lokal depremlerin dalga formu modellemesi ile optimal kabuk

LOKAL DEPREMLERİN DALGA FORMU MODELLEMESİ İLE OPTİMAL KABUK HIZLARININ
ARAŞTIRILMASI
Feyza Nur Kılıçer BEKLER1 , Mustafa AKTAR2
[email protected], [email protected]
Öz: Bu çalışma belirli bir yörede, belirli bir deprem türünün oluşması sonucunda, ortaya
çıkabilecek yer hareketinin simülasyonu ile ilgilidir. Bu yöntemin uygulanması için,
önceden bilinmesi gereken ler kaynak faylanma parametreleri ve kabuk hız modelidir. Bu
çalışmada, deprem kayıtların ve depremlerin faylanma parametreleri kullanılarak, olası bir
deprem için yapılacak yer hareketi simülasyona en uygun kabuk modelinin oluşturulması
hedeflenmiştir Bu amaçla ayrık dalga sayısı tekniği (Bouchon, 1981) kullanılarak farklı
kabuk modelleri oluşturulmuş ve bunlardan gerçeğe en yakın olanı belirlenmeye
çalışılmıştır. Sentetik olarak elde edilen sismogramlarla gözlemsel sismogramlar arasındaki
uyum korelasyon katsayıları ile tespit edilmiştir. Bu çalışmada halen Kandilli
Rasathanesi’nde kullanılan geniş bandlı ISKB (Kandilli) ve TÜBİTAK-MAM’da işletilen
TER (Terzili) istasyonlarının verilerinden yararlanılmıştır. Marmara Denizi içerisinde,
farklı noktalarda oluşan 5 adet deprem incelemeye alınmış ve üç bileşen 15 adet dalga
formu analiz edilmiştir. Genel olarak 0.05-1.0 Hz frekans aralığında analiz yapılmış ve
belirli bir ölçüde uyum sağlandığı gözlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Yer Hareketi Simülasyonu, Sentetik Sismogram, Kabuk Hız Yapısı
Giriş
Bu çalışmada Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (BÜ KRDAE) ve TUBITAK
- MAM _Yer ve Deniz Bilimleri Araştırma Enstitüsü (TUBITAK YDBAE) tarafından işletilen geniş bandlı
istasyonların kaydettiği veriler kullanılarak 5 aedt depremin dalga formları analiz edilmiştir. Seçilen depremlerin
büyüklüğü 3.5'un (Mw) üzerindedir. Bu depremlerin lokasyonları Marmara Denizini boydan boya geçtiği varsayılan
doğru atımlı fay (LePichon et all) üzerinde belirli aralıklarla dizilmiştir. Çalışmada kullanılan depremlerin faydüzlemi
çözümleri çeşitli çalışmalardan alınmıştır. Bu çalışmaların, dört tanesinde P dalgasının ilk hareket yönü kullanılmış
(Özalaybey ve Diğ, 2003), ve bir tanesinde ise dalga formunun ters çözümlenmesi yöntemi uygulanmıştır (Örgülü,
2001). Sentetik sismogramlar, 5 tabakalı kabuk modeli kullanarak Ayrık Dalga Sayısı tekniği (Bouchon, 1981) ile elde
edilmiştir. Sentetik ve gözlemsel sismogram karşılaştırılmış ve aralarındaki uyum korelasyon katsayıları ile
belirlenmiştir..
Yöntem
İlk aşamada, ISKB istasyonuna ait 3 bileşen (K-G, D-B ve düşey) veriler GCF formatından (Guralp, 2002), SAC
(Seismic Analysis Code) formatına Scream (3.1) programı kullanılarak dönüştürülmüştür. İlk aşamada, kayededilen
verilerin üzerindeki alet etkisi, SAC programı kullanılarak giderilmiştir. Bu işlemden sonra 3 bileşen verilerin radyal ve
transvers bileşenleri elde edilmiştir. Daha sonra ki aşamada Bouchon’un ayrık dalga sayısı yöntemi kullanılarak yapay
sismogramlar 3 bileşen (K- G, D-B ve düşey) olarak elde edilmişlerdir. Yapay sismogramların elde edilmesi için 5
tabakalı kabuk hız modeli kullanılmıştır. Sentetik sismogramların üretimi için gerekli fay düzlemi çözümleri Özalaybey
ve Diğ. (2003) ve Örgülü'nün (2001) çalışmalarından alınmıştır. Tüm depremlerin fay düzlemi çözümleri sağ-yanal
doğrultu atımlı faylanmalara karşılık gelmektedir. Odak derinlikleri ise yaklaşık 10 km. civarındadır. Yöntemin diğer
girdilerinden, atım (slip) genliği, fay genişliği ve uzunluğu depremin büyüklüğüne uygun olarak seçilmiştir. Azimut
açısı, istasyona olan uzaklık, pencerelemenin uzunluğu ve sismogramın örnek sayısı gibi parametreler her bir deprem
için ayrı ayrı belirlenmiştir. Bütün sismogramlarda nokta sayısı 512 ve zaman penceresi uzunluğu 64 olarak
kullanılmıştır. Bu işlemlerin sonucunda elde edilen yapay sismogramlar ile gözlemsel sismogramlar, korelasyon
katsayıları kullanılarak düşey, radyal ve transvers bileşenlerde karşılaştırılmıştır.
Optimal kabuk modelini belirleyebilmek için tarama programı yazılmıştır. P dalgası hızları herbir tabaka için önceden
belirlenmiş hız limitleri içinde bir FORTRAN programı ile taranır ve herbir model için sismogram üretilir. Birinci
1
2
B.Ü. Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, UDİM, İstanbul
B.Ü. Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Jeofizik Anabilim Dalı, İstanbul
193
aşamada, en uyumlu sismogram bulunarak optimal P dalga hızları elde edilir, daha sonraki aşamada ise S dalgasına ait
hızlar bulunmuştur. Bu işlemler otomatik olarak Linux-shell programlama diliyle yapılmaktadır.
Veri
BÜ KRDAE tarafından işletilen ISKB veTUBITAK YDBAE tarafından işletilen TER geniş bandlı istasyonların
verileri kullanılmıştır. Bu çalışmada yüksek frekans sınırı 1 Hz ve düşük frekans sınırı 0.05 Hz olarak belirlenmiştir. Bu
istasyonlarda kayıt edilen depremlerin azimut ve uzaklık dağılımı tablo 1’de gösterilmektedir.
Depremler
020323-0236
020228-0837
010324-1307
990817-0554
020228-0837
İstasyon
ISKB
ISKB
ISKB
ISKB
TER
Uzaklık (km)
104
83
31
31
125
Azimut (derece)
75
70
38
355
74
Tablo 1. Çalışmada kullanılan depremlerin uzaklık ve azimut dağılımı.
Geniş bandlı istasyonlardan toplanan 5 depreme ait 15 tane dalga formu, otomatik olarak analiz edilmiş ve sonuçlar
korelasyon değerleri ile ifade edilmiştir. Şekil 1’de çalışmada kullanılan depremlerin yerleri görülmektedir.
Şekil 1. çalışmada kullanılan depremlerin dağılımları. Harita üzerinde fay mekanizması çözümleri ve depremlerin
yerlerini gösterir işaretler (yıldız) deprem büyüklükleri ile orantılı olarak verilmiştir.
194
Derinlik (km) Vp(km/s) Vs(km/s) q(gr/cm3)
Qp Qs
Gözlemsel
2
2.2
1 .2
1.47
300 150
Yapay
8
6.1
3.4
2.72
300 150
22
6.2
3.5
2.75
300 150
35
7.1
4.1
3.02
300 150
Düşey Bileşen
Gözlemsel
Yapay
Radyal Bileşen
0
7.7
4.4
3.23
300 150
Gözlemsel
Yapay
Şekil 2. İlgili yer modeline göre hesaplanmış yapay sismogramların düşey, radyal ve transvers bileşenlerinin gözlemsel
değerlerle karşılaştırılması.
Sonuçlar
Çalışmanın sonucunda genel olarak, en optimal kabuk modelleri için bile elde edilen uyum düzeyinin çok yüksek
olmadığı görülmüştür. Gözlemsel ve yapay dalgaların görüntüleri kabaca birbirleri ile uyumlu gözükmesine karşın,
korelasyon katsayıları genelde düşük bulunmuştur. Korelasyon değerleri rakamsal olarak düşük olmasına rağmen dalga
biçimlerinin -en azından tüm dalga formu için olmasa da, belirli bir pencerenin içerisinde- görüntü açısından kabaca
birbirlerine yakın olduğu gözlenmiştir. Uyumluluk düzeyi, 3 boyutlu etkilerin kabukta etkin olmaya başladığı noktada örneğin transvers bileşede, S dalgasının önündeki ilk kısımlarda- oldukça düşüktür. Kullanılan yöntemin performansı
istasyondaki lokal gürültülerden dolayı, ki bu lokal gürültüler ISKB istasyonu için ihmal edilemeyecek kadar yüksektir,
düşüş göstermiştir. Ayrıca, optimum kabuk parametlerini bulmak için tüm parametrelerin (derinlikler, hızlar,
soğurulmalar, yoğunluklar) aynı anda taranması gereklidir. Uygulanmış olan yöntemde bu parametrelerin sadece bir
bölümü ve kademeli bir şekilde taranmıştır, dolayısıyla sadece lokal bir optimum bulunmuştur. Kabukla ilgili tüm
parametreleri optimize etmeye yönelik daha gelişmiş bir arama algoritması kullanılması (simulated annealing, genetic
algorithms), sonuçların geliştirilmesine ve iyileştirilmesine yardımcı olacaktır.
Teşekkür
Bu çalışmada kullanılmış olan verilerin toplanmasına katkıda bulunan BU-KRDAE ve TUBITAK-YDBAE
araştırıcılarına teşekkür ederiz.
KAYNAKLAR
1. BOUCHON, M., 1981. A Simple Method to Calculate Green’s Functions for Elastic Layered Media , Bulletin of the
Seismological Society of America , Vol.71 , No.4, pp.959-971.
2. ORGULU, G., 2002. Analysis of Regional Moment Tensor Inversion Method and Its Applications to the Izmit,
Duzce Earthquake Sequences And Eastren Anatolian Earthquakes, Ph.D. Thesis, Bogazici University.
3. OZALAYBEY, S., ERGİN, M., AKTAR, M., TAPIRDAMAZ, C., BİÇMEN, F., YÖRÜK, A., 2002. The 1999 İzmit
Earthquake sequences in Turkey: Seismological and Tectonic Aspects, Bull. Seism. Soc. Am.,92, 1.pp, 376-386.
4. PİCHON, X.LE., ŞENGÖR, A.M.C., DEMİRBAĞ, E., RANGİN, C., İMREN, C., ARMİJO, R., GÖRÜR, N.,
ÇAĞATAY, N., MERCİER DE LEPİNAY, B., MEYER, B., SAATÇILAR, R., TOK, B., 2001. The active Main
Marmara Fault , Earth and Planetary Science Letters , 192 , 595-616.
195