kuzeybatı anadolu` daki aktif fayların tektono

KUZEYBATI ANADOLU’ DAKİ AKTİF FAYLARIN TEKTONO-ELEKTRİK ANOMALİLERDEN
MODELLENMESİ
İlyas ÇAĞLAR1, Ümit AVŞAR1
caglari@itu.edu.tr , avsaru@itu.edu.tr
Öz: Tektonik etkinliğin var olduğu sahalarda oluşan aşırı basınç ve gerilim farklılığından
dolayı yeraltı kayaçları içerisindeki çözeltilerin dolaşımı yeryüzünde ülçülebilen
büyüklükte elektriksel gerilim akımlarını meydana getirir. Tektono-elektrik akımlar olarak
adlandırılan bu gerilimlerin ve buna bağlı olarak Geyve Fay Kuşağı boyunca Mekece,
Çengel ve Sarıgazi sahalarındaki tektonik olarak aktif fayların araştırılması amacıyla Doğal
Polarizasyon (SP) ölçümleri yapılmıştır. Yaklaşık 8400 m toplam 1uzunluğundaki
doğrultular boyunca 3 farklı sahada SP ölçümleri yapılmıştır. Yeriçi ortamındaki basınç ve
gerilim artışına bağlı olarak fay civarındaki çözelti akışının artışını esas alan Elektrokinetik
kaynak modeli SP verilerinin değerlendirilmesinde kullanılmıştır. Yapılan modellemeler
sonucu Mekece sahasında belirlenen iki aktif fay yaklaşık 60o-65o eğime sahip olduğu
anlaşılmıştır. Geçmiş çalışmalarda tektonik aktivitenin göstegesi olarak bu iki fay üzerinde
yüksek genlikli (~ 100-400 nT) manyetik anomaliler ölçülmüştü. Sarıgazi sahasında ise
Akseki Fayı’nın Kuzeybatı’ya doğru 65o yine eğimli ve aktif olduğu hesaplanmıştır.
Çengel sahasında S=0.4 V iç gerilimine sahip olan Karamurat aktif fayının varlığı
belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Aktif Faylar, Elektrokinetik Gerilim Geyve Fay Kuşağı, SP Yöntemi,
Giriş
Kuzey Anadolu Fay Kuşağı, son büyük etkinliğini 17 Ağustos 1999 yılında gösteren (M=7.4 ve M=7.2) önemli bir
kırık sistemi olarak bilinmektedir. Bu kırık sistemi Doğu Anadolu’dan başlayıp Batıya doğru uzanarak Mudurnu
Vadisine geldiğinde iki asıl kola ayrılır (Barka, 1992). Kuzey kolu Adapazarı ve İzmit üzerinden Marmara Denizi’ne
uzanırken Güney kolu ise Geyve havzasından batıya doğru uzanarak İznik gölü güney yamacından Mekece civarından
devam edip yine Marmara Denizine ulaşır. Bu fay sistemi Geyve Fay Zonu (GFZ) olarak isimlendirilir (Koçyiğit,
1988). Sözü edilen GFZ sistemi günümüzde durağan bir dönem geçirmekte olup sismik boşluk özelliği ile gelecekte
önemli bir depremi üreteceği ileri sürülmüştür (Toksöz ve diğ., 1979). Bundan dolayı İznik-Mekece-Çengel arasında
(Şekil 1) GFZ sistemini araştırmayı öngören birçok doğrultuda, özdirenç, doğal polarizason (SP), manyetik ve
elektromanyetik ölçüler çeşitli yıllarda yapılmıştı (Honkura ve diğ., 1985). Bu çalışmanın amacı ise, GFZ üzerindeki
Mekece-Çengel ve Sarıgazi sahalarında tarafımızdan alınmış SP ölçülerinin analizini yaparak onları modelleyip
tektonik olarak aktif olası fayların geometrilerini araştırmaktır. Elektrik özdirenç, SP ve manyetik alan parametrelerinin
sürekli kayıt edilmesi depremlerin önceden haber verilmesi çalışmalarında izlenen bir yol olarak bilinir (Nayak ve diğ.,
1983). Her ne kadar yüksek genlikli SP gerilimlerini oluşturan yeriçi mekanizmalarının çoğunluğu metalik sülfürlü
maden yataklarında ve jeotermal alanlarda oluşsa da ileri gelse de depreme aday fay ve kırık sistemlerindeki yeraltı
suyu dolaşımı da yeryüzünden ölçülebilen orta genlikli SP gerilimlerini meydana getirir (Corwin ve Morrison, 1977;
Yamazaki, 1977; Fitterman, 1979; Fitterman, 1983). Tektonik etkinliğin varolduğu sahalardaki tektono-elektrik akımlar
kayac içerisindeki polarizasyonun bir sonucu olarak oluşur. Elektrokinetik veya "Streaming" gerilimi olarak
adlandırılan bu gerilim gradyenti, kayaç iyonik geçidinde hareket eden çözeltinin geçit yüzeyinde meydana getirdiği bir
Helmoltz çift tabakasının varlığından kaynaklanır. Elektrokinetik gerilimin genliğini etkileyen parametreler; çözeltinin
elektrik özdirenci, dielektrik sabiti ve kıvamlılığı ile ortam boyunca var olan basınç değişimidir. Deprem öncesi veya
sonrasında odak bölgesi civarındaki yeraltı suyu akışları "dilatancy-diffussion" hipotezi ile açıklanır. Bu hipoteze göre,
kayaçlar içindeki çözeltilerin akışı elektrokinetik bir değişimi etkisel olarak ortaya çıkarır. Elektrokinetik değişim odak
bölgesi civarında elektrik veya manyetik alanların önemli derecede bozulmasına neden olur (Mizutani ve diğ., 1976).
Geyve Havzası, Geyve Fay Zonu ve Jeofizik Çalışmalar
Ortalama 0.5-6 km genişliğinde ve doğu-batı uzanım gösteren Geyve havzası, içinden geçen Sakarya Nehrinin
alüvyonal birimleri ile doldurulmuştur. Havzanın güney ve batı kenarları GFZ’nin farklı parça ve dalları ile
1
İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, Jeofizik Müh. Böl., İstanbul
137
sınırlandırılır. Karamurat, Akseki, Karaçay, Kaynarca, İznik and Saraçlı fayları bunlardan bazılarıdır (Şekil. 1).
Şekil 1. Geyve Havzası güney kesiminin jeolojisi. Çalışılan sahalar: A-Mekece, B-Çengel, C-Sarıgazi. Jeoloji Koçyiğit
(1988)’den basitleştirilip yeniden çizildi.
Gradient (kaydırma) dizilimi kullanılarak yapılan arazi çalışmalarında Goldstar tipi ve yüksek giriş empedansına sahip
(10 Mohm’ dan büyük), ±0.00001 Volt okuma duyalılığında (4.5 digit) sayısal voltmetre ile ölçümler alınmıştır.
Mekece sahasında Cu-CuSO4, Çengel ve Sarıgazi sahalarında ise Pb-PbCl2 katı tip elektrodlar kullanıldı. Ölçü
doğrultuları yaklaşık 150-250 m aralıklarla seçilmiş, Çengel ve Sarıgazi sahalarında 30 m, Mekece’de ise 50 m elektrod
aralığı alınmıştır. Alınan ölçülerdeki gerekli elektrod düzeltmeleri (Çağlar, 1991) yapıldıktan sonra herbir doğrultu için
tüm veriler toplam alan ölçüm verilerine dönüştürülüp Çengel ve Sarıgazi sahalarında ayrıca Referansa bağlanım işlemi
gerçekleştirildi. Çengel ve Sarıgazi sahaları için elde edilen SP ve elektrik alan haritalarından alınan jeofizik kesitler ile
SP anomalileri çizilmiş ve Mekece anomalileri ile birlikte tamamı modellenmeye sokulmuştur.
Tektono-Elektrik Modelleme ve Aktif Faylar
Yapılan bir SP çalışmasında elde edilen gerilim değerlerini ve anomali nedenini açıklamaya çalışırken onları oluşturan
mekanizmaların çok iyi tariflenmesi gereklidir. Ancak bu yolla, yeriçi bilgisinde incelenmek istenilen olay
diğerlerinden ayırt edilerek doğru bir değerlendirmeye ulaşılır. Doğal polarizasyonu meydana getiren yeraltı mekanizmaları değişik özellikte olup bunların herbiri tek başlarına ortaya çıkabileceği gibi birkaçının birlikte oluşması
mümkündür. Mekece, Çengel ve Sarıgazi sahalarında elde edilen SP anomalilerinin modellenmeleri için elektrokinetik
kaynak modeli esas alınarak buna ilişkin matematiksel kuramdan yararlanılmıştır (Murakami ve diğ., 1984; 1987). Aktif
fayın derinliğini, uzanımını, eğimini ve etkinlik göstergesi olan elektriksel iç gerilimini
gibi parametrelerinin elde edildiği modelleme çalışmalarında tarafımızdan hazırlanmış bir bilgisayar yazılımı
kullanılmıştır. Modelleme işlemi sırasında bu yazılımın çalıştırılması sonucu hesaplanan yapay (sentetik) anomali ve
arazi gözlemsel anomalinin en iyi uyum sağlaması koşullarına bakılarak aktif fayın yukarıda belirtilen geometrik
parametreleri hesaplanır. Modelleme işleminden once tüm SP anomalileri uygun sayısal süzgeçlerle süzülerek yüksek
frekanslı bozucu etkilerden arındırılmıştır.
Mekece sahasında Wenner elektrik kaydırma çalışmaları ile belirlenen (Honkura ve diğ., 1985) faya ilişkin jeofizik
belirti aynı doğrultularda alınmış olan SP ölçüleri ile de saptanmış olup BB’ doğrultusuna ait bu SP anomalisinin
değerlendirilmesi ile Kaynarca Fayı modellenmiştir. Çengel sahasında Tepeler sırtında Çengel köyüne doğru yaklaşık
0-95 mV aralığında değere sahip artı işaretli geniş bir SP anomali grubu güneybatı-kuzeydoğu uzanımlı olarak elde
edilmişti. Daha karmaşık bir anomali grubu ise Bozviran köyüne doğru gelişir. Buradaki genlik ise –50 ile 10 mV
arasında değişir. Sarıgazi sahasında ise büyük olasılıkla Akseki Fayı’nın göstergesi olan ve yaklaşık dairesel kapanım
veren eksi ve artı işaretli geniş anomaliler ölçülmüştü. Yapılan hesaplamalar sonunda Çengel sahasındaki iki aktif fayın
model parametreleri (L=2000 m, t=400 m, a=100 m, S=-0.14 V, ϕ=60o ve L=2000 m, t=1200 m, a=200 m, S=0.4 V,
ϕ=65o) elde edildi. Sarıgazi sahasındaki Akseki fayı için de benzer olarak model parametreleri (L=4000 m, t=300 m,
a=300 m, S=-0.4 V and ϕ=125o) hesaplandı.
138
KAYNAKLAR
1. BARKA, A.A., 1992. The North Anatolian fault zone, Annales Tectonic, Special Issue supp.V.VI, pp. 164-195.
2. CORWIN, R.F. and MORRISON, H.F., 1977. Self-potential variations preceding earthquakes in central California,
Geophys. Res. Lett., 4, pp. 171-174.
3. ÇAĞLAR, İ., 1991. Jeofizikte Doğal Polarizasyon (SP) yöntemi. İTÜ Gümüşsuyu matbaası.
4. FITTERMAN, D.V., 1979. Theory of electrokinetic-magnetic anomalies in a faulted half-space, Journ. of Geophys.
Research , 10, pp. 6031-6039.
5. FITTERMAN, D.V., 1983. Modelling of self-potential anomalies near vertical dikes, Geophysics , 48, pp. 171-180.
6. HONKURA, Y., IŞIKARA, A. M., KOLÇAK, D., ORBAY, N., SİPAHİOĞLU, S., OSHİMAN, N., TANAKA, H.,
1985. Magnetic anomalies and low ground resistivity as possible indicators of active fault location: preliminary results
of electric and magnetic observations from the western part of the North Anatolian Fault Zone, J. Geomag. Geoelectr.,
37, pp. 169-187.
7. KOÇYİĞİT. A., 1988. Tectonic setting of the Geyve Basin: Age and total displacement of the Geyve Fault Zone,
Metu Journ. Pure Appl. Sci. 21, pp. 81-104.
8. MIZUTANI, H., ISHIDO, T., YOKOKURA, T., OHNISHI, S., 1976. Electrokinetic phenomena associated with
earthquakes, Geophys. Res. Lett., 3, pp. 365-368.
9. MURAKAMI, H., MIZUTANIM, H., NABETANI, S., 1984. Self-potential anomalies associated with an active
fault, J. Geomag. Geoelectr. 36, pp. 351-376.
10. MURAKAMI, H., MIZUTANIM, H., NABETANI, S., 1987. Correction to “Self-potential anomalies associated
with an active fault”, J. Geomag. Geoelectr. 39, pp. 637-638.
11. NAYAK, P. N., SAHA, S. N., DUTTA, S., RAMA RAO, M. S. V., SARKERS, N. C., 1983. Geoelectrical and
geohydrological precursors of earthquakes in northeastern India, Geoexploration, 21, pp. 137-157.
12. TOKSÖZ, M. N., SHAKAL, A. F., MICHAEL, A. J., 1979. Space-time migration of earthquakes along
the
North Anatolian Fault Zone and Seismic Gaps, Pure and Applied Geophys. 17, pp. 1258-1270.
13. YAMAZAKI, Y., 1977. Tectonoelectricity, Geophys. Surv., 3, pp. 123-142.
139