Comparison of Acceleration Records Measured at Different Depths

Abstract

The acceleration of the earthquake is affected by the earthquake source, earthquake-station characteristics and local ground conditions. Therefore, whether the ground is rock or soil, the thickness and type of soil affect the physical properties of the acceleration records. For this purpose, two accelerometer stations at different depths were established by AFAD Earthquake Department. In this study, acceleration records obtained from two accelerometer devices, one on the surface and the other at 100m depth, were used in the station with the same location and were compared with each other. As a result of this comparison, it has been observed that the peak acceleration value of the devices in the well is lower than the devices on the surface, and high frequencies are found in the records of the device on the surface in near earthquakes. When the average of 15 earthquakes is examined, amplification is seen at 4.6 Hz in the east-west component, 5.7 Hz in the north-south component and 9.46 Hz in the vertical component. Although the stations were established in and on rock, an amplification is observed in the surface station compared to the well station. For this reason, using the devices in the surface and deep wells together will give more accurate results, especially in amplification analyses.

Keywords

• Earthquake
• Accelerometer
• Surface-well
• Ground amplification

Farklı Derinliklerde Ölçülen İvme Kayıtlarının Karşılaştırılması

Abstract

Depremin ivmesi, deprem kaynağı, deprem-istasyon arası özellikler ve yerel zemin koşullarından etkilenmektedir. Dolayısıyla yerin kaya ya da gevşek zemin olması, zeminin kalınlığı ve türü ivme kayıtlarının fiziksel özelliklerini etkiler. Bu amaç ile AFAD Deprem Dairesi Başkanlığı tarafından farklı derinlikte iki ivmeölçer istasyonu kurulmuştur. Bu çalışmada konumu aynı olan istasyonda biri yüzeyde diğeri 100 m derinde iki ivmeölçer cihazdan elde edilen ivme kayıtları kullanılmış ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda kuyuda bulunan cihazların pik ivme değerinin yüzeydeki cihazlara göre daha düşük olduğu ve yakın depremlerde yüzeydeki cihazın kayıtlarında yüksek frekansların bulunduğu görülmüştür. 15 adet depremin ortalaması incelendiğinde doğu-batı bileşeninde 4.6 Hz, kuzey-güney bileşeninde 5.7 Hz ve düşey bileşeninde 9.46 Hz’de büyütme gözükmektedir. İstasyonlar her ne kadar kaya ortamda kurulmuş olsa da yüzey istasyonunda kuyu istasyonuna oranla büyütme görülmektedir. Bu nedenle özellikle büyütme analizlerinde yüzey ve derin kuyuda bulunan cihazların birlikte kullanılması daha doğru sonuçlar verecektir.

Keywords

• Deprem
• İvmeölçer
• Yüzey-kuyu
• Zemin büyütmesi

Thanks

Çalışmada kullanılan deprem verilerinin kaydedilmesi ve arşivlenmesini sağlayan AFAD Deprem Dairesi Başkanlığı personeline teşekkür ederiz.

References

1. Abercrombie R.E., 1997. Near-Surface Attenuation and Site Effects from Comparison of Surface and Deep Borehole Recordings, Bulletin of the Seismological Society of America, 87(3), 731-744.
2. AFAD, 2023. Deprem Kataloğu, Afet ve Acil Durum Yönetimi Baskanlıği, Türkiye Cumhuriyeti İçişleri Bakanlığı, Erişim adresi: https://deprem.afad.gov.tr/event-catalo
3. Allen R.M., Ziv A., 2011. Application of real-time GPS to earthquake early warning, Geophys. Res. Lett. 38, L16310.
4. Andrus R.D., Stokoe K.H., 2000. Liquefaction resistance of soils from shear-wave velocity, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, 126(11), 1015-1025.
5. Ates E., Kartal R.F., Kuru T., 2022. Comparison of Broadband and Accelerometer Records Using Earthquake Data, Turk Deprem Arastirma Dergisi, 4(2), 174-190, https://doi.org/10.46464/tdad.1132404.
6. Ateş E., Uyanık O., 2019. Jeofizik yöntemler ile yer ve yapı etkileşimi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 23, 46-60.
7. Bayrak E., 2019. Doğu Anadolu Bölgesi İçin En Büyük Yer İvmesi Tahmini, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (17), 676-681.
8. Bayrak E., 2022. Investigation of soil dynamic properties using horizontal-to-vertical spectral ratio for Eastern Pontides, Northeast Turkey. Environ Earth Sci., 81, 514.

9. Bayrak E., Ozer C., Cakici H., Kocadagistan M.E., 2021. January 24, 2020 Sivrice (Turkey) earthquake (Mw 6.8): Evaluation of Ground-Motion Prediction Equations and Engineering Seismology Studies, Turk. J. Earthq. Res., 3(2), 125-148, https://doi.org/10.46464/tdad.1003057.
10. Borcherdt R.D., 1970. Effects of local geology on ground motion near San Francisco Bay, Bull. Seismol. Soc. Am., 60, 29-61.
11. Bozcu M., Uyanık O., Çakmak O., Türker A.E., 2007. Geotechnical properties of Esen I HEPP Project field. Süleyman Demirel University Journal of Natural and Applied Sciences, 11(1), 75-83.
12. Çimen Ö., Uyanık O., Elmasdere E., Korkmaz K.A., Keskin S.N., 2010. Mavikent-Isparta Örneğinde Sismik Mikrobölgeleme Çalışmaları için Yerel Zemin Koşullarının Belirlenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 14(1), 46-54.
13. Emre Ö., Duman T.Y., Özalp S., Elmacı H., Olgun Ş., Şaroğlu F., 2013. Açıklamalı Türkiye Diri Fay Haritası Ölçek 1/1.125.000: Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayın Serisi 30. ISBN: 978-605- 5310-56-1.
14. Ertunç A., Karagüzel R., Yağmurlu F., Türker E., Keskin N., Bozcu M., Yılmaz K., Şentürk M., Özçelik M., Davraz A., Yalçın A., Soyarslan İ., Kaya M.A., Kamacı Z., Uyanık O., Balkaya Ç., Duman Y., Çimen Ö., Uzundurukan S., Karaca Ö., Şener E., 2001. Burdur Belediyesi Kent Merkezi ve yakın çevresinin depremselliği ve yerleşime uygunluk açısından incelenmesi. SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Araştırma Raporu, ss. 209.
15. Gencoglu A., Sayil N., 2019. A New Strong-Ground Motion Attenuation Relationship for the Middle Part of North Anatolian Fault Zone (NAFZ), Turk. J. Earthq. Res., 1 (1), 1-14.
16. Kanai K., 1961. An empirical formula for the spectrum of strong earthquake motions, Bulletin of Earthquake Research Institute, 39, 85-95.
17. Karabulut S., 2018. Soil classification for seismic site effect using MASW and ReMi methods: a case study from western Anatolia (Dikili-İzmir), Journal of Applied Geophysics, 150, 254-266.
18. Karsli H., Senkaya G.V., Senkaya M., Guney R., 2017. Investigation of soil structure in Uzungöl settlement area by Shallow Seismic Methods, Eurasian Journal of Soil Science, 6(2), 134-143.
19. Kumar P., Chamoli B.P., Kumar A., Gairola A., 2019. Attenuation relationship for peak horizontal acceleration of strong ground motion of Uttarakhand region of central Himalayas, Journal of Earthquake Engineering, 23, 1634161.
20. Laurenzano G., Priolo E., Mucciarelli M., Martelli L., Romanelli M., 2017. Site response estimation at Mirandola by virtual reference station, Bull. Earthq. Eng., 15, 2393-2409.
21. Michel C., Kelevitz K., Houlie N., Edwards B., Psimoulis P., Su Z., Clinton J., Giardini D., 2017. The potential of high‐rate gps 123 for strong ground motion assessment, Seismological Society of America, 107, 1849-1859.
22. Ozcep F., Karabulut S., Ozel A.O., Caglak F., Aydin S., 2015. Geophysical properties of soils and earthquake site response analyses in Buyukada princes islands Istanbul by using EERA software, The Geological Society of America, 47(7), 183.
23. Özer Ç., Polat O., 2017. İzmir ve Çevresinin 1-B (Bir-Boyutlu) Sismik Hız Yapısının Belirlenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 19(55), 147-168.
24. Pamuk E., Ozdag O.C., Ozyalin S., Akgun M., 2017. Soil characterization of Tınaztepe region (İzmir/Turkey) using surface wave methods and Nakamura (HVSR) technique. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 16, 447-458.
25. Pamuk E., Ozdag O.C., Tuncel A., Ozyalın S., Akgun M., 2018. Local site effects evaluation for Aliağa/İzmir using HVSR (Nakamura technique) and MASW methods. Natural Hazards, 90, 887-899.
26. Raub C., Bohnhoff M., Petrovic B., Parolai S., Malin P., Yanik K., Kartal R.F., Kilic T., 2016. Seismic‐Wave Propagation in Shallow Layers at the GONAF‐Tuzla Site, Istanbul, Turkey, Bulletin of the Seismological Society of America, 106(3), 912-927.
27. Senkaya G.V., Senkaya M., Karsli H., Güney R., 2020. Integrated shallow seismic imaging of a settlement located in a historical landslide area, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 79, 1781-1796.
28. Sesame, 2004. Guidelines for the Implementation of the H/V Spectral Ratio Technique on Ambient Vibrations: Measurements Processing and Interpretation, 1-62,SESAME Europan Research Project WP12.
29. Shoushtari A.V., Adnan A.Z., Zare M., 2018. Ground motion prediction equations for distant subduction interface earthquakes based on empirical data in the Malay Peninsula and Japan, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 109, 339-353.
30. Steidl J.H., Tumarkin A.G., Archuleta R.J., 1996. What is a reference site? Bull. Seismol. Soc. Am., 86,1733-1748.
31. TBDY, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği Sayı: 30364, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Ankara, 2018.
32. Tun M., Mutlu S., Pekkan E., 2020. EstuNet: A new Weak/Strong-Motion Network with Geodatabase for Metropolitan Eskisehir and Bursa, West Anatolia, Turkey, Turk. J. Earthq. Res., 2(2), 193-208, https://doi.org/10.46464/tdad.785892.
33. Türker E., Kaya M.A., Kamacı Z., Uyanık O., Büyükköse N., Mutlutürk M., Yalçın A., Özkan F., 1996. Dinar afet bolgesi geoteknik raporu. Afet İşleri Genel Müdürlüğü-Süleyman Demirel Universitesi.
34. Uyanık O., 2002. Potential liquefaction analysis method based on the shear wave velocity. DEU. The Graduate School of Natural and Applied Sciences (PhD. Thesis), p:195.
35. Uyanık O., 2006. An approach for cyclic stress ratio of liquefied or unliquefied soils. DEU Engineering Faculty Journal of Science and Engineering, 8(2), 79-91.
36. Uyanık O., 2015. Deprem Ağır Hasar Alanlarının Önceden Belirlenmesi ve Şehir Planlaması için Makro ve Mikro Bölgelendirmelerin Önemi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(2), 24-38.
37. Uyanık O., 2020. Soil liquefaction analysis based on soil and earthquake parameters, Journal of Applied Geophysics, 176, 104004.
38. Uyanık O., Çatlıoğlu B., 2014. Determination of landslide geometry by using electrical resistivity and seismic refraction methods, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 18(3), 22-29.
39. Uyanık O., Ekin N., Çoşkun O., 2021. Zemin ve Deprem Parametrelerinden İvme Azalım İlişkisi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 23(68), 575-593.
40. Uyanık O., Ekinci B., Uyanık N.A., 2013. Liquefaction analysis from seismic velocities and determination of lagoon limits Kumluca/Antalya example, Journal of Applied Geophysics, 95, 90-103.
41. Uyanık O., Gördesli F., 2013. Sismik Hızlardan Taşıma Gücünün İncelenmesi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 5(2), 78-86.
42. Uyanık O., Taktak A.G., 2009. Kayma dalga hızı ve etkin titreşim periyodundan sıvılaşma çözümlemesi için yeni bir yöntem, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13(1), 74-81.
43. Uyanık O., Türker E., 2009. Fethiye-Esen II HES Salt ve Santral Sahasındaki Potansiyel Heyelanının Yerteknik Özellikleri ve Yorumu, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(1), 84-90.
44. Uyanık O., Türker E., İsmailov T., 2006. Sığ Sismik Mikro-Bölgeleme ve Burdur/Türkiye Örneği. Ekologiya ve Su Teserrufatı, 1(8), 9-15.