Determination of 1-D (One-Dimensional) Seismic Velocity Structure of Izmir and Surroundings

Abstract

Principal aim and motivation of this study is to investigate, for the first time, one-dimensional (1-D) crustal velocity structure of Izmir and surroundings. For his purpose, 1723 earthquakes recorded by 44 stations between 2008-2014 have been analysed using travel times of local earthquakes. We selected 483 earthquakes having at least 10 P-, 5 S- phase readings and GAP≤200. In total, 3913 P- and 3063 S-phases are derived from those criterias. Crust-mantle transition could not be well determined due to the shallow earthquake depth distribution. We have identified six different seismic velocity layers ranging from 4.1 km/s to 7.6 km/s. First layer having 2.5 km thickness and 4.1-4.3 km/s velocity is associated with Holocene sediments. On the other hand, a clear velocity transition zone located in 9-12 km depths having with 4.7-6.2 km/s, is interpreted as seismogenic zone indicating to the upper-lower crust discontinuty. Vp velocities of another deep layer associated with gabbro and oceanic rocks and located between 12-22 km depths revealing ~10 km thickness, have been observed between 6.2-7.7 km/s.

Keywords

• Izmir, Aegean Region, 1-D seismic velocity structure, VELEST

İzmir ve Çevresinin 1-B (Bir-Boyutlu) Sismik Hız Yapısının Belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmanın gerçekleştirilmesindeki temel amaç ve motivasyon, İzmir ve yakın çevresinin ilk defa bir-boyutlu (1-B) kabuk hız yapısını araştırmaktır. Bu amaçla, yerel depremlerin seyahat zamanları kullanılarak 2008-2014 yılları arasında 44 istasyon tarafından kayıt edilen 1723 deprem analiz edilmiştir. Bu veri grubu içerisinden GAP < 200 ve en az 10 P- ve 5 S- faz bilgisine sahip 483 deprem seçilmiş ve 3913 P- ve 3063 S- fazı kullanılmıştır. Deprem derinliklerinin sığ olması sebebiyle kabukmanto geçişi tespit edilememiştir. İzmir ve çevresi için üst mantoya kadar 4.1 km/sn’den 7.6 km/sn’ye değişen 6 katmanlı sismik hız yapısı belirlenmiştir. Yüzeyde gözlenen, hızları 4.1-4.3 km/sn arasında değişen 2.5 km kalınlığındaki tabaka güncel çökeller ile ilişkilidir. Sismojenik zon olarak belirlenen 9-12 km arasındaki hız geçişi (4.7-6.2 km/sn) üst-alt kabuk süreksizliğini açıkça göstermektedir. Gabro ve okyanusal kayaçlar ile ilişkilendirdiğimiz 12-22 km arasında ~10 km kalınlığındaki tabakaya ait Vp hızlarının 6.2 km/sn ile 7.7 km/sn arasında değiştiği gözlenmiştir.

Keywords

• İzmir, Ege Bölgesi, 1-B sismik hız yapısı, VELEST

References

1. Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK), 2015. Adrese Dayalı Nüfus Kayıt Sistemi 2014 yılı Sonuçları 18616 Sayılı Rapor, Ankara.
2. Bayındırlık ve İskân Bakanlığı (BİB), 1996. Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası, Ankara.
3. Kalafat, D., Gürbüz, C., Üçer, B. 1987. Batı Türkiye’deki Kabuk ve Üst Manto Turkish
4. Researches, Cilt.59, s.43–64.
5. Earthquake Bulletin
6. Akçığ, Z. 1988. Batı Anadolu‘nun Yapısal Sorunlarının Gravite Verileri ile İrdelenmesi, Türkiye Jeoloji Bülteni, Cilt.31, s.63-70.
7. Hisarlı, M., Orbay, N. 2000. Bouger Gravite Denizi‘nin Ege Kabuk
8. Kalınlığının Belirlenmesi, İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yerbilimleri Dergisi, Cilt.13, No. 1-2, s.119-131.

9. Aydın, A., Kargı, H., Altınoğlu, F., Sarı, N. 2005. İç Ege Tektoniğinin Mevcut Veri ve Çalışmalarla İrdelenmesi. Deprem Sempozyumu, 23-25 Mart, Kocaeli, s.1267-1272.
10. Yüksel, F. A. 2005. Batı Anadolu‘nun Bouguer Gravite Anomalilerinin Süzgeçlenmesi ve Yer Kabuğu Kalınlık Dağılımının İncelenmesi, PAÜ Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt.11, No.2, s.1-13.
11. Aydın, A., Altınoğlu, F. 2005. Ege Bölgesinin Potansiyel Verileriyle
12. Deprem Sempozyumu, 23-25 Mart, Kocaeli, s.86-88.
13. Yapısının Sismisite Alan ve
14. Değerlendirilmesi, [9] Akyol, N., Zhu, L., Mitchell, B.J., Sözbilir, H., Kekovalı, K. 2006. Crustal
15. Seismicity in Western Anatolia, Geophysical Journal International, Cilt.166, s.1259–1269. and
16. Local [10] Zhu, L., Akyol, N., Mitchell, B.J., Sözbilir, H. 2006. Seismotectonics of Western
17. Resolution Earthquake Relocations and Moment Tensor Determinations, Geophysical Research Letters, Cilt.33, s.1-4. from
18. High [11] Tezel, T., Erduran, M., Alptekin, Ö. 2007. Crustal Shear Wave Velocity Structure of Turkey by Surface Wave Dispersion Analysis, Annals of Geophysics, Cilt.50, No.2, s.177-190.
19. Gönenç, T., Akgün, M., Ergün, M. 2009. Girit Bölgesinin İzafi Kabuk Kalınlığı Değişiminin Manyetik ve Serbest Hava Gravite Anomalileri ile İrdelenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik
20. Mühendislik Dergisi, Cilt. 11, No. 31, s.44-56. Fen
21. ve [13] Tezel, T., Kaypak, B., Shibutani, T. 2010. Crustal Structure Variation in Western Turkey Inferred from the Receiver
22. Tectonophysics, Cilt.492, s.255-267.
23. Analysis, [14] Kaypak, B., Gökkaya, G. 2012. 3-D Imaging of the Upper Crust Beneath the Denizli Geothermal Region by Local Western Volcanology
24. Research, Cilt.211-212, s.47-60.
25. Salaun, G., Pedersen, H.A., Paul, A., Farra, V., Karabulut, H., Hatzfeld, D., Papazachos,
26. Pequegnat, C., SIMBAAD Team, 2012. High-Resolution
27. Tomography Beneath the Aegean- Anatolia Region: Constraints on Upper-Mantle Structure. Geophysical Journal International, Cilt. 190, No.1, s.406-420. D.M., Surface
28. Wave [16] Karabulut, H., Paul, A., Ergun, T.A., Hatzfeld, D., Childs, D.M., Aktar, M. 2013. Long Wavelength Undulations of the Seismic Moho Beneath the Strongly Stretched Western Anatolia, Geophysical Journal International, Cilt.194, No.1, s.450-464.
29. Fichtner, A., Trampert, J., Cupillard, P., Saygin, E., Taymaz, T., Capdeville, Y., Villasenor, A. 2013. Multiscale Full
30. Geophysical Journal International, Cilt.194, s.534-556.
31. Inversion, [18] Delph, J.R., Biryol, C.B., Beck, S.L., Zandt, G., Ward, K.M. 2015. Shear Wave Velocity Structure of the Anatolian Plate: Anomalously Slow Crust in Southwestern Turkey, Geophysical Journal International, Cilt.202, s.261-276.
32. Kind, R., Eken, T., Tilmann, F., Sodoudi, F., Taymaz, T., Bulut, F., Yuan, X., Can, B., Schneider, F. 2015. Thickness
33. beneath Turkey and surroundings from S-Receiver Functions, Solid Earth, Cilt.6, s.971-984.
34. Lithosphere [20] Polat, O., Gök, E., Yılmaz, D. 2008. Earthquake Hazard of the Aegean Extension Region (West Turkey, Turkish Journal of Earth Sciences, Cilt. 17, s.593-614.
35. Uzel, B., Sözbilir, H. 2008. A First Record of a Strike-slip Basin in Western Anatolia and Its Tectonic Implication: The Cumaovası Basin, Turkish Journal of Earth Sciences, Cilt.17, s.559-591.
36. Irmak, T.S. 2013. Focal Mechanisms of Small-moderate Earthquakes in Denizli Graben (SW Turkey), Earth Planets Space, Cilt.65, s.943-955.
37. Tan, O. 2013. The dense Micro- earthquake Activity at the Boundary between the Anatolian and South Aegean microplates, Journal of Geodynamics, Cilt.65, s.199-217.
38. Gok, E., Polat, O. 2014. An Assessment of the Microseismic Activity and Focal Mechanisms of the Izmir (Smyrna) Area from a New Local
39. Tectonophysics, Cilt. 635, s.154-164.
40. (IzmirNET), [25] Tan, O., Papadimitriou, E.E., Pabucçu, Z., Karakostas, V., Yörük, A., Leptokaropoulos,
41. Detailed Analysis of Microseismicity in Samos and Kusadasi (Eastern Aegean Sea) Areas, Acta Geophysica, Cilt.62, s.1283-1309. A.
42. [26] Çevikbilen, S.Y., Taymaz, T., Helvacı, C. 2014. Earthquake Mechanisms in the Gulfs of Gökova, Sığacık, Kuşadası, and the Simav Region (western Turkey): Neotectonics, Seismotectonics and Geodynamic Implications,
43. Cilt.635, s.100-124.
44. Çemen, İ., Helvacı, C., Ersoy, E.Y. Cenozoic 2014.
45. Tectonics in Western and Central Anatolia,
46. Tectonophysics, Cilt.635, No.18, s.1– 5.
47. Extensional Turkey:
48. Introduction, [28] Emre, T., Sözbilir, H., Gökçen, N. Kiraz-Beydağ 2006. Neojen-Kuvaterner
49. Küçük Menderes Grabeni, Batı Anadolu, Maden Tetkik ve Arama Müdürlüğü, Cilt.132, s.1-32.
50. Dewey, J.F., Şengör, A.M.C. 1979. Aegean and Surrounding Regions: Complex Multiplate and Continuum Tectonics in A Convergent Zone, Geological
51. Bulletin, Cilt. 90, s.84–92. of
52. America [30] Şengör, A.M.C., Yılmaz, Y. 1981. Tethyan Evolution of Turkey: A Plate Tectonic Approach, Tectonophysics, Cilt.75, p.181–241.
53. Görür, N., Şengör, A.M.C., Sakınç, M., Tüysüz, O., Akkök, R., Yiğitbaş, E., Oktay, F.Y., Barka, A.A., Sarıca, N., Ecevitoğlu, B., Demirbağ, E., Ersoy, Ş., Algan, O., Güneysu, C., Aykol, A. 1995. Rift Formation in the Gökova Region, Southwest Anatolia: Implications for the Opening of The Aegean Sea, Geological Magazine, Cilt.132, s.637- 650.
54. Bozkurt, E. 2001. Neotectonics of Turkey-a Synthesis, Geodinamica Acta, Cilt.14, p.3-30. [33] McKenzie, D.P. 1978.
55. Active Tectonics of the Alpine Himalayan Belt:
56. Surrounding Regions, Geophysical Journal of Royal Astronomical Society, Cilt.55, s.217-254. Sea
57. and [34] Le Pichon, X., Angelier, J. 1979. The Aegean Arc and Trench System: A Key To The Neotectonic Evolution of The Eastern Mediterranean Area, Tectonophysics, Cilt.60, s.1-42.
58. Le Pichon, X., Angelier, J. 1981. The Agean
59. Transactions of Royal Society, London, A 300, s.357-372.
60. Jackson, J.A., Mckenzie, D.P. 1988. The Relationship Between Plate Motions and Seismic Moment Tensors and Rates of Active Deformation in the Mediterranean and Middle East, Geophysical Journal, Cilt.93, s.45-73.
61. Okay, A.İ., Satır, M. 2000. Coeval Plutonism and Metamorphism in a Latest Oligocene Metamorphic Core Complex in Northwest Turkey, Geological Magazine, Cilt.137, s.495- 516.
62. Yılmaz, Y. 1989. An Aproach to the Origin of Young Volcanic Rocks of Western Turkey. In Şengör AMC (ed), Tectonic Evolution of the Tethyan Region, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, s.159-189.
63. Yılmaz, Y. 1990. Comparison of Young Volcanic Associations of Western and Eastern Anatolia Formed Under a Compressional Regime: a Review, Journal of Volcanology
64. Research, Cilt.44, s.69-87.
65. Geothermal [40] Yılmaz, Y. 1997. Geology of Western Anatolia, in Schlinder C, Fister M P, (Ed.) Northwestern
66. Marmara Poly-Project, Zurich, ETH University Press, Cilt. 3, s.31-53.
67. Seyitoğlu, G., Scott, B.C. 1992. The Age of the Büyük Menderes Graben (West Turkey) and Its Tectonic Implications, Geological Magazine, Cilt.129, s.239-242.
68. Seyitoğlu, G., Rundle, C.C. 1992. Timing of Cenozoic Extensional Tectonics in West Turkey, Journal of Geological Society London, Cilt.149, s.533-538.
69. İzmir Yakın Çevresinin Diri Fayları ve Deprem Potansiyelleri, 2005. Maden Tetkik ve Arama Müdürlüğü, Rapor No:10754, Jeoloji Etütleri Dairesi Başkanlığı, Ankara.
70. 1/25000 Ölçekli İzmir Büyükşehir Bütünü Çevre Düzeni Planı Açıklama, 2012. İzmir Büyükşehir Belediyesi İmar ve Şehircilik Dairesi Başkanlığı Nazım Plan Şube Müdürlüğü, İzmir Kalkınma Ajansı Raporu, İzmir.
71. Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş., Şaroğlu, F. 2013. 1/1.125.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayınlar Serisi. [46] Seyitoğlu, G., Işık, V. 2015. Batı Anadolu’da Geç Senozoyik Genişleme Tektoniği: Menderes
72. Çekirdek Modellenmesi, Proje
73. teklifi [48] Erdogan, B. 1990. İzmir-Ankara Zonu İle Karaburun Kuşağının Tektonik İlişkisi, Maden Tetkik ve Arama Dergisi, Cilt.110, No.1, s1-15.
74. Okay, A.I. 2008. Geology of Turkey: A synopsis, Anschnitt, Cilt.21, s.19-42.
75. Okay, A.I., İşintek, İ., Altıner, D., Özkan-Altıner, S., Okay, N. 2012. An Olistostrome-Mélange Belt Formed along a Major Suture: Bornova Flysch Zone, Western Turkey. Tectonophysics, Cilt. 568-569, s.282- 295.
76. Ersoy, E.Y., Çemen, İ., Helvacı, C., Billor, Z. 2014. Tectono-stratigraphy of the Neogene basins in Western Turkey: Implications for Tectonic Evolution of the Aegean Extended Region, Tectonophysics, Cilt.635, s.33-58.
77. Akbaş, B., Akdeniz, N., Aksay, A., Altun, İ., Balcı, V., Bilginer, E., Bilgiç, T., Duru, M., Ercan, T., Gedik, İ., Günay, Y., Güven, İ.H., Hakyemez, H.Y., Konak, N., Papak, İ., Pehlivan, Ş., Sevin, M., Şenel, M., Tarhan, N., Turhan, N., Türkecan, A., Ulu, Ü., Uğuz, M.F., Yurtsever, A. Türkiye Jeoloji Haritası, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Yayını. Ankara Türkiye, (Erişim Tarihi: 10.01.2016). [53] Erkan, K. 2015.
78. Investigations in Western Anatolia Using Equilibrium Temperatures from Shallow borehole, Solid Earth, Cilt.6, s.103-113.
79. Geothermal [54] Ozer, Ç., Polat, O. 2017. Local earthquake tomography in Izmir geothermal area, Aegean region of Turkey (submit edildi).
80. Uzel, B., Sözbilir, B., Özkaymak, C. 2012. Neotectonic evolution of an actively growing superimposed basin in western Anatolia: The Inner Bay of Izmir, Turkey, Turkish Journal of Earth Sciences, Cilt. 21, s.439-471. [56] Coşkun, S., Dondurur, D., Çifçi, G., Aydemir, A., Drahor, M.G. 2016. Natural
81. submarine morphologies revealed by high resolution acoustic data in the Gulf of Izmir, western Turkey, Marine and Petroleum Geology, Cilt.71, s.211-224.
82. Çıvgın, B. 2010. Ankara ve Dolayının Sismik Hız Yapısı ve Tektonik Deformasyonunun
83. Verilerle Kestirilmesi, Doktora tezi, Ankara: Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, s.198. E., [58] Kissling, Ellsworth,
84. W.L., Eberhart-Phillips, D., Kradolfer, U. 1994. Initial Reference Models in Local
85. Journal of Geophysical Research, Cilt.99, No.19, s.635-646.
86. Kaypak, B. 2002. Erzincan Havzası 3- B Hız Yapısının Yerel Deprem Tomografisi
87. Doktora Tezi, İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, s.224.
88. Belirlenmesi, [60] Polat, O., Ceken, U., Uran, T., Gok, E., Yilmaz, N., Beyhan, M., Koc, N., Arslan, B., Yilmaz, D., Utku, M. 2009. IzmirNet: A Strong-Motion Network in Metropolitan Izmir, Western Anatolia, Turkey, Seismological Research Letter, Cilt.80, No.5, s.831- 838.
89. T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı Deprem Dairesi Başkanlığı,
90. Ankara, Türkiye, (Erişim Tarihi: 10.01.2016).
91. International Seismological Centre, On-line Bulletin, [www.isc.ac.uk], Thatcham, United Kingdom, 2013, (Erişim Tarihi: 10.01.2016).
92. BÜ Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Türkiye.
93. İstanbul, [64] Lee, W.H.K., Lahr, J.C. 1975. HYPO71 (Revised): A Computer Program for Determining Hypocenter, Magnitude, and First Motion Pattern of Local Earthquakes, U.S. Geological Survey Open File Report, 75-311, s.113.
94. Havskov, J., Ottemoller, L. 1999. SeisAn
95. Software, Seismological Research Letter, Cilt. 70, No. 1, s.532-534.
96. Çıvgın, B., Kaypak, B. 2012. Ankara ve Dolayında Kabuğun Bir Boyutlu Sismik Hız Yapısı, Yerbilimleri, Cilt.33, No. 2, s.131-150.
97. Kaypak, B., Eyidoğan, H. 2002. Erzincan Havzası ve Dolayının Üst- Kabuk Hız Yapısının Belirlenmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi Dergisi, Cilt.1, s.107-122.
98. Wessel, P., Smith, W.H.F. 2004. New Version of the Generic Mapping Tools (GMT), EOS Transactions, Cilt. 76, s.123.