Kütahya ve çevresinde deprem ve yapay sarsıntı kayıtlarının ayrımlaştırılması ve istasyon bazlı denklem sistemlerinin oluşturulması
Discrimination of earthquake and artificial quakes records in Kütahya surroundings and determination  of station-based equation systems
Yazar: BAHAR TÜRKYILMAZ
Danışman: PROF. DR. FADİME SERTÇELİK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, Kütahya ve çevresinde doğal ve yapay kaynaklı olaylar ayırt edilerek deprem kataloglardaki tanımlamanın net olarak ortaya konulmasıdır. Çalışma kapsamında, İçişleri Bakanlığı AFAD Deprem Dairesi Başkanlığı tarafından işletilen AFYO, ANDZ, AUKIR, AUSIV, BILE, BNAZ, BYAT, DEMI, DOMA, EMET, GDZ, KURO, SGAZ, ULDT, USAK, BORA, DURS deprem kayıt istasyonları tarafından kayıt edilen lokal büyüklüğü Ml≤2,5 ve 2017-2019 yılları arasında meydana gelen 1286 adet sismik olayın düşey bileşeni kullanılmıştır. Her bir istasyon için analiz edilen olay sayısı 50 – 130 arasında değişmektedir. Ayırt etme işleminde basit yöntemlerin yanısıra Genlik Oranı yöntemi(As/Ap), Karmaşıklık- Spektral Oranı yöntemleri uygulanmıştır. Bu yöntemlerle elde edilen değişkenler için doğrusal ayrımlaştırma ve karesel ayrımlaştırma fonksiyonları (LAF-KAF) kullanılarak deprem ve patlatma etkinlikleri birbirinden ayırt edilmiştir. Ayrıca bu yöntemlere ek olarak tüm verilerin Kısa Zamanlı Fourier Dönüşümü (KZFD) ve  Güç Spektrumlarının (GS) analiziyle deprem patlatma ayrımı yapılmaya çalışılmıştır. Tüm yöntemler kullanılarak yapılan ayrım analizi sonucunda toplam 1284 adet sismik olayın 910 tanesi deprem, 374 tanesi ise patlatma olarak belirlenmiştir. Deprem kayıt istasyonlarının 15 inde   kayıt edilen verilere bütün  yöntemler uygulanmış ve istasyon bazlı ayrımlaştırma fonksiyonları hesaplanmıştır. Çalışma da en az 10 patlatma kaydetmiş istasyonlar için denklem sistemleri oluşturulmuştur. Ayrımlaştırma fonksiyonları elde edilemeyen ANDZ ve AUKIR deprem istasyonlarında ise sadece KZFD ve GS yöntemleri uygulanarak analizler yapılmıştır.  ANDZ ve AUKIR istasyonlarında ise veri sorunu nedeniyle deprem patlatma ayrımlaştırma analizi yapılması olanaksız olmuştur. Tüm yöntemlerin uygulandığı istasyonlar için olayların ilk tahmin ile kıyaslaması yapıldığında elde edilen başarı oranları, As/Ap-logS yöntemi için LAF'da %,82 ile %89, KAF'da ise %82 ile %89 arasında değişmektedir. C-Sr(Karmaşıklık) yöntemi uygulamasında ise LAF başarı oranı %79 ile %92, KAF'da ise %80 ile %92 arasında değişmektedir. KFZD yönteminde ise başarı oranı %51 ile %96 arasında değişirken,  GS yönteminde ise başarı oranı %44 ile %82 arasında değişmektedir. Genlik oranı yöntemi ve karmaşıklık yöntemleri kendi içerisinde değerlendirildiğinde genlik oranı veya karmaşıklık analizlerinin birbirine olan üstünlüğü bulunamamıştır. Sonuçlar ilk gözlem ile kıyaslandığında KAF'ın LAF'a göre daha iyi bir sınıflandırma sunduğu gözlenmiştir. Depremlerin güç spektrumlarının frekansla değişiminin, patlatmalara oranla daha az olduğu, bu azalımın patlatmalarda 6 – 7,5 Hz , depremlerde 10 Hz den sonra belirginleştiği gözlenmiştir. Ayrıca  yapay kaynaklı verilerin Kısa Zamanlı Fourier Dönüşümleri incelendiğinde,   frekans ve genlik yoğunluğunun kısa zaman aralığında,   deprem verilerinde ise   enerji yoğunluğu daha geniş zaman diliminde belirgin bir şekilde gözlenmiştir. Bu çalışma sonucunda Kütahya ve çevresi gibi özellikle sismik şebekenin yoğun olduğu, tektonik yönden aktif ve  maden, taş ocağı, yol tünel çalışmaları  vb nedenlerle yapay patlatmaların yapıldığı bölgelerde, sarsıntı kaynağının belirlenmesine yönelik birden fazla yöntem uygulanması, ayırt etme çalışmalarında başarıyı arttırdığı ve mutlaka bu ayrım işlemlerinin yapılması gerektiği, bölgeler için yapılacak olan  sismo teknonik çalışmalarında daha güvenilir verilerin kullanılması açısından büyük önem arz etmektedir.

Anahtar Kelimeler: Ayrımlaştırma Fonksiyonları, Deprem, Kütahya, Taş Ocağı Patlatması

Abstract:
The aim of this study is to distinguish between natural and artificial events in Kütahya surroundings and to provide a clear definition of the earthquake catalogs. With in the scope of the study, it is registered by AFYO, ANDZ, AUKIR, AUSIV, BILE, BNAZ, BYAT, DEMI, DOMA, EMET, GDZ, KURO, SGAZ, ULDT, USAK, BORA, DURS earthquake recording stations operated by the Ministry of Interior AFAD Earthquake Department, the vertical component of 1286 seismic events that occurred between 2017-2019 with a local magnitude of Ml≤2,5 were used. The number of events analyzed for each station ranges from 50 to 130. In the discrimination process, besides the simple methods, the Amplitude Ratio method (As / Ap), Complexity-Spectral Ratio methods were used. For the variables obtained by these methods, the earthquake and artificial quake activities were distinguished from each other by using linear and quadratic separation functions (LDF-QDF). In addition to these methods, the discrimination of earthquake and artificial quake has been tried to be made by using Short Time Fourier Transform (STFT) and Power Spectrum (PS) analysis of all data. As a result of the discrimination analysis using all methods, 910 of 1284 seismic events were determined as earthquakes and 374 as artificial quakes. All methods are applied to the data recorded in 15 of the earthquake recording stations and station-based discrimination functions are calculated. In the study, equation systems were created for stations that recorded at least 10 blasts. In earthquake stations where the discrimination functions cannot be obtained, analyzes were made by applying only STFT and PS methods. In ANDZ and AUKIR stations, it was impossible to perform earthquake and artificial quakes discrimination  analysis due to data problems. When the events are compared with the first estimation for the stations where all methods are applied, the success rates obtained vary between 82% and 89% in LDF for the As / Ap-logS method and between 82% and 89% in the QDF. In the application of the C-Sr (Complexity) method, the success rate of  LDF varies between 79% and 92%, and in QDF between 80% and 92%. The success rate in the STFT method varies between 51% and 96%, while the success rate in the PS method varies between 44% and 82%. When the amplitude ratio method and complexity methods are evaluated within themselves, the superiority of the amplitude ratio or complexity analysis has not been found. When the results are compared with the first observation, it was observed that QDF offers a better classification than LDF. It has been observed that the change of power spectrum of earthquakes with frequency is less than artificial quakes, and this reduction becomes evident after 6 – 7,5 Hz in artificial quakes and 10 Hz in earthquakes. In addition, artificial quake data when Short Time Fourier Transforms are examined while frequency and amplitude density are observed in a small time interval, it was concluded that the energy in earthquakes continues its intensity in a larger time period. As a result of this study, applying more than one method to determine the quake source in areas such as Kütahya and its surroundings where the seismic network is intense, tectonically active and artificial quakes due to mines, stone quarries, road tunnel works, etc. it is of great importance in obtaining reliable results in the studies to determine the seismo-tectonic structures of the regions where it should be done.

Keywords: Discriminant Functions, Earthquake, Kütahya, Quarry Blast