Geri Dön

Long period amplification of seismic waves inIstanbul metropolitan area

İstanbul metropol alanında sismik dalgaların uzun periyotlu amplifikasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 931413
  2. Yazar: ESRA KALKAN ERTAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ ÖZGÜN KONCA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Jeofizik Mühendisliği, Geophysics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Jeofizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Türk Müziği Çalışmaları Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 109

Özet

İstanbul, Kuzey Anadolu Fayı'na çok yakın bir megakent olup, bu nedenle sismik tehlikelere karşı oldukça savunmasızdır. 2019 Mw 5.7 Sivrice depremi sırasında kaydedilen yer değiştirmeler, uzun periyotlarda zemin büyütmesini ve uzun süreli sarsıntıları göstermektedir ve bu büyütmeler 0.1-1.0 Hz frekans aralığında gözlemlenmiştir. Bu frekans aralığındaki dalgalanmalar çok sığ yapılarla açıklanamaz ve daha derin sedimanter havzaları dikkate alan bir analizi gerektirir. Bu frekans aralığındaki büyütmeler, rezonans etkilerine yol açarak yüksek binalar ve altyapı için ciddi hasarlara neden olmaktadır. 26 Eylül 2019'da meydana gelen Mw 5.9 Silivri depremi, bölgeye özgü zemin büyütme etkilerini araştırmak için iyi bir veri seti sağlamıştır. Bu tez, farklı jeolojik birimlere dağıtılmış dokuz AFAD kuvvetli yer hareketi istasyonunun ivme kayıtlarını analiz ederek uzun periyot büyütme özelliklerini değerlendirmektedir. İlk test olarak, iki farklı hız modeli kullanılarak sentetikler karşılaştırılmıştır: (i) Karabulut ve ark. (2020) tarafından önerilen bir kabuk modeli ve (ii) AFAD istasyon raporlarında belirtilen yüzeye yakın hız katmanlarını içeren AFAD tabanlı istasyona özgü sığ hız modeli. Analizler, bu modellerin özellikle Avrupa Yakası'nda bulunan istasyonlarda gözlemlenen büyütmeleri doğru bir şekilde yakalayamadığını göstermektedir. Bu nedenle, her istasyon için yeni sismogramlar üretilmiştir. Daha sonra, istasyonun altındaki ilk iki kilometrelik bölgeyi temsil eden rastgele iki tabakalı yapılar oluşturulmuştur. Ardından, bu iki tabakanın SH dalgaları için transfer fonksiyonu kullanılarak büyütülmüş dalga formları hesaplanmıştır. Her bir istasyon için 5000 farklı hız modeli oluşturulmuş ve sentetik ile gözlemsel ivme spektrumları arasındaki uyum optimize edilmiştir. En iyi uyum sağlayan hız yapısı, sentetik ve kayıtlı dalga formlarının spektral eşleşmesiyle elde edilmiştir. Sonuçlar, zemin büyütmesinin yerel jeolojik koşullara bağlı olarak büyük ölçüde değiştiğini göstermektedir: sert jeolojik birimlere yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3405, 3413, 3417) minimum büyütme gösterirken, yumuşak sediman üzerine yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3411, 3412, 3416) güçlü büyütme ve uzun süreli sarsıntı sergilemektedir. 3412 istasyonu, muhtemelen çok kalın sıkışmamış sedimanlar veya yerel saha karmaşıklıkları nedeniyle anormal büyütme ve daha uzun salınımlar göstermektedir. AFAD tabanlı hız modeli, gözlemlenen büyütmeyi olduğundan düşük tahmin ederken, kabuk modeli sert kaya istasyonları için daha iyi uyum sağlamakla birlikte, yumuşak sediman istasyonlarında büyütmeyi yakalayamamıştır. Modelleme sonuçlarımıza dayanarak, yumuşak sediman üzerinde bulunan 3407, 3411, 3413 ve 3416 istasyonlarının sediman kalınlıklarının 120 ile 200 metre arasında değiştiğini ve altındaki katmanların sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için ilk katmanda 248 m/s, 87 m/s, 420 m/s, 188 m/s kayma dalgası hızlarına sahip olduğunu tahmin ediyoruz. İkinci katmanda ise sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için 254 m/s, 294 m/s, 789 m/s, 220 m/s kayma dalgası hızları elde edilmiş olup, ikinci katman kalınlığı 200 m ile 1000 m arasında değişmektedir. Bu istasyonlar için 2 km derinlikte daha iyi bir uyum sağlanması, daha derin sedimanter katmanların dalga amplifikasyonunu önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Karşılaştırıldığında, AFAD'ın hız modelleri ilk katmanda 3407 için 597 m/s, 3411 için 323 m/s, 3413 için 452 m/s ve 3416 için 420 m/s; ikinci katmanda ise 3407 için 2000 m/s, 3411 için 523 m/s, 3413 için 772 m/s ve 3416 için 849 m/s kayma dalgası hızları sağlamaktadır. Bu farklılıklar, olası yanal değişimler ve daha derin yapısal etkiler göz önünde bulundurularak daha fazla iyileştirme yapılması gerektiğini ortaya koymaktadır. AFAD'ın referans modelleriyle karşılaştırıldığında, sentetik sismogramlarımız 3407, 3411, 3413, 3416 istasyonları için iyi bir uyum göstermektedir; hem genlik hem de spektral içerik iyi bir şekilde yakalanmıştır. Ancak diğer istasyonlardaki farklılıklar, yanal heterojenlikler veya yol etkileri gibi ek faktörlerin de sonuçları etkileyebileceğini göstermektedir. Bu modellerin daha iyi optimize edilmesi için farklı yönlerden gelen depremler analiz edilmeli ve gözlemlenen farklılıkların farklı kaynak konumları ve azimutlar boyunca devam edip etmediği araştırılmalıdır. İlk test olarak, iki farklı hız modeli kullanılarak sentetikler karşılaştırılmıştır: (i) Karabulut ve ark. (2020) tarafından önerilen bir kabuk modeli ve (ii) AFAD istasyon raporlarında belirtilen yüzeye yakın hız katmanlarını içeren AFAD tabanlı istasyona özgü sığ hız modeli. Analizler, bu modellerin özellikle Avrupa Yakası'nda bulunan istasyonlarda gözlemlenen büyütmeleri doğru bir şekilde yakalayamadığını göstermektedir. Bu nedenle, her istasyon için yeni sismogramlar üretilmiştir. Daha sonra, istasyonun altındaki ilk iki kilometrelik bölgeyi temsil eden rastgele iki tabakalı yapılar oluşturulmuştur. Ardından, bu iki tabakanın SH dalgaları için transfer fonksiyonu kullanılarak büyütülmüş dalga formları hesaplanmıştır. Her bir istasyon için 5000 farklı hız modeli oluşturulmuş ve sentetik ile gözlemsel ivme spektrumları arasındaki uyum optimize edilmiştir. En iyi uyum sağlayan hız yapısı, sentetik ve kayıtlı dalga formlarının spektral eşleşmesiyle elde edilmiştir. Sonuçlar, zemin büyütmesinin yerel jeolojik koşullara bağlı olarak büyük ölçüde değiştiğini göstermektedir: sert jeolojik birimlere yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3405, 3413, 3417) minimum büyütme gösterirken, yumuşak sediman üzerine yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3411, 3412, 3416) güçlü büyütme ve uzun süreli sarsıntı sergilemektedir. 3412 istasyonu, muhtemelen çok kalın sıkışmamış sedimanlar veya yerel saha karmaşıklıkları nedeniyle anormal büyütme ve daha uzun salınımlar göstermektedir. AFAD tabanlı hız modeli, gözlemlenen büyütmeyi olduğundan düşük tahmin ederken, kabuk modeli sert kaya istasyonları için daha iyi uyum sağlamakla birlikte, yumuşak sediman istasyonlarında büyütmeyi yakalayamamıştır. Modelleme sonuçlarımıza dayanarak, yumuşak sediman üzerinde bulunan 3407, 3411, 3413 ve 3416 istasyonlarının sediman kalınlıklarının 120 ile 200 metre arasında değiştiğini ve altındaki katmanların sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için ilk katmanda 248 m/s, 87 m/s, 420 m/s, 188 m/s kayma dalgası hızlarına sahip olduğunu tahmin ediyoruz. İkinci katmanda ise sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için 254 m/s, 294 m/s, 789 m/s, 220 m/s kayma dalgası hızları elde edilmiş olup, ikinci katman kalınlığı 200 m ile 1000 m arasında değişmektedir. Bu istasyonlar için 2 km derinlikte daha iyi bir uyum sağlanması, daha derin sedimanter katmanların dalga amplifikasyonunu önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Karşılaştırıldığında, AFAD'ın hız modelleri ilk katmanda 3407 için 597 m/s, 3411 için 323 m/s, 3413 için 452 m/s ve 3416 için 420 m/s; ikinci katmanda ise 3407 için 2000 m/s, 3411 için 523 m/s, 3413 için 772 m/s ve 3416 için 849 m/s kayma dalgası hızları sağlamaktadır. Bu farklılıklar, olası yanal değişimler ve daha derin yapısal etkiler göz önünde bulundurularak daha fazla iyileştirme yapılması gerektiğini ortaya koymaktadır. AFAD'ın referans modelleriyle karşılaştırıldığında, sentetik sismogramlarımız 3407, 3411, 3413, 3416 istasyonları için iyi bir uyum göstermektedir; hem genlik hem de spektral içerik iyi bir şekilde yakalanmıştır. Ancak diğer istasyonlardaki farklılıklar, yanal heterojenlikler veya yol etkileri gibi ek faktörlerin de sonuçları etkileyebileceğini göstermektedir. Bu modellerin daha iyi optimize edilmesi için farklı yönlerden gelen depremler analiz edilmeli ve gözlemlenen farklılıkların farklı kaynak konumları ve azimutlar boyunca devam edip etmediği araştırılmalıdır.

Özet (Çeviri)

Istanbul is a megacity located very close to the North Anatolian Fault and thus is highly vulnerable to seismic hazards. During the 2019 Mw5.7 Silivri earthquake the recorded displacements show site amplification at long-periods and prolonged duration corresponding to the frequency range of 0.1-1.0 Hz. The excitations in these frequency range cannot be explained with variations in very shallow structure only and requires an analysis that considers deeper sedimentary basins. Amplifications in this frequency range cause resonance effects and serious damage tall and high-rise buildings and infrastructure. The Mw 5.9 Silivri earthquake of September 26, 2019, provided a good dataset for investigating site-specific amplification effects. This thesis analyzes acceleration records from nine AFAD strong-motion stations distributed over different geological units to evaluate the characteristics of long-period amplification. As an initial test, we compare synthetic waveforms using two velocity: (i) a crustal model from Karabulut et al. (2020), and (ii) an AFAD-based station specific shallow velocity model which includes near-surface velocity layers from AFAD station reports. We show that neither of the models work well for amplified waveforms especially on the motion recorded in stations on the European part of Istanbul. Instead we generate synthetic seismograms for each station. We try two approaches. First, we generate synthetic waveforms at the surface of the crustal model which is assumed to represent a hard-rock reference waveform. Then we randomly generate 2 layer structures on top of this structure and optimize the fit to the data in the frequency domain. As a second approach we calculate the synthetic waveforms at a depth of 2 km. We then again optimize for each station the layered structure that represent first two km beneath the station. For each trial we calculate the amplified waveforms using the transfer function of these two layers for SH waves. For each station we generate 5000 velocity models and optimize the fit between the acceleration spectrum of data and synthetics. The best-fitting velocity structure was obtained by spectral fitting of synthetic and recorded waveforms. Results show that the site amplification largely varies with local geological conditions: stations located on stiff geological units (e.g., 3405, 3413, 3417) have minimal amplification, while soft sediment sites (e.g., 3411, 3412, 3416) undergo strong amplification and long shaking. Station 3412 displays anomalous amplification and longer oscillations probably due to very thick unconsolidated sediments or local site complexities. While the AFAD-based velocity model underestimated the observed amplification, the crustal model fits better for hard rock sites but failed to capture the amplification at soft sediment stations. Based on our modeling results, we estimate that stations 3407, 3411, 3413, and 3416, which are situated on soft sediment, have sediment thicknesses ranging between 120 and 200 meters with underlying layers exhibiting shear wave velocities of 248 m/s, 87 m/s, 420 m/s, 188 m/s for first layer, respectively. For the second layer values for each station 254 m/s, 294 m/s, 789 m/s, 220 m/s for station 3407, 3411, 3413, 3416 respectively and the layer thickness for second layer ranging between 200 m to 1000 m. The better fit at a depth of 2 km for these stations suggests that deeper sedimentary layers significantly influence wave amplification. In comparison, AFAD's velocity models provide shear wave velocities of 597 m/s for 3407, 323 m/s for 3411, 452 m/s for 3413, and 420 m/s for 3416 for first layer and 2000m/s for 3407, 523 m/s for 3411, 772 m/s for 3413 and 849 m/s for 3416 for the second layer, indicating some discrepancies between our estimated values and the reference models. These differences highlight the need for further refinement, considering potential lateral variations and deeper structural influences. When compared to AFAD's reference models, our synthetic seismograms show good agreement for stations 3407, 3411, 3413, 3416 where both amplitude and spectral content are well captured. However, discrepancies at other stations suggest that additional factors, such as lateral heterogeneities or path effects, may be influencing the results. In general, for significantly amplified stations on the Anatolian side, it is to refine these models further, it is necessary to incorporate additional earthquake records from different directions to assess whether the observed variations persist across different source locations and azimuths.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    66456

    Mitrotemor ölçümleri ile depremlerin yerel geoteknik etkilerinin belirlenmesi

    Determination of local geotechnical effects of earthquakes by microtremor measurements

    B.NEJAT KAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ATİLLA ANSAL

  2. Tez No

    884122

    Equivalent linear and nonlinear site response analysis, study case for banda aceh, indonesia

    Yerel zemin koşullarının sismik etkiler altında eşdeğer doğrusal ve doğrusal olmayan analizi, banda aceh, endonezya için bir çalısma

    AMELIA FITRI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV

  3. Tez No

    804308

    Çok katlı betonarme bir yapının deprem performansına yapı-kazık-zemin etkileşiminin etkisinin incelenmesi

    Investigation of the effect of structure-pile-soil interaction on the earthquake performance of a multi-storey reinforced concrete building

    ESMA GİRER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YASİN FAHJAN

  4. Tez No

    363882

    23 Ekim 2011 ve 09 Kasım 2011 tarihli Van depremlerinin kuvvetli yer hareketlerinin, yeni nesil azalım ilişkileri ile karşılaştırılması

    Comarison of strong ground motion from the Van, Turkey earthquakes of 23 October and 09 November 2011 with the next generation attenuation (NGA) ground motion models

    LEİLA MOKHBERİOSKOUEİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYFER ERKEN

  5. Tez No

    252168

    Girit-Kıbrıs yayları ve Ölü Deniz fay zonu çevresinde oluşan depremlerin kaynak mekanizması parametreleri, kayma dağılımları ve tarihsel tsunami simülasyonları

    Source mechanism parameters and slip distributions of the Crete-Cyprus arcs, Dead Sea transform fault earthquakes and historical tsunami simulations

    SEDA YOLSAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TUNCAY TAYMAZ

Geri Dön