Frequency-dependent shear wave attenuation along the western part of the North Anatolian fault zone, Turkey
Kuzey Anadolu fayının batısında, frekansa bağlı s-dalgalarının sönümlenmesi
- Tez No: 541061
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUNA EKEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeofizik Mühendisliği, Geophysics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Anadolu plakasının aktif tektonizması ve deformasyonu başlıca Arap ve Afrika plakalarının Avrasya plakasına doğru hareketinden kaynaklanır. Bu hareketin sonucunda, Anadolu plakası batıya doğru itilmesiyle bir kaçış hareketi gerçekleştirir ve Türkiye'de bulunan iki büyük makaslama zonu oluşur: Doğu Anadolu Fay Zonu (DAFZ) ve Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ). KAFZ Avrasya ve Anadolu plakalarının arasında bulunan yaklaşık 1600 km'lik bir transform fay hattıdır. Türkiye'nin en önemli tektonik özelliği olup, bilim insanları tarafından yıllardır özenle incelenmektedir. KAFZ'ye olan bu ilginin sebebi ise 1939 yılında fay hattının doğusunda Erzincan depremiyle başlayarak son olarak 1999 yılında Düzce (Mw=7.2) ve İzmit (Mw=7.4) illerinde meydana gelmiş büyük depremler serisinin batıya doğru hareketinin gözlemlenmesidir. Aynı zamanda Türkiye'nin büyük şehirlerinden biri olan İstanbul'un KAFZ'nin batı kısmında konumlanmış olması ve beklenen bir sonraki yıkıcı depremin İstanbul'a etkilerinin büyük hasarlara yol verebileceği düşünülmektedir. Bu tezin içeriği ise KAFZ'nin batı kısmındaki kabukta sismik sönümlenme özelliklerinin incelenmesidir. Çalışma alanında KAFZ'nin iki ayrı kola (kuzey kolu ve güney kolu) ayrılmasıyla Istanbul-Zonguldak, Armutlu-Almacık ve Sakarya zonları gözlemlenir. KAFZ boyunca kabuk yapısının iyi anlaşılması şimdiki ve geçmişteki tektonik aktivitelerin anlaşılmasında önemli bir yer arz eder. Bu sebeple, bu tezin amacı şuanda KAFZ'nin sismik anlamda en aktif olan batı bölgesindeki kabuk yapısını sönümlenme parametreleriyle detaylı bir biçimde incelemektir. Sismik sönümlenme, deformasyonun biçimiyle ilgili ayrıntılı bilgi sağlamaktadır. Süneklik ve kırılganlık kavramları sönümlenme şekilleriyle incelenebilmektedir. Örneğin saçılmadan kaynaklı sönümlenme ufak dağıtıcıların çokluğundan kaynaklı daha kırılgan bir yapı göstermektedir. Oysaki içsel sönümlenmenin baskınlığı muhtemel bir ısı kaynağını işaret ederek sünek deformasyonu işaret eder. Bu çalışmanın amacı KAFZ'nin batı kısmındaki sönümlenme parametrelerinin iki boyutlu olarak çizdirilerek, bölgedeki kabuk deformasyonunu detaylı olarak incelemektir. Bu amaç doğrultusunda sentetik sismogramlar akustik radiatif transfer teorisiyle (RTT) çoklu eşyönlü saçılımlar yaklaşımıyla oluşturulmuştur. RTT kullanarak sönümlenme tipi ayrıştırılmıştır. Bu yaklaşımda gözlemlenen sismik dalganın kuyruk kısmıyla oluşturulan sismik dalga zarfı direk olarak birbirine oturtulur. Bu yöntemde kuyruk düzeltmesi yapılmamasına rağmen, yön bağımlı saçılımlar için de geçerlidir. Kullanılan ters çözüm yöntemi ise beş farklı frekans bandında (0.75'ten 12 Hz'e kadar) en iyi kuyruk çakışmasını sağlamayı amaçlar. Gözlemlenen sismik dalganın kuyruk zarfının sentetik olarak oluşturulan zarfla tam olarak örtüşmesi, yöntemin tektonik anlamda bu kadar karmaşık ve aktif bir alanda bile doğru çalıştığının göstergesidir. Bu çalışmada Dense Array of North Anatolia (DANA) adlı çalışma ile toplanan lokal sismik aktivite kullanılmıştır. Bu geçici sismik ağ 2012 ile 2013 yılları arasında durmaksızın veri toplamıştır. Üç bileşenli dalga-biçimleri bu ağa bağlı çalışan 7 kilometre aralıkla dizilmiş, 71 istasyondan gelen 1315 işlenmemiş deprem verisinden çıkarılmıştır. Lokal magnitüdler 0.1 ile 4.1 arasında değişmektedir. İstaston ile deprem arasindeki mesafe maksimum 120 km olarak seçilmiştir. Bunun sebebi Moho sınırından yansıyan Sn dalgalarından korunmaktır. Aynı zamanda alt kabuk ve üst mantonun etkilerinden kurtulmak amacıyla odak derinlikleri maksimum 10 km olan depremler alınmıştır. Bu kısıtları koyduktan sonra elimizde 1035 deprem kalmış olmakla birlikte, ters çözümün doğru çalıştığını garantilemek adına bazı parametreler seçilmiştir. Örneğin kuyruk penceresi 10 saniyeden kısa olan depremler için ters çözüm çalışmaz, S-dalgası enerjisinin tamamını yakalamak amacıyla, kesme dalgası penceresi S-dalgasının varışından üç saniye önce başlar ve varıştan 7 saniye sonrasında biter. Sinyal bölü gürültü oranının 2.5 in altına düştüğü durumlarda ters çözüm o depremi atlar ve kuyruk penceresi en fazla 100 saniye olarak ayarlanmıştır. Bütün bu seçim parametrelerinin sonucunda 249 deprem kalmıştır. Deprem sayısının kayda değer şekilde azalımı, ters çözüm kalitesinin ve tutarlılığının artışından ötürü problem olarak görülmemiştir. Kuyruk dalgaları geçmişten bu yana bir çok çalışmada kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucu, sismogramın, sönümlenmenin ve saçılımın en iyi gözlemlendiği kısmı olarak kabul edilmişlerdir. Bu nedenle bu çalışmada kuyruk dalgaları kullanılmıştır. Bu çalışmadaki amaç sönümlenmenin kaynağını açığa çıkarmak ve buna bağlı bir harita elde etmek olduğundan kuyruk dalgası içeriğinden bu parametreleri ayırdık. Saçılmadan kaynaklı sönümlenme ve esas enerji dönüşümünden kaynaklı sönümlenmeyi ayırarak bölgenin kabuk yapısını incelemiş olduk. İki farklı sönümlenme türünden elde edilen sonuçları, bölgede önceden yapılmış jeofizik ve jeolojik çalışmalar ile birarada inceleyerek ters çözüm yönteminin bu koşullar altında doğru işlediğinden emin olduk. Bu tezin sonuçlarından bir tanesi sönümlenmelerin beş farklı frekans bandında iki boyutlu yanal değişim haritalarıdır. Oluşturulan haritalar KAFZ'nin batısındaki farklı litolojilere sahip üç ayrı zonu göstermektedir. Armutlu-Almacık, İstanbul-Zonguldak ve Sakarya zonları bu alanda KAFZ'nin kuzey ve güney kolları ile birbirinden ayrılmaktadır. Yöntem sonucunda bu kolların ayırdığı üç ayrı zonu haritalandırarak yöntemin gerektiği gibi işlediğinden emin olduk. Genel olarak sonuçlarda, saçılmalardan kaynaklı sönümlenme, düşük frekanslarda (0.75, 1.5, 3.0 Hz) baskın olarak gözlemlenmiştir. Bunun yanı sıra, yüksek frekanslarda (6.0, 12.0 Hz) ise baskınlığını kaybederek yerini içsel sönümlenmeye bırakmıştır. Bu da sığ alanlarda içsel sönümlenmenin derin alanlarda ise saçılımlardan kaynaklı sönümlenmenin baskın olduğuna işaret eder. Daha yaşlı ve sağlam olan İstanbul-Zonguldak zonunda daha düşük sönümlenme, daha genç Sakarya zonunda ise daha yüksek sönümlenme değerleri gözlemlenmiştir. Bu fark, çalışmanın amacına yönelik uygun sonuçlar verdiğinin kanıtıdır. Bu iki farklı litolojik birimin farklı sismik özellikler gösterdiği önceden yapılan çalışmalarda da gösterilmiştir. Aynı zamanda bu iki birimden parçalar barındıran orta segment derinliğe bağlı olarak değişen sönümlenme değerleriyle tekrardan ispatlanmıştır. Ayrıca alanda yapılmış diğer çalışmaların da belirttiği gibi Armutlu-Almacık zonu karmaşık ve heterojen bir yapıya sahiptir ve bu yapı nedeniyle sönümlenme değerleri bu zon içinde değişiklik göstermektedir. Daha ayrıntılı bahsetmek gerekirse, bu zonda batı-doğu açılmasından kaynaklı oluşmuş Kuzuluk baseni çok yüksek sönümlenme değerlerine sahiptir. Dolayısıyla yöntem, önceki çalışmalarda sismik hız anlamında düşük değerler vermiş olan Kuzuluk baseninde beklenilen çok yüksek sönümlenme değerlerini göstermeyi başarmıştır. Genel olarak çalışmanın sonuçları, alanda yapılmış diğer jeofizik ve jeoloji araştırmalarına uyumlu sonuçlar göstermiştir. Ayrıca sismologlar tarafından önem arz eden bir diğer bilgi ise depremin büyüklüğüdür. Bu büyüklük yıllar boyunca farklı şekillerde ifade edilmiştir. Ancak büyüklüğü en iyi tasfir eden moment magnitüdüdür. Bu büyüklük çeşidi aynı zamanda diğer büyüklükler arasında bir geçiş sağlar. Bu nedenle bu çalışmada, ters çözüm esnasında her bir depremin lokal magnitüdünden moment magnitüdüne geçilmiştir. Yöntem bu noktada sismogramda var olan kaynak enerjisini fourier dönüşümünü kullanarak kaynak spektrumuna çevirir. Bu sayede sismik momentin hesaplanabileceği bir denklem oluşturulmuş olur. Sonrasında ise sismik momentten moment magnitüde geçiş denklemi kullanılarak her bir depremin moment magnitüdü hesaplanmış olur. Bütün bunların yanında, bu çalışmanın yan ürünü ise magnitüd hesabıdır. Her bir deprem için hesaplanan moment magnitüdleri, çalışma sırasında kullanılan depremlerin lokal magnitüdlerle uyumlu olduğu gözlemlenmiştir ki bu da deneysel yaklaşımla yapılmamış olan ters çözüm yöntemimizin başarılı çalıştığını kanıtlar niteliktedir.
Özet (Çeviri)
Active tectonics and deformation of Anatolian plate are driven by the northward convergence of African and Arabian plates to Eurasian plate. This type of movement, has resulted in the development of two major shear zones occured, namely, East Anatolian Fault Zone (EAFZ) and North Anatolian Fault Zone (NAFZ) and a westward escape of Anatolia along these shear deformation zones. The NAFZ, a transform boundary between Eurasian and Anatolian plates with a length of about 1600 km, is one of the most prominent tectonic features in Turkey and has been attracting an extensive focus in scientific community due to its seismic hazard potential for a large area including the mega-city Istanbul. This thesis focuses on seismic attenuation properties within the crustal part of the western NAFZ which seperated into two branches resulting in Istanbul-Zonguldak, Armutlu-Almacık and Sakarya Zones. A proper knowledge of the crustal structure along the NAFZ, plays a key role in understanding the past/present tectonic processes in relation to the deformation history. Hence the main motivation of this thesis is to investigate crustal heterogeneities along seismically most active part at present which is the western part of the NAFZ by investigating the attenuation properties. Seismic attenuation can provide hints about ductile and/or brittle type of deformation characteristics of a region that would be observed by the seismic waves amplitude. During the wave propogation from source to receiver, the amplitude of seismic waves decreases due to the intrinsic and scattering attenuation properties of a heterogeneous medium. Aim of this study is to reveal 2D lateral distribution of frequency-dependent crustal attenuation parameters along the western part of NAFZ. To compute synthetic seismograms, an approach that is based on acoustic radiative transfer theory (RTT) and allows the seperation of intrinsic and scattering attenuation, under the assumption of multiple isotropic scattering was employed. In the next step, the estimation of intrinsic and scattering attenuation parameters was achieved applying an inversion procedure that depends on finding an optimal fit between syntetically computed and observed seismogram envelopes in five different frequency bands (0.75 to 12 Hz). The successful fits between synthetically computed envelopes and the observed envelopes confirmed that our approach could be even applied in a study area with this tectonically active and complex regime. In this study, we used local seismic activity recorded at seismic stations of a temporary passive seismic network, the Dense Array of North Anatolia (DANA), that was operated between 2012 and 2013. Three component waveforms of the dataset from 1315 events recorded on 71 broadband stations within the array were extracted. We selected local earthquakes with magnitudes between 0.1 to 4.1, station-event pair distances less than 120 km, and focal depths less than 10 km. The second criteria is to avoid Moho boundary guided Sn-waves while third one allows us to focus on upper crustal region. Main outcome of this thesis is the 2D lateral variation of intrinsic and scattering attenuation at various frequencies in relation to the presence of major tectonic zones, i.e., Armutlu-Almacık, Istanbul-Zonguldak and Sakarya Zones that are separated by the Southern and Northern branches of the western part of the NAFZ and the depth extentions of these zones. Our findings clearly evidence these zones represented by significant lithological contrasts. Overall, scattering attenuation appears to be dominant over intrinsic attenuation in the study area at relatively low frequencies (0.75, 1.5, and 3 Hz) while intrinsic attenuation controls the attenuating behavior at higher frequencies (6 and 12 Hz). Beneath the older Istanbul Zone we observe relatively low attenuation properties while the values for younger Sakarya Zone is relatively high. This contrast shows that the method explicitly indicates the significance of present lithological conditions. Furthermore, the Armutlu-Almacık block shows more complex and laterally varying attenuation properties which is found to be coherent with early geophysical findings observed for the area. In particular, attenuation properties over Kuzuluk Basin which is a pull-apart basin formed due to west-east extensional deformation are characterised by very high values. In addition to the attenuation parameters, as a side product of this thesis we provide coda-derived magnitudes. Since our approach yields source displacement spectrum we were able to calculate the moment magnitudes 〖(M〗_w) for each earthquake and they represent a good correlation with catalog magnitudes which implies that our non-empirical inversion approach is successful.
Benzer Tezler
- Regional wave propagation and attenuation in Turkey and surrounding regions: Implications for lithospheric structure
Başlık çevirisi yok
RENGİN GÖK
Doktora
İngilizce
2001
Deprem MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİYAZİ TÜRKELLİ
- Depremler sırasında zeminlerin davranışına bağlı olarak meydana gelen zemin deplasmanlarının belirlenmesi
Determination of soil displacements depending on the soil behaviour during earthquakes
ZÜLKÜF KAYA
Doktora
Türkçe
2008
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. AYFER ERKEN
- A parallel monolithic approach for the numerical simulation of fluid-structure interaction problems
Akışkan-yapı etkileşimi problemlerinin sayısal simülasyonu için paralel monolitik bir yöntem
ALİ EKEN
Doktora
İngilizce
2016
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAYRİ ACAR
DOÇ. DR. MEHMET ŞAHİN
- Erzincan ili olasılıksal sismik tehlike analizi ve zemin davranış analizi
Probabilistic seismic hazard analysis and site response analysis of Erzincan province
SEMA KURBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV
- Kuzey Batı Anadolu cisim dalgalarının spektral özellikleri
Spektral parameters of body waves in Northwest Anatolia
MEHMET ERGİN