Investigation of the Effect of Tectonics on Drainage Basins with Morphometric Indices, North Anatolian Fault Zone Between Kızılırmak and Tersakan Stream, Samsun

Abstract

The North Anatolian Fault Zone (NAFZ) is one of the most important Neotectonic structures of Türkiye. In this study, the section of the NAFZ between Kızılırmak and Tersakan Stream was examined. The study was conducted with Geographic Information Systems and field observations. In order to numerically analyse the effect of tectonics on drainage, 8 drainage basins were analysed using the hypsometric curve-hypsometric integral (HI:0,33-0,59), mountain front sinuosity (Smf: 1,21-1,75), Valley floor width- to-height ratio (Vf:0,15-1,85), Stream length gradient index (SL:269,55-1159,25), Basin shape (Bs:1,32-5,51) and Asymmetry factor (AF:33,21-81,9). According to the Relative Tectonic Activity (IAT) classification, 3 of the 8 drainage basins (Soruk, Istavloz streams and Ovacık Creek) are in very high tectonic activity class, 2 (Ulu Stream and Zeytin Creek) are in high tectonic activity class and 3 (Göl, Susuz streams and Çorak Creek) are in medium tectonic activity class. According to these results, it was determinted that tectonic activity was high in the drainage basins controlled by the NAFZ, and the degree of tectonic activity decreases as one moves away from the NAFZ.

Keywords

• Morphometric index
• Relative tectonic activity
• Kızılırmak
• North Anatolian Fault Zone
• Samsun

Tektoniğin Drenaj Havzalarına Etkisinin Morfometrik İndislerle İncelenmesi, Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun Kızılırmak ile Tersakan Çayı Arası, Samsun

Abstract

Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) Türkiye’nin en önemli Neotektonik yapılarındandır. Bu çalışmada KAFZ’nin Kızılırmak ile Tersakan Çayı arasındaki bölümü incelenmiştir. Çalışma Coğrafi Bilgi Sistemleri ve saha gözlemleriyle gerçekleştirilmiştir. Tektoniğin drenaja etkisini sayısal olarak analiz edebilmek için 8 drenaj havzasına Hipsometrik eğri-hipsometrik integral (HI:0,33-0,59), Dağ önü sinüslülük indisi (Smf:1,21-1,75), Vadi tabanı genişliğinin-vadi yüksekliği oranı (Vf:0,15-1,85), Akarsu uzunluk- gradyan indisi (SL:269,55-1159,25), Havza şekli indisi (Bs:1,32-5,51) ve Asimetri faktörü (AF:33,21-81,9) gibi morfometrik indisler uygulanmıştır. Göreceli Tektonik Aktivite (IAT) sınıflamasına göre 8 drenaj havzasının 3’ü (Soruk, Istavloz çayları ve Ovacık Deresi) çok yüksek tektonik aktivite sınıfında, 2’si (Ulu Çay ve Zeytin Deresi) yüksek tektonik aktivite sınıfında, 3’ü ise (Göl, Susuz çayları ve Çorak Dere) orta derece tektonik aktivite sınıfına girmektedir. Bu sonuçlara göre KAFZ tarafından denetlenen drenaj havzalarında tektonik aktivitenin yüksek olduğu, KAFZ’den uzaklaşıldıkça tektonik aktivite derecesinin azaldığı belirlenmiştir.

Keywords

• Kuzey Anadolu Fay Zonu
• Morfometrik indis
• Göreceli tektonik aktivite
• Kızılırmak
• Samsun

References

1. Akgün, E. (2024). Kinematic and morphometric evidence for recent reactivation of the Kale-Yeşilyurt fault zone within the East Anatolian Fault System. Journal of Mountain Science, 21 (12). doi:10.1007/s11629-024-9251-2
2. Agrawal, N., Gupta, L., Dixit, J. (2022). Geospatial assessment of active tectonics using SRTM DEM-based morphometric approach for Meghalaya, India. All Earth, 34 (1), 39-54. doi:10.1080/27669645.2022.2081112
3. Arıkan, M. (2020). Kızılırmak Havzası’nın Uğurludağ-Bayat-Kargı-Osmancık arasındaki kesiminin jeomorfolojisi (Çorum). İstanbul Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Yayımlanmamış Doktora Tezi, İstanbul. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp adresinden edinilmiştir.
4. Arıkan, M., Ertek, T. A. (2021). Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun Tosya-Kargı- Kamil arasındaki kesiminde akarsu havzalarının rölatif tektonik aktivite düzeylerinin jeomorfometrik yöntemlerle belirlenmesi. Journal of Geography, (42), 211-228. doi:10.26650/JGEOG2021-854016
5. Arıkan, M., Erkal, T., Ertek T. A. (2023). Relief morphometry of the North Anatolian Fault Zone and Kızılırmak Basin (Çorum) in the South. Eastern Geographical Review, 28 (49), 8-27. doi:10.5152/EGJ.2023.220405
6. Avci, V., Sunkar, M. (2023). Jeomorfik indislerle Varto Havzası’nı (Muş) denetleyen fayların göreceli tektonik aktivitesinin belirlenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 13 (4), 1046-1072. doi:10.17714/gumusfenbil.1288478.
7. Barka, A. (1985). Kuzey Anadolu Fay Zonundaki bazı Neojen-Kuvaterner havzaların jeolojisi ve tektonik evrimi. Ketin Sempozyumu Kitabı. 209-227.
8. Barka, A., Akyüz, H., S, Cohen, H., Watchorn, F. (2000). Tectonic evolution of the Niksar and Tasova–Erbaa pull-apart basins, North Anatolian Fault Zone: their significance for the motion of the Anatolian block. Tectonophysics, 322 (3), 243-264. doi:10.1016/S0040-1951(00)00099-8

9. Barth, N. C. (2013). A tectono-geomorphic study of the Alpine Fault, New Zealand. University of Otago.
10. Bekaroğlu, E. (2013). Jeomorfolojide temel araştırma yöntemleri. İçinde Arı, Y., Kaya, İ., (Ed.) On ikinci Bölüm, Coğrafya Araştırma Yöntemleri, 343-367.
11. Bozdoğan, M., Canpolat, E. (2023). Morfotektonik özelliklerin jeomorfik analizlerle incelenmesi: Delibekirli (Hatay/Kırıkhan) Havzası örneği / Investigation of morphotectonic features in drainage basins by geomorphic analysis: The example of Delibekirli (Hatay/Kırıkhan) Basin, Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi / Journal of Geomorphological Researches, (11), 22-51. doi:10.46453/jader.1207265
12. Bozkurt, E., Koçyiğit, A. (1996). The Kazova basin: an active negative flower structure on the Almus Fault Zone, a splay fault system of the North Anatolian Fault Zone, Turkey. Tectonophysics, 265 (3-4), 239-254. doi:10.1016/S0040-1951(96)00045-5
13. Bozkurt, E. (2001). Neotectonics of Turkey–a synthesis. Geodinamica acta, 14 (1-3), 3-30. doi:10.1080/09853111.2001.11432432
14. Bull, W. B., McFadden, L. D. (1977). Tectonic geomorphology north and south of the Garlock Fault, California, Geomorphology in Arid Regions. In Doehring, D.O. (Ed.), Proceedings of the Eight Annual Geomorphology Symposium. 115-138. doi:10.4324/9780429299230-5
15. Bull, W. B. (2007). Tectonic Geomorphology of Mountains: A New Approach to Paleoseismology: John Wiley & Sons. doi:10.1002/9780470692318
16. Burbank, D. W., Anderson, R. S. (2012). Tectonic Geomorphology: John Wiley & Sons. doi:10.1002/9781444345063
17. Dirik, K. (1991). Tectonostratigraphy of the Vezirköprü area (Samsun-Turkey). Ph. D. Thesis. Middle East Technical University, Geological Engineering, Ankara.
18. Dirik, K. (1993a). Vezirköprü havzasının jeolojisi ve tektonik evrimi. Ankara: Orta Doğu Teknik Üniversitesi Araş. Fonu Projesi, Proje No: AFB-88-03-09-05.
19. Dirik, K. (1993b). Geological history of the northward arched segment of the North Anatolian Transform Fault Zone. Geologıcal Journal, 28, 251-266. doi:10.1002/gj.3350280305
20. Dirik, K. (1994). Kuzey Anadolu Transform Fay Zonunun Beşpınar-Havza kesimindeki neotektonik özellikleri. Maden Tetkik ve Arama Dergisi. 116.
21. Doğan, B. (2010). Kuzey Anadolu fay sistemi güney kolunun Geyve-Gemlik arasındaki kesiminin morfotektonik, tektonostratigrafik ve paleosismolojik evrimi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği, Yayımlanmamış Doktora Tezi, İstanbul. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp adresinden edinilmiştir.
22. El-Hamdouni, R., Irigaray, C., Fernandez, T., Chacon, J., Keller, E. A. (2008). Assessment of relative active tectonics, southwest border of the Sierra Nevada (southern Spain). Geomorphology, 96, 150–173. doi:10.1016/j.geomorph.2007.08.004
23. Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Şaroğlu, F., Olgun, Ş., Elmacı, H., Çan, T. (2018). Active fault database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16 (8), 3229-3275. doi:10.1007/s10518-016-0041-2
24. Erturaç, M. K. (2009). Amasya ve çevresinin morfotektonik evrimi. İstanbul Teknik Üniversitesi Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü, Yayımlanmamış Doktora Tezi, İstanbul. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp adresinden edinilmiştir.
25. Eynoddin, E. H., Solgi, A., Pourkermani, M., Matkan, A., Arian, M. (2017). Assessment of relative active tectonics in the Bozgoush basin (SW of Caspian Sea). Open Journal of Marine Science, 7 (02). doi:10.4236/ojms.2017.72016
26. Hubert-Ferrari, A., Drab, L., Van Der Woerd, J., Benedetti, L., Van Campenhout, J. (2021). Cosmogenic data about offset uplifted river terraces and erosion rates: Implication regarding the Central North Anatolian Fault and the Central Pontides. Mediterranean Geoscience Reviews, 3 (1), 129–157. doi:10.1007/s42990-021-00057-6
27. Giaconia, F., Booth-Rea, G., Martínez-Martínez, J., Azañón, J., Pérez-Peña, J. (2012). Geomorphic analysis of the Sierra Cabrera, an active pop-up in the constrictional domain of conjugate strike-slip faults: The Palomares and Polopos fault zones (eastern Betics, SE Spain). Tectonophysics, 580, 27-42. doi:10.1016/j.tecto.2012.08.028
28. Gürbüz, A., Gürer, Ö. F. (2008). Tectonic geomorphology of the North Anatolian fault zone in the lake Sapanca Basin (eastern Marmara Region, Turkey). Geosciences Journal, 12, 215-225. doi:10.1007/s12303-008-0022-9
29. Gürbüz, A., Şaroğlu, F. (2017). Karlıova havzasının tektonik jeomorfolojisi. Uluslararası Jeomorfoloji Sempozyumu, Fırat Üniversitesi, Elazığ.
30. Gürgöze, S. (2020). Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun Kızılırmak ile Tersakan Çayı (Yeşilırmak) arasındaki kesiminin tektonik jeomorfolojisi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Yayımlanmamış Doktora Tezi, Samsun. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp adresinden edinilmiştir.
31. Hack, J. T. (1973). Stream-profile analysis and stream-gradient index. Journal of Research of the Us Geological Survey, 1 (4), 421–429.
32. Hare, P. W., Gardner. T. W. (1985). Geomorphic indicators of vertical neotectonism along converging plate margins. Nicoya Peninsula. Costa Rica. In Morisawa, M., Hack, J.T., (Eds.), Tectonic Geomorphology.: Proceedings of the 15 Annual Binghamton Geomorphology Symposium September 1984. Boston: Allen & Unwin, 75-104.
33. Herece, E., Akay, E. (2003). Kuzey Anadolu Fayı (KAF) Atlası. MTA Özel Yayın Serisi-2, Ankara.
34. Işık, V., Seyitoğlu, G., Çağlayan, A., Herece, E., Mutlu H. (2015). Doğrultu atımlı ana fay zonlarının yapısal analizi ve yaşlandırılması: Kuzey Anadolu Fay Zonu ve Doğu Anadolu Fay Zonunda çalışmalar. TÜBİTAK Sonuç Raporu, Proje No: 111Y227, Ankara.
35. Kale, M. M. (2016). Devrez Çayı Vadisi’nin tektonik özelliklerinin morfometrik indisler ile araştırılması. Coğrafya Dergisi. Journal of Geography, 33, 21–23.
36. Keller, E. A. (1986). Investigation of active tectonics: Use of surficial earth process. In Wallace (Ed.), Active Tectonics, Studies in Geophysics, National Academy Press, Washington, DC, . 136– 147.
37. Keller, E. A., Pinter, N. (2002). Active Tectonics: Earthquakes, Uplift, and Landscape. Second Eidtion. Prentice-Hall, Upper Saddle River
38. Kıranşan K. (2022). Kuzey anadolu fay zonu (KAFZ) üzerinde yer alan yedisu havzası (Bingöl) ve çevresinde aktif tektonizmanın jeomorfolojik verilerle belirlenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 13 (3), 1213-1238.
39. Mayer, L. (1986). Tectonic geomorphology of escarpments and mountain fronts. Active tectonics.125-135.
40. Mosavi, E., Arian, M. (2015) Neotectonics of Kashaf Rud River, NE Iran by Modified index of active tectonics (MIAT). International Journal of Geosciences, 6, 776-794. doi:10.4236/ijg.2015.67063
41. Özkaymak, Ç. (2012). Manisa Havzası'nın aktif tektoniği ve depremselliği, Batı Anadolu, Türkiye. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Uygulamalı Jeoloji Anabilim Dalı, Yayımlanmamış Doktora Tezi, İzmir. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp adresinden edinilmiştir.
42. Özkaymak, Ç., Sözbilir, H. (2012). Tectonic geomorphology of the Spildağı High Ranges, western Anatolia. Geomorphology, 173–174, 128-140. doi:10.1016/j.geomorph.2012.06.003
43. Özşahin, E. (2015). Ganos Dağı ve yakın çevresinin tektonik jeomorfolojisi (Tekirdağ). Uluslararası Sosyal Araştırmalar Dergisi, 8, 37. doi:10.17719/jisr.20153710612
44. Öztürk, B., Erginal, A. E. (2008). Bayramdere havzasında (Biga Yarımadası, Çanakkale) havza gelişiminin morfometrik analizler ve jeomorfik indislerle incelenmesi. Türk Coğrafya Dergisi, 50.
45. Pérez-Peña, J. V., Azañón, J. M., Azor, A. (2009). CalHypso: An ArcGIS extension to calculate hypsometric curves and their statistical moments. Applications to drainage basin analysis in SE Spain. Computers & Geosciences, 35 (6), 1214-1223. doi:10.1016/j.cageo.2008.06.006
46. Reilinger, R., McClusky, S., Vernant, P., Lawrence, S., Ergintav, S., Cakmak, R., Ozener, H., Kadirov, F., Guliev, I., Stepanyan, R., Nadariya, M., Hahubia, G., Mahmoud, S., Sakr, K., ArRajehi, A., Paradissis, D., Al-Aydrus, A., Prilepin, M., Guseva, T., Evren, E., Dmitrotsa, A., Filikov, S.V., Gomez, F., Al-Ghazzi, R., Karam, G. (2006). GPS constraints on continental deformation in the Africa‐Arabia‐Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 111 (B5). doi:10.1029/2005JB004051
47. Rockwell, T. K., Keller, E. A., Johnson, D. L. (1984). Tectonic geomorphology of alluvial fans and mountain fronts near Ventura, California. In Morisawa, M, (Ed.), Tectonic Geomorphology. Proceedings of the 15th Annual Geomorphology Symposium. Allen and Unwin Publishers, Boston, MA. 183–207.
48. Sağlam Selçuk, A., Düzgün, M. (2017). Başkale Fay Zonu’nun tektonik jeomorfolojisi. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 155, 33-47. doi:10.19076/mta.53825
49. Sarp, G. (2012). Identification of morphometric properties of basins located on western part of NAFZ. Unpublished Ph.D. thesis. Middle East Technical University.
50. Silva, P.G., Goy, J.L., Zazo, C., Bardajı́, T. (2003). Fault-generated mountain fronts in southeast Spain: geomorphologic assessment of tectonic and seismic activity. Geomorphology, 50, 203-225. doi:10.1016/S0169-555X(02)00215-5
51. Softa, M., Emre, T., Sözbilir, H., Spencer, J.O.G., Turan, M. (2018). Geomorphic evidence for active tectonic deformation in the coastal part of Eastern Black Sea, Eastern Pontides, Turkey. Geodinamica Acta, 30:1, 249-264. doi:10.1080/09853111.2018.1494776
52. Strahler, A. N. (1952). Hypsometrıc (area-altitude) analysis of erosional topography. Geological Society of America Bulletin, 63, 1117–1142. doi:10.1130/0016-7606(1952)63[1117:HAAOET]2.0.CO;2
53. Şengör, A. (1979). The North Anatolian Transform Fault: its age, offset and tectonic significance. Journal of the Geological Society, 136 (3), 269-282. doi:10.1144/gsjgs.136.3.0269
54. Şengör, A., Zabcı, C. (2019). The North Anatolian Fault and the North Anatolian shear zone. Landscapes and Landforms of Turkey, 481-494. doi:10.1007/978-3-030-03515-0_27
55. Şengör, A., Burke, K., Dewey, J. F. (1982). Tectonics of the North Anatolian transform fault Multidisciplinary Approach to Earthquake Prediction, 3-22. doi:10.1007/978-3-663-14015-3_1
56. Şengör, A., Tüysüz, O., İmren, C., Sakınç, M., Eyidoğan, H., Görür, N., Le Pichon, X., Rangin, C. (2005). The North Anatolian Fault: A new look. Annu. Rev. Earth Planet. Sci, 33, 37-112. doi:10.1146/annurev.earth.32.101802.120415
57. Tepe, Ç., Sözbilir, H. (2017). Tectonic geomorphology of the Kemalpaşa Basin and surrounding horsts, southwestern part of the Gediz Graben, Western Anatolia, Geodinamica Acta, 29 (1), 70-90, doi:10.1080/09853111.2017.1317191
58. Topal S., Softa, M. (2023). Geomorphic signature of active tectonics in Simav Graben: An evaluation of indicator relative tectonic activity of Simav Fault and its seismotectonic implications for Western Anatolia. Journal of Earth System Science, 132 (95) doi: 10.1007/s12040-023-02110-4
59. Topal, S. (2024). Geomorphological responses of rivers to active tectonics along the Karahayıt Fault, Western Türkiye. Journal of Mountain Science, 21(5). doi:10.1007/s11629-024-8649-1
60. Tüysüz, O., Erturaç, M. K. (2005). Kuzey Anadolu Fayının Devrez çayı ile Soruk çayı arasındaki kesiminin özellikleri ve fayın morfolojik gelişimdeki etkileri. Türkiye Kuvaterner Sempozyumu. İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul. Uğuz, M. F., Sevin, M. (2009a). 1/100000 Ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları No:115 Sinop F-33 Paftası. MTA, Jeoloji Etütleri Dairesi, Ankara.
61. Uğuz, M. F., Sevin, M. (2009b). 1/100000 Ölçekli Türkiye Jeoloji Haritaları No:116 Sinop F-34 Paftası. MTA, Jeoloji Etütleri Dairesi, Ankara.
62. Uysal, A. (2024). Erzincan Ovası ve çevresinin morfotektonik özellikleri ve deprem analizi. Fırat Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Yayımlanmamış Doktora Tezi, Elazığ. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp adresinden edinilmiştir.
63. Wells, S., Bullard, T., Menges, C., Drake, P., Karas, P., Kelson, K., Ritter, J.B., Wesling, J. (1988). Regional variations in tectonic geomorphology along a segmented convergent plate boundary pacific coast of Costa Rica. Geomorphology, 1 (3), 239-265. doi:10.1016/0169-555X(88)90016-5
64. Yıldırım, C., Tüysüz, O. (2009). Blok rotasyonuna fluviyal tepkinin nicel analizi: Almacık bloku örneği. İTÜ Dergisi, 8 (3), 120- 130.
65. Yıldırım, C., Schildgen, T., Echtler, H., Melnick, D., Strecker, M., Bookhagen, B., Çiner, A., Niederman, S., Merchel, S., Martschini, M., Steier, P., Strecker, M.R. (2013). Tectonic implications of fluvial incision and pediment deformation at the northern margin of the Central Anatolian Plateau based on multiple cosmogenic nuclides. Tectonics, 32, 1–14. doi: org/10.1002/tect.20066
66. Yıldırım, C. (2014). Relative tectonic activity assessment of the Tuz Gölü fault zone; Central Anatolia, Turkey. Tectonophysics, 630, 183-192. doi:10.1016/j.tecto.2014.05.023
67. Yıldırım, C., Schildgen, T. F., Echtler, H., Melnick, D., Strecker, M. R. (2011). Late Neogene and active orogenic uplift in the Central Pontides associated with the North Anatolian Fault: Implications for the northern margin of the Central Anatolian Plateau, Turkey. Tectonics, 30 (5). doi:10.1029/2010TC002756