Aktif ve pasif kaynaklı yüzey dalgası verileri kullanılarak yer etkisine dayalı mikrobölgelendirme: Gümüşhane örneği

Year 2024, Volume: 14 Issue: 2, 639 - 653, 15.06.2024

Yasemin Beker Usta , Nilgün Lütfiye Sayıl

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1418648

Abstract

Gümüşhane ili, sismik aktivite açısından sakin bir bölge olmakla birlikte Kuzey Anadolu Fay Zonu’na (KAFZ) yakın olması sebebiyle deprem tehlikesi altındadır. Dolayısıyla, hızlı ve yoğun bir yapılaşma süreci içerisinde olan Gümüşhane ili merkez ilçesinde, yerel zemin etkilerinin ortaya çıkarılması büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla, Yatay/Düşey Spektral Oran (HVSR) ve Çok Kanallı Yüzey Dalgası Analizi (MASW) uygulanarak yer etkilerinin tespitinde önemli parametreler olan baskın frekans/periyot, büyütme potansiyelini tanımlayan HVSR ve ilk 30 metreye ait ortalama S-dalgası hızı (VS30) hesaplanmıştır. Tek istasyonda toplanan mikrotremor verilerinden inceleme alanı için belirlenen baskın frekanslar 1.21-13.40 Hz, baskın periyotlar 0.07-0.82 sn, büyütme potansiyel değerleri 1.12-9.76 ve VS30 değerleri ise 300.2-677.2 m/sn arasında değişmektedir. Ayrıca hesaplanan VS30 değerleri kullanılarak inceleme alanı için TBDY (2018), NEHRP (2020) ve Eurocode-8 (2004)’e göre zemin sınıfları tanımlanmıştır. HVSR ve MASW yöntemlerinden elde edilen ölçüm parametreleri kullanılarak çalışma alanına ait baskın frekans, baskın periyot, büyütme potansiyel riski ve VS30 değerlerine ait mikrobölgelendirme haritaları oluşturulmuştur. Bu haritalara göre Gümüşhane ili merkez ilçesinde yüksek baskın frekans ve düşük baskın periyot bölgelerinin düşük büyütme potansiyeline ve yüksek VS30 değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Bu çalışma ile Gümüşhane ili merkez ilçesi için farklı jeofizik yöntemlerden elde edilen zemin parametrelerinin birbirleriyle ve bölgenin jeolojik yapısıyla iyi bir uyum gösterdiği sonucuna varılmıştır.

Keywords

Çok kanallı yüzey dalgası analizi (MASW), Gümüşhane, HVSR, Mikrobölgelendirme, Mikrotremor, Yer etkisi

Supporting Institution

Karadeniz Teknik Üniversitesi

Project Number

2009.112.007.3

Thanks

Destekleri için K.T.Ü Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon birimine teşekkür ederim.

Microzonation based on site effect using active and passive source surface waves data: the case of Gümüşhane

Abstract

Although Gümüşhane province is a quiet region in terms of seismicity, it is under earthquake danger due to its proximity to the NAFZ. Therefore, it is of great importance to reveal the local site effects in the central district of Gümüşhane province, which is in a rapid and intense construction process. For this purpose, the predominant frequency (or period), horizontal to vertical spectral ratio (HVSR) defining the amplification potential and S-wave velocity (VS30) values, which are important parameters in the detection of site effects, were calculated by applying the HVSR and multichannel surface wave analysis (MASW). The predominant frequencies determined for the investigation area from microtremor data collected at a single station vary between 1.21-13.40 Hz, dominant periods between 0.07-0.82 sec, amplification potential values between 1.12-9.76 and VS30 values between 300.2-677.2 m/sec. Additionally, using the calculated VS30 values, soil classification was defined for the investigation area according to TBDY (2018), NEHRP (2020) and Eurocode-8 (2004). Using the measurement parameters obtained from HVSR and MASW methods, microzonation maps of the predominant frequency, predominant period, amplification potential risk and VS30 values of the study area were created. According to these maps, it was seen that the high predominant frequency and low predominant period regions in the central district of Gümüşhane province had low magnification potential and high VS30 values. With this study, it has been concluded that the ground parameters obtained from different geophysical methods for the central district of Gümüşhane province are in good harmony with each other and with the geological structure of the region. With this study, it has been concluded that the site effect parameters obtained from different geophysical methods for the central district of Gümüşhane province are in good harmony with each other and with the geological structure of the region.

Keywords

Multichannel analysis of surface waves (MASW), Gümüşhane, HVSR, Microzonation, Microtremor, Site effect

Project Number

2009.112.007.3

References

• Acar, İ., Kamacı, Z., & Kapucu, S. (2022). Ödemiş kuzey bölgesinin imar ve bölge planlama alanı incelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 26(1), 83-89. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.959180
• Akın, Ö., & Sayıl, N. (2016). Site characterization using surface wave methods in the Arsin-Trabzon province, NE Turkey. Environmental Earth Sciences, 75, 1-17. https://doi.org/10.1007/ s12665-015-4840-6
• Akın, Ö. (2020). Trabzon – Ortahisar ilçesi güneyindeki heyelanlı alanların zemin özelliklerinin aktif ve pasif yüzey dalgası yöntemleriyle incelenmesi [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Akkaya, İ., & Özvan, A. (2019). Site characterization in the Van settlement (Eastern Turkey) using surface waves and HVSR microtremor methods. Journal of Applied Geophysics, 160, 157-170. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2018.11.009
• Alkan, H., Çınar, H., Oreshin, S., & Vinnik, L. (2019). Investigation of the crustal and upper-mantle structure of the eastern Pontides orogenic belt (NE, Turkey): a receiver-function study. Journal of Seismology, 23, 473-491. https://doi.org/10.1007/s10950-019-09818-1
• Arrahman, M. A., Tohari, A., & Perwita, C. A. (2023). Seismic microzonation for Lembang fault hazard area in West Bandung Regency based on microtremor measurement. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 1288, No. 1, p. 012018). IOP Publishing.
• Ateş, E., & Uyanık, O. (2019). Jeofizik yöntemler ile yer ve yapı etkileşimi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 23, 46-60. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.430906
• Caielli, G., de Franco, R., Di Fiore, V., Albarello, D., Catalano, S., Pergalani, F., ... & Vassallo, M. (2020). Extensive surface geophysical prospecting for seismic microzonation. Bulletin of Earthquake Engineering, 18, 5475-5502.
• Chopra, S., Choudhury, P., Nikam, R., Chaudhary, P., Limbachiya, H., & Joshi, V. (2023). Use of Geophysical Techniques in Seismic Hazard Assessment and Microzonation. In Geohazards: Analysis, Modelling and Forecasting (pp. 73-87). Singapore: Springer Nature Singapore.
• Dikmen, Ü. (2009). Statistical correlations of shear wave velocity and penetration resistance for soils. Journal of Geophysics and Engineering, 6(1), 61-72. https://doi.org/10.1088/1742-2132/6/1/007
• Dokuz, A. (2000). Yusufeli (Artvin-Turkey) yöresinin jeolojisi, jeotektoniği, magmatik- metamorfik kayacların jeokimyası ve petrojenezi [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü].
• Dokuz, A., & Tanyolu, E. (2006). Geochemical constraints on the provenance, mineral sorting and subaerial weathering of lower jurassic and upper cretaceous clastic rocks of the Eastern Pontides, Yusufeli (Artvin), NE Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 15(2). https://journals.tubitak.gov.tr/earth/vol15/iss2/4
• Eurocode 8 (2004). Design of structures for earthquake resistance – part 1: general rules, seismic actions and rules for buildings, authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC.
• Eyuboglu, Y., Dilek, Y., Bozkurt, E., Bektas, O., Rojay, B. & Şen, C. (2010). Structure and geochemistry of an alaskan-type ultramafic–mafic complex in the Eastern Pontides, NE Turkey. Gondwana Research, 18(1), 230-252. https://doi.org/10.1016/j.gr.2010.01.008
• Fadli, D. I., Awaliyah, I. A., Hadi, A. I., Farid, M., Akbar, A. J., & Refrizon, R. (2023). Microzonation Site Effects and Shear Strain during Earthquake Induced Landslide Using HVSR Measurement in Ulu Mana Sub-District, South Bengkulu Regency Indonesia. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA, 9(2), 592-599.
• Geopsy (2022, 10 Eylül). https://www.geopsy.org/download.php
• Güven, İ.H. (1993). Doğu Pontidlerin 1/25 000 ölçekli jeolojisi ve komplikasyonu, Maden Tetkik Arama, Ankara (yayımlanmamış)
• Güven, İ. T. (2022). Seismic vulnerability indices for ground in Derince-Kocaeli (NW Turkey). Environmental Earth Sciences, 81(5), 167. https://doi.org/10.1007/s12665-022-10288-x
• Güzel, M. (2009). Mikrobölgeleme çalışmalarında jeolojik, jeofizik, jeoteknik verilerin birlikte kullanımı (kuzey Adana örneği) [Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Kandemir, R. (2004). Sedimentary characteristics and depositional conditions of lower- middle jurassic Şenköy Formation in and around Gümüşhane [Doktora Tezi (yayımlanmamış), Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Keskinsezer, A., & Dağ, E. (2019). Investigating of soil features and landslide risk in Western-Atakent (İstanbul) using resistivity, MASW, Microtremor and boreholes methods. Open Geosciences, 11(1), 1112-1128. https://doi.org/10.1515/geo-2019-0086
• Kim, J., Park, D., Nam, G., & Jung, H. (2024). Shear-Wave Velocity Model from Site Amplification Using Microtremors on Jeju Island. Applied Sciences, 14(2), 795.
• Miller, R. D., Xia, J., Park, C. B., & Ivanov, J. M. (1999). Multichannel analysis of surface waves to map bedrock. The Leading Edge, 18(12), 1392-1396. https://doi.org/10.1190/1.1438226
• Nakamura, Y. (1989). A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. Railway Technical Research Institute, Quarterly Reports, 30(1), 25-33.
• NEHRP (2020). National earthquake hazards reduction program, recommended seismic provisions for new buildings and other structures (FEMA P-2082-1), 2020 edition, Vol.1, Part 1: Provisions and Part 2: Commentary.
• Özdağ, Ö., Akgün, M., & Gönenç, T. (2020). Determining bedrock of the northern part of Izmir Bay, western Anatolia, using a combination of microtremor, ESPAC, VES, and microgravity methods. Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata, 61(4). Doi: 10.4430/bgta0313
• Öztürk, S., Beker, Y., Sarı, M., & Pehlivan, L. (2021). Estimation of ground types in different districts of Gümüşhane province based on the ambient vibrations H/V measurements. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences, 39(4), 374-391. Doi: 10.14744/sigma.2021.00026
• Park, C. B., Miller, R. D., & Xia, J. (1999). Multichannel analysis of surface waves. Geophysics, 64(3), 800-808. https://doi.org/10.1190/1.1444590
• Pelin, S. (1977). Alucra (Giresun) güneydoğu yöresinin petrol olanakları bakımından jeolojik incelenmesi. K.T.Ü yayını, 13, 1-103.
• Pornsopin, P., Pananont, P., Furlong, K. P., Chaila, S., Promsuk, C., Kamjudpai, C., & Phetkongsakul, K. (2024). Seismic Microzonation Map of Chiang Mai Basin, Thailand. Trends in Sciences, 21(3), 7370-7370.
• Putti, S. P., & Satyam, N. (2020). Evaluation of site effects using HVSR microtremor measurements in Vishakhapatnam (India). Earth Systems and Environment, 4, 439-454. https://doi.org/10.1007/s41748-020-00158-6
• SeisImager (2022, 2 Haziran). https://www.geometrics.com/software/seisimager-sw/
• SESAME, (2005). Guidelines for the implementation of the H/V spectral ratio technique on ambient vibrations measurements, processing and interpretation, European project.
• Tüdeş, Ş. (2001). Gümüşhane kenti ve yakın çevresinin yerleşime uygunluk açısından araştırılması [Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Taş N., Okumuş E., Öner Ş., Köksal C., İcat M. Y., Tanış S. & Aslan N. (2003). Gümüşhane İl Çevre Durum Raporu, Gümüşhane Valiliği İl Çevre ve Orman Müdürlüğü, 179.
• Tokel, S. (1972). Stratigraphical and volcanic history of the Gümüşhane region, NE, Turkey [Doktora tezi (yayınlanmamış), University College].
• Türkiye bina ve deprem yönetmeliği. (2018). Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı.
• Wibowo, N. B., Fathani, T. F., Pramumijoyo, S., & Marliyani, G. I. (2023). Mıcrozonatıon Of Seısmıc Parameters In Geologıcal Formatıon Unıts Along The Opak Rıver Usıng Mıcrotremor Measurements. Geomate Journal, 25(110), 208-219.
• Xia, J., Miller, R. D., & Park, C. B. (1999). Estimation of near-surface shear-wave velocity by inversion of Rayleigh waves. Geophysics, 64(3), 691-700. https://doi.org/10.1190/1.1444578
• GCMT-Global CMT Catalog Search. (2024, Şubat, 18) https://www.globalcmt.org/CMTsearch.html
• KOERİ, Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi. (2024, Şubat 18) http://udim.koeri.boun.edu.tr/
• USGS, The U.S. Geological Survey Works. (2024, Şubat 17) https://www.usgs.gov/