Shallow crustal structure research in Marmara Region with WGM2012 Bouguer gravity data

Abstract

In order to investigate the shallow crust structure in the Marmara Region, global Bouguer gravity data used in this study were obtained from the World Gravity Map (WGM2012). First of all, the average depths of the soft-hard sediment, basement, Moho and lithosphere-asthenosphere topographies of the study area were calculated by taking the amplitude spectrum of spherical Bouguer gravity data. With this calculation, the average depths of soft-hard sediment, basement, Moho and lithosphere-asthenosphere interfaces were found to be 1.9 km, 7.8 km, 8.5 km, 23.3 km and 55.4 km, respectively. Total horizontal derivative method was applied to vertical derivative values of gravity data obtained from spherical Bouguer gravity data using bandpass filter in order to visualize discontinuities in basement levels. While revealing these discontinuity limits, the maximum amplitude values of the total horizontal derivative are used. In addition to the similarity between the results of this study and the results of previous studies, new discontinuity limits were determined. In addition, with the inverse solution, the basement topography of the region was calculated and mapped. As a result of the inverse solution, the basement interface depth was found to vary between 7 and 9 km. It is thought that the results found will contribute to future studies.

Keywords

• Gravity
• Total horizontal derivative
• Marmara Region
• First Vertical Derivative
• Structural Discontinuity

WGM2012 Bouguer gravite verileriyle Marmara Bölgesi'nde sığ kabuk yapısı araştırması

Abstract

Marmara Bölgesi'ndeki sığ kabuk yapısını araştırmak için, bu çalışmada kullanılan küresel Bouguer gravite verileri Dünya Gravite Haritası'ndan (WGM2012) elde edilmiştir. Öncelikle, çalışma alanının yumuşak-sert sediment, temel kaya, Moho ve litosfer-astenosfer topoğrafyalarının ortalama derinlikleri, küresel Bouguer gravite verilerinin genlik spektrumu alınarak hesaplanmıştır. Bu hesaplama ile yumuşak-sert sediment, temel kaya, Moho ve litosfer-astenosfer ara yüzeylerine ait ortalama derinlikler sırasıyla 1,9 km, 7,8 km, 8,5 km, 23,3 km ve 55,4 km olarak bulunmuştur. Temel kaya seviyelerindeki süreksizlikleri görüntüleyebilmek için, küresel Bouguer gravite verilerinden, bant geçişli süzgeç kullanılarak elde edilmiş gravite verilerinin düşey türev değerlerine toplam yatay türev yöntemi uygulanmıştır. Bu süreksizlik sınırlarını ortaya çıkarırken, toplam yatay türevin maksimim genlik değerlerinden yararlanılmıştır. Bu çalışmadaki sonuçlarla daha önceden yapılmış olan çalışmaların sonuçları arasında benzerlik olmasının yanı sıra, yeni süreksizlik sınırları tespit edilmiştir. Ayrıca ters çözüm ile bölgenin temel kaya topoğrafyası hesaplanarak haritalanmıştır. Ters çözüm sonucunda, temel kaya ara yüzey derinliğinin yaklaşık olarak 7 - 9 km arasında değiştiği bulunmuştur. Bulunan sonuçların daha sonradan yapılacak çalışmalara katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Keywords

• Gravite
• Toplam yatay türev
• Marmara Bölgesi
• Birinci Düşey Türev
• Yapısal Süreksizlik.

References

1. Altınoğlu, F.F., Sarı, M., Aydın, A., 2015, Detection of Lineaments in Denizli Basin of Western Anatolia Region Using Bouguer Gravity Data. Pure and Applied Geophysics 172, 415–425.
2. Cordell, L., ve Grauch, V.J.S., 1985, Mapping basement magnetization zones from aeromagnetic data in the San Juan Basin, New Mexico, (Ed. Hinze, W.J.) The utility of regional gravity and magnetic anomaly maps, Society of Exploration Geophysicists, 181–197.
3. Nabighian, M. N., 1972, The Analytic Signal of two dimensional magnetic bodies with polygonal cross section: Its properties and use for automated anomaly interpretation. Geophysics, 37, 507–517.
4. Arısoy, M. Ö., Dikmen, Ü., 2011, Potensoft: MATLAB-based Software for potential field data processing, modelling and mapping. Computer & Geosciences, 37, 935–942.
5. Demirbağ, E., Rangin, C., Pichon, X.L., Şengör, A.M.C., 2003, Investigation of the tectonics of the Main Marmara Fault by means of deep-towed seismic data, Tectonophysics, 361, 1-19.
6. Ateş, A., Bilim, F., Büyüksaraç, A., Bektaş, Ö., 2008, Tectonic interpretation of the Marmara Sea, NW Turkey from geophysical data, Earth Planets Space, 60, 169–177.
7. Adatepe, F.M., 1991, Marmara Denizi gravite ve manyetik verilerinin fourier analizleriyle değerlendirilmesi, Jeofizik, 5, 127-133.
8. Gholamrezaie, E., Scheck-Wenderoth, M., Sippel, J., Heidbach, O., and Strecker, M.R., 2018, Crustal Density Model of the Sea of Marmara: Geophysical Data Integration and 3D Gravity Modelling, Solid Earth Discuss, https://doi.org/10.5194/se-2018-113.

9. Barka, A. ve Kadinsky-Cade, K., 1988, Strike-slip fault geometry in Turkey and its influence on earthquake activity. Tectonics, 7, 663–684.
10. Ergün, M. ve Özel, E., 1995, Structural relationship between the sea of Marmara basin and the North Anatolian Fault. Terra Nova, 7, 278–288.
11. Ketin, İ., 1968, Türkiye'nin genel tektonik durumu ile başlıca deprem bölgeleri arasındaki ilişkiler. M.T.A. Derg., no. 71, Ankara.
12. Le Pichon, X., Taymaz, T. ve Şengör, A.M.C., 1999, The Marmara Fault and the future İstanbul Earthquake. Proceedings ITUIAHS International Conference on the Kocaeli Earthquake, İstanbul, 41–54.
13. Okay, A.I., Demirbağ, E., Kurt, H., Okay, N. ve Kuşçu, I., 1999, An active, deep marine strike slip basin along the North Anatolian fault in Turkey. Tectonics, 18, 129 – 147.
14. Okay, A.I., Kaşlılar-Özcan, A., İmren, C., Boztepe-Güney, A., Demirbağ, E. ve Kuşçu, İ., 2000, Active faults and evolving strike-slip basins in the Marmara Sea, northwest Turkey: A multichannel seismic reflection study, Tectonophysics, 321, 189–218.
15. Parke, J.R., Minshull, T.A., Anderson, G., White, R.S., McKenzie, D.P., Kuşçu, İ., Bull, J.M., Gorur, N., Sengor, C., 1999, Active faults in the Sea of Marmara, western Turkey, imaged by seismic reflection profiles, Terra Nova, 11, 223–227.
16. Smith, A.D., Taymaz, T., Oktay, F., Yüce, H., Alpar, B., Başaran, H., Jakson, J.A., Kara, S., Simsek, M., 1995, High resolution seismic reflection profiling in the Sea of Marmara (northwest Turkey): Late Quaternary sedimentation and sea-level changes. Geological Society America Bulletin, 107, 923–936.
17. Eken, T., 2018, Marmara Bölgesi İçin Kapsamlı SKS Polarizasyon Analizleri ve Üst Manto Deformasyonu Hakkında Düşündürdükleri, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18, 664-675.
18. Bonvalot, S., Balmino, G., Briais, A., M. Kuhn, Peyrefitte, A., Vales N., Biancale, R., Gabalda, G., Reinquin, F., Sarrailh, M., 2012, World Gravity Map. Commission for the Geological Map of the World. Eds. BGI-CGMW-CNES-IRD, Paris
19. Oldenburg, D.W., 1974, The inversion and interpretation of gravity anomalies. Geophysics, 39, 526–536. Parker, R. L., 1973, The rapid calculation of potential anomalies. Geophysical Journal International, 31, 447–455.
20. Gomez-Ortiz, D., Agarwal, B.N.P., 2005, 3DINVER.M: A MATLAB program to invert the gravity anomaly over a 3-D horizontal density interface by Parker–Oldenburg’s algorithm. Computer Geosciences, 31, 513–520.
21. Ketin, İ., 1983, Türkiye Jeolojisine genel bir bakış. İstanbul Teknik Üniversitesi Yayını, İstanbul.
22. Barka., 1987, Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun batısının tektoniği ve deprem etkinliği, Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi Seminer Notları, İstanbul.
23. Gündoğdu, O., 1984, Türkiye depremlerinin kaynak parametreleri ve aralarındaki ilişkiler. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İstanbul.
24. Kıyak, Ü., 1986, Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun batı uzantılarının incelenmesi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İstanbul.
25. Emre, Ö., Duman, T.Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş., Şaroğlu, F., 2013, Açıklamalı 1/1.250.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Özel Yayın Serisi-30. Ankara- Türkiye.
26. U.S. Geological Survey, Digital Elevation Models GTOPO30, Virginia, 1998, http://webmap.ornl.gov/wcsdown/wcsdown.jsp?dg_id=10003_1, (Ziyaret tarihi: 11 Şubat 2020).
27. Bhattacharyya, B.K., 1967, Some general properties of potential fields in space and frequency domain: a review. Geoexploration 5 (3), 127–143.
28. Oruç, B., 2010, Edge detection and depth estimation using a tilt angle map from gravity gradient data of the Kozaklı-Central Anatolia Region, Turkey. Pure and Applied Geophysics, DOI: 10.1007/s00024-010-0211-0.
29. Elmas, A., 2018, Kıbrıs Adasındaki Yapısal Süreksizliklerin EGM08 Gravite Verileri Kullanılarak Belirlenmesi, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 42, 17-32 (DOI: 10.24232/jmd.434135)