Tectonic kinematic and dynamical boundary conditions to the South of Anatolia using new geodetic constraints and numerical modeling
Güney Anadolunun kinematik ve dinamik tektonik sınır koşullarının yeni jeodezik gözlemler ve sayısal modellerle belirlenmesi
- Tez No: 850822
- Danışmanlar: PROF. DR. ERGİN TARI, PROF. DR. MEHMET SİNAN ÖZEREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 200
Özet
Doğu Akdeniz'in tektoniği üç temel tektonik levhanın birbirlerine göreli olarak gerçekleştirdikleri davranışlar üzerinden ifade edilir. Güneyden Nubia levhasının Avrasya levhasına göre yaptığı dalma-batma hareketinin bir bölümü bir mikroblok olarak tanımlanan Anadolu bloğu üzerinde gerçekleşmektedir. Bununla birlikte Orta Miyosende Afrika levhasının Levant fay zonu (bazı kaynaklara göre Ölü Deniz fayı) boyunca ayrılması ve meydana gelen Arabistan levhasının Avrasya levhasına göre kuzeye doğru hareketi Bitlis-Zagros süturu boyunca bir kıtasal çarpışma zonu meydana getirmiştir. Bu iki levhanın davranışı Anadolu bloğunun batıya doğru hareketine sebep olmuştur. 90'lı yıllardan itibaren bilimsel çalışmalarda varlığını gösteren uydu tekniklerine dayalı jeodezik yöntemler bu hareketin yüksek hassasiyette belirlenebilmesine katkı sağlamıştır. Anadolu'nun genel tektoniği temel olarak bölgedeki iki doğrultu atımlı fay zonu üzerinden ifade edilmektedir. Kuzey Anadolu Fay Zonu sağ yanal atımlı bir fay olup, doğuda Karlıova'dan başlayıp doğu-batı yönlü ilerleyip İzmit Körfezi civarında iki kola ayrılarak Marmara Denizi içerisine girmektedir. Her iki kol da yaklaşık olarak doğu-batı yönlü davranışı sürdürüp Saros körfezi üzerinden Yunanistan'a doğru uzanmaktadır. Aletsel dönemde fay zonu boyunca gerçekleşen yıkıcı depremler, fay hattı üzerinde ulusal ve uluslararası bir çok farklı disiplinden araştırmacının çok sayıda çalışma yapmasına sebep olmuştur. Meydana gelen depremlerin doğudan batıya doğru istikrarlı bir davranış göstermesi ve 1999 yılında meydana gelen deprem İzmit ve Düzce depremleri son yıllarda yapılan çalışmaların fayın Marmara Denizi içerisinde yer alan segmentleri üzerine yoğunlaşmasına sebep olmuştur. Öte yandan Doğu Anadolu Fay Zonu sol yanal atımlı bir davranış göstermekte olup kuzeyde Karlıova'dan başlayıp kuzeydoğu-güneybatı yönünde Kahramanmaraş Türkoğlu kavşağına kadar uzanmaktadır. Son yıllarda meydana gelen 2011 Van ve 2020 Elazığ Sivrice depremleri fayın üzerinde gerçekleşen çalışma sayılarını artırmıştır. İlgili segmentler etrafındaki deprem sonrası davranışın izlenebilmesi için çok disiplinli çalışmalar yürütülmüştür. Bununla birlikte, bu tezin de çalışma dönemini kapsayan süreçte 6 Şubat 2023 tarihinde gerçekleşen Kahramanmaraş merkezli Pazarcık ve Elbistan depremleri hem yurt içinden hem de yurtdışından birçok araştırmacının en büyük odak noktası haline gelmiştir. Bilimsel olarak son derece önemli sonuçları olan bu depremler beşeri olarak Türkiye'de 11 ilin (Kahramanmaraş, Hatay, Malatya, Adıyaman, Gaziantep, Adana, Şanlıurfa, Diyarbakır, Kilis, Osmaniye) direkt olarak etkilenmesine ve onbinlerce insanın hayatını kaybetmesine sebep olmuştur. Yaşanan son depremler bir kez daha göstermiştir ki bölgede temel fay zonları etrafında yapılan çalışmalar tek başına yeterli olmayıp bölgenin genel tektoniğinin çok disiplinli olarak irdelenmesi gerekmektedir. 6 Şubat depremleri Avrasya-Nubia-Arabistan levhalarının birbirleriyle kesiştiği Kahramanmaraş üçlü eklemi etrafında gerçekleşmiştir. Üç levhanın karşılaşması tektonik karmaşıklığı artırmakta ve bölgenin süregelen deformasyonun yüksek hassasiyette izlenmesini gerektirmektedir. Üçlü eklemin doğusunda kuzey-güney bir hat boyunca süregelen Doğu Anadolu ve Levant fay zonları, güneyinde ise Kıbrıs yayı yer almaktadır. Ayrıca, bölgede var olan Kyrenia (Girne) fayı ve Güney Anadolu'daki önemli yüzey şekillleri olan Toros Sıradağları ve Adana/Kilikya havzasının güncel tektoniği de üçlü eklem civarındaki deformasyonun davranışından etkilenmektedir. Hem bu yapıların hem de Nubia dalma-batma zonunun kinematiğini daha iyi görüntüleyebilmek için bölge ve civarındaki mevcut GNSS ağının güncellenmesi gerekmektedir. Kıbrıs adası yukarıda tarif edilen özelliklere sahip olabilecek tek ve biricik kara parçası olmasına rağmen çoğunlukla politik gerekçelerle günümüze kadar kapsamlı bir tektonik jeodezi tabanlı çalışma gerçekleştirilememiştir. Kıbrıs, Orta ve Güney Anadolu'daki mevcut GNSS ağlarının sıklaştırılması sadece yerel olarak bir katkı sağlamayacak aynı zamanda dalma-batma zonunun davraşınının da daha iyi anlaşılmasına olanak tanıyacaktır. Geliştirilen uydu jeodezisi temelli yöntemler 90'lı yılların başlarında sivil kullanıma açılmış olup tektonik levha hareketlerinin gözlenmesi gibi hassas konum bilgisi gerektiren çalışmalarda bütün dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri ve Rusya gibi devletlerin öncülük ettiği küresel uydu sistemlerinin sayıları yıllar içerisinde yükselip günümüzde Uydularla Küresel Konumlama Sistemleri olarak kullanıcılara sunulmaktadır. Bu tez kapsamında Anadolu'nun güneyi ve Kıbrıs'taki mevcut sürekli gözlem yapan istasyonlar göz önünde bulundurularak periyodik olarak gözlem yapılacak istasyonlar ile mevcut jeodezik ağın konumsal çözünürlüğü artırılmıştır. İstasyon seçiminde çalışmanın amacı göz önüne alınarak bölgede yapılmış geçmiş ölçmelerden yararlanabilmek için çoğunlukla Türkiye Ulusal Temel GNSS ağına mensup istasyonlar tercih edilmiştir. 2019-2021 yılları arasında hem Kıbrıs'ın kuzeyinde hem de Anadolu'nun güneyinde jeodezik gözlemler gerçekleştirilmiştir. Ölçmelerde çalışmanın gerektirdiği presizyon hesaba katılarak teknik donanımlar ve ölçme prensipleri belirlenmiştir. Mevcut ölçmeler sürekli olarak gözlem yapan ulusal ve sürekli istasyonların gözlemleriyle birleştirilerek bölge için yüksek çözünürlüklü jeodezik ağ elde edilmiştir. Ayrıca geçmiş yıllarda yapılan ölçmeler de çalışma kapsamına dahil edilerek sürekli istasyonlar için 2009-2021, kampanya tipi istasyonlar için ise 1998-2021 yıllarını kapsayacak bir veri havuzu elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada sahada gözlemlenen verilerin değerlendirilerek bölgenin hız alanının elde edilmesini amaçlayan veri değerlendirme işlem adımları sırasıyla gerçekleştirilmiştir. İlk adımda her bir oturum için istasyonların üç boyutlu konum bilgileri elde edilmiş ve her bir istasyon için zaman serileri üretilmiştir. Zaman serisi analizi için iki farklı yaklaşım benimsenmiştir. Sürekli istasyonlar için daha gerçekçi karesel ortalama hata değerlerinin kestirilebilmesi için detayları ilgili bölümde anlatılan bir regresyon ve spektral analiz yontemi kullanılmıştır. Buna ek olarak ilgili yöntem bir Monte Carlo analizi ile test edilmiştir. Kampanya tipi istasyonların analizi ise Kalman filtreleme tekniği kullanan Birinci Derece Gauss-Markov modeli ile gercekletirilmiştir. Zaman serisi analizi tamamlandıktan sonra hız alanı tezin amaçları doğrultusunda farklı referans sistemleri baz alınarak üretilmiştir. Bu çalışma kapsamında hız alanı Arabistan levhası ve Anadolu bloğu sabit alınarak sunulmuştur. Tez kapsamında Orta Anadolu'da Tuz Gölü fayının güncel kinematiğini anlamak için GNSS hız alanından ve İnterferometrik Yapay Açıklıklı Radar verilerinden yaralanılmıştır. Öncelikle bölgenin mevcut gerinme oranı alanı (strain rate field) iki farklı yötemle analiz edilmiştir. Yötemlerden biri tamamen kinemtaik bir yaklaşım olup, ikinci yöntem elastisite yaklaşımını temel alan bir yöntemin analitik çözümü yaklaşımıyla çalışmaktadır. Her iki yöntemde bibirleriyle uyumlu olarak bölgedeki baskın deformasyonun makaslama deformasyonu olduğunu ortaya koymaktadır. Bir sonraki aşamada Tuz Gölü fayı modeldeki tek süreksizlik olarak tanımlanacak şekilde bir blok model yaklaşımı uygulanmıştır. Blok model, Tuz Gölü fayının sağa yanal doğrultu atımlı bir fay olduğunu ortaya koymaktadır. Fayın üzerindeki kayma miktarı 2.0-2.5 mm/yıl olarak bulunmuştur. Son aşamada bulunan sonuçlar ilgili hassaslık testleri ve F testinden geçirilerek eldeki verinin mevcut sonuçları kestirebilme kapasitesi irdelenmiştir. Bir sonraki aşamada ise geçmişte bindirme fayı olarak davranış gösteren Tuz Gölü fayının zaman içerisinde nasıl evrim geçirebileceği bölgenin jeolojisi ve fayın tarihsel evrimi göz önünde bulundurularak örneklerle mekanik olarak açıklanmıştır. Elde edilen GNSS hız alanı verisi kullanılarak bölge için kuzeybatısında Anadolu'nun güneyini, kuzeydoğusunda Doğu Anadolu Fayından devam ederek Çardak ve Malatya-Ovacık faylarını, güneydoğuda Levant fayının varlığı ile Arabistan levhasını, güneybatıda ise Sinai levhasını Kıbrıs dalma-batma zonunun varlığında sınır olarak kabul eden bir blok model tasarlanmıştır. Ayrıca aynı GNSS hız alanı ile bir sürekli ortamlar kinematik modeli üretilmiştir. Her iki modelden elde edilen en dikkat çekici sonuç bölgenin geneline yayılmış olan makaslama bölümlenmesi deformasyon türünün varlığıdır. Çalışmadan elde edilen bulgular göstermektedir ki söz konusu makaslama bölümlenmesi güneyde Kıbrıs dalma-batma zonu ve Kyrenia fayı arasındadır. Kıbrıs yayı üzerindeki yakınlaşma oranı (convergence rate) yaklaşık 6.0 mm/yıl olarak belirlenmiştir. Buna karşın Kyrenia fayı yıllık 3.5-4.5 mm hızla sola yanal bir doğrultu atımlı fay davranışı göstermektedir. Bahsi geçen makaslama bölümlenmesi Levant Fay zonu üzerinde fayın kuzeyine doğru, yani Kahramanmaraş üçlü eklemine yaklaştıkça belirginleşmektedir. Geçmiş çalışmalarda varlığı ortaya konan Latakia çevresindeki bir mikroblok sisteminin varlığı bu çalışma kapsamında da doğrulanmıştır. Levant fayının üzerindeki kayma miktarı güneyden kuzeye doğru istikrarlı olarak azalacak şekilde 4.0-5.0 mm/yıl olarak hesaplanmıştır. Bölgenin kuzeydoğusunda ise mevcut makaslama bölümlenmesi Doğu Anadolu fayı temel deformasyon kaynağı olmak üzere, Çardak, Sürgü ve Malatya-Ovacık fayları arasında paylaşılmıştır. Doğu Anadolu fayının deprem öncesi dönemdeki kayma miktarı kuzeydoğuya doğru artacak şekilde 5.0-6.2 mm/yıl olarak hesaplanmıştır. Yine Çardak ve Malatya-Ovacık faylarının kayma miktarları sırasıyla 1.5 ve 1.4 mm/yıl olarak hesaplanmıştır. Sürekli ortamlar kinematik modeli bu bölgedeki bir“Doğu Anadolu Makaslama Zonu'nun”varlığını açıkça ortaya koymaktadır. Ayrıca 6 Şubat 2023 tarhinde meydana gelen deprem silsilesi de bu iddianın varlığını güçlendirmektedir. Blok model kapsamında bölge için Euler kutup parametreleri değerleri de hesaplanmıştır. Uluslararası Yersel Referans Sistemi 2014'e göre belirlenen“sıfır rotasyon (No Net Rotation)”kutup parametrelerinden de yararlanılarak bölge için birden farklı referans sistemine göre Euler kutup parametreleri hesaplanmıştır. Elde edilen Euler kutup parametreleri geçmişteki çalışmalarda hesaplanan bazı kutup parametrelerinin güncellenmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Son olarak çalışma alanı içerisinde yer alan önemli yeryüzü şekillerinden Toros Sıradağlarının ve Adana Kilikya havzasının güncel tektoniği üretilen modellere göre yorumlanmıştır. Buna göre hem Adana hem Kilikya havzasında gerinme oranı tensörleri kuzey-güney sıkışma ve doğu-batı açılmaya işaret etmekle birlikte Adana havzasında açılma bileşeninin, Kilikya havzasında ise sıkışma bileşeninin daha baskın olduğu sonucu görünmektedir. Yine Toroslar boyunca baskın olan gerinme oranı tensörünün kuzey-güney yönünde değiştiği görülmektedir. Bununla birlikte mevcut gerinme oranı tensörlerinin toplamından türetilen teorik yükselme miktarının bölgede geçmiş yıllarda yayınlanmış yükselme oranlarını açıklayacak yeterlilikte olmadığı belirlenmiştir. Bu durum GNSS hız alanının düşey bileşeninin çalışmanın gerektirdiği hassasiyette sonuç vermekte yetersiz kalması ile açıklanabilir. 6 Şubat 2023 tarihinde meydana gelen depremler ve sonrasında meydana gelen artçı şoklardan sonra bölgenin deprem sonrası davranışının iyi analiz edilmesi gerekmektedir. İkincil fayların varlığı göz önünde bulundurularak yapılacak çalışmalar deprem sonrası döneme katkı sağlayacaktır. Ayrıca bölgedeki yükselmenin daha iyi anlaşılabilmesi için veri çeşitliğinin artırıldığı çok disiplinli çalışmaların gerçekleştirilmesi önemlidir.
Özet (Çeviri)
The intricate plate tectonics of the Eastern Mediterranean region are driven by the interactions among three giant tectonic plates: Arabia, Africa, and Eurasia. The complexity of this region arises from the independent movements of smaller blocks or subplates, posing challenges for both kinematic and dynamic modeling. Since some pioneering works, it has been established that the northward motion of the Arabian Plate and the rollback of subduction at the Hellenic trench serve as two fundamental drivers of tectonic activity in the area, in addition to forces generated by lateral variations in crustal and upper mantle structure. However, the portion of the deformation process related to the northward motion of the Nubia Plate and its interaction with the deformation of Cyprus and South and Central Anatolia remains less comprehended. The Cyprus Arc, in particular, stands as one of the least understood segments within the broader Alpine-Himalayan tectonic belt. While historical seismicity in the region may appear limited, it may not provide a complete representation of the true long-term tectonic characteristics of the arc. The ongoing vertical uplift of Cyprus, well-documented by geomorphological studies, prompts further inquiry into the underlying mechanisms responsible for this uplift. The Cyprus Arc is bounded by the Anatolian Block to the north, the Nubian Plate and Sinai Subplate to the south, the Hellenic Arc to the west, and the Dead Sea Transform Fault and Arabian Plate to the east. Recent studies propose that subduction is still active along the Hellenic Arc, possibly continuing slowly westward from Cyprus. However, subduction likely ceased around Cyprus due to the collision and locking of microcontinental blocks, situated on the northern edge of the African Plate in the subduction zone. Eratosthenes Seamount, positioned between Cyprus and the Sinai subplate, with the passive margin of the Levant to the east, is a potential candidate for the source of these microcontinental blocks. This complex tectonic setting underscores the need for continued research to unravel the intricacies of the tectonic processes at play in the Eastern Mediterranean region. GNSS and InSAR datasets have been used to examine the present-day kinematics of the Tuz Gölü Fault with a view to documenting an 'intra-plate-like' behavior within a highly active plate boundary zone. In order to generate the strain rate field of the region, two different approaches have been employed. Both of the approaches reveal that the area has a shear-dominated deformation. Furthermore, a simple block model is constructed to understand better, especially the slip on the Tuz Gölü Fault. The results indicate that the fault behaviour can be explained by right-lateral strike-slip motion. This is in contradiction with the previous interpretations of it displaying normal fault behaviour based on geomorphological observations of limited spatial extent. On the other hand, the present-day kinematics of the fault is not in agreement with the thrust features that are observed around it. The propagation of the rupture of the North Anatolian Fault Zone may have put an end to the thrust regime along the Tuz Gölü Fault at the end of the Pliocene. It may provide guidelines for understanding the origin and behaviour of slowly deforming 'germanotype' structures within zones of rapidly deforming 'alpinotype' regions. Triple junctions involving non-subductable plates extend beyond local implications, crucial for studying the geology of convergent plate boundary zones. However, kinematic models overlook Cyprus-Anatolia motion due to limited geodetic constraints. Our study encompasses Cyprus, southern Turkey, and the Levant coast, focusing on the Kahramanmaraş triple junction where a destructive earthquake sequence occurred on February 6, 2023. We present precise positioning data merged with published velocities, constructing an up-to-date velocity field for the interseismic period. Employing two kinematic approaches, we analyze its tectonic implications. In Cyprus, we find the relative motion of Africa (Sinai Plate) and Anatolia is partitioned between convergence in the Cyprus subduction, with rate +-3.5-6.2 mm/yr, progressively decreasing from west to east and left-lateral transpressive Kyrenia fault, situated along the northern coast of Cyprus, with rate 3.2-4.2 mm/yr. The Levant Fault has a 3.5-4.7 mm/yr left-lateral slip rate, decreasing northward as part of it is transferred to offshore faults. The relative strike-slip motion between Arabia and Anatolia is partitioned between the East Anatolian Fault (slip rates 5.1-6.2 mm/yr) and some secondary faults such as Çardak and Malatya faults (slip rates 1.9-1.7 mm/yr) and causes distributed deformation for a 50-60 km wide region. The largest second invariant strain rate tensors from the continuum kinematic model also coincide with the same region which can be defined as the East Anatolian shear zone. A shear partitioning system exists around the Kahramanmaraş triple junction, from Cyprus to southeast Turkey. Strain rates appear relatively small in the Taurus range and Adana/Cilicia basin, transitioning from extensional/transtensional to compressional from east to west. The up component of GNSS velocities on the Taurus karstic plateau reaches 1.2 mm/yr, lower than Quaternary uplift rates on its southern edge. We examine Taurus uplift and Adana/Cilicia basin subsidence, considering slow convergence through earthquake distribution, seismic tomography, and modeling.
Benzer Tezler
- Long term deformation and earthquake history of the Ovacik fault (Eastern Turkey): Implications and contributions to the intra-plate deformation of Anatolia
Ovacık fayı'nın uzun süreli deformasyonu ve deprem tarihçesi: Anadolunun levha-içi deformasyonuna etkisi ve katkısı
MÜGE YAZICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BORİS NATALIN
DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ ZABCI
- Tectonic and magmatic structure of Lake Van basin and its structural evolution, Eastern Anatolia accretionary complex (EAAC), East-Turkey
Van Gölü havzasının tektonik ve magmatik yapısı ve yapısal evrimi, Doğu Anadolu yığışım karmaşığı (DAYK), Doğu Türkiye
MUSTAFA TOKER
Doktora
İngilizce
2011
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. M. CELAL ŞENGÖR
- Investigation of mantle kinematics beneath Turkey and adjacent regions based on seismological and numerical modelling
Türkiye ve yakın çevresinin altında kalan üst mantonun kinematik özelliklerinin sısmolojik ve sayıssal model ve gözlemlerile incelenmesi
JUDITH MARIA CONFAL
Doktora
İngilizce
2020
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCAY TAYMAZ
- Source models of September 25, 2013 Acari-Peru (Mw 7.1) and September 08, 2017 Chiapas-Meksika (Mw 8.2) earthquakes and tsunami simulations
25 Eylül 2013 Acari-Peru (Mw 7.1) ve 08 Eylül 2017 Chiapas-Meksika (Mw 8.2) depremlerinin kaynak mekanizması çözümü ve tsunami simülasyonları
HAKAN TARIK MERİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA YOLSAL ÇEVİKBİLEN
