Marmara bölgesi için önerilen tektonik modellerin sonlu elemanlar yöntemiyle irdelenmesi
Assessment of the tectonic models proposed for the marmara region utilizing the finite element method
Yazar: EBRU ÖZTÜRK
Danışman: PROF. ERÇİN KASAPOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun doğu kesiminde egemen olan kuzey-güney yönlüsıkışma rejimi ile batı kesiminde (Ege Bölgesi'nde) egemen olan kuzey-güney yönlüçekilme rejiminin kesiştiği bölgede yer alan Marmara Denizi içerisindeki faylanmamekanizmaları oldukça karmaşık ve çözümlenmesi zor bir tektonik yapıoluşturmaktadır. Bu nedenle, Marmara Denizi içerisindeki faylanma mekanizmaları ileilgili olarak literatürde birbirinden farklı birçok sismotektonik model önerilmiştir.Marmara Denizi içerisindeki fay segmentlerinin faylanma mekanizmalarının vebunların, bu segmentler üzerinde oluşan depremlerin mekanizmaları (odakçözümlemeleri) ile ne ölçüde örtüştüğünü belirlemek ve elde edilen sonuçların bubölge için literatürde önerilen modellerle ne ölçüde uyumlu olduğunu irdelemek amacıile literatürdeki üç farklı model esas alınmıştır. Oluşturulan matematiksel (sayısal)modeller üzerinde sonlu elemanlar yöntemi uygulanarak, Marmara Denizi içerisindekifay segmentleri üzerinde oluşan gerilim ve yerdeğiştirme dağılımları ile bu faysegmentlerinin faylanma mekanizmaları ve bunların önerilen modellerle uyumuirdelenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla oluşturulan üç ayrı sonlu elemanlar modelindeMarmara Denizi içerisindeki fay segmentleri zayıf süreksizlik düzlemleri olarakiçerilmiştir. Bu süreksizlikler üzerinde çift düğüm noktaları öngörülmüş;süreksizliklerin dayanım parametrelerinin (çekilme dayanımı, makaslama dayanımıve sürtünme katsayısı) süreksizliklere komşu plakaların dayanım parametrelerindendaha düşük olduğu; modeli oluşturan tüm plakaların litosferin üst bölümünü temsilettikleri ve zamana bağlı olarak elastik davranış gösterdikleri varsayılmıştır. Ayrıca,modelin süreksizlikler dışında kalan kesimleri için `'Mohr-Coulomb'' yenilmeölçütünün doğrusal uyarlaması olan Coulomb yenilme ölçütü, süreksizlikler için ise`'çekilme dayanımına göre düzeltilmiş Coulomb-Navier'' yenilme ölçütüöngörülmüştür. Modele uygulanan sınır koşulları altında, süreksizlik düzlemleriüzerindeki çift düğüm noktalarının ?kayma? şeklindeki yerdeğişimleri ?doğrultu atımlı?;?kayma-ayrılma? şeklindeki yerdeğişimleri ise, kayma ve ayrılma vektörlerininbüyüklüklerine göre ?doğrultu atımlı? veya ?normal? faylanma olarak yorumlanmıştır.Sonlu elemanlar model çözümlemeleri sonucunda, Marmara Denizi içerisindeki faysegmentlerinin faylanma mekanizmaları ile bu segmentler üzerinde oluşmuş olandepremlerin mekanizmaları (odak çözümlemeleri) birlikte değerlendirilerek eldeedilen sonuçlar, literatürde bu bölge için önerilen üç ayrı sismotektonik modeller ilekarşılaştırıldığında, bu modeller ile büyük ölçüde uyumlu olduğu belirlenmiştir. Sonuçolarak, önerilen her üç modelin de Marmara Denizi içerisindeki faylanma ve depremmekanizmalarına önemli ölçüde ışık tuttuğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The faulting mechanisms in the Sea of Marmara which is located at the intersectionof the N-S compressive regime dominating on the eastern part of the North AnatolianFault Zone and the N-S tensile regime acting on the western part (the AegeanRegion) posses a very complex tectonic structure which is very difficult to analyze.Therefore, various seismotectonic models, which are somewhat different from eachother, were proposed in literature regarding the tectonics and the seismicity of thisregion. In this study, three different mathematical (numerical) models, based on threedifferent tectonic models proposed in literature for this region, were prepared and thestress and displacement distributions, slip vectors and the faulting mechanisms alongthe fault segments in the Sea of Marmara were analyzed utilizing the finite elementmethod. In the models, the fault segments were considered as weak discontinuitysurfaces, and therefore, the strength parameters (i.e., shear strength, tensile strengthand coefficient of friction), which are smaller than those assigned to the adjustingplates, were assigned to discontinuities. Since it represents the uppermost part of thelithosphere, rheologically elastic behaviour were assumed for the whole models. TheCoulomb failure criteria (i.e., the linear version of Mohr-Coulomb) was used for thewhole models; and the Coulomb-Navier criteria with tension cut-off was used for thediscontinuities. Double nodal points were also assigned to the discontinuities; andslips occurred between the nodal points was interpreted as `strike-slip? faulting,whereas slip and separation occurrence together was interpreted as `strike-slip? or`normal? faulting depending on whether the slip or the separation vector is greater.Faulting mechanisms determined for each fault segment were compared with thefocal mechanism solutions of the earthquakes occurred on each segment. Theresults obtained from each model were also compared with the three seismotectonicmodels proposed for the Sea of Marmara in literature. Consequently, it is concludedthat each of these proposed models sheds light on the faulting and earthquakemechanisms of the fault segments in the Sea of Marmara.