Kilikya bölgesinin güncel sismisitesi ve sismotektoniği
Present day seismicity and seismotectonic of the cilicia basin
Yazar: MEHMET ERGİN
Danışman: PROF.DR. HALUK GYİDOĞAN ; PROF.DR. MUSTAFA AKTAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 1999
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Akdeniz bölgesi = Mediterranean region ; Gerilme tensörleri = Stress tensors ; Kilikya = Cilicia ; Sismotektonik = Seismotectonics

Özet:
KİLİKYA BÖLGESİNİN GÜNCEL SİSMİSİTESİ VE SİSMOTEKTONİĞİ ÖZET Kilikya bölgesi tektonik anlamda ülkemizin en karmaşık ve önemli yapılarını içeren bir bölgede yeralmaktadır. Akdenizin kuzeydoğusunda yer alan bu bölgenin sismotektoniğinin temelini Afrika, Arabistan ve Anadolu levhalarının birbirlerine yakınsaması oluşturmaktadır. Bu bölge güncel tektonik açısından doğusunda çarpışma, batısında yakınsamadan oluşan farklı iki rejimi bir arada içerdiğinden, bu iki rejim arasındaki levhaların hareketi, başlıca D AF ve ÖDF gibi iki ana fayla kontrol edilmekte ve bu üç levhanın oluşturduğu üçlü kavşak çerçevesinde gelişen karmaşık bir kinematik sürecin etkisinde şekillenmektedir. Bu nedenle hem Anadolu levhasının iç deformasyonlanna ait, hem de Afrika, Arabistan ve Anadolu levhalarının bir araya geldiği üçlü kavşak çevresinde, levha sınırları boyunca gelişmiş çok sayıda neotektonik yapı ve aktif fay sistemleri bulunmaktadır. Karmaşık yapıya sahip bu bölgedeki temel tektonik unsurlarla ilgili bir takım kesinlik kazanmamış görüşlere, güncel teknolojiye dayalı gözlenmiş sismolojik veri kullanarak açıklık getirmek, bu çalışmanın ana hedefi olmuştur. Bu amaçla TÜBİTAK-MAM Yer Bilimleri Araştırma Enstitüsü tarafından bu bölgede 1993 yılından başlayarak sayısal sismik ağ kurulmuş ve işletilmeye başlanmıştır. Bugün sayısı 22 adete ulaşmış olan bu istasyonlardan 1998 Haziran ayına kadar toplanmış olan 5858 adet veri ile bu anlamda mikrodeprem analizi yapılarak, bölgenin simotektonik yapısının aydınlatılmasına katkı sağlanmıştır. 4 yıllık gözlem süresinde, bu bölge içinde olmuş olan tüm depremler gözden geçirilerek en güvenilir olanlar ayıklanmış, yerel depremlerden oluşan sayısal bir veri tabanı oluşturulmuştur. Tez çalışmasının yapıldığı sırada 27 Haziran 1998 Adana depremi meydana gelmiştir. Bu depremin hemen ardından bu bölgeye 5 tane daha geçici istasyon kurularak, 3 aylık dönem boyunca artçı sarsıntılar izlenmiştir. Ana ve artçı şoklarla ilgili sonuçlar bu çalışmalara ek olarak ele alınmış olup bu konu ile ilgili hazırlanmış olan makale ek bölümünde verilmektedir. Adana depreminin, anaşok ve artçı depremleri ile ilgili varılan sonuçlar, bu yöre için elde edilmiş olan bulguları desteklemek ve ayrıntılı bilgi eklemek açısından önemli bir katkı sağlamıştır. Daha önce, bu bölge için, sismolojik amaçlara yönelik ayrıntılı bir kabuk hız yapısı çalışması yapılmamış olmasından dolayı, deprem hiposantırlannm sağlıklı olarak belirlenebilmesi için hız yapısının en doğru olarak ortaya çıkarılması önemli bir ihtiyaç olarak ortaya çıkmaktadır. Bu temel soruna yönelik, öncelikle bölgeyi temsil eden bir kabuk hız modelini bulmak için çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada, yerel depremlere ait hiposantır ve hız modeli çözümü problemi birlikte ele alınmıştır. Depremlerin ilk vanş P dalgası vanş zamanlan kullanılarak hiposantır ve hız modeli için, en uygun modeli saptayana kadar eş zamanlı ters çözüm işlemleri yapılmıştır. Bu amaçla VELEST algoritması kullanılmıştır. Yapılan 149 iterasyon sonucunda bu bölgeyi en iyi temsil eden bir boyutlu hız modeli saptanmıştır. Sismik ağın büyüklüğüne bağlı olarak, bu kadar geniş bir alan içerisinde ayn tektonik rejim viiiyapılarını yansıtan yerel farklılılann varolma gerçeği kaçınılmazdır. Bu nedenle, her istasyon altındaki yerel yapı farklılıklarını temsil etmek ve bunların hiposantır çözümlerindeki etkisini ortadan kaldırmak amacıyla, istasyon rezidüel düzeltmesi yöntemi uygulanmıştur. Her istasyon için bulunan düzeltme değerleriyle bu farklılaşmadan doğan etkiler ortadan kaldırılmaya çalışılarak en güvenilir hiposantır çözümleri elde edilmiştir. Eldeki verilerin ve bilgilerin ışığı altında bu sorun en iyi şekilde çözülmeye çalışılmıştır. Bölge için en uygun hız modeli ve istasyon düzeltme değerleri saptandıktan sonra 1993-1998 yıllan arasında toplanmış olan deprem verilerinden oluşturulan veri seti ile hiposantır çözümleri yapılmış ve bölgenin genel sismisitesi ortaya çıkarılmışta. Elde edilen sismisite görüntüsü bölgenin aktif olduğunu göstermektedir. Bu depremlerin magnitüd büyüklükleri 1.5-5 arasında değişmektedir. Tüm ağa ait tamlık seviyesinin, 8 magnitüd alt değeri 2.5 olarak belirlenmiştir. İzleme dönemi boyunca bu bölgede 7 tane 4.5 magnitüdün üzerinde deprem meydana gelmiştir ve bunlardan en büyüğü 27 Haziran 1998 Adana depremi (Mb=6.2) olmuştur. Sismik aktivitenin büyük bir kısmının ağın ortasında, Kurtkulağı ve Aslantaş arasında yoğunlaştığı ve daha az yoğunlukta bir aktivitenin de Antakya civarında olduğu gözlenmiştir. Son dönemlerde ağın doğusuna Kahramanmaraş ve güneyine Antakya civarlarına yerleştirilen istasyonlarla buradaki deprem aktivitesinde artış izlenmeye başlanmıştır Bu çalışmada ortaya çıkan önemli sonuçlardan biri de, Adana ana ve artçı şoklarının yeraldığı bölgede, tüm izleme dönemi boyunca hiç bir deprem izine rastlanmamış ve burasının suskun bir devre geçirdiği gözlenmiştir. Adana anaşokuna kadar olan dönemde depremlerin derinlik kesitleri incelendiğinde deprem derinliklerinin genelde 20 km' den daha sığ derinlikte yer aldıkları ortaya çıkmıştır. Bunun yanmda, derinliği en fazla olan depremler Kurtkulağı civarında gözlenmiştir. Bu civarda olan 30.01.1994 Kurtkulağı depremi 32 km, Adana anaşok ve en büyük artçı şok ise 32 ve 36 km derinliklerde meydana gelmiştir. Adana anaşokuna ait artçı depremler de 15-30 km derinlikler arasmda oluşmuş ve daha yüzeyde deprem izine rastlanmamıştır. Gerek Kurtkulağı civarındaki depremlerin, gerekse Adana ana ve artçı şoklarının, bu bölgede diğer bölgelere oranla daha derinlerde dağılım göstermeleri, bu bölgede kalın bir kabuk varlığına işaret etmektedir. Adana artçı şoklarının derinlerde yer alması ile, alt kabukta önemli bir sismojenik zonun varlığı ve sığ depremlerin gözlenmemesinden dolayı da, alt ve üst kabuğun birbirlerinden bağımsız olarak (decoupled) davranabileceği, bu çalışmada varılan ilginç sonuçlardan birisidir. Anaşokun derinliği ve büyüklüğü ve artçıların dağılımı, yırtılmanın alt kabukta başlayarak yayıldığını ve 20 km' den daha sığ zonlara ulaşmadığını göstermektedir. Bölgedeki aktif faylanmalannm türlerini ve levha sınırlan boyunca hareketlerinin doğrultusu hakkında bilgi edinmek amacıyle depremlerin tekil fay düzlemi çözümleri hesaplanmıştır. Bölge içinde meydana gelmiş olan, yeterli sayıda ve sağlıklı olarak saptanabilmiş P dalgalannın ilk vanş hareket yönleri kullanılarak, 1 16 tane depremin tekil fay düzlemi çözümleri hesaplanmıştır. Fay düzlemi sonuçlan bu depremlerin bölgedeki konum ve yoğunluklanna göre bölgelere aynlarak incelenmiştir. Tüm çözümlere genel bir bakış açısından, çözümlerin büyük çoğunluğu, baskın olarak yanal atımlı, çok az olmamakla birlikte normal ve az sayıda da ters faylanmah depremler olarak ortaya çıkmaktadır. Büyük ölçüde birbirleriyle tutarlı bir şekilde 40-60 ° lik KD-GB doğrultulanna sahip bu tür faylanmalar, çoğunlukla Yumurtalık- Karataş fayı boyunca yer almaktadır. Ana trendleri Doğu Anadolu Fay zonuna ixparalel gelişen bu faylanmalar, yerel olarak küçük değişimler gösterse de, genel olarak sol yanal atım özellikler taşımaktadır. Bu depremlerin büyük çoğunluğunun, derinlerde dağılım göstermeleri ve yanal atımlı özellik göstermelerine bağlı olarak, benzer doğrultudaki ana fayın yüzeyi üzerinde yoğunlaştıkları ve dolayısıyla kıtakenan (Interplate) özelliği taşıdıkları söylenebilir. Aslantaş-Berke civarında olmuş depremler ise, kıtaiçi (intraplate) özellik taşıyan, sığ derinlikli normal fay düzlemi çözümü veren, daha çok iç deformasyona maruz kalmış olayları temsil etmektedir. İskenderun körfezi içinde meydana gelmiş olan çok az sayıdaki depremlerin, fay düzlemi çözümlerinin doğrultulan ve sol yanal atımlı fay özellikleri ile DAFZ'na uygun olma ihtimali ortaya çıkmaktadır. Antakya bölgesinde 5.7 ve 5.3 magnitüd büyükluklerindeki 22.01.1997 tarihinde meydana gelmiş olan depremlerinin fay düzlemi çözümleri birbirlerine benzer şekilde 55-60° KD-GB doğrultum sol yanal atım vermektedir. Bu yönleri ile Antakya Harbiye Fay Zonu'nun özelliklerini taşımaktadırlar. Bu civarda olmuş diğer depremler de benzer özellikleri ile bu fay zonu üzerinde meydana gelmişlerdir. Amik baseninin doğu sınırında olmuş sol yönlü K-G doğrultulara sahip depremlerin, bu bölgedeki devamlılığı tartışılan Ölü Deniz Fayının bir parçası olma ihtimali yüksektir. Ayrıca Karasu Fay Zonu üzerinde meydana gelmiş olan depremlerin KD-GB doğrultulu sol yanal atımlı faylanma makanizmalanna sahip olmaları bu faya ait olduklarını göstermektedir. Adana anaşokunun kaynak mekanizması farklı yöntemlerle ele alınmış ve elde edilen sonuçların birbirleriyle uyumlu oldukları gözlenmiştir. Kaynak mekanizmasının sol yönlü K50°D doğrultusundaki yanal atım özelliğinin, Göksu Fay Zonu trendi ile yalan ilişkisi olduğu ortaya çıkmıştır. Buna ilaveten Adana artçı depremlerine ait 60 adet fay düzlemi çözümü elde edilmiştir. Bu çözümlerin büyük çoğunluğunun, düşey dalımlı, KD-GB doğrultuda sol yönlü doğrultu atımlı faylara karşılık geldiği belirlenmiştir. Artçı şokların bu özellikleri ve bölgedeki fay sistemlerine paralel olarak gelişmeleri, bu olayların Arap ve Anadolu levhalarının yakınsamaları nedeniyle DAF boyunca batıya kaçışın etkisinde geliştiğini göstermektedir Tekil fay düzlemi çözümü için yeterli sayıda ve sağlıklı polarite okumaları yapılamıyan, fakat kendi aralarında kümelenmeler oluşturmuş, genelde küçük magnitüdlü depremlerin ilk vanş polariteleri kullanılarak birleşik fay düzlemi çözümleri yapılmıştır. Bölge içerisinde 6 adet deprem kümelerine ait birleşik fay düzlemi çözümleri hesaplanmıştır. Ağın merkezinde ve Kurtkulağı çevresindeki deprem kümelerine ait birleşik fay düzlemi çözümleri, yaklaşık 55° KD-GB yönelimli, sol yönlü ve dik dalım açısına sahip tam bir doğrultu atımı vermektedir. Ağın daha kuzeyinde yer alan ve Aslantaş-Berke civannda yoğunlaşan deprem kümelerinden elde edilen birleşik fay düzlemi çözümleri, daha KG doğrultuda ve baskın olarak normal bileşenli çözüm vermişlerdir. Gerek tekil fay düzlemi çözümleri gerekse de birleşik fay düzlemi çözümleri sonuçlanndan, Kilikya bölgesinin güneyinde gözlenen sol yönlü kaymalann yerini, kuzeye doğru gidildikçe normal faylanmalarla ifade edilen doğu-batı yönlü bir açılmanın aldığı görülmektedir. Bu da, Anadolu levhasının batıya kaçışının etkisi altında gelişmektedir. Bu aşamalardan sonra Kilikya bölgesinde gelişen faylanmalann karekteristiklerini ve mevcut gerilme alanlannı araştırmak için gerilme tensörü ters çözümü işlemi yapılmıştır. Bu amaçla çalışmada elde edilmiş tüm fay düzlemi çözümleri kullanılarak genel olarak bu bölgenin gerilme alanı hesaplanmıştır. Ters çözüm işlemi sonucunda, bu bölgenin genel gerilmesi ile ilgili olarak mevcut tektonikrejimi, temelde yanal atımlı ve ancak açılma rejimine yakın olarak açıklamak mümkündür. Yani G2'nin düşey olduğu, al kuzey-güney yönlü sıkıştırması ve g3 doğu-batı yönlü kaçması ile meydana gelen yatay gerilmelerinin etkisiyle, KD - GB yönlü bir yanal atım hareketi söz konusudur. Bu durum bu bölgedeki mevcut kuzey yönlü sıkışmanın etkisi ile batıya kaçan Anadolu levhasının, Doğu Anadolu Fay Zonu boyunca ortaya çıkan sol yanal atımı açıklamaktadır xı

Abstract:
PRESENT DAY SEISMICITY AND SEISMOTECTONICS OF THE CILICIAN REGION SUMMARY The region of the Eastern Mediterranean has very complex geological structures. This in turn reflects the collision of the two major African-Arabian and European plates and microplates. The Cilician region is located in the Eastern Mediterranean region of Turkey and includes complex tectonic features. Neotectonics of the Eastern Mediterranean area are formed by the convergence of the Africa and Eurasian plates in the west and by the collision of the Arabian plate with the Anatolian plate in the east. Plate tectonic motions within this distinct tectonic regime are mainly controlled bythe East Anatolian Fault (EAF) and the Dead Sea Fault (DSF) zones. These fault zones are formed as a result of kinematic processes, which have been taking place around a triple junction. For that reason, many neotectonic structures and active fault systems exist, which developed along the diffuse plate boundary belonging to the inner deformation of the Anatolian plate and around the triple junction. In spite of much investigation and various proposed models of plate interactions in this complex region, none of the models are able to account for the observed seismicity and the available earthquake mechanisms. One of the goals of this study is to clarify questions dealing with complex tectonic futures for this region. A local seismic network has been installed by TÜBİTAK-MAM, the Earth Sciences Research Institute in the area to investigate the microearthquake activity in and around the Cilician Basin. The installation of a dense local seismological network allows one to study seismicity very accurately as well as fault plane solutions. The network was initiated in 1993 and presently there are 22 seismic stations in operation. As of June 1998, more than 5858 events have been recorded. These events have been analyzed to.characterize and reveal the seismotectonics of this region. From this four year observation period all the data has been analyzed to select a database that includes only reliable events. During preparation of this thesis, the June 27, 1998 Adana mainshock occurred. The day after this event, five more stations were placed around the mainshock area to detect better aftershock activity for three months. A paper dealing with results of the detailed studies of the Adana mainshock and its aftershock is included at the end of this thesis. This study made a valuable contribution supporting previous findings and adding detailed information to the tectonic evolution of the region. It will be very important for seismic studies of the region if average velocity models can be well established. This will provide important preliminary information for accurate earthquake locations and depth determination. An optimum 1-D crustal velocity model is determined to reliably locate earthquakes for this region since no previous studies have been carried out for crustal structure. The VELEST algorithm xiiis used to solve the coupled hypocenter velocity model problem for local earthquakes. It performs a simultaneous inversion for hypocenters and the velocity model. After 149 inversions we found an optimum velocity model by using only first arrivals of earthquakes. After obtaining an optimum 1-D velocity model, we applied a station residual correction method for every station. According to this method the effect of local heterogities discontinuities under each station which are located wide distinct regions is reflected and their bad effect on hypocentral solution can be removed. By using these station correction residuals, the effect of local travel time discontinuities is removed and reliable hypocentral solutions are obtained. After finding an optimum velocity model and station correction values, hypocenters of the most reliable data set is calculated and general seismicity of the region is obtained. Hypocenter solutions show that the region is seismically active and that seismicity spreads over the most of the region. The most notable feature of the epicentral distribution is the presence of dense cluster of vicinity along local fault trends. Magnitudes of these earthquakes range from 1.5 to 5.0 and have completeness over 2.5 values. During the observation period, seven earthquakes of over magnitude five occurred, with the largest of being the Adana mainshock with a 6.2 magnitude. Most of the seismicity is concentrated between the Kurtkulağı and Aslantaş region. Some low moderate activity is recorded within the Antakya region. Increasing seismic activity is observed with the increased number of newly placed stations on the eastern and southern regions of Kahramanmaraş and Antakya, respectively. One of the main results of this study is that during the entire observation period, no seismic activity was observed in the area in which the Adana mainshock and its aftershocks occurred. This observation supports the idea of a seismic gap associated with the southern segment of the Göksu Fault Zone. The hypocentral depth of events generally lies at over 20 km as revealed by depth sections and most of the earthquakes are located within the upper part of the crust. There is also activity in the lower crust in the Kurtkulağı region as well as deep events similarly located. The January 30, 1994 Kurtkulağı event, the Adana mainshock and the largest aftershock had depths of 32, 32 and 36 kilometers, respectively. The depth of the aftershocks from the Adana mainshocks ranged between 15 and 35 kilometers. There was no surface rupture associated with the faulting which confirmed the deep focal depth. Main and aftershocks of both the Kurtkulağı and Adana events, show deep occurences, thus confirming a thicker crust, compared to other regions. The depth and size of the Adana mainshock and the distribution of the aftershocks indicated that the rupture nucleated within the lower crust and did not extend to shallower zones. This implies a deep seismogenic zone at lower crustal depths. Fault plane solutions of reliably located events are calculated to understand active fault types and the direction of their motion along the plate borders. Single fault plane mechanisms are obtained by using the first_P wave_arrivals from 106 reliably located earthquakes. Based on the density and the local distribution, the earthquakes were grouped into five subsets. A general look at all the solutions indicate a dominant left lateral strike slip faulting and less normal faulting. Focal mechanisms for moderate and large earthquakes along the Yumurtalık-Karataş fault zone are mostly pure left lateral strike slip solutions and with 40-60° direction, consistent with this fault trend. It can be said that these events show interplate properties because of xiiitheir deep depth distribution and pure strike slip properties, which were densely populated along the main fault zone boundaries. Earthquakes located around the Aslantaş-Berke region have intraplate properties representing mostly inner deformation associated with shallow focal depth and normal faulting. The left lateral fault plane solution of a few earthquakes that occurred in iskenderun Bay are similar to the East Anatolian Fault zones. The two solutions located at Antakya with magnitudes 5.7 and 5.3, occurred on the same day; January 22, 1997 and are similar to one another. They are characterized by left lateral strike slip parallel to the local strike of the Antakya-Harbiye fault zone. Other solutions located around this region give similar solutions, which are thought to be related to this fault zone. Two left lateral and N-S (north-south) direction solutions occurred on the east of the Amik basin and probably are part of the Dead Sea Fault in this region. Along the Karasu Fault, fault plane solutions are dominated by left lateral strike slip trending roughly NE-SW. Furthermore, these mechanisms are consistent with these faults. The source mechanism of the Adana mainshock is well constrained and provides clear evidence of a pure left-lateral strike-slip motion. The inferred strike direction of 50° N verified by different methods closely aligns with the surface trend of the Göksu Fault. Sixty fault plane solutions for the aftershocks of the Adana mainshock show mostly left lateral strike slip faulting with a direction of NE-SW and a high angle dip. This confirms the westward expulsion of Anatolian block along the EAF in response to continued convergence between the African and Eurasian plates. The composite fault plane solution is used for adding the first motion data of many events in order to derive their average source mechanism. The method is particularly useful when there is a lack of a sufficiently large number of well distributed P wave first motion data and it is not possible to derive the source mechanism of single events. Six composite fault plane solutions were calculated for the grouped cluster activities. Events around the Kurtkulağı region were combined to obtain composite fault plane solutions. This represents the average solution for all the single fault plane solutions and gives a predominantly pure left lateral strike slip fault mechanism with N55° E striking. Composite fault plane solutions of clusters taking part around the Asiantaş-Berke region have dominantly normal faulting solution trending along N-S directions. Results of both single fault plane solutions and composite fault plane solutions show that strike slip type faults changing to a normal fault-type running south to north of the Cilician region. Accordingly, it can be said that this is developing under the westwardly escape of the Anatolian plate. In order to investigate the stress field and the characteristics of the faulting in the region, a stress tensor inversion processing is applied. The stress orientation in the region is obtained by a statistical analysis of a set of single fault plane solutions by applying an algorithm for stress tensor inversion. Performing the inversions of the stress tensor and the focal mechanisms for all solutions produced very good results; with a better constraint on the stress directions as the focal mechanisms are of different types. The analysis concerns 82 earthquakes well distributed over the Cilician region giving a shape factor equal to 0.92, which stays within the strike slip regime, close to the extensional regime. The stress component o2 is vertical, c\ and G3 are horizontal with N-S compression and E-W extension respectively, which explains the strike slip movement in NE-SW direction. This again confirms the westwardly escape of the Anatolian plate along the East Anatolian Fault Zone. xiv