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

Year 2017, Volume: 19 Issue: 55, 147 - 168, 01.01.2017

Çağlar Özer Orhan Polat

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

• Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK), 2015. Adrese Dayalı Nüfus Kayıt Sistemi 2014 yılı Sonuçları 18616 Sayılı Rapor, Ankara.
• Bayındırlık ve İskân Bakanlığı (BİB), 1996. Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası, Ankara.
• Kalafat, D., Gürbüz, C., Üçer, B. 1987. Batı Türkiye’deki Kabuk ve Üst Manto Turkish
• Researches, Cilt.59, s.43–64.
• Earthquake Bulletin
• Akçığ, Z. 1988. Batı Anadolu‘nun Yapısal Sorunlarının Gravite Verileri ile İrdelenmesi, Türkiye Jeoloji Bülteni, Cilt.31, s.63-70.
• Hisarlı, M., Orbay, N. 2000. Bouger Gravite Denizi‘nin Ege Kabuk
• Kalınlığının Belirlenmesi, İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yerbilimleri Dergisi, Cilt.13, No. 1-2, s.119-131.
• 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.
• 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.
• Aydın, A., Altınoğlu, F. 2005. Ege Bölgesinin Potansiyel Verileriyle
• Deprem Sempozyumu, 23-25 Mart, Kocaeli, s.86-88.
• Yapısının Sismisite Alan ve
• Değerlendirilmesi, [9] Akyol, N., Zhu, L., Mitchell, B.J., Sözbilir, H., Kekovalı, K. 2006. Crustal
• Seismicity in Western Anatolia, Geophysical Journal International, Cilt.166, s.1259–1269. and
• Local [10] Zhu, L., Akyol, N., Mitchell, B.J., Sözbilir, H. 2006. Seismotectonics of Western
• Resolution Earthquake Relocations and Moment Tensor Determinations, Geophysical Research Letters, Cilt.33, s.1-4. from
• 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.
• 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
• Mühendislik Dergisi, Cilt. 11, No. 31, s.44-56. Fen
• ve [13] Tezel, T., Kaypak, B., Shibutani, T. 2010. Crustal Structure Variation in Western Turkey Inferred from the Receiver
• Tectonophysics, Cilt.492, s.255-267.
• Analysis, [14] Kaypak, B., Gökkaya, G. 2012. 3-D Imaging of the Upper Crust Beneath the Denizli Geothermal Region by Local Western Volcanology
• Research, Cilt.211-212, s.47-60.
• Salaun, G., Pedersen, H.A., Paul, A., Farra, V., Karabulut, H., Hatzfeld, D., Papazachos,
• Pequegnat, C., SIMBAAD Team, 2012. High-Resolution
• Tomography Beneath the Aegean- Anatolia Region: Constraints on Upper-Mantle Structure. Geophysical Journal International, Cilt. 190, No.1, s.406-420. D.M., Surface
• 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.
• Fichtner, A., Trampert, J., Cupillard, P., Saygin, E., Taymaz, T., Capdeville, Y., Villasenor, A. 2013. Multiscale Full
• Geophysical Journal International, Cilt.194, s.534-556.
• 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.
• Kind, R., Eken, T., Tilmann, F., Sodoudi, F., Taymaz, T., Bulut, F., Yuan, X., Can, B., Schneider, F. 2015. Thickness
• beneath Turkey and surroundings from S-Receiver Functions, Solid Earth, Cilt.6, s.971-984.
• 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.
• 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.
• Irmak, T.S. 2013. Focal Mechanisms of Small-moderate Earthquakes in Denizli Graben (SW Turkey), Earth Planets Space, Cilt.65, s.943-955.
• 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.
• Gok, E., Polat, O. 2014. An Assessment of the Microseismic Activity and Focal Mechanisms of the Izmir (Smyrna) Area from a New Local
• Tectonophysics, Cilt. 635, s.154-164.
• (IzmirNET), [25] Tan, O., Papadimitriou, E.E., Pabucçu, Z., Karakostas, V., Yörük, A., Leptokaropoulos,
• Detailed Analysis of Microseismicity in Samos and Kusadasi (Eastern Aegean Sea) Areas, Acta Geophysica, Cilt.62, s.1283-1309. A.
• [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,
• Cilt.635, s.100-124.
• Çemen, İ., Helvacı, C., Ersoy, E.Y. Cenozoic 2014.
• Tectonics in Western and Central Anatolia,
• Tectonophysics, Cilt.635, No.18, s.1– 5.
• Extensional Turkey:
• Introduction, [28] Emre, T., Sözbilir, H., Gökçen, N. Kiraz-Beydağ 2006. Neojen-Kuvaterner
• Küçük Menderes Grabeni, Batı Anadolu, Maden Tetkik ve Arama Müdürlüğü, Cilt.132, s.1-32.
• Dewey, J.F., Şengör, A.M.C. 1979. Aegean and Surrounding Regions: Complex Multiplate and Continuum Tectonics in A Convergent Zone, Geological
• Bulletin, Cilt. 90, s.84–92. of
• America [30] Şengör, A.M.C., Yılmaz, Y. 1981. Tethyan Evolution of Turkey: A Plate Tectonic Approach, Tectonophysics, Cilt.75, p.181–241.
• 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.
• Bozkurt, E. 2001. Neotectonics of Turkey-a Synthesis, Geodinamica Acta, Cilt.14, p.3-30. [33] McKenzie, D.P. 1978.
• Active Tectonics of the Alpine Himalayan Belt:
• Surrounding Regions, Geophysical Journal of Royal Astronomical Society, Cilt.55, s.217-254. Sea
• 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.
• Le Pichon, X., Angelier, J. 1981. The Agean
• Transactions of Royal Society, London, A 300, s.357-372.
• 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.
• 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.
• 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.
• Yılmaz, Y. 1990. Comparison of Young Volcanic Associations of Western and Eastern Anatolia Formed Under a Compressional Regime: a Review, Journal of Volcanology
• Research, Cilt.44, s.69-87.
• Geothermal [40] Yılmaz, Y. 1997. Geology of Western Anatolia, in Schlinder C, Fister M P, (Ed.) Northwestern
• Marmara Poly-Project, Zurich, ETH University Press, Cilt. 3, s.31-53.
• 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.
• Seyitoğlu, G., Rundle, C.C. 1992. Timing of Cenozoic Extensional Tectonics in West Turkey, Journal of Geological Society London, Cilt.149, s.533-538.
• İzmir Yakın Çevresinin Diri Fayları ve Deprem Potansiyelleri, 2005. Maden Tetkik ve Arama Müdürlüğü, Rapor No:10754, Jeoloji Etütleri Dairesi Başkanlığı, Ankara.
• 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.
• 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
• Çekirdek Modellenmesi, Proje
• teklifi [48] Erdogan, B. 1990. İzmir-Ankara Zonu İle Karaburun Kuşağının Tektonik İlişkisi, Maden Tetkik ve Arama Dergisi, Cilt.110, No.1, s1-15.
• Okay, A.I. 2008. Geology of Turkey: A synopsis, Anschnitt, Cilt.21, s.19-42.
• 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.
• 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.
• 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.
• Investigations in Western Anatolia Using Equilibrium Temperatures from Shallow borehole, Solid Earth, Cilt.6, s.103-113.
• Geothermal [54] Ozer, Ç., Polat, O. 2017. Local earthquake tomography in Izmir geothermal area, Aegean region of Turkey (submit edildi).
• 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
• submarine morphologies revealed by high resolution acoustic data in the Gulf of Izmir, western Turkey, Marine and Petroleum Geology, Cilt.71, s.211-224.
• Çıvgın, B. 2010. Ankara ve Dolayının Sismik Hız Yapısı ve Tektonik Deformasyonunun
• Verilerle Kestirilmesi, Doktora tezi, Ankara: Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, s.198. E., [58] Kissling, Ellsworth,
• W.L., Eberhart-Phillips, D., Kradolfer, U. 1994. Initial Reference Models in Local
• Journal of Geophysical Research, Cilt.99, No.19, s.635-646.
• Kaypak, B. 2002. Erzincan Havzası 3- B Hız Yapısının Yerel Deprem Tomografisi
• Doktora Tezi, İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, s.224.
• 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.
• T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı Deprem Dairesi Başkanlığı,
• Ankara, Türkiye, (Erişim Tarihi: 10.01.2016).
• International Seismological Centre, On-line Bulletin, [www.isc.ac.uk], Thatcham, United Kingdom, 2013, (Erişim Tarihi: 10.01.2016).
• BÜ Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Türkiye.
• 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.
• Havskov, J., Ottemoller, L. 1999. SeisAn
• Software, Seismological Research Letter, Cilt. 70, No. 1, s.532-534.
• Çıvgın, B., Kaypak, B. 2012. Ankara ve Dolayında Kabuğun Bir Boyutlu Sismik Hız Yapısı, Yerbilimleri, Cilt.33, No. 2, s.131-150.
• Kaypak, B., Eyidoğan, H. 2002. Erzincan Havzası ve Dolayının Üst- Kabuk Hız Yapısının Belirlenmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi Dergisi, Cilt.1, s.107-122.
• Wessel, P., Smith, W.H.F. 2004. New Version of the Generic Mapping Tools (GMT), EOS Transactions, Cilt. 76, s.123.