Geri Dön

Moment magnitude estimates in the Marmara Sea region (NW Turkey) inferred from modeling of coda waves

Koda dalgası modellemesi kullanılarak Marmara bölgesi depremlerinin moment büyüklüklerinin hesaplanması

PDF İndir

  1. Tez No: 706988
  2. Yazar: BERKAN ÖZKAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. TUNA EKEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeofizik Mühendisliği, Geophysics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 94

Özet

Avrasya ve Afrika levhalarının Helenik ve Kıbrıs hendeği boyunca çarpışması, Anadolu levhasının saat yönünün tersine ve batıya kaçış hareketine neden olmaktadır. Bu tektonik kuvvetler ile birlikte Anadolu iki ana makaslama zonu boyunca deforme olmaktadır. Bu iki makaslama zonu Anadolu mikroplakasının kuzey ve güneydeki sınırları olan kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) ve Doğu Anadolu Fay Zonudur (DAFZ). KAFZ Avrasya ile Anadolu plakasını sınırını oluşturan yaklaşık 1200 km uzunluğunda sağ yanal atımlı bir transform fay zonudur. Bu fay zonunun, araştırmalara daha çok konu olmasının sebebi 1939 yılında Erzincan'dan başlayıp, son olarak 1999 yılında Düzce (M_w=7.2) ve İzmit'de gerçekleşen (M_w=7.4) bir dizi yıkıcı depreme ev sahipliği yapmasıdır. KAFZ'nin batısında Marmara bölgesinde yer alır ve bu fay zonu Marmara Denizi içinde güney kol ve kuzey kol olmak üzere iki kola ayrılmıştır. Kuzeydeki kol daha doğrusal konumlanmasına karşın, güneydeki kol Batı Anadolu genişleme deformasyon rejimi etkisiyle daha karmaşık bir faylanma ağı ile sonuçlanır. KAFZ'nin bu iki kolunun konumlandığı Marmara bölgesi, 15 milyonun üzerinde nüfusuyla İstanbul gibi büyük şehirlerin bulunduğu, Türkiye'nin sanayileşme ve nüfus bakımından en kalabalık bölgesidir. Bu nedenle, Marmara bölgesinde daha iyi bir sismik tehlike değerlendirmesi yapmak için kesin bir deprem büyüklüğü tahmini son derece önemlidir. Bölgede daha iyi sismik tehlike değerlendirmesi yapabilmek için kaynak, alan ve sönümlenme parametrelerinin iyi belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada bu parametreleri belirlemek için koda dalgaları kullanılmıştır. Koda dalgaları sismogramların kuyruk bölümleri olarak tanımlanır. Bu saçılmış dalga alanları, kaynak radyasyon modeline ve yönlülük etkilerine daha az duyarlı olmasından dolayı yerel depremlerin kaynak özelliklerinin sayısallaştırılmasında kullanılması avantajlıdır. Başka bir deyiş ile bu dalgalar diğer dalgalar gibi düzlemsel dalgalar halinde değil, birçok heterojeniteden saçılmış dalga alanları halinde kayıt edilir. Bir diğer avantajı ise saçılmış dalga alanının ortalaması olan bu dalgalar, kabuğun yanal süreksizliklerinden etkilenmezler. Ayrıca depreme yakın bölgede kayıt yapılan durumlarda sismogram kırpılsa bile koda kısmı yine de faydalı olabilir. Kaynak, alan ve sönümlenme değerlerinin doğru tahmini, büyüklük değerlerinin doğruluğunu da arttırır. Bu doğrultuda, spektral kaynak enerjisini ve sönümlenme tiplerini ayrı ayrı hesaplamak adına radiatif transfer teorisi (RTT) kullanılmıştır. Belirlenen sönümlenme parametrelerini ve spektral kaynak enerjisi kullanılarak oluşturulan sentetik zarflar, gözlenen koda enerji yoğunluğu zarflarına oturtulmuştur. Bu çalışmada, gözlenen enerji yoğunluğu zarfları ve hesaplanan sentetik zarflar çoğu deprem için çok düşük hata değerlerinde örtüşmektedirler. Bu düşük hata paylı örtüşme, kullanılan yöntemin tektonik olarak karmaşık alanlarda dahi doğru çalıştığının göstergesidir. Bu çalışmada, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü tarafından sağlanan 2018-2020 yılları arasında bu bölgede meydana gelen küçük ve orta büyüklükteki lokal depremler kullanılmıştır (2.5≤M_L≤5.7). Marmara bölgesinde depremin merkez üssünden en fazla 200 km uzaklıkta olmak üzere 121 sismik istasyon kullanılmıştır. Koda dalgası enerji yoğunluğu zarflarının oluşumu sırasında ters çözümün doğru sonuç verebilmesi adına bazı kıstaslar verilmiştir. Örnek olarak, koda penceresi S-dalgasından sonra 5'inci saniye ile başlayıp 150'nci saniyede sona ermektedir. Bu pencere içerisinde sinyal gürültü oranı kıstası olan 3 değerini yakalayan depremler için koda penceresi daha kısa olabilir. Gerekli sinyal ve gürültü değerini bu pencere içerisinde yakalayamayan kayıtlar atlanır ve kullanılmaz. Ek olarak enerji yoğunluğu pencere genişliği S varışından önce 10'uncu saniye ile başlayıp 100'üncü saniye ile sona ermelidir. Bu süre içerisinde örnekleme olmayan veriler kullanılamaz. Seçilen bu kıstaslar sonucunda 303 depreme ait 6557 dijital üç bileşenli dalga formu kaydı sağlıklı bir biçimde kullanılabilmiştir. Doğru büyüklük tayini, bütün sismoloji çalışmaları için büyük önem arz eder. Terim olarak büyüklük yıllar boyunca farklı şekillerde ifade edilmiştir (M_L: Yerel büyüklük, M_S: Yüzey dalgası büyüklüğü, M_d: Süreye bağlı büyüklük, m_B: Cisim dalgası büyüklüğü, m_b: Cisim dalgası büyüklüğü (P-dalgası) gibi). Ancak bu büyüklük skalaları büyük depremlerde doyum problemine sahiptir. Bu problem, geleneksel skalaların 6.5-7.0 değerlerinden sonra doğruluğunu yitirmesi anlamına gelmektedir. Ancak, moment büyüklük (M_w), kabuğun sertlik değeri, fay düzlemindeki kırılma alanı ve yer değiştirmenin bir fonksiyonu olan sismik moment'e (M_0) bağlı olduğundan dolayı daha güvenilir bir büyüklük türüdür. Sismik moment ise bir deprem anında açığa çıkan enerjiyi belirlemede kullanılan bir ölçüdür ve deprem kaynağındaki kuvvetlerin fiziksel momenti olarak tanımlanmaktadır. Bu bağlamda M_w fiziksel bir parametre ile sabit olduğundan, büyük depremler için doyum sorunu ile karşı karşıya kalmaz. Bilinmeyen kaynak, alan ve sönümlenme terimlerinin, belirli aralıklarla seçilmiş bir dizi frekans bandında uygulanan ters çözümünü esas alan bir koda dalgası modellemesiyle kaynak yer değiştirme spektrumları oluşturulmuştur. Bu ters çözüm sonucunda her deprem için kaynak parametresi olarak sismik moment (M_0), köşe frekansı (f_c) ve yüksek frekans düşüş parametresi (n) hesaplanmış olur. Spektrumların düşük frekanslardaki düz kısmı sismik moment ile, frekans arttıkça kaynak yer değiştirmenin düştüğü frekans, köşe frekansı ile ve yüksek frekanslardaki düşüşün eğimi yüksek frekans düşüş parametresi ile açıklanır. Bu çalışma sonucunda, Ters çözüm kullanılarak hesaplanan sismik moment değerleri kullanılarak koda dalgalarından türetilen moment büyüklüğü (M_(w-coda)) değerleri Hanks ve Kanamori (1979) tarafından verilen bağıntı ile hesaplanmıştır. Hesaplanan bu M_(w-coda) değerleri, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü tarafından rapor edilen yerel büyüklük değerleri ile yakınlık göstermektedir. Katalog yerel büyüklükleri ve M_(w-coda) arasında doğrusal regresyon analizi ile Marmara bölgesi için ampirik bir ilişki sunulmaktadır. Sunulan bu ampirik ilişki, önceki çalışmalar ile yüksek benzerlik göstermektedir. Düşük yerel büyüklük değerlerine sahip depremlerde aykırı sonuçlar bulunsa dahi M_(w-coda) değerinin 3'ten büyük hesaplandığı değerler yerel büyüklükler ile kararlı bir uyum içerisindedir. Bunun yanı sıra ters çözüm sonucu hesaplanan yüksek frekans düşüş parametresi ile bulunan büyüklük değerlerinin ilişkisi de verilmiştir. Genel olarak bu parametre 0.5 ile 3.5 arasında değişmektedir. Bu sayede 3'ten küçük M_(w-coda) değerlerindeki aykırılıklar için, yüksek frekans düşüş parametresinin 2'den büyük olduğu durumlar için omega kare modelinin uygun olmadığı çıkarımı yapılabilir.

Özet (Çeviri)

Subduction of the African plate beneath the Anatolian plate in the Hellenic and Cyprus trenches, as well as collisional tectonics between the Eurasian and Arabian plates has led a westward motion of the Anatolian plate in the counter-clockwise rotation. Under these forces, Anatolia has been actively deforming along with two major shear deformation zone characterized by the North Anatolian Fault Zone (NAFZ) and East Anatolian Fault Zone (EAFZ). Western branch of the NAFZ is divided into two strands within the Marmara Sea located in the Marmara region. Even though the northern strand is linear southern strand is located at the transition zone from the shear to western Anatolian extensional deformation regime and this may result in a more complex faulting network at this part of the region. In general Marmara region hosting these two seismically active branches of the NAFZ poses the most industrial and populated settlement areas of Turkey such as Istanbul with more than 15 million habitants. Thus, a precise earthquake magnitude estimation is of utmost important for making a better seismic hazard assessment in Marmara region. In the present study, coda derived moment magnitude 𝑀𝑤−𝑐𝑜𝑑𝑎, was estimated for small-to-moderate earthquakes (2.5 ≤ 𝑀𝐿 ≤ 5.7 within a radius of 200 km) occurred between 2018 and 2020 in this region. We have used 6557 digital three-component waveforms recordings that were recorded at 121 seismic stations from these 303 local earthquakes. We established source displacement spectra obtained from a coda wave modeling approach in which the unknown source, site, and attenuation terms are simultaneously inverted. The forward prediction of coda waves was achieved considering acoustic Radiative Transfer Theory (RTT). The inversion procedure performed for several different frequency bands to obtain seismic moment 𝑀0, and thus the coda-derived moment magnitude 𝑀𝑤−𝑐𝑜𝑑𝑎 for each event. The use of coda waves in quantifying source properties of local earthquakes is advantageous mainly these scattered wavefields is less sensitive to source radiation pattern and directivity effects. Besides coda wave part can be more useful even if the seismogram is clipped in cases recording site within a close proximity to the earthquake. Resultant 𝑀𝑤−𝑐𝑜𝑑𝑎 values show significant similarities with previous studies and the local magnitude values reported by the KOERI. Eventually, this study presents an empirical relation between 𝑀𝐿 and 𝑀𝑤−𝑐𝑜𝑑𝑎 for Marmara region.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    143111

    Analysis of the crustal deformation caused by the 1999 Izmıt Düzce earthquakes using synthetic alperture radar interferomentry

    1999 İzmit ve Düzce depremlerinin neden olduğu kabuk deformasyonunun sentetikaçıklık radar interferometrisi ile incelenmesi

    ZİYADİN ÇAKIR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERDAR AKYÜZ

  2. Tez No

    842013

    Marmara Bölgesi'nin güncel gnss hız alanının belirlenmesi ve sonlu elemanlar yöntemi ile ana Marmara Fayı'nın sismik potansiyelinin ortaya konulması

    Determining the contemporary gnss velocity field of the Marmara Region and revealing the seismic potential of the main Marmara Fault using the finite element method

    MUSTAFA FAHRİ KARABULUT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Jeodezi ve FotogrametriYıldız Teknik Üniversitesi

    Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VAHAP ENGİN GÜLAL

  3. Tez No

    559235

    An application of the coda methodology for moment - rate spectra using three broadband stations in Turkey

    Türkiye'de bulunan üç tane genişbantlı sismik istasyonda sismik moment spektrumu elde etmek için koda yöntemi kullanılması

    TUNA EKEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Jeofizik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Jeofizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİYAZİ TÜRKELLİ

  4. Tez No

    676205

    Deformation styles and rates along the North Anatolian Fault Zone in the Sea of Marmara based on onshore-offshore seismic, geodetic and geologic data

    Kuzey Anadolu Fayının Marmara Denizi boyunca kara ve deniz tabanlı sismik, jeodezik ve jeolojik verilerine dayalı deformasyon stilleri ve hızları

    ZEYNEP COŞKUN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Deprem MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ PINAR

  5. Tez No

    184811

    Marmara bölgesinde artçı depremlerin istatistiksel analizi

    Statistical analysis of aftershocks in the Marmara region

    CANAN ÇETİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. ÖMER ALPTEKİN

Geri Dön