Yatağan fayının paleosismolojik ve morfotektonik özellikleri (Muğla, GB Türkiye)
Paleoseismologic and morphotectonic characteristics of the Yatağan fault (Muğla, SW Turkey)
Yazar: MEHRAN BASMENJI
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ SERDAR AKYÜZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Afrika, Arabistan ve Avrasya levhalarının çarpışmasıyla Türkiye'nin bulunduğu bölgede Tetis Okyanusu kapanmıştır. Bu kapanmayla beraber Türkiye'de Paleotektonik dönem sona ermiş ve Neotektonik dönem başlamıştır. Türkiye'nin doğu kesiminde Arap levhası ve Anadolu levhasının doğu kesimi çarpışmıştır. Çarpışma sonucu deforme olan Anadolu bloğu, Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) ve Doğu Anadolu Fay Zonu (DAFZ) boyunca batıya doğru kaçmaya başlamıştır. Diğer taraftan Anadolu'nun batı kesiminde Afrika levhası K-KD yönünde Anadolu levhasının altına dalmaya devam etmektedir. Bu etkileşim neticesinde Batı Anadolu bölgesi günümüzde K-G tektonik açılmaya maruz kalmaktadır. Bu açılma bölgede pek çok tektonik yapının oluşmasına sebep olmaktadır. Sırasıyla D-B, KB-GD ve KD-GB gidişli horst-graben sistemleri ve fay zonları, gerilmenin karakterize ettiği en önemli tektonik yapılardır. Bu tektonik çerçeve içinde yer alan Yatağan Fayı, KB-GD gidişli normal faylara bir örnektir. Muğla şehir merkezinin KB'sından Yatağan ilçesi batısına doğru 30 km uzanan bu fay, Yatağan-Bayır havzasının GB kenarını kontrol eder. Kuzey uçta Yeniköy KB'sından Kapubağ Mahallesi civarına kadar K20°-30°B doğrultuyla uzanan Yatağan Fayı, bu kesimler arasında çift basamaklı bir morfoloji sergiler. Bu noktadan sonra tek bir hat halinde görülen fay, Kapubağ ve Bozüyük Köyü arasındaki uzanımı boyunca hafif kıvrımlı geometri sergiler. Güneydoğuya doğru olan uzanımı boyunca doğrultusu K50°-70°B arasında değişen fay, morfolojide keskin çizgisel izler gösterir. Açık fay şevlerinin görüldüğü mostralarda fay eğiminin oldukça yüksek açılarla (≥80°KD)  KD'ya doğru olduğu görülür. Yatağan Fayı baskın olarak düşey atım bileşenine sahiptir ancak bazı mostralarda hafif sağ yanal atım bileşen de gözlenir. 

Yatağan Fayı'nın özelliklerinin ve deprem tarihçesinin detaylı bir şekilde araştırılması, bölgedeki yerleşimlerin deprem riski hakkında altlık oluşturacak, hem de GB Anadolu'nun aktif deformasyon özellikleri hakkında ipuçları verecektir.

Yatağan Fayı'nın deformasyon karakterini, deprem tarihçesini ve deprem üretme potansiyelini anlamak amacıyla fay hattı boyunca jeoloji, paleosimoloji ve tektonik jeomorfoloji araştırmaları yapılmıştır. Genel olarak Yatağan havzası Menderes Masifi'nin örtü kesimi üzerinde yer alan bir Neojen havzasıdır. Bölgenin jeolojisi, stratigrafinin en altında bulunan Menderes masifinin örtü serisine oluşturan Mezozoyik yaşlı şistler ve mermerler ile başlar. Jura-Kretase yaşlı mermerler genelde bölgede yaygın bir dağılım gösterir ve topoğrafyanın daha yüksek kesimlerde mostra verir. Bu temel kayalar üzerine uyumsuzlukla Miyosen-Pliyosen yaşlı kırıntılı akarsu çökelleri ve kireçtaşı/marndan oluşan göl çökelleri gelir. Sırasıyla alttan üste doğru Eskihisar ve Yatağan formasyonlarından oluşan Neojen birimleri, litolojik olarak alt kesimlerden üst kesimlere doğru uyumsuz geçiş göstermektedir. Son olarak tüm birimler uyumsuz şekilde ayrılmamış Kuvaterner çökelleriyle örtülür. Stratigrafinin en üstünde yer alan bu birim genel olarak akarsu çökellerinden oluşur. 
Yatağan Fayı'nın oluşum ve karakterinin belirlenmesinde kilit rol oynayan gerilmelerin yönlerini ve büyüklüklerini saptamak amacıyla fay hattı boyunca düzlemlerden alınan kayma yönü ölçümleri kullanılarak kinematik analiz yapılmıştır. Çalışmadan çıkan sonuçlar Yatağan Fayı üzerinde genel olarak etkin olan gerilme rejiminin KD-GB yönlü saf genişleme olduğunu ortaya koymaktadır.
Yatağan Fayı'nın Holosen/Geç Kuvaterner dönemindeki deprem tarihçesini araştırmak amacıyla fay hattı boyunca uygun alanlarda toplamda 4 adet hendek çalışması yapılmıştır. Açılan hendeklerden ikisinde yüzey kırığı oluşturan bir deprem olduğu tespit edilmiştir. Saptanan depremin yaşlandırılması amacıyla toplam 6 OSL, 6 C14 örneği alınmıştır. Örneklerden elde edilen yaşların toplu olarak yorumlanması MÖ 265±95 ile MS 342±131 arasında bir deprem olduğu işaret etmektedir. Paleosismolojik sonuçların, tarihsel ve aletsel kayıtların beraber değerlendirilmesi, MS 142 yılında meydana gelen depremin Yatağan Fayı üzerinde meydan geldiği ihtimalini kuvvetli bir şekilde artırmaktadır.
Yatağan Fayı boyunca morfolojinin tektonik deformasyona tepkisini ve deformasyon karakterini daha iyi anlamak amacıyla hipsometrik eğri ve integral değerleri, kanal boyu profilleri, kanal boyu dikliği (stepness index) ve konkavite indisleri, vadi tabanı genişliğinin vadi yüksekliğine oranı ve dağ önü eğriliği indisleri uygulanmıştır. Genel olarak tüm analizlerden çıkan sonuçlar birbiriyle tutarlıdır. Bu sonuçlar Yatağan Fayı'nın aktif olduğunu, bunun yanında fayın morfolojideki etkilerinin KB'dan GD'ya doğru tedrici olarak arttığını göstermektedir.
Yatağan Fayı'nın düşey kayma hızlarını hesaplamak amacıyla ütü altı yapılarının geometrik ve jeomorfik özelliklerini temel alan Tsimi ve Ganas (2015) ve dePolo ve Anderson (2000) yöntemleri uygulanmıştır. Fayın kuzey kesimi fs-1, güney kesimi fs-2 olarak ayırtlandıktan sonra, Tsimi ve Ganas (2015) yöntemiyle fs-1 için 0.16 ± 0.05  (mm/y) ve fs-2 için 0.31 ± 0.05 (mm/y) ve dePolo ve Anderson (2000) yöntemiyle fs-1 için 0.24 (mm/y) ve fs-2 için 0.36 (mm/y) düşey kayma hızları hesaplanmıştır. Her iki yöntemden çıkan sonuçlar birbiriyle uyum göstermektedir. Ayrıca çıkan sonuçlar Rockwell ve diğ (1985) tektonik aktivite sınıflandırılmasını temel alan kayma hızlarıyla da uyumludur. Smf ve Vf değerlerini temel alan bu yönteme göre ise Yatağan Fayı yıllık 0.5 mm düşey kayma hızına sahiptir.
Çalışmadan çıkan sonuçlar Yatağan Fayı'nın GB Anadolu gerilme rejimi içerisinde yer alan, hafif sağ yanal bileşen içeren normal bir fay olduğunu gösterir. Lokal ölçekte arazide gözlenen kinematik veriler ve bölgesel ölçekte GPS vektörlerinin yönleri ve hız dağılımları birbiriyle uyum sağlamaktadır. Bu bilgiler ışığında Yatağan Fayı'nın gelişiminde rol oynayan tektonik açılmanın KKD-GGB yönünde etkin olduğu belirlenmiştir. 
Yatağan Fayı'nın morfolojik, tarihsel ve aletsel dönemdeki sismik aktivitesin araştırılması, nispeten uzun aralıklarla büyük depremler üretme potansiyelini olduğunu ortaya koymaktadır. Ancak bölgedeki şehirleşme hızı ve fay civarında ve üzerindeki nüfus yoğunluğu dikkate alınınca Yatağan Fayı'nın deprem üretme riski göz ardı edilmemesi gereken önemli bir faktördür.

Abstract:
Convergence between Arabian, African and Eurasian plates lead to the progressive closure of the Tethys Ocean in the area around Turkey. Complete demise of the Tethys Ocean is the end of paleotectonic stage and the beginning of neotectonic stage in Turkey. Continental collision of Arabian and Anatolian plates along the Bitlis–Zagros Suture Zone in east Turkey forces Anatolian Plate to escape westward along the dextral North Anatolian Fault Zone (NAFZ) and the sinistral East Anatolian Fault Zone (EAFZ). At the same time, the ongoing convergence between the African and Anatolian plates around the Mediterranean Sea leads the subduction of the African Plate beneath the Anatolian Plate through the Hellenic trench. This contraction results in a pull effect in Western Anatolia, which causes an escape towards the Hellenic trench. 
Recently, the Western Anatolia province experiencing N-S extension. The cause and origin of this extension is still debatable for earth scientists. The extension in western Anatolia is characterized by the E-W trending horst-graben systems (Edremit, Bakırçay-Soma, Simav, Gediz, Büyük Menderes, Gökova Grabens bounded by Kaz, Madra, Yunt, Boz, Aydın, Menteşe horsts), which are the dominant neotectonic features in the region. Moreover, the NE-SW and NW-SE trending fault systems are the secondary neotectonic features in western Anatolia. To the SW of this extensional system, the total strain is distributed between E-W striking the Gökova Fault, and the accompanying NW-striking faults. 
Yatağan Fault is one those secondary neotectonic structures, prolongs throughout the NW of Muğla city for about 30 km, and bounds the SW margin of the Yatağan-Bayır basin.  Yatağan Fault trends from SW of Yeniköy in the north to Kapubağ to the south with a strike of N20-30°W and generates a two-step morphology in this area.  To the southeast, the Yatağan Fault presents a single step morphology with a strike of N50-75°. 
My field observations strongly support a dominant normal sense of motion for the Yatağan Fault. However, a minor dextral strike-slip component on some fault planes were also observed. Steep fault planes (≥80°NE) generate linear traces on the morphology of the region and play an important role in recent geomorphologic processes in Yatağan-Bayır basin. Integrated study of earthquake history and deformation characteristics along the Yatağan Fault will provide background information for future seismic hazard studies in this region and will present new clues in explaining the neotectonic evolution of the SW Anatolia.
In order to have a better understanding of the deformation style and earthquake history along the Yatağan Fault, geologic, morphotectonic and paleoseismologic investigations were performed  in the study area and the surroundings. 
NW-SE trending Yatağan basin formed in Neogene period above the cover series of Menderes Massif. The basement rocks are the cover series of Menderes Massif, which include Mesozoic marble and schist. Jurassic-Cretaceous marble exposures observed generally at the higher elevations in the study area. Lake sediments (limestone and marl) and clastic deposits of Miocene-Pliocene unconformably overlies the metamorphic basement. Undifferentiated Quaternary deposits, which is mostly alluvium, unconformably overlies all older units.
In order to determine the dimensions and magnitudes of the major stress and strain that affect the formation and characteristic features of the Yatağan Fault, kinematic analysis was investigated by using the slip direction measurements, which were collected during field studies. The result of kinematic study reveal that the NE-SW pure extension regimes are dominantly characterize the formation of Yatağan Fault. 
I performed paleseismologic trenching method along the Yatağan Fault for a better understanding of the earthquake history and the potential for future earthquake occurring in the study area. For this purpose, four trenches were excavated across the Yatağan Fault. Three of the trenches were at the SW of village Bahçeyaka and 1 trench was at the west of village Bayır. Site selection criteria was due to adequate sediments and clear mapping of fault trace. Trench studies revealed one event horizon of a paleoearthquake, which caused a surface rupture. For dating processes, 6 OSL and 6 C14 samples were collected in trenches. The combined interpretation of the ages obtained from the samples indicates a historical earthquake between 265 ± 95 BCE and 342 ± 131 CE. The comparison of paleosismological results to the records of historical earthquakes strongly supports a correlation to the 142 CE event.
I also studied tectonic geomorphology by using morphometric indices, which let quantitative measurements for better understanding of the deformation style and characteristics along and around the Yatağan Fault. In terms of geomorphic analyses, I firstly classified the Yatağan Fault into two geometric segments, fs-1 and fs-2. I calculated hypsometric curve and integral (HI) to discuss the stage of the landscape along the Yatağan Fault. Longitudinal channel profiles, normalized channel steepness, and concavity (ksn, θ) indices were studied in order to infer the stage of topography and anomalies that are formed by tectonic processes along the Yatağan Fault.The indices of mountain front sinuosity (Smf) and valley height–width ratio (Vf) was helpful to quantify the relative uplift rate along the mountain-fronts. All these indices extract information about the effects of tectonics and lithological factors on the regional morphology. A joint interpretation of the tectonic geomorphology studies reveals that the Yatağan Fault is active. In general, results of all analysis are consistent with each other. However, combined results also illustrate a gradually increase in tectonic activity toward the southern part of the Yatağan Fault.
Furthermore, I calculated morphology-based slip rates from the relationship of triangular facet slopes and heights by using the Tsimi and Ganas (2015) and DePolo and Anderson (2000) methods respectively. Utilizing triangular facet slope (Tsimi and Ganas, 2015) based method, I calculated vertical slip rates of 0.16 ± 0.05 mm/yr (fs-1) and 0.3 ± 0.05 mm/yr (fs-2). I calculated similar rates, 0.24 (fs-1) and 0.36 (fs-2) mm/yr according to the relationship between the vertical slip rate and the basal facet height (DePolo and Anderson, 2000). These estimates are also supported by the mountain front-based tectonic activity classes proposed by Rockwell et al. (1985), which provide high activity (>0.5 mm/yr) for the fs-1 and fs-2 As a result, morphometric analysis of the Yatağan Fault supports the tectonic control of the Yatağan Fault on the geomorphologic evolution of the region.  
The combined results of this study demonstrate that the Yatağan Fault is dominantly controlled by the normal sense of motion, however there is also observed minor dextral strike-slip component. Moreover, the kinematic data observed at local scale during field studies are consistent with the directions and velocities of the GPS vectors at regional scale. The trend of tectonic extension, which played a role in evolution of the Yatağan Fault, is dominant in NNE-SSW.
Comprehensive interpretation of the obtained results from paleoseismology, tectonic geomorphology and geological studies reveal that Yatağan Fault has the potential to produce large earthquakes at relatively long intervals. However, considering the urbanization rate in the region and the population density around and along the fault, the risk of a possible future earthquake on the Yatagan Fault is an important issue that should not be ignored.