Preliminary Paleoseismological Findings on the İnönü-Oklubalı Segment of the Eskişehir Fault

Abstract

This paper presents the results of paleoseismological studies along the Eskisehir Fault and the preliminary implications for the earthquake behavior of the İnönü-Oklubalı segment of the Eskisehir Fault. Morphotectonic markers (such as hanging valley, relay ramp) in the vicinity of İnönü indicate that dominant normal faulting controlled the region for a long period in the geological past. However, geological field observations and morphotectonic markers such as right lateral displacement of young stream beds indicate that the current movement along the extension of the Eskisehir Fault between İnönü and Oklubalı has evolved into a strike-slip character. Along the fault segment, at least 2 paleo events have been distinguished in the last 10800 years with paleoseismological fault excavations and Holocene activity of the fault has been proven. Our findings reveal that the İnönü-Oklubalı segment of the Eskişehir Fault has produced surface ruptures about 3000-3500 years recurrence and that 2500-3000 years have passed since the last surface faulting. When the quiescent period is evaluated together with the suggested slip rate along the segment, it shows that there is a high risk of an earthquake that may produce a surface rupture at any time in this part of the Eskişehir Fault.

Keywords

• Eskişehir Fault
• Paleoseismology
• İnönü-Oklubalı Segment
• Eskişehir

Project Number

123G010 numaralı TÜBİTAK-KAMAG projesi

Eskişehir Fayının İnönü-Oklubalı Segmentine Ait İlk Paleosismolojik Bulgular

Abstract

Bu makale, Eskişehir Fayı boyunca yapılan paleosismolojik çalışmaların sonuçlarını ve Eskişehir Fayı’nın İnönü-Oklubalı segmentinin deprem davranışına ilişkin ilk çıkarımları sunmaktadır. İnönü civarındaki morfotektonik belirteçler (asılı vadi, aktarım rampası gibi) baskın normal faylanmanın jeolojik geçmişte uzunca bir dönem bölgeyi kontrol ettiğini göstermektedir. Bununla birlikte, jeolojik arazi gözlemleri ve genç dere yataklarındaki sağ yanal ötelenme gibi morfotektonik belirteçler Eskişehir Fayı’nın İnönü-Oklubalı arasındaki uzanımı boyunca güncel hareketin doğrultu atımlı karaktere evrildiğini göstermektedir. Paleosismolojik fay kazıları ile fay segmentinde son 10800 yılda en az 2 eski deprem izi ayırt edilmiştir ve fayın Holosen aktivitesi kanıtlanmıştır. Mevcut bulgular, Eskişehir Fayı’nın İnönü-Oklubalı segmentinin kabaca 3000-3500 yıl aralıklı yüzey kırığı ürettiğini ve son yüzey faylanmasından bu yana 2500-3000 yıl geçtiğini ortaya koymaktadır. Geçen suskun dönem, segment boyunca önerilen kayma hızı ile birlikte değerlendirildiğinde, Eskişehir Fayı’nın bu bölümünde her an yüzey kırığı üretebilecek büyüklükte deprem meydana gelme riskinin yüksek olduğunu göstermektedir.

Keywords

• Eskişehir Fayı
• Paleosismoloji
• İnönü-Oklubalı Segmenti
• Eskişehir

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

123G010 numaralı TÜBİTAK-KAMAG projesi

Thanks

Bu çalışma, 123G010 numaralı TÜBİTAK-KAMAG projesi (Yürütücü Prof. Dr. Volkan Karabacak) tarafından desteklenmiştir ve ilk yazarın (İsmet Elma) ESOGÜ Fen Bilimleri Enstitüsünde devam eden doktora tezinin bir kısmını içermektedir. Yazarlar, analitik yaşların kalibrasyonu aşamasında görüşlerini paylaşan Doç Dr. Cengiz Zabcı’ya ve arazi çalışmaları sırasındaki desteklerinden dolayı Mirza Agha Safarov’a teşekkür eder.

References

1. AFAD, 2024. DDA deprem kataloğu, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Erişim adresi: https://deprem.afad.gov.tr/event-catalog.
2. Aktuğ B., Parmaksız E., Kurt M., Lenk O., Kılıçoğlu A., Gürdal M.A., Özdemir S., 2013. Deformation of Central Anatolia: GPS Implications, Journal of Geodynamics, 67-78.
3. Altunel E., Barka A., 1998. Eskişehir Fay Zonunun İnönü ve Sultandere arasında neotektonik aktivitesi, Türkiye Jeoloji Bülteni, 41, 41-52.
4. Altunel E., Ocakoğlu F., Karabacak V., Orhan A., Yalçıner C.Ç., 2003. Odunpazarı Belediyesi İçinde İmara Kapatılan Alanın Yerleşime Uygunluk Açısından İncelenmesi, Odunpazarı Belediyesi İçin Hazırlanmış Etüt Raporu (yayımlanmamış).
5. Altunel E., Karabacak V., Yalçıner C.Ç., Altınok S., Tunçel E., Kurban Y.C., 2015. Eskişehir Fayı’nın Paleosismolojisi, UDAP G-13-17 proje sonuç raporu, 126 s.
6. Ambraseys N.N., 2009. Earthquakes in the Mediterranean and Middle East: a multidisciplinary study of seismicity up to 1900. Cambridge University Press. ISBN 978 0 521 87292 8. https://doi.org/10.1017/S0016756810000452.
7. Ayday C., Atlan M., Nefeslioğlu H.A., Canıgür A., Yerel S., Tün M., 2001. Eskişehir Büyükşehir Belediyesi Eskişehir Yerleşim Yerinin Yerleşim Amaçlı Jeoloji ve Jeoteknik Etüt Raporu. Anadolu Üniversitesi, Uydu ve Uzay Bilimleri Araştırma Enstitüsü, Eskişehir.
8. Barka A., 1992. The North Anatolian fault zone, Annales Tectonicae, 6, 164-195.

9. Barka A., Kadinsky-Cade K., 1988. Strike-Slip Fault Geometry in Turkey and Its Influence on Earthquake Activity, Tectonics, 7, 663-684.
10. Barka A., Reilinger R., Şaroğlu F., Şengör A.M.C., 1995. The Isparta Angle: Its evolution and importance in the tectonics of the eastern Mediterranean region: Int. Earth Sci. Colloq. Aegean Region, Abs., p.6.
11. Canıtez N., Üçer B., 1967. Computer determinations for the fault-plane solutions in and near Anatolia, Tectonophysics, 4, 235-244.
12. Emre Ö., Duman T.Y., Özalp S., Elmacı H., Olgun Ş., Şaroğlu F., 2013. 1/250.000 ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayınlar Serisi, Ankara, Türkiye.
13. Emre Ö., Duman T.Y., Özalp S., Şaroğlu F., Olgun Ş., Elmacı H., Çan T., 2018. Active Fault Database of Turkey. Bull Earthquake Eng., https://doi.org/10.1007/s10518-016-0041-2.
14. Gözler M.Z., Cevher F., Küçükayman A., 1985. Eskişehir civarının jeolojisi ve sıcak su kaynakları, Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 21, 39-54.
15. Heidbach O., Custodio S., Kingdon A., Mariucci M.T., Montone P., Müller B., Pierdominici S., Rajabi M., Reinecker J., Reiter K., Tingay M., Williams J., Ziegler M., 2016. Stress Map of the Mediterranean and Central Europe 2016, GFZ Data Services, https://doi.org/10.5880/WSM.Europe2016 .
16. Karabacak V., Sançar T., Yıldırım G., Uysal T., 2022. When did the North Anatolian fault reach southern Marmara, Turkey? Geology, 50, 432-436, https://doi.org/10.1130/G49726.1.
17. Koçyiğit A., 2005. The Denizli graben-horst system and the eastern limit of western Anatolian continental extension: basin fill, structure, deformational mode, throw amount and episodic evolutionary history, SW Turkey. Geodinamica Acta, 18(3-4), 167-208. https://doi.org/10.3166/ga.18.167-208.
18. KRDAE, 2024. Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Erişim adresi: http://www.koeri.boun.edu.tr/sismo/zeqdb/.
19. Kürçer A., Pekkan E., Tün M., Kahraman S., 2014. The first paleoseismic and new neotectonic data from Eskişehir fault, major Anatolian neotectonic structure, Central Anatolia, Turkey, Geophysical Research Abstracts, 16, EGU2014-11937.
20. McKenzie D., 1972. Active Tectonics of Mediterranean Region, Geophys. J.R. Astro. Soc., 30, 109-185.
21. Ocakoğlu F., 2007. A re-evaluation of the Eskişehir Fault Zone as a recent extensional structure in NW Turkey, J. Asian Earth Sci, 31, 91-103.
22. Ocakoğlu F., Açıkalın S., 2009. Late Pleistocene faultinduced uplift and consequent fluvial response in Eskişehir Fault Zone NW Anatolia, Zeitschrift Fur Geomorphologie, 53(1), 121-136.
23. Ocakoğlu F., Açıkalın S., 2010. Field evidences of secondary surface ruptures occurred during the 20 February 1956 Eskişehir earthquake in the NW Anatolia, J. Earth Syst. Sci., 119(6), 841-851.
24. Ocakoğlu F., Açıkalın S., Gökçeoğlu C., Karabacak V., Cherkinsky A., 2009. A multistory gigantic subaerial debris flow in an active fault scarp in NW Anatolia, Turkey: anatomy, mechanism and timing, The Holocene, 19(6), 955-965.
25. Ocakoğlu F., Açıkalın S., Gökçeoğlu C., Nefeslioğlu H.A., Sönmez H., 2007. Back-analysis of the source of the 1956 Eskisehir Earthquake using attenuation equation and damage data, B. Eng. Geo.l Env., 66, 353-360.
26. Ocakoğlu F., Altunel E., Yalçıner C.Ç., 2005. Eskişehir bölgesinin neotektonik dönemdeki tektono-stratigrafik ve sedimantolojik gelişimi, Eskişehir, Turkey: Osmangazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu Final Raporu (in Turkish).
27. Okay A.I., Satir M., Zattin M., Cavazza W., Topuz G., 2008. An Oligocene ductile strike-slip shear zone: The Uludağ Massif, northwest Turkey—Implications for the westward translation of Anatolia, GSA Bulletin 120, 893-911.
28. Open Topo Map, 2023. Topographische Karten aus OpenStreetMap, Erişim adresi: https://opentopomap.org/.
29. Öcal N., 1959. 20 Şubat 1956 Eskişehir Zelzelesinin Makro ve Mikrosismik Etüdü. İstanbul, Turkey: İTÜ Sismoloji Enstitüsü (in Turkish).
30. Özalp S., Emre Ö., Doğan A., 2013. The segment structure of Southern Branch of the North Anatolian Fault and paleoseismological behaviour of the Gemlik Fault, NW Anatolia. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 147, 1-17.
31. Peacock D., Parfitt E., 2002. Active relay ramps and normal fault propagation on Kilauea Volcano, Hawaii, Journal of Structural Geology- J. STRUCT. GEOL., 24. 729-742. https://doi.org/10.1016/S0191-8141(01)00109-2.
32. Ramsey B.C., 2009. Bayesian analysis of radiocarbon dates, Radiocarbon, 51(1), 337-360.
33. Reilinger R., McClusky S., Vernant P., Lawrence S., Ergintav S., Çakmak R., Özener H., Kadirov F., Guliev I., Stepanyan R., Nadariya M., Hahubia G., Mahmoud S., Sakr K., ArRajehi A., Paradissis D., Al-Aydrus A., Prilepin M., Guseva T., Evren E., Dmitrotsa A., Filikov S.V., Gomez F., Al-Ghazzi R., Karam G., 2006. GPS constraints on continental deformation in the Africa-Arabia-Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions, Journal of Geophysical Research, 111, B05411.
34. Reimer P.J., Austin W.E.N., Bard E., Bayliss A., Blackwell P.G., Ramsey B.C., Butzin M., Cheng H., Edwards R.L., Friedrich M., Grootes P.M., Guilderson T.P., Hajdas I., Heaton T.J., Hogg A.G., Hughen K.A., Kromer B., Manning S.W., Muscheller R., Palmer J.G., Pearson C., Van Der Plicht J., Reimer R.W., Richards D.A., Scott E.M., Southon J.R., Turney C.S.M., Wacker L., Adolphi F., Büntgen U., Capano M., Fahrni S.M., Fogtmann-Schulz A., Friedrich R., Köhler P., Kudsk S., Miyake F., Olsen J., Reining F., Sakamoto M., Sookdeo A., Talamo S., 2020. The IntCal20 Northern Hemisphere Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55 cal kBP). Radiocarbon, 2020, 62(4),725-757, https://doi.org/10.1017/RDC.2020.41.
35. Selçuk A.S., Gökten E., 2012. Neotectonic characteristics of the İnönü-Eskişehir Fault System in the Kaymaz (Eskişehir) Region: influence on the development of the Mahmudiye-Çifteler-Emirdağ Basin, Turkish Journal of Earth Sciences, 21(4), 521-545.
36. Selim H.H., Tüysüz O., 2013. The Bursa-Gönen Depression, NW Turkey: a complex basin developed on the North Anatolian Fault, Geological Magazine 150(5), 801-821.
37. Seyitoğlu G., Ecevitoğlu G.B., Kaypak B., Güney Y., Tün M., Esat K., Avdan U., Temel A., Çabuk A., Telsiz S., Uyar Aldaş G.G., 2015. Determining the main strand of the Eskişehir strike-slip fault zone using subsidiary structures and seismicity: a hypothesis tested by seismic reflection studies, Turkish J. Earth. Sci., 24, 1-20.
38. Seyitoğlu G., Esat K., Temel A., Telsiz S., 2010. Determination of main strand of a strike-slip fault by using subsidiary structures: Eskişehir Fault Zone as a case study. In: Tectonic Crossroads: Evolving Orogens of Eurasia-Africa-Arabia, Abstracts with Programs (8-1). Ankara, Turkey: METU, p. 38.
39. Seyitoğlu G., Kaypak B., Aktuğ B., Gürbüz E., Esat K., Gürbüz A., 2016. An alternative route for the southern branch of the North Anatolian Fault Zone, NW Turkey, Geological Bulletin of Turkey, 59(2), 115- 130.
40. Seyitoğlu G., Esat K., 2022. Uludağ Extensional Metamorphic Core Complex: preliminary field observations, Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 169, 49-61.
41. Şaroğlu F., Emre Ö., Doğan A., Yıldırım C.Ç., 2005. Eskişehir Fay Zonu ve Deprem Potansiyeli. Eskişehir Fay Zonu ve İlişkili Sistemlerin Depremselliği Çalıştayı, Osmangazi Üniversitesi, 28-30 Nisan 2005, Eskişehir, Bildiri Özleri Kitapçığı.
42. Şengör A.M.C., 1979. The North Anatolian Transform Fault: its age, offset and tectonic significance, J. Geol. Soc. London, 136, 269-82.
43. Şengör A.M.C., Görür N., Şaroglu F., 1985. Strike-Slip Faulting and Related Basin Formation in Zones of Tectonic Escape: Turkey as a case Study: Strike-Slip Deformation, Basin Formation, and Sedimentation, Edited by Biddle, K.T, and Mineralogists Special Publication, No. 37, 227-264.
44. Şengör A.M.C., Tüysüz O., Imren C., Sakinç M., Eyidogan H., Görür N., Le Pichon X., Rangin C., 2005. The North Anatolian fault: A new look, Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 33, 37-112.
45. Tokay F., Altunel E., 2005. Eskişehir Fay Zonu'nun İnönü-Dodurga Çevresinde Neotektonik Aktivitesi, MTA Dergisi, 130, 1-15
46. Tün M., Avdan U., Kaplan O., Güney Y., Çabuk A., Kaypak B., Uyar Aldaş G., Ecevitoğlu B., Esat K., Seyitoğlu G., 2010. A new look to the Eskişehir Fault. Seismic Interpretation Session 2, No: 43. In: 19th International Geophysical Congress & Exhibition, Ankara, Turkey.
47. Yaltırak C., 2002. Tectonic evolution of the Marmara Sea and its surroundings, Marine Geology, 190, 493-529.
48. Yaltırak C., Alpar B., Yüce H., 1998. Tectonic elements controlling the evolution of the Gulf of Saros (northeastern Aegean Sea, Turkey),Tectonophysics, 300, 227-248.
49. Yaltırak C., Mehmet S., Tapırdamaz C., Ocakoğlu F., Demiroğlu M., Özsayın E., Açıkalın S., 2010. Batı Anadolu ve Ege’de Miyosen tektonik bulmacasının kayıp parçası Trakya Eskişehir Fay Zonu TEFZ. 63. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Turkey.