Parçalı kaldera çökmelerinin analog ve nümerik modellemesi
Analogue and numeric modelling of piecemeal caldera collapses
Yazar: EDA AYDIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İNAN ULUSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Kaldera = Caldera ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Volkanoloji = Volcanology

Özet:
Volkanların yapısal ve tektonik evrimini araştırmak amacıyla volkanolojide çeşitli analog deneyler yapılmaktadır. Analog kaldera deneyleri, kalderaların yapısal ve morfolojik evrimini incelemek için önem taşımaktadır. Bu çalışmaya, analog kaldera modelleri oluşturmak için gerekli düzeneğin kurulması gibi önemli bir adımla başlanmıştır. Magma odasının yatay bileşenli genişleme hareketine bağlı olarak, kalderaların oluşum evreleri tekrarlanmış kum havuzu deneyleriyle incelenmiştir. Oluşturulan modellerin Hareketten Yapı - Çok Bakılı Stereofotogrametri (HY-ÇBS) yöntemiyle yüksek hassasiyetli yüzey modellemesi gerçekleştirilmiş ve sayısal yükseklik modelleri oluşturulmuştur. Model üzerindeki yüzey yer değiştirmeleri ve yüzey deformasyonlarını incelemek amacıyla Parçacık Takibi (PT) yöntemi kullanılmıştır. Böylece parçalı kalderaların yapısal unsurlarının model yüzeyindeki evrimi iki farklı yöntemle incelenmiştir. Analog kaldera modellerinin iç yapısını incelemek amacıyla modeller sabitlenerek X-ışını tomografisi ve X-ışını Mikro-CT yöntemleri ile taranmıştır ve sabitlenen kaldera modellerin iç-yapısal unsurları üç boyutta haritalanmıştır. Magma odasının yanal genişlemesinin çatı bloğunda oluşturduğu deformasyonu incelemek amacıyla sonlu elemanlar yöntemiyle nümerik modellemeler yapılmıştır. Çatı bloğunda oluşan gerilme ve yer değiştirme miktarı sayısal olarak incelenmiştir. Sonuçlar, magma odasının yanal genişlemesine bağlı olarak, çatı bloğunda eşit olmayan bir deformasyon oluşturduğunu göstermektedir. Çökme esnasında bu çatı bloğunun farklı derinliklerde ve ayrı bloklar halinde çöktüğü ve yarı-doğrusal bir yapısal sınırla birbirinden ayrıldığı belirlenmiştir. Bu çökme yapısı, çift pistonlu parçalı kaldera çökmesi olarak adlandırılmıştır. Volkanik yapının kabarması ve peşi sıra kaldera çökmesiyle oluşan yapısal unsurların; dışa doğru dalımlı ters faylar, içe doğru dalımlı normal faylar, ışınsal faylar ve kalderayı çevreleyen sınır faylarından (çember fayı) oluştuğu belirlenmiştir. Oluşturulan modeller doğada parçalı çökme ile oluşan kalderalar ile karşılaştırılarak yorumlanmıştır.

Abstract:
Analogue experiments are carried out to investigate the structural and tectonic evolution of volcanoes in volcanology. Analogue caldera experiments are important to examine the structural and morphological evolution of calderas. This work has been started with the main step of establishing the necessary experimental apparatus to create analogue caldera models. The formation stages of calderas were investigated by repeated sand box experiments due to the lateral expansional movement of the magma chamber. High precision surface modeling and digital elevation model of the analogue models were created by Structure from Motion - Multi-View Stereophotogrammetry (SfM-MVS) method. Particle Tracking (PT) method was used to investigate surface displacements and surface deformations on the model. Thus, the evolution of the structural elements of the piecemeal calderas on the model surface was examined in two different methods. In order to examine the internal structure of analogue caldera models, the models were fixated and scanned by X-ray tomography and X-ray Micro-CT methods, and the internal-structural elements of the fixated caldera models were investigated in three dimensions. Numerical modeling was carried out using finite element method to investigate the deformation of the lateral expansion of the magma chamber in the roof block. Stress and displacement of the roof block were investigated numerically. The results show that, an inequivalent deformation on the roof block have been formed due to the lateral expansion of the magma chamber. It was determined that during the collapse, this roof block collapsed at different depths, as two discrete blocks and separated from each other with a sub-linear structural boundary. This collapse is called as double-piston piecemeal caldera. Structural elements formed by tumescence and the following collapse of the caldera; outward-dipping reverse faults, inward-dipping normal faults, radial faults and boundary faults surrounding the caldera (ring fault) have been observed. The models were interpreted by comparing them with the calderas formed by piecemeal collapse in the nature.