Migration drainage divide along the horst between Orhangazi and Yalova Faults: Implications for active tectonics

Abstract

Drainage systems, consisting of drainage areas and drainage divides, are subject to the influence of erosion, tectonic uplift and climatic processes throughout geological time. Drainage divide migration can cause changes in the amount of drainage areas, sediment fluxes, the strength of the river, the erosion processes of the region and the genetic structure of living organisms. Topographic metrics have been proposed to estimate drainage divide migration in natural topographies. To understand the dynamic state of drainage divide in the study area where normal faults are active, a topographic analysis was performed using divide stability tools. Topographic analyses such as normalized steepness index (ksn), chi integral (χ) and Gilbert metrics (slope, relief and elevation) were used to reveal the status of drainage systems in the area between the Orhangazi and Yalova Faults. The main divide was divided into 3 segments (D1, D2 and D3) in order to clarify the relationship between neighboring drainage areas. For segment D1, Gilbert metrics indicate that the current situation is stable, but according to χ data, it will migrate to the NE in the future. All analyses calculated for the D2 segment showed that this segment is currently and will continue to move to the NE in the future. Analyses for the D3 segment show that this segment has moved northward and will continue to do so in the future. The Yalova Fault, which borders the north of the drainage divide, appears to be the primary driver of the divide migration. These data suggest that the Yalova Fault will show more activity in the future than the Orhangazi Fault and is the major force supporting the northward movement of the drainage divide.

Keywords

• Drainage divide migration
• Normalized steepness index
• Chi integral
• Gilbert metrics
• Yalova Fault

Orhangazi ve Yalova Fayları arasında kalan horst boyunca su bölüm hattının göçü: Aktif tektonik yönünden çıkarımlar

Abstract

Drenaj alanları ve su bölümlerinden oluşan drenaj sistemleri, jeolojik zaman boyunca erozyon, tektonik yükselme ve iklimsel süreçlerin etkisine maruz kalırlar. Su bölünmesi göçü, drenaj havzalarının miktarı, sediman akışı, akarsuyun gücü, bölgenin erozyon süreçleri ve canlıların genetik yapıları üzerinde değişikliklere neden olabilir. Doğal topoğrafyalarda su bölünmesi göçünü tahmin etmek için topoğrafik metrikler önerilmiştir. Normal fayların etkin olduğu çalışma alanında su bölünmesinin dinamik durumunu anlamak için bölünme kararlılığı araçları kullanılarak topoğrafik bir analiz gerçekleştirilmiştir. Orhangazi ve Yalova fayları arasında kalan alandaki drenaj sistemlerinin durumunu ortaya çıkarmak için normalleştirilmiş diklik indeksi (ksn), chi integrali (χ) ve Gilbert metrikleri (eğim, rölyef ve yükseklik) gibi topografik analizler kullanılmıştır. Komşu drenaj havzaları arasındaki ilişkiyi net olarak ortaya koymak için ana bölünme 3 segmente (D1, D2 ve D3) ayrılarak incelenmiştir. D1 segmenti için Gilbert metrikleri mevcut durumun stabil olduğunu, ancak χ verilerine göre gelecekte KD’ya göç edeceği belirlenmiştir. D2 segmenti için hesaplanan tüm analizler bu segmentin mevcut durumda ve gelecekte de KD’ya hareket edeceğini göstermiştir. D3 segmenti için yapılan analizler bu segmentin kuzeye hareket ettiği ve gelecekte de bu hareketine devam edeceği belirlenmiştir. Su bölümünün kuzeyini sınırlayan Yalova Fayı, su bölümü göçünü sağlayan birincil etmen olarak ortaya çıkmaktadır. Elde edilen bu veriler Yalova Fayı’nın Orhangazi Fayı’na göre gelecekte daha fazla aktivite göstereceği ve su bölümünün kuzeye olan hareketini destekleyen en büyük güç olduğunu ortaya koymaktadır.

Keywords

• Drenaj bölünmesi göçü
• Normalleştirilmiş diklik indeksi (ksn)
• Chi integrali (χ)
• Gilbert metrikleri
• Yalova Fayı

References

1. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (AFAD), (2025). T.C. İçişleri Bakanlığı, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Deprem Dairesi Başkanlığı. https://deprem.afad.gov.tr
2. Akartuna, M., (1968). The Geology of Armutlu Peninsula. Istanbul University Science Faculty Monographs, 20. 105 pp.
3. Ambraseys, N.N. (1970). Some characteristic features of the North Anatolian fault zone. Tectonophysics, 9, 143–165. https://doi.org/10.1016/0040-1951(70)90014-4
4. Ambraseys, N.N. (2002). The seismic activity of the Marmara Sea region over the last 2000 years. Bull. Seismol. Soc. Am. 92:1–18. https://doi.org/10.1785/0120000843
5. Ambraseys, N.N., & Finkel C.F. (1987). Seismicity of Turkey and neighbouring regions, 1899-1915. Ann. Geophys. 5B (6):701–726.
6. Ambraseys, N.N., & Finkel, C.F. (1995). The seismicity of Turkey and adjacent areas: a historical review. Eren Yayıncılık, Istanbul, 1500–1800.
7. Avşar, U., & İşseven, T. (2009). Regional clockwise rotation of the Armutlu Peninsula, Western Turkey, resolved from palaeomagnetic study of Eocene volcanics. Tectonophysics, 475(3-4), 415-422. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.05.021
8. Bargu, S., & Sakınç, M. (1990). Geology and structural features of the region between Izmit Bay and Iznik Lake. Istanbul University Faculty of Engineering Journal of Earth Sciences, 6 (1-2) 45-76.

9. Barka A.A. (1992). The North Anatolian fault. Ann. Tecton. 6(1), 74–195.
10. Bartlett W.L., Freidman M., & Logan J.M. (1981). Experimental folding and faulting of rocks under confining pressure. Part IX: Wrench faults in limestone layers. Tectonophysics,79:255-277. https://doi.org/10.1016/0040-1951(81)90116-5
11. Eisenlohr, T. (1995). Die Thermalquellen der Armutlu-Halbinsel (NW-Turkei) und deren Beziehung zu Geologie und Tektonik, Diss. ETH Zurich N r. 11340, 1 65p.
12. Emre, O., Duman, T. Y., Özalp, S., Şaroğlu, F., Olgun, Ş., Elmacı, H. & Can, T. (2018). Active fault database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(8), 3229-3275. https://doi.org/10.1007/s10518-016-0041-2
13. Emre, O., Duman, T.Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, S., & Şaroğlu, F. (2013). Açıklamalı Türkiye Diri Fay Haritası, Ölçek 1:1.250.000, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Özel Yayın Serisi: 30, 89 s., Ankara.
14. Emre, O., Erkal, T., Tchepalyga, A., Kazancı, N., Kecer, M., & Ünay, E. (1998). Neogene-Quaternary evolution of the Eastern Marmara Region, Northwest Turkey. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 120, 119-145.
15. Erendil, M., Göncüoğlu. C. M., Tekeli. O., Aksay, A., Kuscu, İ., Urgün, M. F., Tunay, G., & Temren, A. (1991). Geology of the Armutlu Peninsula. General Directorate of Mineral Research and Exploration Rapor No: 9165 (yayımlanmamış).
16. Forte, A. M., & Whipple, K. X. (2018). Criteria and tools for determining drainage divide stability. Earth Planet. Sc. Lett., 493, 102–117. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.04.026
17. Gallen, S.F., & Wegmann, K.W. (2017). River profile response to normal fault growth and linkage: An example from the Hellenic forearc of south-central Crete, Greece. Earth Surf. Dyn., 5, 161–186. https://doi.org/10.5194/esurf-5-161-2017
18. Genç, S.C. (1993). Geologic and petrologic investigation of the tectonic units located between İznik and İnegöl. (Publication No. 39150), PhD. Thesis, Istanbul Technical University, Institute of Science, 521 p.
19. Genç, S.C., & Yılmaz, Y. (1997). An example of post-collisional magmatism in Northwestern Anatolia the Kızderbent volcanics. Turk. J. Earth Sci. 6, 33–42.
20. Gilbert, G. K. (1877). Geology of the Henry mountains. Government Printing Office. Washington, DC, USA.
21. Goren, L., Willett, S.D., Herman, F., & Braun, J. (2014). Coupled numerical-analytical approach to landscape evolution modeling. Earth Surf. Process. Landf. 39, 522–545. https://doi.org/10.1002/esp.3514
22. Gönençgil, B., & Halis, O. (2021). Samanlı Dağları’nın jeomorfolojik gelişimine ve uzun dönemli erozyon süreçlerine morfometrik yaklaşım. Türk Coğrafya Dergisi, 78, 109-126. https://doi.org/10.17211/tcd.1008678
23. Görmüş, S., Şahbaz, A., Varol, B., Kazanci, N., Bayhan, E., Emre, O., & Ozdoğan, M. (1997). Stratigraphy and structural features of the Southern Marmara (Bursa-Karacabey) region. Neogene and Quaternary evolution of the Southern Marmara region. TÜBİTAK YDABÇAG-426/G Project Report, 22-35.