Geri Dön

Deformation of the central part of the East Anatolian fault examined in the light of space-based geodesy

Doğu Anadolu fay zonundaki tektonik hareketlerin anlaşılmasında uzay-temelli jeodezik gözlemlerin rolü

PDF İndir

  1. Tez No: 856248
  2. Yazar: SELVER ŞENTÜRK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ZİYADİN ÇAKIR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Jeodinamik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 154

Özet

Bu tez, uzay tabanlı jeodezi tekniklerini kullanarak, Doğu Anadolu Fay zonun (DAFZ) orta kısmına ait 2003 ve 2019 yılları arasındaki depremler arası hız alanlarını izlemeyi, tanımlamayı ve haritalamayı amaçlamıştır. Doğu Anadolu Fay zonu Türkiye'nin güneydoğusunda yer almaktadır ve Arap ve Anadolu levhaları arasında dikkate değer tektonik bir yapıdır. Tarihsel kayıtlar ve paleosismoloji çalışmaları bu sol-yanal, doğrultu-atımlı Doğu Anadolu fayının büyük ölçekli, yıkıcı depremler üretme kabiliyetine sahip olduğunu kanıtlamaktadır. Doğu Anadolu fayının Kuzey Anadolu fayının eşleniği olup, geçmişte her ikisinin aktif oldukları belirtilmiştir. Bununla birlikte, aletsel dönemde, bu iki fay için kaydedilen depremlerin frekans ve büyüklükleri birbirinden epeyce değişik ve bu fayların birbirinden farklı biçimde hareket ettiklerini göstermektedir. Biz bu çalışmamızda, uydu jeodezi teknikleri kullanarak eskiye nazaran Doğu Anadolu fayının davranış değişikliğine sebep olan olguları belirlemeye çalıştık. Çalıştığımız süreç içeresinde veri açısından süreklilik ve incelenmesine olanak sağlayan Doğu Anadolu fayının orta bölgesiydi ve bu bölge Palu ve Pütürge segmentlerini kapsamaktadır. Odaklandığımız alan kuzeydoğu-güneybatı doğrultulu Doğu Anadolu fay zonun yaklaşık 240 km uzunluğunda ve 40 km genişliğindeki bir bölgesini kapsamaktadır. Doğu Anadolu fay zonun bu alanı, Bitlis-Zagros sütür hattının kuzeyinde bulunan güneybatı-kuzeydoğu-doğrultulu, sol-atımlı fay segmentlerinden oluşur. Fay segmentleri, kuzey yönlü Arap ve batı/batı-güney yönlü Anadolu tektonik levhalarıyla kinematik olarak bağlantılıdır. Geçen yüzyılda büyük ölçekli deprem üretme açısından bakıldığında Doğu Anadolu fayının durgunluğu fayın kilitli veyahut krip edebileceği olarak yorumlanmıştır. Tipik olarak, iki deprem arasındaki sürede fayların kilitli olabileceklerine inanılır. Ancak, son elli yılı aşan bir süredir birçok bilimsel çalışma zaman içinde de bazı fayların kilitli olmayıp, gerilim biriktirmeden veya deprem oluşturmadan asismik olarak kayabileceği fikri geliştirilmiştir. Bu asismik kayma neticesinde bu tür bir fayların kümülatif sismik momentleri de önemli ölçüde azalabileceği belirtilmiştir. Bu asismik kaymanın diğer bir adı kriptir. Krip olgusu yer yüzeyinde veya sismojenik katmanın hemen altında yer alan sünek bölgesinde asismik kaymayı tanımlar (Wesson, 1988). Krip küçük depremlere eşlik ettiği ve çoğunlukla büyük depremlerin oluşumunu sınırladığı için“asismik”olarak tanımlanmıştır ve varlığında genelde yüzey kayma oranı ilişkili mikrosismisiteden çok daha fazla olduğu gözlemlenmiştir (Weldon ve diğerleri, 2013). Krip eden fayların küçümsenmeyecek ölçüde yer yüzünün neredeyse her yerinde var olduklarını ortaya konulmuştur (Louderback, 1942; Tocher, 1960; Steinbrugge ve Zacher, 1960; Whitten ve Claire, 1960; Ambraseys, 1970; Szeliga ve diğerleri, 2006; Hsu ve Bürgmann, 2006; Jouanne ve diğerleri, 2011; Jolivet ve diğerleri, 2014; Fettahi ve diğerleri, 2014; Harris, 2017). Hele son dönemlerde geniş InSAR uygulamaları ile krip olgusunun varlığı ve yaygınlığını destekleyen kanıtlar daha da artmış oldu. Günümüzde uydu jeodezi tabanlı InSAR tekniği“en yeni”tekniklerden biri sayılmaz, ancak küçük ölçekli yerkabuğu deformasyonlarının izlenmesinde ve değerlendirilmesinde kuşkusuz en popüler uydu jeodezi uygulamasıdır. Biz InSAR tekniklerinin kullanarak bu tez çalışmasında Doğu Anadolu Fay Zonu'nun orta kısmının güncel yüzey deformasyonun haritalanmasını ve değerlendirilmelerini ele aldık. InSAR tekniğini kullanarak çalışma bölgemizde aktif kabuk deformasyonlarını gözlemleyerek, depreme eğilimli olan alanlar ile ilgili sismik döngü üzerindeki kripin etkisini incelemeyi amaçladık. Bu çalışma Doğu Anadolu Fay Zonu'nun sismik ve asismik süreçlerini daha iyi tanımamıza ve genel olarak kripin fay kaymasının göreli katkıları hakkında farkındalık kazanmamızda yardımcı olabileceğini inanıyoruz. Daha önce önerildiği gibi (Türkoğlu, 2008; Avouac, 2015), faylardaki kripin fayın jeolojik ve yapısal özelliklerine bağlı olduğu sonucuna varılmıştır. Büyük olasılıkla, fayın yüzeylerindeki düzgünlük, lineer geometrisi, litolojisi, sıcaklığın etkisi ve kimyasal olarak aktif gözenek sıvılarının varlığı, kripin gelişimini destekleyen unsurlar. Doğu Anadolu fayın orta bölgesinin jeolojisi ve sismotektonik ortamı ile krip arasında da bir ilişki olabileceğini gözlemledik. Faylar, fay zonu içindeki andezitik-bazaltik, kireçtaşı ve serpantinitçe zengin ofiyolitik kütleler gibi düşük sürtünme dayanımına sahip kayaçlara bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Çeşitli çalışmalarda Doğu Anadolu Fay zonun fay segmenti ve kol sayısı farklılık gösterse de biz bu çalışmamızda Karlıova Üçlü Eklem'inden başlayarak Maraş Üçlü Eklem'ine kadar altı tanesini tanımladık (Duman ve Emre, 2013). Çalışmamızda tanıtımında yer alan segmentler şunlardır- Karlıova, Ilıca, Palu, Pütürge, Erkenek ve Pazarcık segmentleri. Mw6.8-24 Ocak 2020 Sivrice-Doğanyol depremi kısmen kırdığı Pütürge segmenti üzerinde meydana gelmiştir. Palu ve Pütürge fay segmentinin, Doğu Anadolu Fay zonun orta kesiminde volkanitler, Permo-Triyas yaşlı gnays, şist ve serpantinit kökenli ofiyolitik kayaçlarla betimlenen krip eden alanlara komşu olduğu gözlemlenmiştir. Çalışmamız, 15 yılı aşkın bir zamana yayılan InSAR yer değişimlerinin gözlemlerini sunuyor ve elde ettiğimiz bulgulara dayanarak Doğu Anadolu fay zonunun orta kısmının intersismik deformasyonunu haritaladık. Kısa dönemli depremlerin kosismik ve depremler arasında oluşan uzun-dalga deformasyonlarını ve krip olgusunu gözlemlemeye yardımcı olan InSAR metodolojisi kullanılmıştır. Bu amaçla, 2003 ile 2010 yılları arası için Avrupa Uzay Ajansı' nın arşivine ait Supersite verileri kullanılmıştır. InSAR zaman serileri hesaplanırken dört yörünge izinden (T400, T35, T262 ve T493) toplamda 86 Envisat ASAR görüntüsü kullanılmıştır. Bunlara ilaveten, 2014 ve 2019 arasındaki zaman dilimi için Sentinel-1A ve 1B uydularından veri elde edilerek 423 interferogram üretilmiştir. Bunun için bölgeye ait T43, T116 ve T123 yörünge iz numaralarına ait görüntüler elde edilmiştir. PSI (kalıcı saçıcı interferometrisi) tekniği ile, elastik dislokasyon modelleme yöntemleri ile Doğu Anadolu Fay zonun üzerindeki krip eden bölümlerinin kayma dağılımları haritalanmış ve asismik kaymanın hız alanını belirlenmiştir. Üretilen interferogramların zaman serileri, Doğu Anadolu fayının orta kısmında fay boyunca net bir yüzey kripin varlığını göstermektedir. Hesaplanan intersismik LOS (radarın bakış yönü) hız alanlarından, krip eden ve kilitli fay bölümleri arasında kademeli geçişler olduğu tespit edilmiştir. Fay boyunca kayalar arasındaki jeolojik varyasyonlar, krip hızındaki dalgalanmaları ve bunların oluşumunu açıklamakta destekleyici unsurdur. Netice olarak, kripin varlığı bizim çalışma alanı içinde ayrışık bir biçimde yer almaktadır ve ulaştığı en yüksek derinlik değeri 11.91+/-01 km'dir. Eriştiği bu derinlik neredeyse bu bölgedeki kabuğun sismojenik bölgesini tamamen kapsadığını gözlemledik. Bununla birlikte, krip çoğunlukla üstteki 4-7 km'lik bölümle sınırlı kaldığı da belirlenmiştir. Derinlik ve hız anlamında heterojen bir krip dağılımı olup, krip hızın Hazar gölü civarında 9.69±04 mm/yıl'a ulaştığını hesapladık. Bulduğumuz değer Doğu Anadolu Fay zonun ~10-11 mm/yıl'lık mevcut kayma hızına yakındır. Netice olarak, krip derinliği ve krip hızının varyasyonları, Doğu Anadolu Fay zonun orta bölümünün, Hazar Gölü'nden önceki ve sonraki alanlarda azami değerlere ulaştığını ve heterojen bir intersismik kilitlenmeye sahip olduğunu göstermektedir. Doğu Anadolu Fay zonun orta bölümünün intersismik deformasyonlarının (2003-2019 yılları arası) belirlenmesine ek olarak, bu çalışmamızda kosismik deformasyon alanından 21 Şubat 2007 Sivrice Mw 5.7 depremine ait kaynak parametrelerini belirledik. Bu depremin Doğu Anadolu fayının ana kolundan ziyade Hazar Gölü'nün güneyinde yer alan ikincil bir fay üzerinde meydana geldiği sonucuna vardık. Bu fay Adıyaman fayıdır ve depremin aldığı bölgede fay listrik geometrisine sahiptir. Elastik yarı uzayda konumlanan Okada tek faylı dislokasyon modelleme kullanarak, deprem için elde edilen sonuçlar şöyledir: kırılan fayın yönü K42°D doğrultusunda, 59° eğimli bir düzlemde, –73° açısal eğimde (sol-yanal doğrultu atımlı bileşene sahip normal faylanma), ve yüzeyden 5 km'nin altında bir derinlikte yer almaktadır. Tespit edilen krip neticesinde, Mw 5.7 21 Şubat 2007 Sivrice ve Mw6.8 24 Ocak 2020, Sivrice-Doğanyol depremlerinin neden olduğu yer değiştirmelerini takiben Doğu Anadolu Fay hattı üzerinde Coulomb gerilme analizlerini ve modellemeleri yaptık. Kestirdiğimiz krip değerlerine göre atım değeri 10 mm olarak varsayılan statik Coulomb gerilmeleri hesap edilmiştir. Beklendiği gibi, sığ kesimde meydana gelen krip hareketi fayın altta kalan kesiminde ve krip eden bölgenin uçlarında gerilme artışına neden olmaktadır. Diğer yönden, Sivrice Mw 5.7 depremi sonrası, Doğu Anadolu Fayı üzerindeki normal gerilmeyi ve hatta kayma gerilmesini de arttırdığını görülmüştür. Neticeyle, 2007 Sivrice depremi Doğu Anadolu fayı üzerindeki statik gerilimi azalttığı düşünülmektedir ve büyük olasılıkla 24 Ocak 2020 Sivrice-Doğanyol depremin oluşumunu ertelemiştir. En sonunda ise, her iki deprem birlikte ele alındığında oluşturdukları, Doğu Anadolu Fayı üzerindeki Coulomb gerilmesi modellenmiş olup bunun sonucunda deprem sırasında kırılmış fayların uçlarında ~1 barlık gerilim artışı izlenmiştir.

Özet (Çeviri)

By using space-based geodesy techniques this thesis aimed to monitor, identify, and map the interseismic velocity field of the East Anatolian fault zone (EAFZ) for the years between 2003 and 2019. With a focus on the Pütürge-Palu segments, we studied the central, northeast-southwest trending part of the EAF zone with a length of 240 km and a width of 40 km. The fault segments are kinematically linked with the north-trending Arabian and the west/south-trending Anatolian plates. The major earthquake stillness of the EAF is predominantly interpreted as being locked or creeping. Typically, it is believed that in the time between two earthquakes, the faults happen to be locked. Along with this, more than half a century ago it was found that some of the faults in time may also deform aseismically without building stress nor producing earthquakes, or in the worst-case scenario even if they do, the seismic moment of an earthquake would be reduced substantially in that specific location. Frequently, surface creep describes relatively aseismic fault slip that transpires at or near the earth's surface (Wesson, 1988). The satellite geodesy-based InSAR technique is not one of“the most recent”, yet it is certainly the most popular satellite geodesy application in monitoring and assessing small earth crustal deformations. For that very reason, with InSAR, we got to hear and know more about the creep phenomenon. With the particular application on active crustal deformations and the related seismic cycle of earthquake-prone areas, this dissertation presents an application of InSAR techniques in mapping and assessing the present-day deformation pattern of the East Anatolian Fault Zone's central part. We infer that this work would assist us in recognizing the relative contributions of seismic and aseismic processes of the East Anatolian Fault zone and the fault slip in general. With the particular application on active crustal deformations and the related seismic cycle of earthquake-prone areas, this dissertation presents an application of InSAR to map the present-day deformation of the central part of the East Anatolian fault zone. The East Anatolian Fault region's geology and the seismotectonic setting provide a supportive perspective on the fault creep phenomenon. As it is formerly suggested (Turkoğlu, 2008; Avouac, 2015), we infer that fault creep is contingent on the geological and structural features of the fault. Fault parameters like fault smoothness, geometry, lithology, the influence of temperature, and the presence of chemically active pore fluids present velocity‐strengthening frictional behavior that supports the evolution of creep (Turkoğlu, 2008; Avouac, 2015). We have observed a correlation between the aseismic surface creep and the regional geology of the fault. The faults creep due in no small part to rocks with low frictional strength such as the andesitic-basaltic, limestone, and serpentinite‐rich ophiolitic bodies within the fault zone. Based on this, brief information is given about the lithological structures and spatial distributions of the main East Anatolian fault strands. Even though the number of fault segments and strands differ in various works, we described six of them beginning from the Karlıova Triple Junction (KTJ) up to the Maraş Triple Junction (MTJ) (Duman and Emre, 2013). Namely, these segments are as follows - Karlıova, Ilıca, Palu, Pütürge, Erkenek, and the Pazarcık segments. The Pütürge segment is the one along which the Mw 6.8-January 24th, 2020, Sivrice-Doğanyol earthquake transpired. It is necessary to note that the Palu and Pütürge fault segment neighbors creeping areas, depicted with volcanites, Permo-Triassic gneiss, schist and serpentinite‐based ophiolitic rocks within the central part of EAFZ. Our study presents InSAR observations spanning a time more than 15 years and based on our findings we mapped the interseismic deformation along the central part of the East Anatolian fault zone. We calculated the fault creep rate exploiting the archived ESA's Supersite data for the years between 2003 and 2010 of 86 Envisat ASAR images from four orbital tracks (T400, T35, T262, and T493). In addition to these, for the period between 2014 and 2019, Sentinel 1A & 1B images from orbital track numbers T43, T116, and T123 were also utilized to produce 423 interferograms. The PSI time series technique, along with elastic dislocation models and the geology of the creeping sections on the EAF, has been utilized to map the displacements and to deduce the velocity field of the aseismic slip. The time series of these interferograms demonstrate a clear surface creep presence along the central part of the East Anatolian fault. Moreover, the calculated interseismic LOS (line-of-sight) velocity field is observed to vary irregularly between creeping and locked fault sections. The geological variations between the rocks along the fault might explain the creep rate fluctuations and their occurrence. Modelling of the PSI data reveals a heterogeneous creep distribution at depth with main patches confined mostly in the uppermost 4-7 km portion of the seismogenic crust, with a maximum creeping depth of 11.91+/-01 km. The depth variation of the mapped creeping parts and the spatial distribution of repeating earthquake clusters were found to be correlated. Also, the creep rate oscillates along the study area, and it is estimated to reach a maximum value of 9.69±04 mm/y. This maximum rate corresponds to the present slipping rate of ~10-11 mm/y for the East Anatolian fault zone in this region. The variations of creep depth and creep rate show that the central part of the EAFZ has a heterogeneous interseismic coupling, with the highest values found in the areas neighboring the Lake of Hazar. In addition, we determined the source parameters of the February 21st, 2007, Sivrice Mw 5.7 earthquake from its coseismic deformation field found from InSAR and seismic analysis. We made the conclusion that this earthquake occurred in the south of Lake Hazar on a secondary fault, rather than on the main strand of the East Anatolian fault. This secondary fault is the Adıyaman fault, which is a splay from the EAF described by listric geometry. Our final results obtained from Okada single-fault dislocation model in elastic half-space are that the earthquake is a fault rupture with a strike direction of N42°E, dipping angle of 59°, with a rake of –73° (normal faulting with left-lateral strike-slip component), at a depth below 5 km from the surface. Following Sivrice Mw 5.7 earthquake Coulomb static stress analysis and modelling suggest that the earthquake increased the normal and more the shear stresses on the East Anatolian Fault. Thus, the 2007 Mw 5.7 Sivrice earthquake decreased the static stress on the East Anatolian fault. This indicates that it most probably delayed the January 24th, 2020, Sivrice-Doğanyol earthquake. We also calculated Coulomb failure stress changes generated jointly by these two earthquakes, the February 21st, 2007, Sivrice and January 24th, 2020, Sivrice-Doğanyol earthquakes to find out how do they change the static Coulomb stresses along the East Anatolian Fault. The results suggested that most of the central part of the East Anatolian fault has been unloaded statically of stress, where only at the ends of the ruptured planes were with increased static stress of ~1 bar.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    616849

    Deprem etkisi altındaki gömülü sürekli boru hatları

    Buried continuous pipelines under the effects of earthquake

    ADİL YİĞİT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Yapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULLAH GEDİKLİ

  2. Tez No

    507688

    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

    İngilizce

    2018

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BORİS NATALIN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ ZABCI

  3. Tez No

    845850

    Fay kayaçlarının fay mekaniği üzerine etkileri: Doğu Anadolu fayı'nın Hazar Gölü ve Palu arasında kalan kesiminden bulgular

    Fault rocks and fault mechanics: Implications from the East Anatolian fault between Palu and the Lake Hazar (Elazığ, Türkiye)

    İREM ÇAKIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CENGİZ ZABCI

  4. Tez No

    850822

    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

    VOLKAN ÖZBEY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERGİN TARI

    PROF. DR. MEHMET SİNAN ÖZEREN

  5. 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

Geri Dön