GNSS VERİLERİNİN YER BİLİMLERİNDE KULLANIMI: ORTA VE

GNSS VERİLERİNİN YER BİLİMLERİNDE KULLANIMI:
ORTA VE BATI ANADOLU ÖRNEĞİ
H. YAVAŞOĞLU1, V. ÖZBEY1, R.M. ALKAN2, T. ERDEN1, M.N. ALKAN3, K. ALADOĞAN3, Z KÖSE3
1
İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Geomatik Mühendisliği Bölümü, İstanbul,
[email protected], [email protected], [email protected]
2
3
Hitit Üniversitesi, Hitit Üniversitesi Rektörlüğü, Çorum,
[email protected]
Hitit Üniversitesi, Osmancık Ömer Derindere Meslek Yüksekokulu ,Mimarlık ve Şehir Planlama, Çorum,
[email protected], [email protected], [email protected]
Özet
GNSS (Global Navigation Satellite Systems) yer bilimleri çalışmalarında son 30 yılda önemli bir araç haline
gelmiştir. Yüksek doğruluklu ve düşük maliyetli olması sebebiyle çalışmalarda en çok kullanılan tekniklerden
birisidir. Elde edilen verilerin hesaplanması ve değerlendirilmesi, GNSS verilerinin kampanyalar halinde
toplanması ve global sürekli istasyonlar kullanılarak birleştirilmesi ile oldukça kolaylaşmıştır.
Faylar üzerinde biriken enerjinin ani salınımları ile oluşan depremler son yüzyılda ülkemizde oldukça etkili
olmuştur. 1999 İzmit ve Düzce depremleri sonrasında jeofizik, jeolojik ve jeodezik yöntemler ve teknikler
kullanılarak yer bilimleri alanında birçok çalışma yapılmıştır ve halen yapılmaktadır. Elde edilen sonuçlar,
ülkemizin yer bilimleri literatürüne oldukça önemli katkılar sağlamaktadır.
Bu çalışmada, deprem potansiyeli oldukça yüksek olan Marmara ve İsmetpaşa segmenti incelenmiştir. Bu
çalışmanın ilk sonuçlarının değerlendirmesi halen devam etmektedir.
Anahtar kelimeler: GNSS, Yer Bilimleri, Deprem, Fay Segmentleri
USE OF GNSS DATA IN EARTH SCIENCES:
CENTRAL AND WEST ANATOLIA EXAMPLE
Abstract
GNSS (Global Navigation Satellite Systems) has become an important tool for earth sciences studies in the last
30 years. Due to high accuracy and low cost, one of the most widely used technique in the studies. Calculation
and evaluation of the obtained data have become quite easy by combining the GNSS data collection into the
campaign and use of continuous global stations.
Earthquakes caused by the sudden release of energy accumulated on faults have been quite effective in our
country in the last century. Many studies were made and are still going on by using geophysical, geological
HKMO-Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
8. Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
19-21 Ekim 2016, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul
GNSS Verilerinin Yer Bilimlerinde Kullanımı: Orta ve Batı Anadolu Örneği
2
and geophysical methods and techniques in the field of earth sciences after the 1999 Izmit and Düzce
earthquakes. Obtained results provide significant contributions to our country’s earth sciences literature.
Marmara and Ismetpasa segments which have quite a high earthquake potential were investigated in the scope
of this study. Evaluation of the first results of this study is still in progress.
Keywords: GNSS, Earth Sciences, Earthquake, Fault Segments
1. Giriş
Yer bilimleri, yer yuvarının oluşumunu, değişimini, boyutlandırılmasını ve gözlemlenmesini içeren bir
terimdir. Yer bilimleri Jeodezi, Jeofizik, Jeoloji vb disiplinleri kapsamaktadır. Bu nedenle yer bilimleri
çalışmalarında kullanılan veriler, yöntemler, gözlemler ve modeller temel olarak bu disiplinlerden
üretilmektedir. Son dönemde bahsi geçen disiplinlerin salt kendi disiplinleri içerisinde çalışmalar yapmasından
daha çok birlikte kullanımı (multidisipliner) ile üretilen çalışmalar/projeler yapılmaktadır. Birçok disiplinin
birlikte kullanımı ile yapılan çalışmalar teknolojik alt yapının gelişmesi ile de doğrudan bağlantılıdır.
Ülkemizde de dünyadaki gelişmelere paralel olarak son dönemde multidisipliner çalışmalar ağırlık kazanmıştır.
Özellikle 20. yüzyılın son çeyreğinde Uzay Jeodezisi veya Uydu Jeodezisindeki önemli gelişmeler yer
bilimlerinde Jeodezi disiplininin önemli roller almasını sağlamıştır. Özellikle uydu jeodezisinde, GNSS (Global
Navigation Stellite System) sisteminin geliştirilmesi, doğruluğunu arttırıcı yöntemlerin hesaplama
tekniklerinin ortaya konması ve ekipman/ölçme maliyetinin azaltılması ile yer bilimlerinde vazgeçilmez bir
araç olmasına neden olmuştur.
Yer bilimlerinin en önemli konularından biriside deprem olgusudur. Deprem, fay hatları boyunca biriken
enerjinin bir anlık boşalması olarak tanımlanmaktadır. Özellikle 20. Yüzyılda ülkemizde meydana gelen
depremler oldukça yıkıcı sonuçlar doğurmuştur. Son iki deprem ise (1999 İzmit ve Düzce) hala akıllardadır.
Deprem ile ilgili çalışmalarda en önemli konu depremin önceden tahmin edilmesidir. Deprem tahmini için
“Nerede?”, “Ne büyüklükte?” ve “Ne zaman?” sorularına cevaplar aranmaktadır.
Yer bilimleri için nerede ve ne büyüklükte sorularına cevaplar verilirken, ne zaman sorusu hala istatistiksel
sonuçlara dayalı olarak hesaplanmaktadır. Bu nedenle, yıkıcı depremler üreten Kuzey Anadolu (KAF) ve Doğu
Anadolu (DAF) fay zonlarının geçtiği ülkemizde jeodezik çalışmalar, özellikle uydu jeodezisi ile yer
hareketlerinin izlenmesi, son derece önem kazanmıştır.
HKMO-Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
8. Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
19-21 Ekim 2016, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul
GNSS Verilerinin Yer Bilimlerinde Kullanımı: Orta ve Batı Anadolu Örneği
3
Bu çalışmada KAF’ın orta ve batı kesiminde bulunan fay yapıları açıklanmış, fay hareketlerinin izlenmesi için
yapılan çalışmalardan örnekler sunulmuştur. 1939 Erzincan depremi ile başlayan doğudan batıya doğru uzanan
deprem göçü izlerinin bulunduğu bölgelerde yapılan çalışmaların paylaşılmasının ekonomik ve toplumsal
açıdan faydalı olacağı muhakkaktır. Sonuç olarak, bu çalışmada KAF’nın İsmetpaşa segmenti ve Orta Marmara
segmenti için yapılan çalışmalar ve ilk sonuçlar sunulacaktır.
2. KAF Yapısı
KAF gibi tektonik plaka sınırlarını oluşturan aktif doğrultu atımlı faylar genel olarak yüzeyden sismojenik
kabuğun tabanına kadar kilitli olup üzerinde zamanla elastik deformasyon enerjisi biriktirir. Fay yüzeyindeki
sürtünme ve normal gerilme miktarı aşıldığı zaman kayma gerçekleşerek deprem olur ve biriken bu enerji açığa
çıkar. Bazı faylar ise kilitli olmayıp sürekli olarak asismik bir şekilde kaydığı için üzerinde deformasyon
kısmen veya hiç birikmemekte, dolayısıyla nadiren deprem üretmekte veya hiç deprem meydana
getirmemektedir.
KAF hem asismik kayan hem de kilitli segmentlere sahip doğal bir laboratuvardır. Asismik kaymaların
yaşandığı İsmetpaşa segmenti ile son yüzyılda kırılmayan ve deprem potansiyelinin yüksek olup olmadığı
tartışılan Marmara segmenti en çok araştırmanın yapıldığı segmentler olarak ortaya çıkmaktadır.
İsmetpaşa segmenti (Şekil 1), 1969 yılında Ambraseys (1970) tarafından keşfinden itibaren birçok çalışmaya
konu olmasına rağmen yapısı ve mekanik özellikleri açısından tam olarak anlaşılamamıştır. Bu segment
üzerinde, klasik yersel ölçmeler, GNSS (Aytun, 1982; Deniz ve diğ., 1993; Kutoğlu ve diğ., 2008) ve InSAR
(Çakır ve diğ, 2005, 2012; Çetin ve diğ, 2014) teknikleri kullanılarak çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalardan
klasik yersel ve GNSS teknikleriyle yapılan çalışmalar çok kısıtlı ve küçük jeodezik ağ kullanılması nedeniyle
sonuçları itibariyle oldukça lokaldir.
Marmara segmenti ise uzun zamandır incelenmesine karşın denizin içinden geçmesi nedeniyle fay üzerinde
oluşan deformasyonların izlenmesi zordur. Marmara bölgesinin doğusunda ise KAF güney ve kuzey kollara
ayrılmıştır. KAF kuzey kolunun Marmara denizi içinde de segmentlere ayrıldığı bilinmektedir. 1999 İzmit
depremi sonrasında, Adalar (Princes’ Islands Fault (AF)) segmenti ile Orta Marmara (Central Marmara Fault
(OMF)) segmentinin deformasyon birikiminin bilinmesi önem kazanmıştır (Ergintav ve diğ., 2014). AF’nın
kilitli olduğu (elastik deformasyon biriktirdiği), buna karşın OMF üzerindeki sismik boşluğun krip (asismik
HKMO-Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
8. Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
19-21 Ekim 2016, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul
GNSS Verilerinin Yer Bilimlerinde Kullanımı: Orta ve Batı Anadolu Örneği
4
deformasyon) olabileceği tartışılmaktadır (Ergintav ve diğ., 2014). Bu nedenle, özellikle OMF üzerindeki
sismik boşluğun anlaşılması önem kazanmıştır.
Şekil 1. Çalışma Bölgesi (İsmetpaşa)
3. GNSS Ölçmeleri
Yer bilimlerinde kullanılan en önemli araçlardan birisi GNSS’dir. Fay sistemlerinin izlenmesinde fayın
karakteristiğine uygun ağ dizayn edilmesi ve GNSS verisinin sağlıklı elde edilmesi için ölçme hatalarından
kaçınılması son derece önemlidir.
Bu amaçla İsmetpaşa ve Marmara segmentlerinde fay yapısına uygun profil ağ yapısında noktalara tesis
edilmiştir (Şekil 2). Tesis edilen noktalarda ölçme hatalarını minimuma indirmek için zorunlu merkezlendirme
tertibatı kullanılmış ve anten yükseklikleri hassas olarak ölçülmüştür.
Statik ölçme yöntemi ile uzun süreli ölçmeler yapılmış ve her istasyon noktasında örnekleme aralığı 5 saniye
olan minimum 16 saat veri toplanmıştır. Ayrıca Global GNSS ağına bağlı olan istasyon noktalarından ölçme
günlerine ait veriler ile Türkiye’de kurulu olan sürekli istasyonlardan (TUSAGA-AKTİF) ölçme günlerine ait
veriler de elde edilmiştir.
HKMO-Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
8. Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
19-21 Ekim 2016, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul
GNSS Verilerinin Yer Bilimlerinde Kullanımı: Orta ve Batı Anadolu Örneği
5
GPS ölçmeleri çalışmaya destek veren kurumlarda mevcut çift frekanslı alıcılar ile jeodezik veya Choke-Ring
antene sahip olan GPS antenleri ile yapılmıştır. Arazide, hızlı bir ön veri işlem ile veriler değerlendirilmiş,
sorunlu olduğu düşünülen noktalarda yeni ölçmeler planlanmış ve bölgedeki sürekli istasyonların katkısı ile
yeniden değerlendirme yapılmıştır.
Elde edilen veriler GAMIT/GLOBK yazılım takımıyla değerlendirilmiştir. GAMIT ile her ölçme günü ayrı
ayrı değerlendirilmiş ve GLOBK ile tüm günler ve yıllık bazda kampanyalar birleştirilmiştir. Ölçülerin
kalitesinin anlaşılması için günlük tekrarlılıklar ve dengeleme sonucu oluşan apostriori değerleri incelenmiş ve
uyuşumsuz olan istasyonlar değerlendirme dışında bırakılmıştır.
Şekil 2. GNSS İstasyon Noktaları
4. Sonuçlar
Bu çalışmada İsmetpaşa ve Marmara segmentlerinde meydana gelen tektonik deformasyonların belirlenmesine
yönelik olarak GNSS ağı dizayn edilmiştir. İsmetpaşa segmentinde 3 kampanya GNSS ölçmeleri hali hazırda
tamamlanmış ve değerlendirme süreci halen devam etmektedir. İlk Sonuçların sempozyum tarihine
yetiştirilmesi planlanmaktadır. Marmara segmenti için tasarlanan ağın ilk kampanya ölçüleri tamamlanmış olup
ağın daha efektif sonuç vermesi için 2016 Temmuz ayında doğu-batı yönünde genişletilmesi çalışması
yapılmıştır. Bu ağın ölçmelerinin tamamlanması için çalışmalar sürmektedir.
HKMO-Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
8. Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
19-21 Ekim 2016, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul
GNSS Verilerinin Yer Bilimlerinde Kullanımı: Orta ve Batı Anadolu Örneği
6
Kaynaklar
Ambraseys, N.N., (1970), Some characteristic features of the Anatolian fault zone, Tectonophysics 9, 143–165.
Aytun, A., (1982), Creep measurements in the Ismetpasa region of the North Anatolian Fault zone. In:
Proceedings, Multidisplinary Approach to Earthquake prediction, in: A.M. Isikara and A. Vogel, (Ed.), Friedr.
Vieweg and Sohn, Braunshweig/Wiesbaden, 279-292.
Çakır, Z., A. M. Akoglu, S. Belabbes, S. Ergintav, M. Meghraoui, (2005) “Creeping along the Ismetpasa section
of the North Anatolian Fault (Western Turkey): Rate and extent from InSAR”, Earth and Plan. Sci. Lett. 238,
225-234.
Çakır Z., Ergintav S., Ozener H., Dogan U., Akoglu A.M., Meghraoui M., Reilinger R., (2012) “Onset of
aseismic creep on major strike-slip faults”, Geology, 40(12), 1115–1118.
Çetin E, Çakır Z, Meghraoui M, Ergintav S, Akoglu AM., (2014) “Extent and distribution of aseismic slip on
the Ismetpasa segment of the North Anatolian Fault (Turkey) from Persistent Scat-terer InSAR”, Geochemistry,
Geophysics, Geosystems, 15, 2883-2894.
Deniz, R., A. Aksoy, D. Yalin, H. Seeger, P. Franke, O. Hirsch, P. Bautsch, (1993), Determination of crustal
movements in Turkey by terrestrial geodetic methods, J. Geodynamics, 18 13-22.
Kutoglu, H.S., Akcin, H., Kemaldere, H., Gormus, K.H., (2008), Triggered creep rate on the Ismetpasa segment
of the North Anatolian Fault, Natural Hazards and Earth System Sciences, 8, 1369-1373.
HKMO-Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
8. Ulusal Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
19-21 Ekim 2016, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul