DEPREM SONRASI SİSMİK HIZIN KABUKTA 4B

DEĞİŞİMİ

Hamza BİRİNCİ1 ve Ali Osman ÖNCEL1

1İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü

ÖZET

Japonyada gerçekleşmiş en büyük deprem olan Tohoku Depremi sonrasında sismik hızların nasıl değiştiğini belirlemek amacıyla Japonya’da kurulan sismik ağlar ile 13 yıla yayılan 4B bir izleme yapılmıştır. Sismik hız haritalarının hazırlanmasında çapraz korelasyon (cross correlation) yöntemi kullanılmıştır. Deprem sonrası sismik hız değişimleri deprem ve ortam gürültüsü verileri kullanılarak iki farklı yöntemle haritalanmıştır. Depremin ortamdaki sismisiteye büyük oranda etki ettiği saptanmıştır.Anahtar kelimeler: 4B sismik, Tohoku Depremi, Çapraz Korelasyon Yöntemi

GİRİŞ

Sismik hızlar bir üzerinden geçtikleri ortamın gevşek mi sağlam mı olduğu konusunda bilgi vermektedir. Büyük bir deprem sonrasında bu sismik hızların nasıl değiştiği belirlenmek için Japonya’da kurulan sismik ağlar ile 13 yıla yayılan 4B bir izleme yapılmıştır. Bu çalışmada referans deprem olarak Mw: 9.0 olan Tohoku Depremi seçilmiştir. Sismik hız haritalarının hazırlanmasında çapraz korelasyon (cross correlation) yöntemi kullanılmıştır.

Japonya’da birkaç farklı sismometre ağı yer almaktadır. Şekil 1’de yer alan KiK-net ağı, yaklaşık 700 istasyonlu bir kuvvetli yer hareketi kayıt ağıdır. Sismometreler arası mesafe 20km'dir. Biri yeryüzünde,

diğeri kuyu içinde olmak üzere iki sismometre yer almaktadır ve bu ikisi de ayrı ayrı kuvvetli yer hareketi kaydı almaktadır. Kuyu derinlikleri 100-500 m arasında değişmektedir.

Şekil 1. KiK-net sismometre ağı

Şekil 2’de, 2000-2010 yılları arası sismik hızlardaki 4B değişim gösterilmektedir. Sismik hızların geçen 10 yıl boyunca pek fazla değişmediği ve şekilde en üstte verilen baz hattı ölçü haritasıyla benzerlik gösterdiği anlaşılmaktadır. (-+ %1’lik bir değişim.) Haritalarda sarı ve kırmızı renklerle temsil edilen veriler, Şekil 1’de gösterilen sismometrelerden elde edilen verilerdir. Kırmızı alanlar sismik hızın yüksek olduğu, sarı alanlar ise düşük olduğu yerleri göstermektedir (Nakata and Snieder)1.

Şekil 2. Japonya’nın 4B sismik hız değişimi

Şekil 3’te 2005 ve 2008 yıllarındaki sismik hız ölçüleri ile bunların arasındaki fark ölçüsü haritaları gösterilmektedir. Bu yıllar arasında ölçülen hız farkı yaklaşık %1 kadardır. Buradan anlaşılacağı üzere bu yıllar arasında çok büyük denilebilecek bir sismik aktivite olmamıştır diyebiliriz.

Şekil 3. 2005-2008 yılları arası sismik hız değişimi ve fark haritası

YÖNTEM

Bu çalışmada sismik hızların belirlenmesinde çapraz korelasyon (cross-correlation) tekniği uygulanmıştır. Bu tekniğe göre her sismometre lokasyonunda yüzeydeki ve kuyu içindeki sensörler arasında yayılan S dalgasının seyahat zamanı kullanılarak her bölge için S dalga hızları hesaplanmıştır. Bu yöntem, Tohoku depremine uygulanmıştır. Şekil 4’te gösterilen kayıtlar, bir sismometre istasyonundan elde edilen S dalgası kayıtlarıdır. Burada kuyudaki ve yüzeydeki sismometrelerin çapraz korelasyonu hesaplanmıştır. Her dalga yayınımı, bir depremi temsil etmektedir ve bu 5 ay

içinde 100'den fazla deprem kaydedilmiştir. Siyah olanlar Tohoku depremi öncesinin, mavi olanlar Tohoku depremi sonrasının, kırmızı olanlar depremin olduğu 11 Mart gününün deprem kayıtları ve pembe olanlar ise Tohoku depreminin kendisinin deprem kaydıdır. Bu dalga formlarının maksimum genlik noktaları piklenerek deprem öncesi ve sonrası sismik hız haritaları oluşturulmuştur.

Şekil 4. Tohoku Depremi öncesi ve sonrası dalga yayınımları ve ortalama S hızı hesabı

Şekil 5’te yer alan en alttaki haritada deprem öncesi sismik hızları, ortadaki haritada deprem sonrası hızları ve alttaki haritada ise bu hızlar arasındaki fark haritası yer almaktadır. Fark haritasındaki kırmızı alanlar hız düşüşlerini (%5-10), mavi kısımlar ise hız artışlarını (%5-10) göstermektedir (Ito et al., 1996)2.

Şekil 5. Deprem öncesi ve sonrası sismik hız farkları

Bölgede gerçekleşen sıradan depremler ile büyük bir deprem olan Tohoku depreminin

ortamdaki sismik hızlara olan etkisini göstermek için Şekil 6’da iki fark haritası yan yana getirilmiştir. Şekilde yer alan üstteki harita, 2005-2008 arası sismik hız değişimini göstermektedir ve değişim neredeyse yok denecek kadar azdır. Bu yıllar arası sismisite değişimi durağandır diyebiliriz. Ancak Tohoku depremi sonrasını gösteren alttaki haritadaki sismik hız değişimi çok daha fazladır. Depremin oluşu, ortamdaki sismisiteyi büyük oranda etkilemiştir.

Şekil 6. Olağan aktivite ve deprem aktivitesi farkının karşılaştırılması

Deprem sonrası sismik hızlarda görülen bu değişim bir süre sonra eski haline dönerek kendini iyileştirmektedir. Şekil 7’de mavi çizgi Tohoku depreminin olduğu zamanı göstermektedir. Deprem öncesi sismometrelerde kaydedilen sismik hızlar belli bir oranda (700-800 m/s) seyir gösterirken depremin olduğu günde ani bir hız düşüşü (500 m/s) göze çarpmaktadır.Sonrasında ise zamanla kademeli olarak eski oranına dönmektedir. Şekildeki her bir nokta bir depremi vekırmızı çizgiler de depremlerin ortalama hızlarını temsil etmektedir.

Şekil 7. Depremin sismik hıza etkisi ve zamanla iyileşme

Şekil 8’de depremin ortamdaki anizotropiye olan etkisi ile sismik hızlara olan etkisi karşılaştırılmaktadır. Anizotropi, farklı yönlerde farklı özelliklere sahip olma durumu yani yatay ve düşey hızların birbirindne farklılık göstermesi anlamına gelmektedir. Şekildeki renk ve skalalardan anlaşılacağı üzere deprem sonrası sismik hızlarda düşüş (kırmızı) yaşanırken anizotropide artış (yeşil) olmuştur.

Sismik hızlardaki düşüşün nedeni: Depremin etkisiyle ortamda zemin sıkışması meydana gelir. Bu sıkışma, boşluk basıncını artırır ve shear modülü dediğimiz etkin gerilmeyi düşürür. Bunların sonucu olarak da S dalga hızı düşmektedir.

Anizotropideki artışın nedeni ise: Aynı şekilde deprem etkisiyle zemin sıkışır. Boşluk basıncı artmasıyla mikro çatlak açılmaları meydana gelir. Bu da anizotropinin artması anlamına gelmektedir. Bu iki özellik birbirinden bağımsız olarak ölçülmesine rağmen benzer noktalarda birbirini tutan değerler göstermektedir (Nakata and Snieder)3.

Şekil 8. Anizotropideki ve sismik hızdaki değişim

Şekil 9’da yer alan tomografi görüntüleri ülke çapında yerleştirilmiş olan 700 hız ölçer kaydında ortam gürültüsü (ambient noise) verilerindeki yüzey dalgaları

kullanılarak oluşturulmuştur. Depreminin episantırına yakın olan bölgelerde hız düşüşü (kırmızı) göze çarpmaktadır. Burada 0.2 Hz, 0.45 Hz, 0.9 Hz ve 2 Hz frekansları için hazırlanmış dört harita yer almaktadır. Frekans arttıkça sismik hız değişimi de artmaktadır. Depremin yüzeye yakın yerlerde daha çok hız düşüşüne neden olduğu söylenebilir.

Şekil 9. Deprem verisi ile ortam gürültü verisinin karşılaştırması

SONUÇ VE ÖNERİLER

Bu çalışmada deprem sonrası sismik hız değişimleri deprem (sol) ve ortam gürültüsü (sağ) verileri kullanılarak iki farklı yöntemle haritalanmıştır. Bu iki görüntüde (Şekil 9) birbirini tutan kısımlar yer almaktadır. Özellikle hız düşüş alanlarını gösteren kırmızı alanlarda bu benzerlik göze çarpmaktadır. İki yöntemde de tamamen farklı veri setleri kullanıldığı için yüzeye yakın yerlerde (2Hz) birbirlerini tutan bu hız düşüşlerinin bu bölgelerde gerçekten yer aldığı rahatlıkla söylenebilir. Deprem verisinde gözüken güçlü hız artışları (mavi kısımlar), ortam gürültü verilerinde çok belirgin olmasa da kısmen benzerlikler göstermektedir.

KAYNAKLAR

1Nakata, N., and R. Snieder (2011), Near-surface weakening in Japan afterthe 2011 Tohoku-Oki earthquake, Geophys. Res. Lett., 38, L17302,doi:10.1029/2011GL048800.

2Ito, T., T. Ikawa, S. Yamakita, and T. Maeda, 1996,Gently north-dipping Median Tectonic Line (MTL)revealed by recent seismic reflection stu

3Nakata, N., and R. Snieder (2012), Time-lapse change in anisotropy in Japan’s near surface after the 2011 Tohoku-Oki earthquake, Geophys. Res. Lett., VOL. 117, B01308, doi:10.1029/2011JB008595, 2012

Referans video : https://www.youtube.com/watch?v=H4yIj4pmNKo&index=2&list=PLrgWAYZHpg9Uye2hKuF0Y_GJZ_cU9nEBG