasyon ürettiği bilinmektedir. Bu bölgede biriken gerilimin belirlenmesi, Türkiye açısından çok büyük önem arz etmekte, yapılan her çalışma depremle olan savaşı kazanmada yapılan bir hamle görevi görmektedir.
Bu çalışmada, İTÜ Geomatik Mühendisliği Bölümü liderliğinde, Strasbourg ve Hitit Üniversitelerinin de katkılarıyla 7 adet sürekli GPS istasyonu tesis edilmiş, 8 Ağustos 2017 ve 15 Şubat 2018 tarihleri arasındaki veriler değerlendirmeye alınmıştır. Bunun yanı sıra 19 adet IGS (International GPS Service), 17 adet CORS-TR (Continiously Operating Reference Station), 10 adet ISKI (İstanbul Su Ve Kanalizasyon İdaresi) ve 4 adet de DOHAD (Doğa Hareketleri Araştırma Derneği) sürekli istasyonundan da aynı tarihler arasındaki veriler değerlendirmeye dahil edilmiştir. Tüm bu veriler GAMIT/GLOBK yazılımı ile değerlendirilmiş ve ITRF (International Terrestrial Reference Frame) sisteminde koordinat ve hız bilgileri elde edilmiştir. Böylece Orta Marmara Segmentinin kinematiğinin, daha önceki çalışmalarda da belirtildiği gibi, sürekli istasyonlarla izlenmesi amaçlanmıştır.

Abstract:
Life is the most precious asset for man. Since the day he existed, he has developed many defensive mechanisms, both instinctual and logical, that have fought to preserve this most precious asset. These fights he has made are sometimes with his own race, sometimes with hunger and absence, sometimes with diseases, and sometimes with nature. Man can deal with hunger and poverty by producing, wars with his own race by making agreement, but can not agree with nature or imagine precisely when it will attack. Therefore, all natural phenomena and their unknowns causing the loss of life and property, especially the earthquake, were wondered and investigated. In the process up to now, human being has developed new theories about earthquakes, produced hypothesis, tried to identify the problems and updated the defense mechanism by producing solutions and updating them in parallel with the development of technology. 
In this context, firstly in 1912, the idea that the plates were moving slowly but constantly with the "Slippery of the Titans" was put forward, and then with "Plate Tectonics Theory" in the 1970s, the fact that these movements caused earthquakes. It is possible to observe these movements and demonstrate the accumulation of strains caused by movement. Firstly, thanks to terrestrial measurements made on the San Andreas fault in 1906, it was possible that these deposits could be put forward by geodetic methods. With the development of technology, terrestrial geodesy techniques has left its place to satellite geodesy techniques. Very Long Baseline Interferometry (VLBI) and Satellite Laser Ranging (SLR) methods are mostly needed to determine the rotation and gravity parameters of earth, ocean loading displacements and large-scale plate movements. The complex structure of VLBI (Very Long Baseline Interferometry) and SLR (Satellite Laser Ranging) techniques makes the  use of GPS technology, a relatively simpler system more convenient. GPS (Global Positioning System) which is very useful in terms of logistics, low cost and able to measure everywhere and every kind of weather conditions 24 hours, can eleminate the personal errors and most importantly a system in which any point position on the Earth can be determined instantaneously in review of plate movements has been the optimum solution.
GPS which was based in 1960s was only used by the US Department of Defense for military purposes, and there was no civilian casualty. By the end of the 1980s, with the opening of civilian use, the development of this technology was accelerated and geodynamic engineering activities such as plate movements became indispensable. While military uses of the system are land, sea and air navigation, search-and-rescue, targeting, the civil uses are; geodetic and geodynamic measurements, cadastral measurements, kinematic GPS supported photogrammetric studies, vehicle tracking systems, development of Geographic Information System databases, hydrographic measurements. There are some random and systematic errors that affect the results obtained by various reasons during GPS measurements and these errors and deviations are being tried to be corrected during the evaluation. These are; satellite ephemeris errors which can be corrected by using precise orbital information, satellite-receiver time errors which can be corrected by double differences method, atmospheric faults which can be eliminated by using various models, multipath, which observing satellites at a certain elevation angle reduces the reflection effect.
Just as it is in the whole world, the victory of the war with earthquake in our country is to be won, to reduce the destructive effects and increase the predictability. Especially considering the fact that our country is located on the Mediterranean-Himalayan belt, which is the most active earthquake belt, and that there are active faults  NAF (North Anatolian Fault) and DAF (Eastern Anatolian Fault) that make up its tectonics, every research done is extremely important. The Anatolian Plate, which is on our country, is surrounded by the Eurasian Plate in the north, the African and Arabian Plates in the south, the Eastern Anatolia Blossom in the east and the Aegean Block in the west. The three major catastrophic earthquakes such as Erzincan, (Mw = 8), in 1939 Gölcük, (Mw=7.4)in 1999, and Düzce, (Mw=7.2) in the same year , caused many lives and property damage. The material and psychological repair of the damage lasted many years. KAF passes through the regions of Varto, Bingöl, Karlıova, Erzincan, Susehri, Reşadiye, Niksar, Erbaa, Ladik, Havza, Kamil, Kargı, İsmetpaşa Station, Gerede and Bolu in the east and cut Ilgaz Mountains between Bayırlı and Havza respectively. Later on in the west, along the Soğanlı Vadileri, Abant and Mudurnu streams, the NAF is divided into two main arteries: North and South. The arm extending to the south runs through Geyve-Mekece-Iznik, where it continues to Bandırma and then continues to the Aegean Sea following the Biga peninsula. Starting from the İzmit-Adapazarı corridor, the northern branch folds the Sea of Marmara and merges with the Ganos fault to reach Saros Gulf. On this route, the NAF threatens Istanbul, one of the most crowded cities in the world with over 15 million population, through the Central Marmara Segment, whereas the Prince Islands segment produces elastic deformation. Determination of the strain accumulated in this region the utmost importance for Turkey, sees a move made in the task of winning the war, which made each work with earthquake.
In this study, seven continuously monitored GPS stations were installed with the contributions of Strasbourg and Hitit Universities under the leadership of ITU Geomatics Engineering Department, and the evaluation was taken between 8 August 2017 and 15 February 2018. In addition, 19 stations from IGS (International GPS Service) network, to increase the accuracy of the data evaluation process, 17 stations from CORS-TR (Continiously Operating Reference Station) network, 10 satations from ISKI-UKBS (Istanbul Water and Sewerage Administration) network and 4 stations from DOHAD (Nature Movement Research Association) network were included in the evaluation. All these datas were evaluated with GAMIT / GLOBK software after converting datas to RINEX (Receiver Independent Exchange Format). GAMIT module helps to determine atmospheric parameters, zenit delays, station coordinates, satellite and receiver clock errors. Then for all stations daily and yearly repeatabilities were produced. After this by using GLOBK, coordinate and speed information was obtained in ITRF (International Terrestrial Reference Frame) system. Thus, the kinematics of the Central Marmara Segment are intended to be monitored by continuous stations, as mentioned in previous studies.