Geri Dön

Analysis of the 17 August 1999 Mw 7.4 Izmit earthquake aftershocks and monitoring of the Ganos segment of the North Anatolian fault zone, NW Turkey

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  1. Tez No: 400260
  2. Yazar: ETHEM GÖRGÜN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MARCO BOHNHOFF, PROF. DR. GEORG DRESEN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2008
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Universität Potsdam (University of Potsdam)
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 118

Özet

Die vorliegende Dissertation präsentiert Ergebnisse seismologischerUntersuchungen an der Nordanatolische Seitenverschiebung (North Anatolian FaultZone, im Folgenden kurz NAFZ), NW Türkei. Der Schwerpunkt liegt in derCharakterisierung der Hauptstörungssegmente entlang der Rupturen von 1999 (Izmit)und 1912 (Ganos) auf Basis von mikroseismischen Registrierungen.Die räumzeitliche Verteilung von 10066 Nachbeben des Izmit-Bebens vom 17August 1999 (Mw = 7.4) entlang der 140 km langen Oberflächenruptur wird mitstatistischen Auswerteverfahren analysiert. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf derMagnitudenverteilung (b-Werte) und Aktivitätsrate (p-Werte). Die Ruptur weist eineklare Segmentierung auf, die auch co-seismisch beobachtet wurde. Zu einem kritischenZeitpunkt tc = 29.09.1999 wird lokal eine signifikante Abnahme der Nachbeben-Häufigkeit von 175 auf 70 Erdbeben/Monat im Bereich des Sakarya- undKaradere/Düzce-Segmentes beobachtet. Basierend auf der kombinierten Analyse derVerteilung von b- und p-Werten werden drei Anomalien identifiziert: Der Bereich östlichdes Sapanca Sees, das Karadere-Düzce-Segment sowie das Gebiet am östlichsten Endeder Izmit-Ruptur. Hohe b-Werte stehen im engen Zusammenhang mit den niedrigen p-Werten östlich des Sapanca Sees und östlich des Karadere-Düzce-Segmentes. DieÄnderung des b-Wertes mit der Tiefe erlaubt uns, ein flaches Krustensegment (< 10 km)mit nahezu konstanten b-Werten (~0.6) sowie ein tieferes Krustensegment (> 10 km) mitmonoton zunehmenden b-Werten (0.6 bis 1.4) zu identifizieren.Auf Basis des gleichen Datensatzes an Izmit-Nachbeben werden insgesamt 290Herdflächenlösungen entlang des Karadere-Düzce-Segmentes für den Zeitraum 22.8.-17.10.1999 bestimmt. Die Karadere-Verwerfung selbst mit einem coseismischendextralen Versatz von 1.5 m weist vorherrschend Blattverschiebungsmechanismen mitAbschiebungskomponenten auf. Weiter östlich unterhalb des Düzce-Beckens hingegentreten hauptsächlich Abschiebungsbeben auf NW-SE gerichteten Bruchflächen auf.Dieser Bereich markiert auch den Ausgangspunkt des nachfolgenden Hauptbebens vonDüzce am 12.11.1999 (Mw = 7.2). Das Düzce-Becken wird als Pull-Apart-Strukturinterpretiert, wobei sich das während des Izmit-Bebes akkumulierte Slip-Defizit imSprödbereich (oberste ~10 km) in Abschiebungsbeben entlädt. Der Bereich des Düzce-Hypozentrum zeichnet sich pre-seismisch durch eine starke Heterogenität in Bezug aufdie vorherrschenden Hauptspannungsrichtungen aus. Diese Heterogenität wird inZusammenhang mit durch das Izmit-Beben verursachten Spannungsumlagerungengebracht und repräsentiert eine Barriere entlang der NAFZ.In einer weiteren Studie wurde erstmals Mikroseismizität (M < 2.5) entlang derGanos-Verwerfung (östlich des Marmara-Meeres) entlang der Ruptur von 1912 erfasst.Hierzu wurde ein lokales temporäres seismisches Netz aus acht Stationen in Kooperationzwischen dem Helmholtz-Zentrum Potsdam-GFZ und der Bogazici-Universität/Kandilli-Observatorium, Istanbul, aufgebaut. Weiterhin wurden die Registrierungen von vierpermanenten örtlichen Seismometer-Stationen in die Auswertung integriert. DieMikroseismizität entlang der Ganos-Verwerfung konzentriert sich auf zwei Bereiche:Eines entlang der Verwerfung selbst im Bereich des seismischen Netzes und eines vorder Küste zwischen Festland und Marmara Island. Der zweite Bereich korreliert mit einerRichtungsänderung der NAFZ. Die beobachtete Mikroseismizität lässt darauf schließen,dass ein wichtiger Teil der Ganos-Verwerfung partiellem Kriechen ausgesetzt ist. DenErgebnissen der zusammengesetzten Störungsflächenanalysen ist zu entnehmen, dass einrechtssinniges Blattverschiebungsregime an der Ganos-Störung vorliegt. Dies steht inEinklang mit dem regionalen Deformationsregime.Zusammenfassend leistet die hier vorgelegte Arbeit einen Beitrag, dieseismotektonische Situation entlang der NAFZ in der NW-Türkei mit etabliertenseismologischen Auswerteverfahren angewandt auf einmalige mikroseismischeRegistrierungen besser zu verstehen. Dies ist insbesondere wichtig im Hinblick auf diegegenwärtig beobachtete sogenannte ?seismische Lücke` unterhalb des Marmara-Meeresund damit in unmittelbarer Nähe zur 14-Millionen Metropole Istanbul. Dieses Segmentder NAFZ liegt direkt zwischen den Rupturen der Izmit- und Ganos-Beben von 1999 und1912 und ist gleichzeitig das einzig verbliebene Segment entlang der NAFZ, das seit1766 nicht aktiviert worden ist. Ausgewählte Studien wie die in dieser Arbeitvorgestellten können somit helfen, den Entstehungsprozess ? oder quasi dieVorbereitung- von zukünftigen Starkbeben physikalisch besser zu quantifizieren unddamit Erdbeben-Gefährdungsabschätzungen zu verbessern.

Özet (Çeviri)

The thesis presents the results of research applying seismological approaches tomicroseismic recordings along the Izmit 1999 and Ganos (Gaziköy) 1912 ruptures in NWTurkey to analyze the role of asperities along the North Anatolian Fault Zone (NAFZ) asmajor transform fault. Spatial and temporal clustering of 10066 aftershocks isinvestigated along the 17 August 1999 Izmit (Mw = 7.4) earthquake rupture zone with atotal length of 140 km. The rupture zone is segmented showing several clusters ofaftershock activity. At a critical time, tc = 29.09.1999 a drop in the rate of aftershocks isobserved from 175 EQ/month to 70 EQ/month in the Sakarya cluster and Karadere-Düzce cluster. Based on the combined analysis of b- and p-values three potentialasperities along the Izmit rupture of the North Anatolian Fault Zone are identified east ofthe Sapanca Lake, and in the Karadere-Düzce region. The sizes of the asperity regions areestimated to 675 km2 for west of Karadere-Düzce, 360 km2 for east of Sapanca Lake and238 km2 for east of Karadere-Düzce. The observation is in good agreement with a model(high slip = high b-value) for two asperity regions of the study area, namely east ofSapanca Lake and west of Karadere-Düzce. High b-values are correlated with low pvalueseast of Sapanca Lake and east of Karadere-Düzce segments of the North AnatolianFault Zone. The change of b-value with depth allows us to identify a shallow (< 10 km)crustal segment with almost constant b-values of about 0.6 and a deep (> 10 km) crustalsegment with monotonically increasing b-values from 0.6 at 10 km to 1.4 at 15 km depth.Aftershock focal mechanisms are investigated along the eastern part of the Izmitearthquake rupture zone during the time window 22 August ? 17 October 1999. TheKaradere Fault reveals a combined strike-slip/normal faulting regime, and NE-SWextensional normal faulting dominates in the Düzce Basin where the forthcoming Mw 7.2mainshock occurred 87 days later. The Düzce Basin is interpreted to represent a pullapartstructure similar to the Akyazi Plain further to the west. The Düzce earthquakehypocentral region is correlated with a high degree of heterogeneity in stress fieldorientation due to small faults of multiple orientations. Stress tensor inversion resultsshow that the stress field in the Düzce Basin segment is more heterogeneous than at theKaradere Fault segment. This heterogeneity may result from a change in the strike of theDüzce Fault from nearly E-W to NW-SE. The stress field in the Düzce basin seems to becontrolled by the complex interplay of diverse tectonic structural units in the vicinity.Recent microseismicity at the Ganos Fault (MONitoring of the GANos Fault =MONGAN) along the 9 August 1912 Ganos (Gaziköy) earthquake (Ms = 7.3) rupture isanalyzed using an 8-station temporary seismic network deployed by theGeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) and 4 permanent seismic stations from BoğaziçiUniversity Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute (KOERI).Microseismicity along the Ganos Fault is observed mainly at two locations. The firstseismicity cluster (Ml < 2.5) is located offshore at a fault bend associated with a changefrom a transpressional to a transtensional regime. The second seismicity cluster (Ml < 2.5)is located along the Ganos Fault below the Ganos Mountains close to the surface trace ofthe fault. The seismicity observed by the temporary network emphasizes that brittledeformation occurs along the Ganos Fault which was not seen from long-term seismicitycatalogues from permanent network (M > 2.5). This observation may indicate that asignificant portion of the Ganos Fault is partially creeping. Composite fault planeanalysis reveals a dextral strike-slip regime at the Ganos Fault.In this thesis the b-value distributions of Izmit aftershocks are examined. Changesof b-values with time for the same region are associated with change in stress conditionsand hence b is proposed as a stress-meter to address the level of probability forearthquakes in distinct regions. Most focal mechanisms along the eastern end of the Izmitrupture (Düzce Basin) are consistent with a pull-apart structure. At the western end of theIzmit rupture, it appears that the Marmara Sea is formed by three pull-apart basins. Thesemay rupture jointly during the expected large earthquake in Marmara Sea. Monitoring ofthe Ganos Fault (MONGAN) experiment indicates that dense local arrays with lowmagnitude threshold bring valuable data to determine creeping sections along activelydeforming faults which have known before as locked segments. The migration of largeearthquakes along the NAFZ from east to west indicates that the central Marmara Sea ismost likely location for future mainshock or one rupture may connect between the 1912Ganos and the 1999 Izmit earthquake ruptures.

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