Erzincan ovası ve çevresinin morfotektonik özellikleri ve deprem analizi
Morphotectonic characteristics and earthquake analysis of Erzincan plain and surroundings
Yazar: AHMET UYSAL
Danışman: PROF. DR. MURAT SUNKAR
Fırat Üniversitesi / Sosyal Bilimler Enstitüsü / Coğrafya Ana Bilim Dalı / Fiziki Coğrafya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Coğrafya = Geography

Özet:
Bu doktora tez çalışmasında, Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun (KAFZ) doğu kısmında yer alan Erzincan Ovası ve çevresinin morfotektonik özellikleri incelenmiş ve deprem analizleri yapılmıştır. KAFZ üzerinde yer alan Erzincan Ovası, bu fayın hareketine bağlı olarak oluşmuş tektonik bir ovadır. Çevresi yüksek dağlık alanlarla çevrelenmiş olan ovada Erzincan şehri en önemli yerleşim yeridir. Erzincan Ovası, Karadeniz ve Doğu Anadolu Bölgelerinin birbirine en çok yaklaştıkları bölgesel olarak bir geçiş sahası konumunda olan Doğu Anadolu Bölgesi'nin Yukarı Fırat Bölümü'nde yer almaktadır.
Erzincan Ovası'nın oluşumunda etkili olan KAF, ova çevresinde KB-GD doğrultusunda uzanan sağ yanal doğrultu atımlı bir faydır ve çok sayıda kırıktan oluşmaktadır. Bu fay sistemi ovanın kuzeyindeki Esence Dağları'nın güney yamaçlarında çok belirgin olarak gözlenmektedir. Fayın ova içerisinde kalan parçaları alüvyonlarla örtülüdür. Bütün bunlarla birlikte Erzincan Ovası'nın kuzeyindeki yamaçlar KAF'ın en net görüldüğü alanlardan biridir. Bu nedenle ovanın kuzey yamaçlarında fay morfolojisine ait tipik yapılar gelişmiştir. Çizgisel vadiler, ötelenmiş akarsular, ötelenmiş sırtlar, basınç sırtları, yelpazeler, kütle hareketleri, fay gölleri, sıcak su çıkışları, traverten oluşumları ve volkanik domlar bu yapıların en tipik olanlarıdır.
Erzincan Ovası ve çevresinin morfotektonik özelliklerini belirlemek için morfometrik indisler kullanılmıştır. Erzincan Ovası'nı sınırlayan fayların aktiflik derecelerini belirlemek için havza bazında jeomorfik indis analizleri yapılmıştır.  Ovanın kuzey ve güneyinde belirlenen 53 adet alt akarsu havzası için; Dağ Cephesi Sinüzitesi (Smf) İndisi, Vadi Tabanı Genişliği-Vadi Yüksekliği Oranı (Vf) İndisi, Akarsu Uzunluk- Gradyan İndisi (Sl), Asimetri Faktörü (Af) İndisi, Topografik Simetri Faktörü (T) İndisi,  Hipsometrik Eğri (He) - Hipsometrik İntegral (Hi) Analizleri, Akarsu Konkavlık İndeksi (Scı), Akarsu Sinüslük Oranı ve Kanal Paterni, Havza Şekli İndisi (Bs), Drenaj Yoğunluğu (Dd) Analizi, Çizgisellik Analizi, Minimum Havza Yarılımı Metodu ve Rölatif Tektonik Aktivite Sınıflaması (IAT) analizleri uygulanmıştır. Bu analiz sonuçlarına göre drenaj havzalarında yatayda ve düşeyde meydana gelen değişimler ile KAFZ'ın drenaj havzalarının morfotektoniğine yansımasının karşılaştırmalı sonuçları sayısal verilerle ortaya konulmuştur. Analiz sonuçlarına göre düşük derecede tektonik aktivite sınıfına ait havza bulunmamaktadır. Toplam alt havzaların 16'sı (% 30) çok yüksek tektonik aktivite, 24'ü (% 45) yüksek tektonik aktivite ve 13'ü (% 25) orta tektonik aktivite sınıfına girmektedir. Bu sonuçlara göre Erzincan Ovası'nın kuzeyindeki havzaların Rölatif Tektonik Aktivite Derecesi (IAT) güneydeki havzalara göre daha yüksektir. Ovanın batısında bulunan alt havzalarda nispeten düşük tektonik aktivite bulunmuştur.  
Erzincan Ovası'nın kuzey ve güneyinde yer alan akarsular arasında meydana gelen ötelenme miktarları farklı olmakla birlikte, fay segmentleri üzerinde oluşan ötelenme miktarları da farklılık göstermektedir. Erzincan Ovası'nın kuzeyinde bulunan akarsular üzerinde ötelenme miktarları güneydekilere göre daha yüksektir. Erzincan havzasında doğrultu atımlı faylara bağlı olarak bazı kesimlerde düşey atımlı bileşenler de gelişmiştir. Bu nedenle ova tabanı ile dağlık alanlar arasında ciddi yükselti farkları meydana gelmiştir. Faylanma etkisiyle deforme olmuş aşınım yüzeyleri, fay yamaçlarında kurulmuş paralel akarsu drenajı, çizgisel uzanışlı vadiler, ötelenmiş dere yatakları, fay diklikleri (eğim kırıklıkları), pull-apart (çek-ayır) havzalar, fay basamakları, çizgisel uzanışlı basınç sırtları, kapatan sırtlar, üçgen yüzeyler, asılı vadiler, çöküntü alanları (bataklık), yan yana sıralanmış alüvyal yelpazeler, volkanik şekiller ve sıcak su kaynakları fay zonu içerisinde görülmektedir.
 Çalışma sahasının en önemli yerleşim alanını oluşturan Erzincan şehri KAFZ ve ona bağlı tali faylar üzerinde kurulmuştur. Aynı zamanda saha Doğu Anadolu fay Zonu'nun (DAFZ) kuzeydoğusunu oluşturan Ovacık Fayı'na bağlı aktiflik derecesi arttığı için deprem riski daha da artmıştır. Ana faylarda kırılmalara bağlı zayıf direnç zonlarında kırılmalar meydana geldiği için ovanın doğusunda sayıları 15'i bulan volkanik domlar oluşmuş, sıcak su ve maden suyu çıkışları olmuştur. Bu yüzden KAFZ içerisindeki tektonik hareketler, hem morfolojik yapıda değişikliklere hem de can ve mal kaybı ile sonuçlanan depremlere sebep olduğu için sosyal ve ekonomik yapıda değişiklikler meydana getirmiştir. 
Erzincan Ovası ve çevresinin deprem analizini yapmak amacıyla 1900-2023 yılları arasında meydana gelen depremlerden büyüklüğü Mw≥4 olan depremler analize dâhil edilmiştir. Bu şekilde Mw≥4 ve üzeri olan 46 adet deprem verisi kullanılarak Episantr, Büyüklük Sınıfı ve Hiposantr Analizleri, Tampon (Buffer) Analizi, Ortalama Merkez ve Ağırlıklı Ortalama Merkez Analizi, Standart Uzaklık ve Ağırlıklı Standart Uzaklık Analizi, Standart Sapma Elipsi analizleri yapılmıştır. Yoğunluk analizleri kapsamında Noktasal Yoğunluk Analizi, Kernel Yoğunluk Analizi, Ortalama En Yakın Komşuluk Analizi, Sıcak-Soğuk Nokta (Getis-Ord Gi*) Analizi ve Anselin Yerel Moran's I analizleri yapılmıştır. Bu şekilde saha içerisinde oluşan depremlerin yoğunluğu belirlenmiştir. Yoğun sahalar ile fay hatları arasındaki ilişki değerlendirilmiştir.  
Analiz sonuçlarına göre inceleme alanı tektonik bakımdan aktif bir konumda ve deprem etkinlik düzeyi yüksek bir sahaya karşılık gelmektedir. Deprem analiz sonuçlarına göre Erzincan Ovası ve çevresinde yıkıcı depremlerin yaşanma olasılığı çok yüksektir. Bu risk nedeniyle yeni yerleşme alanları fay hatları dışında sağlam alanlara kurulmalıdır. Deprem riski dışında yerleşme alanlarının belirlenmesinde meteorolojik-klimatolojik ve hidrografik afetler de dikkate alınmalıdır. Bu kriterler dikkate alınmazsa yakın dönemde yaşanan 6 Şubat 2023 Kahramanmaraş depreminde olduğu gibi can ve mal kayıpları fazla olacaktır.

Anahtar Kelimeler: Erzincan Ovası, Kuzey Anadolu Fay Zonu, Morfotektonik, Morfometrik İndis, Deprem Analizi, Kernel Yoğunluk Analizi

Abstract:
This doctora thesis delves into the morphotectonic characteristics of the Erzincan Plain and its surrounding areas, situated on the eastern part of the North Anatolian Fault Zone NAFZ). The study includes earthquake analyses conducted in the region. The Erzincan Plain, positioned along the NAFZ, is a tectonic plain shaped by the movement of this fault. Located in the middle towering mountainous terrain, the city of Erzincan stands as the prominent settlement within this plain. Geographically situated in the Upper Euphrates Section of the Eastern Anatolia Region, the Erzincan Plain serves as a transitional zone where the Black Sea and Eastern Anatolia Regions converge.
The North Anatolian Fault (NAF) significantly contributes to the formation of the Erzincan Plain. This right-lateral strike-slip fault extends in a Northwest-Southeast direction around the plain and comprises numerous fractures. The fault system is prominently visible on the southern slopes of the Esence Mountains to the north of the plain, while the remaining portions within the plain are covered by alluvium. The northern slopes of the Erzincan Plain offer a clear observation of the NAF. As a result, distinctive features related to fault morphology have developed on these slopes. These include linear valleys, shifted streams, ridges, pressure ridges, fans, mass movements, fault lakes, hot water outlets, travertine formations, and volcanic domes.
Morphometric indices were employed to ascertain the morphotectonic characteristics of the Erzincan Plain and its environs. The analysis of geomorphic indices on a basin-by-basin basis was conducted to gauge the activity level of faults bordering the Erzincan Plain. A total of 53 sub-stream basins, identified in the northern and southern regions of the plain, underwent various analyses, including Mountain Front Sinuosity (Smf), Valley Floor Width-Valley Height Ratio (Vf), Stream Length-Gradient (Sl), Asymmetry Factor (Af), Topographic Symmetry Factor (T), Hypsometric Curve (He)-Hypsometric Integral (Hi), Stream Concavity (Sci), Stream Sinuosity Ratio and Channel Pattern, Basin Shape (Bs), Drainage Density (Dd), Linearity (Rose Diagram), Minimum Basin Breach, and Relative Tectonic Activity Grading (IAT). The results of the analysis provide numerical data on the horizontal and vertical changes in drainage basins, offering a comparative assessment of the North Anatolian Fault Zone's (NAFZ) impact on the morphotectonics of these basins. The findings reveal that none of the basins fall into the category of low tectonic activity. Out of all sub-basins, 16 (30%) exhibit very high tectonic activity, 24 (45%) show high tectonic activity, and 13 (25%) demonstrate medium tectonic activity. These results indicate that the Relative Tectonic Activity Grading (IAT) of basins to the north of the Erzincan Plain surpasses that of basins to the south. Additionally, sub-basins located in the western part of the plain calculating relatively low tectonic activity.
While the displacement between the rivers to the north and south of the Erzincan Plain varies, so does the displacement along fault segments. The rivers in the northern part of the plain experience a higher degree of displacement compared to those in the south. Additionally, vertical thrust components have emerged in certain sections of the Erzincan basin due to the presence of strike-slip faults. Consequently, considerable height differences have arisen between the plain floor and the mountainous areas. Distinctive features resulting from faulting include deformed erosion surfaces, parallel river drainage on fault slopes, linear valleys, displaced stream beds, fault steepness (slope fractures), pull-apart basins, fault steps, linear pressure ridges, closing ridges, triangular surfaces, hanging valleys, collapse areas (swamps), alluvial fans, volcanic formations, and hot springs—all observable within the fault zone.
Erzincan city, a crucial settlement within the study area, is situated on the North Anatolian Fault Zone NAFZ) and its associated secondary faults. Simultaneously, the earthquake risk has escalated, attributed to the heightened activity of the Ovacik Fault in the northeast part of the Eastern Anatolian Fault Zone EAFZ). The fractures along the main faults have given rise to up to 15 volcanic domes in the eastern part of the plain, accompanied by the emergence of hot water and mineral water outflows. Consequently, the tectonic movements within the NAFZ have not only altered the morphological structure but also induced changes in the social and economic structure, stemming from earthquakes that resulted loss of life and property.
To conduct earthquake analysis of the Erzincan Plain and its vicinity, earthquakes with a magnitude of Mw≥4 from the period 1900 to 2023 were considered. A comprehensive set of analyses was performed, including Epicenter, Magnitude Class, and Hypocenter Analyses, Buffer Analysis, Average Center, and Weighted Average Center Analysis, as well as Standard Distance and Weighted Standard Distance Analysis. These analyses utilized data from 46 earthquakes with Mw≥4. Intensity analyses were also preparation, encompassing Point Intensity Analysis, Kernel Intensity Analysis, Average Nearest Vicinity Analysis, Hot-Cold Point (Getis-Ord Gi*) Analysis, and Anselin Local Moran's I analyses. Through these methods, the intensity of earthquakes in the region was determined, facilitating the assessment of relationships between intense areas and fault lines.
According to analysis result, the study area is tectonically active and corresponds to an area with high earthquake activity level. According to the earthquake analysis results, the probability of destructive earthquakes in and around Erzincan Plain is very high. Due to this risk, new settlement areas should be established in solid areas outside the fault lines. Apart from earthquake risk, meteorological-climatological and hydrographic disasters should also be taken into consideration in determining settlement areas. If these criteria are not taken into account, losses of life and property will be high, as in the recent Kahramanmaras earthquake of February 6, 2023.

Keywords: Erzincan Plain, North Anatolian Fault Zone, Morphotectonic, Morphometric indice, Earthquake Analysis, Kernel Intensity Analysis