Geri Dön

Crustal structure of the North-Western Turkey around the North Anatolian fault zone (NAFZ) resolved from the high-resolution ambient seismic noise tomography

Arka alan sismik gürültü tomografi yöntemi kullanılarak Kuzey Anadolu fay zonu (KAFZ) ve Kuzeybatı Türkiye'nin kabuk yapısının yüksek çözünürlükte görüntülenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 541057
  2. Yazar: BUSE TURUNÇTUR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUNA EKEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeofizik Mühendisliği, Geophysics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 114

Özet

Sismoloji, diğer jeofizik yöntemler ile karşılaştırıldığında, yer içerisinde meydana gelen jeodinamik olayları (yitim zonu dinamikleri, manto konveksiyon akımları vs.) ve bunun sonucunda şekillenen tektonik yapıların oluşma süreçlerini daha iyi anlamada etkin bir bilim dalıdır. Yer içerisinin fiziksel özelliklerini (sismik hız, zayıflık zonları, anizotropi, vb.) kabuk, manto ve çekirdeğin yapısını görüntülemede sismolojideki en güçlü araçlardan biri sismik tomografidir. Çeşitli sismik tomografi problemlerinin temel amacı, ortamın fiziksel koşullarına (yoğunluğa, sıcaklığa, kimyasal bileşenlerine, vb.) bağlı olan sismik dalga hızı varyasyonunu belirlemektir. Yerkürenin heterojenliği sismik dalgaların yayılma hızını etkiler, bu nedenle sismik dalgarın seyahat zamanları değişim gösterir. Bilinen bir referans hız modeline göre seyahat süresi anomalileri, yayılma yolu boyunca yer altı yapısının görünür karakterini temsil eden ve ters çözüm işlemi boyunca kullanılabilen gözlem verilerini oluşturur. Genel olarak sismik tomografi, fay zonlarında, volkanik veya jeotermal alanlarda, dalma batma zonlarında vb. sismik hızdaki ani değişiklikleri belirlemek için kullanılır. Marmara Denizi'nin altında bulunan sismik boşluk boyunca potansiyel olarak beklenen büyük bir depremin meydana gelmesi ve olası hasarlar hakkında uzun zamandır bilimsel tartışmalar yapılmaktadır. Yırtılma yayılımını daha iyi simüle edebilmek ve olası hasarı değerlendirmek için, yırtılma bölgesinin altındaki kabuk yapısı içerisindeki çeşitli fiziksel özellikler hakkında güvenilir ve yüksek çözünürlüklü bir bilgiye sahip olmak esastır. Zayıflık bölgelerinin uygun konumunun ve sismik dalga hızlarındaki malzeme özelliklerinin belirlenmesi, potansiyel kırılma alanlarının yakınındaki bölgelerde sismik riski değerlendiren mühendisler için önemli bir bilgi olacaktır. Bununla birlikte, fay zonları boyunca kabuk özelliklerinin doğru görüntülenmesi, esasen kabuk ve manto içindeki sismik çözünürlük sınırlamaları nedeniyle belirsiz kalmaktadır. Bu çalışmada temel hedefimiz, KAFZ ve çevresinin kuzeybatı kesiminde yeni bir yüksek çözünürlüklü kabuk modeli geliştirmektir. Türkiye, Arap ve Afrika levhalarının birbirine göre yakınlaşan hareketlerinden dolayı oldukça karmaşık bir tektonik yapıdadır. Bununla ilişkili olarak heterojen bir kabuk yapısına sahiptir. Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ), 1600 km uzunluğunda aktif sağ-yanal atımlı bir fay sistemi olup geçmişte birçok yıkıcı depreme sebebiyet vermiştir. Tarihsel depremlerin oluş yerleri, fay üzerindeki aktivitenin batıya doğru göç ettiğine işaret eder. Yakın zamanda meydana gelen Mw7.4 1999 İzmit depremi sonrası hesaplanan stres değişiminin yönelimi de bu gözlemi destekler niteliktedir. KAFZ'ın batı kısmında, Marmara Denizi içerisinde, henüz kırılmamış bir sismik boşluk yer almaktadır. 15 milyondan fazla bir nüfusa sahip İstanbul'un, Marmara Denizi içerisinden geçen fay sistemine yakınlığı da düşünüldüğünde, bu boşluk altında kalan kabuk yapısının fiziksel özelliklerinin güvenilirliğinin bilinmesi, bölgede sismik tehlike değerlendirmelerinin doğru bir şekilde yapılabilmesi için hayati derecede önem arz etmektedir. Marmara Bölgesi ve yakın çevresinin kabuk yapısını ele alan birçok çalışma mevcuttur, fakat bu çalışmalar genellikle deniz içerisindeki sürekli çalışan deprem kayıt istasyonlarının sınırlı sayıda olmasından dolayı düşük çözünürlüklüdür. Özellikle son dönemde, sismik istasyonlarda kaydedilen her bilgiyi kullanmanın önemi artmıştır. Örneğin arka alan sismik gürültü bilgisi alışalagelmiş deprem kaydından ziyade sismik istasyonlara gelen bir veri grubudur. Arka alan sismik gürültüsü, okyanus-kıta birleşmesinin ve insan faaliyetlerinin etkisinin genellikle yoğun olduğu bir bilgi kaynağını temsil eder. Deprem veya patlamalardan kaynaklanan sismik dalgaların kullanımında sınırlamalar vardır. Bu sınırlamalar içerisinde, patlatmaların yüksek maliyeti, sismik istasyonların ve depremlerin homojen olmayan dağılımları sayılabilir. Yakın zamanda geliştirilen ve iki istasyon çifti arasında kaydedilen gürültü analizlerine dayanan, arka alan sismik gürültü tomografi çalışmaları bu sorunu bir ölçüde telafi eder. Arka alan sismik gürültü kullanmanın avantajı, deprem veya patlatma gibi yer sarsıntısı için zorlu bir kaynak gerektirmemesidir. Bu tip bir modelleme yönteminde her bir istasyon bir kaynak olarak değerlendirilip, iki alıcı (istasyon) arasında elde edilen öz ilişki fonksiyonu Green fonksiyonunu verir. Green fonksiyonunu elde ederek, bir istasyon çiftinin arasındaki yapı hakkında bilgi sahibi olmak mümkündür. Bu tez çalışmasında, kuzeybatı Türkiye'nin yüksek çözünürlüklü kabuk yapısını elde etmek amacıyla ilk defa boyut ötesi Bayesian tomografi yöntemi kullanılmıştır. Bölgenin yüksek çözünürlüklü kabuk yapısını görüntülemek amacı ile, bölgedeki 112 geçici, 84 sürekli çalışan genişbant ve kısa süreli sismik istasyonların sürekli kayıtları kullanıldı. Ardından, sismik istasyonların dikey bileşenleri arasındaki sismik gürültü çapraz korelasyonları yapılarak Green fonksiyonları elde edildi. Toplamda, 24310 adet Green fonksiyonları el ile seçilerek elde edildi. Grup hız bilgilerini Green fonksiyonlarından çıkarmak için Green fonksiyonlarına dar bantlı Gauss filtresi uygulandı. Bu aşamada 1 ile 20 saniye periyot aralığı kullanıldı. Seyahat zamanlarının verilen bir model için düz hesaplanması amacıyla Fast Marching yöntemi kullanılmıştır. Bölgedeki yüzey dalgası grup hızlarının yaklaşık olarak belirlenebilmesi için Bayesian tipi ters çözüm öncesinde, hesaplama olarak daha hızlı ve varış zamanı rezidüyellerinin direkt ters çözümüne olanak veren, nispeten daha basit iki boyutlu bir yöntem kullanılmıştır. Ardından benzer bir şekilde Bayesian sistemi kullanılarak Green fonksiyonlarından elde edilen varış zamanı rezidüyellerinin direkt ters çözümü elde edilmiştir. Bunun sonucunda, bu yöntem ile de farklı frekanslarda grup hızlarına ulaşılmıştır. Bayesian tipi ters çözümünün kullanımı avantajlı görülmektedir çünkü bu tip bir optimizasyon sırasında, Voronoi hücrelerinin yardımı ile modelleme alanı içerisindeki veri çözünürlüğünün şartlarına bağlı olarak değişen ebat ve biçimlerde düzensiz bir parametrizasyona olanak sağlar. Ayrıca, ters çözüm algoritması, klasik anlamda tomografi yöntemlerinden farklı olarak, elde edilmek istenen model parametreleri üzerinde sönümleme ve/veya düzleştirmeye imkân veren parametrelere bağımlı değildir. Bayesian yaklaşımı elde edilen bütün çözüm setinin olasılık dağılımını vererek bir nevi çözümlerin belirsizliği hakkında da bilgi sağlar. Elde edilen tomografik haritalar Rayleigh tipi yüzey dalgalarının grup hızlarının 1 ve 20 saniyelik periyotlar arasında iki boyutlu dağılımlarını temsil ederler. Tomografik haritalar, araştırma bölgesindeki yüksek çözünürlüklü düşük grup hızları ile karakterize edilen Çınarcık, Tekirdağ ve Adapazarı gibi havza yapılarını ortaya çıkarmıştır. KAFZ boyunca gözlemlenen düşük hız zonları, süregelen aktif deformasyonun izlerini işaret etmektedir. Araştırma bölgesinin doğusunda kalan, farklı ve karmaşık tektonik yapıları içeren kısımda, grup hızı dağılımları K-G yönünde düşük hızdan yüksek hıza geçişler göstererek İstanbul-Zonguldak zonunun Armutlu-Almacık bloğundan farklılık gösterdiğine işaret eder.

Özet (Çeviri)

Turkey poses a complex crustal structure as a result of the convergence of the Arabian and African plates. The North Anatolian Fault Zone (NAFZ) represents 1600 km long active right-lateral strike-slip fault system of the country that has caused several destructive earthquakes. Location of historical earthquakes indicates that the activity on the fault tend to migrate westward that was confirmed by the stress change measurements following the last Mw7.4 1999 Izmit Earthquake. In the western part of NAFZ, there is a seismic gap inside the Sea of Marmara. Reliable knowledge of physical properties of the crustal structure of the unruptured segment within the Sea of Marmara is crucial for proper seismic hazard assessments given that the city of Istanbul, a metropolitan city with its millions of habitats, is closely located to this seismic gap. Although there have been several studies of examining the crustal structure of the Marmara Region and surroundings at different depth scales, the resolution of collected data inside the Sea of Marmara and thus resultant model from, i.e., seismic local earthquake tomography is not good enough mainly due to the lack of seismic instrumentation. The ambient seismic noise tomography eliminates this problem because in this method, every seismometer act as a source. The cross-correlation between two receivers gives the Green's function which contains structural information about the region beneath seismometers. In this thesis work, the Transdimensional Bayesian tomography, for the first time, has been applied to obtain a high-resolution image of the crustal structure of northwestern Turkey. For forward estimation of traveltime information for a given velocity model, we used the Fast Marching Method (FMM). Prior to this, we applied a rather simple and computationally fast 2-D nonlinear tomography scheme to have a rough idea on group velocity variation in the regions. We used a Bayesian framework to invert traveltime residual extracted from Green's functions for the Rayleigh wave group velocity models at various frequencies. The advantage of this framework is that it allows an adaptive model parametrization using irregular Voronoi cells varying in size and shape depending on data resolution conditions in the model space. Moreover, the inversion scheme is independent from the damping and smoothing parameters and it gives a probability distribution of the complete solution which enables uncertainty estimation of the results as. Our high-resolution tomographic images included group velocities of Rayleigh waves resolved between 1 sec and 20 s. The tomographic maps of lateral variation successfully revealed the basin structures such as Çınarcık, Tekirdağ, and Adapazarı Basins between periods 1 and 10 s that are characterized by typically low group velocities with low uncertainties in this study. The low-velocity zones mark well sign of deformations along the NAFZ in the crust and the complex structure due to the active tectonics of the Anatolia. Finally, different tectonic units, in particular, to the east were identified from each other as our maps highlight Istanbul-Zonguldak Zone from Armutlu-Almacik Block with a sharp high to low-velocity change in N-S direction.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    307137

    Imaging the upper mantle beneath Turkey and surrounding regions

    Türkiye ve çevresi üst manto yapısının görüntülenmesi

    AHU KÖMEÇ MUTLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Jeofizik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRULLAH KARABULUT

  2. Tez No

    835521

    3-D velocity structure of the gulf of Izmir (Western Turkey) by using traveltime tomography

    İzmir körfezi'nin seyahat zamanı tomografisi ile 3-B hız modelinin elde edilmesi

    ZEHRA ALTAN SAĞLAM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NESLİHAN OCAKOĞLU GÖKAŞAN

  3. Tez No

    397985

    Batı Anadolu kara ve kıyı ötesi ML≥5.0 depremlerine ait artçı şok dizilerinin (2005-2015) istatistik özellikleri

    Statistical properties of aftershock sequences of ML≥5.0 earthquakes occurred in land and offshore of Western Anatolia

    İBRAHİM YEŞUA ÖZÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMİNE AYSUN GÜNEY

  4. Tez No

    293679

    Investigation of rheological implications of the crustal reflectivity in the sea of Marmara

    Marmara denizinde kabuğa ait yansıtılabilirliğin reolojik anlamlarının araştırılması

    ASLIHAN ŞAPAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYSUN GÜNEY

  5. Tez No

    554965

    Türkiye'nin kuzey-batı bölgesindeki yüzeydeformasyonlarının yüksek çözünürlüklü insar verileriyardımı ile gözlenmesi: Asismik slip ve çöküntü olguları

    Monitoring of surface deformation in northwest turkey from high resolution insar : Focus on tectonic aseismic slip and subsidence

    GÖKHAN ASLAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZİYADİN ÇAKIR

Geri Dön