Genişlemeli Tektonik Rejimde Yeniden Aktif Olmuş Atkuyruğu Faylarına Yönelik Kinematik Kanıtlar: Banaz Fayı ve Tektonik Anlamı, Batı Anadolu, Türkiye / Kinematic Evidence for Reactivated Horsetail Faults in an Extensional Tectonic Regime: The Banaz Fault and Its Tectonic Implications, Western Anatolia, Türkiye

Abstract

Batı Anadolu, küresel ölçekte en hızlı genişleyen kıtasal bölgelerden biri olarak kabul edilmekte olup, Akşehir-Simav Fay Sistemi (ASFS) bu rejim içindeki sismik açıdan en aktif yapılardan birisidir. ASFS’nin kuzeybatı bölümünü temsil eden Simav Fay Zonu’nun segmentlerinden birisi olan Banaz Fayı (BF); yapısal haritalama, 11 lokasyondan elde edilen 155 fay çiziği verisinin paleogerilme analizi ve jeodezik veriler ışığında yeniden değerlendirilmiştir. Yaklaşık 37 km uzunluğundaki Banaz Fayı; Gürlek, Kızılcaören ve Derbent olarak adlandırılan üç farklı segmentten oluşan karmaşık bir yapı olarak tanımlanmıştır. Paleogerilme analizleri, yerel gerilme alanında belirgin mekânsal ve zamansal değişimler olduğunu göstermektedir. Kuzeybatıdaki Gürlek segmenti, yataya yakın σ1 ekseni altında baskın sağ yanal doğrultu atımlı bir karakter sunar. Güneydoğuya doğru fay kavislenerek Kızılcaören ve Derbent segmentlerine geçiş yapmakta, burada σ1 ekseninin düşey konuma gelmesiyle mekanizma normal/oblik faylanmaya dönüşmektedir. Evrendede mevkiindeki birbirini üzerleyen kayma çizikleri, saf normal faylanmadan sağ yanal ve normal bileşenli oblik faylanmaya doğru bir geçişi ve σ3 ekseninin zamanla saat yönünün tersine döndüğünü kanıtlamaktadır. Jeolojik ve morfotektonik analizler, Pliyo-Kuvaterner'den bu yana yaklaşık 0,1 mm/yıl düşey kayma hızı göstermekte olup bu değer güncel GNSS gerinim hızları (1-2 mm/yıl) ile uyumludur. Fay doğrultularına (K55°B ve K40°D) paralel gelişen sırt tipi travertenler, fayın güncel aktivitesine işaret etmektedir. Sismik tehlike analizleri, segmentlerin tek tek kırılması durumunda Mw 6,12 – 6,56 aralığında, tüm zonun eş zamanlı olarak kırılması durumunda ise Mw 6,9 büyüklüğünde bir deprem üretme potansiyeli bulunduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak bu çalışma; genişlemeli rejimlerdeki atkuyruğu yapılarının üst üste binen farklı genişleme evreleri, segmentasyon kontrolü, sistematik atım dağılımı ve dinamik lokal gerilme değişimleri ile (eksen rotasyonları) geliştiğini; bu mekanizmaların ise derin hidrotermal akışkan yollarını doğrudan kontrol ettiğini ortaya koymaktadır.

Keywords

• Banaz Fayı
• Akşehir-Simav Fay Sistemi
• Paleogerilme
• Kinematik
• Sismik Tehlike
• At Kuyruğu Yapısı
• Batı Anadolu

Supporting Institution

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ

Project Number

AKÜ BAP 21TEMATİK02

Ethical Statement

Bu makale daha önce tamamen veya kısmen herhangi bir yerde yayımlanmamış ve yayımlanmak üzere başka bir dergiye sunulmamıştır. Tüm yazarlar çalışmanın hazırlanmasına bilimsel katkı sağlamış, makalenin son hâlini görmüş ve içeriğinden birlikte sorumlu olduklarını beyan etmiştir.

Thanks

Bu çalışma, Afyon Kocatepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından AKÜ BAP 21TEMATİK02 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir. Ayrıca, makalede kullanılan verilerin bir kısmı, proje kapsamında görev alan makale yazarlarından Can Ünsal’ın Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü bünyesinde yürüttüğü yüksek lisans tezi kapsamında üretilmiştir. Katkılarından dolayı Afyon Kocatepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğüne teşekkür ederiz.

Kinematic Evidence for Reactivated Horsetail Faults in an Extensional Tectonic Regime: The Banaz Fault and Its Tectonic Implications, Western Anatolia, Türkiye

Abstract

Western Anatolia is widely recognized as one of the fastest-extending continental regions globally, with the Akşehir–Simav Fault System (ASFS) constituting one of the most seismically active structures within this extensional regime. Representing a segment of the Simav Fault Zone, which forms the northwestern section of the ASFS, the Banaz Fault (BF) was re-evaluated in this study based on structural mapping, paleostress analysis of 155 fault-slip data collected from 11 locations, and geodetic data. Rather than a single uniform strand, the ~ 37-km-long BF is redefined as a complex, multi-segmented structure comprising the Gürlek, Kızılcaören, and Derbent segments. Paleostress analysis reveals significant spatial and temporal variations in the local stress field. The northwestern Gürlek segment exhibits dominant right-lateral strike-slip character with sub-horizontal σ1 axis. Southeastward, the fault traces a distinct map-view curvature into the Kızılcaören and Derbent segments, where the σ1 axis transitions to sub-vertical position, shifting the kinematic mechanism to normal and oblique-slip faulting. Superimposed slickenlines at the Evrendede locality preserve a transition from older, pure normal faulting to younger, right-lateral oblique normal faulting, confirming dynamic, counter-clockwise rotation of the σ3 axis over time. Geological and morphotectonic analyses yield a long-term vertical slip rate of 0.1 mm/yr since the Plio-Quaternary, which is consistent with contemporary GNSS strain rates (1-2 mm/yr). The active status of the BF is further substantiated by newly-documented ridge-type travertines running strictly parallel to the fault strike (N55°W and N40°E). Seismic hazard assessments indicate that while individual segments have the capacity to generate earthquakes ranging from Mw = 6.12 to 6.56, full-segment rupture encompassing the entire zone poses a major seismic risk with potential magnitude of Mw = 6.9. Ultimately, this study demonstrates that extensional horsetail structures mature via superimposed extensional phases, structural segmentation control, systematic displacement partitioning, and dynamic local stress variations (axis rotations), mechanisms that directly dictate deep hydrothermal fluid circulation pathways.

Keywords

• Banaz Fault
• Akşehir-Simav Fault System
• Paleostress
• Kinematics
• Seismic Hazard
• Horsetail Structure
• Western Anatolia

Supporting Institution

AFYON KOCATEPE UNIVERSITY

Project Number

AKÜ BAP 21TEMATİK02

Ethical Statement

This manuscript has not been published, either in whole or in part, elsewhere and has not been submitted to another journal for publication. All authors have made scientific contributions to the preparation of the study, have reviewed the final version of the manuscript, and declare that they are jointly responsible for its content.

Thanks

This study was supported by the Afyon Kocatepe University Scientific Research Projects Coordination Unit under Project No. AKU BAP 21TEMATIK02. In addition, some of the data used in this manuscript were produced within the scope of the master’s thesis conducted by Can Ünsal, one of the authors involved in the project, at the Graduate School of Natural and Applied Sciences of Afyon Kocatepe University. The authors would like to thank the Afyon Kocatepe University Scientific Research Projects Coordination Unit for its support.

References

1. AFAD, (2026, 01 Haziran). T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Deprem Dairesi Başkanlığı. Deprem Kataloğu. https://deprem.afad.gov.tr/event-catalog
2. Akdeniz, N. ve Konak, P. N. (1979). Simav-Emet-Tavşanlı-Dursunbey-Demirci yöresinin jeolojisi (Rapor No: 6547). Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara (yayımlanmamış).
3. Aktuğ, B., Nocquet, J. M., Cingöz, A., Parsons, B., Erkan, Y., England, P., Lenk, O., Gürdal, M. A., Kılıçoğlu, A., Akdeniz, H. & Tekgül, A. (2009). Deformation of western Turkey from a combination of permanent and campaign GPS data: Limits to block-like behavior. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 114(B110), Article B10404. https://doi.org/10.1029/2008JB006000
4. Ambraseys, N. N. (2009). Earthquakes in the Mediterranean and Middle East: A Multidisciplinary Study of Seismicity up to 1900. Cambridge University Press.
5. Ambraseys, N. N. & Jackson, J. A. (1998). Faulting associated with historical and recent earthquakes in the Eastern Mediterranean region. Geophysical Journal International, 133(2), 390–406. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.1998.00508.x
6. Angelier, J. (1984). Tectonic analysis of fault slip data sets. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 89(B7), 5835–5848. https://doi.org/10.1029/JB089iB07p05835
7. Angelier, J. (1991). Inversion of field data in fault tectonics to obtain regional stress III: A new rapid direct inversion method by analytical means. Geophysical Journal International, 103(2), 363–376. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1990.tb01777.x
8. Angelier, J. (1994). Fault slip analysis and paleostress reconstruction. In P. L. Hancock (Ed.), Continental Deformation, (pp. 53–100). Pergamon Press.

9. Bingöl, E. (1974). Muratdağı merkezi kesiminin jeolojisi, magmatik ve metamorfik kayaçların petrolojisi ve jeokronolojisi [Yayımlanmamış Tez], İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 105 s.
10. Bingöl, E. (1977). Murat Dağı jeolojisi ve ana kayaç birimlerinin petrolojisi. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni (Türkiye Jeoloji Bülteni), 20(2), 13–66. https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/e2265684fe2d0d6_ek.pdf
11. Cabrera, L., Roca, E. & Santanach, P. (1988). Basin formation at the end of a strike-slip fault: The Cerdanya Basin (eastern Pyrenees). Journal of the Geological Society, 145, 261–268. https://doi.org/10.1144/gsjgs.145.2.0261
12. Delvaux, D., Moeys, R., Stapel, G., Petit, C., Levi, K., Miroshnichenko, A., Ruzhich, V. & Sankov, V. (1997). Paleostress reconstructions and geodynamics of the Baikal region, Central Asia. Part II: Cenozoic rifting. Tectonophysics, 282(1-4), 1–38. https://doi.org/10.1016/0040-1951(95)00090-9
13. Demirci, A., Özden, S., Bekler, T., Kalafat, D. & Pınar, A. (2015). An active extensional deformation example: 19 May 2011 Simav earthquake (Mw = 5.8), Western Anatolia, Turkey. Journal of Geophysics and Engineering, 12(4), 552–565. https://doi.org/10.1088/1742-2132/12/4/552
14. Dönmez, E. ve Tiryakioğlu, İ. (2018). Gediz Fayı Yerkabuğu Hareketlerinin GNSS Gözlemleri ile İzlenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(3), 1110–1117. https://izlik.org/JA68XL59XM
15. Duman, T. Y., Elmacı, H., Özalp, S., Olgun, Ş. ve Emre, Ö. (2013). Simav Fay Zonu’nda ilk paleosismolojik bulgular. Özmen, B. (Ed.), 66. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bildiri Özleri Kitabı, = (s.: 28-29), 01–05 Nisan 2013, ODTÜ Kültür ve Kongre Merkezi, Ankara.
16. Duman, T. Y., Çan, T., Emre, Ö., Kadirioğlu, F. T., Başarır Baştürk, N., Kılıç, T., Arslan, S., Özalp, S., Kartal, R. F., Kalafat, D., Karakaya, F., Eroğlu Azak, T., Özel, N. M., Ergintav, S. A., Akkar, S., Altınok, Y., Tekin, S., Cingöz, A. & Kurt, A. İ. (2018). Seismotectonic database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(8), 3277–3316. https://doi.org/10.1007/s10518-016-9965-9
17. Emre, Ö., Duman.T.Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş. ve Şaroğlu, F. (2013). Türkiye Diri Fay Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Özel Yayın Serisi-30. Ankara-Türkiye.
18. Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Şaroğlu, F. & Olgun, Ş. (2018). Active fault database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(8), 3229–3275. https://doi.org/10.1007/s10518-016-0041-2
19. Ercan, T., Dinçel, A., Metin, S., Türkecan, A. ve Günay, E. (1978). Uşak yöresindeki Neojen havzaların jeolojisi. Türkiye Jeoloji Bülteni (Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni), 21(2), 97–106. https://jmo.org.tr/resimler/ekler/be2561d497f1ea9_ek.pdf
20. Gürboğa, Ş. (2013). 28 March 1970 Gediz earthquake fault, western Turkey: Palaeoseismology and tectonic significance. International Geology Review, 55(10), 1191–1201. https://doi.org/10.1080/00206814.2013.771420
21. Hardcastle, K. C. & Hills, L. S. (1991). BRUTE3 and SELECT: Quick Basic 4 programmes for determination of stress tensor configurations and separation of heterogeneous populations of fault slip data. Computers & Geosciences, 17(1), 23–43. https://doi.org/10.1016/0098-3004(91)90078-R
22. Kim, Y.-S. & Sanderson, D. J. (2006). Structural similarity and variety at the tips in a wide range of strike-slip faults: A review. Terra Nova, 18(5), 330–344. https://doi.org/10.1111/j.1365-3121.2006.00697.x
23. Koçyiğit, A. (2007). Çukurören-Çobanlar (Afyon) arasındaki deprem kaynaklarının (aktif fayların) belirlenmesi (Proje No: ÇAYDAĞ-106Y209). TÜBİTAK Final Raporu, Ankara, 71 s.
24. Koçyiğit, A. ve Deveci, Ş. (2005). Akşehir-Simav Fay Sistemi: Güneybatı Türkiye’de neotektonik rejimin başlama yaşı ve depremsellik. Deprem Sempozyumu Kocaeli 2005, Bildiri Özleri Kitabı, Kocaeli, s.: 26.
25. Koçyiğit, A. & Deveci, Ş. (2007). A N-S-trending active extensional structure, the Şuhut (Afyon) Graben: Commencement age of the extensional neotectonic period in the Isparta Angle, SW Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 16, 391–416.
26. Koçyiğit, A., Bozkurt, E., Kaymakçı, N. ve Şaroğlu, F. (2002). Şubat 2002 Çay (Afyon) Depreminin kaynağı ve ağır hasarın nedenleri: Akşehir Fay Zonu. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Tektonik Araştırma Birimi Jeolojik Ön Raporu, Ankara.
27. Koçyiğit, A., Yusufoğlu, H. & Bozkurt, E. (1999). Evidence from the Gediz graben for episodic two-stage extension in western Turkey. Journal of the Geological Society of London, 156(3), 605–616. https://doi.org/10.1144/gsjgs.156.3.0605
28. KRDAE, (2026, 1 Haziran). Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Bölgesel Deprem-Tsunami İzleme ve Değerlendirme Merkezi. Deprem Kataloğu. http://www.koeri.boun.edu.tr/sismo/zeqdb/
29. Le Pichon, X. & Angelier, J. (1979). The Hellenic arc and trench system: A key to the neotectonic evolution of the Eastern Mediterranean area. Tectonophysics, 60(1–2), 1–42. https://doi.org/10.1016/0040-1951(79)90131-8
30. Leflef, D. (1980). Muratdağı güneyi Neojen havzasının çökel ortamları ve paleocoğrafik evrimi (Rapor No: 6812). Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara (Yayımlanmamış).
31. McKenzie, D. P. (1978). Active tectonics of the Alpine-Himalayan belt: The Aegean Sea and surrounding regions. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 55(1), 217–254. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1978.tb04759.x
32. Özkaymak, Ç. (2013). Manisa Havzası’nın Aktif Tektoniği ve Depremselliği, Batı Anadolu, Türkiye [Yayımlanmamış Doktora Tezi]. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 251 s.
33. Özkaymak, Ç. (2015). Tectonic analysis of the Honaz Fault (western Anatolia) using geomorphic indices and the regional implications. Geodinamica Acta, 27(2–3), 110–129. https://doi.org/10.1080/09853111.2014.957504
34. Özkaymak, Ç., Sözbilir, H., Tiryakioğlu, İ. ve Baybura, T. (2017). Bolvadin’de (Afyon-Akşehir Grabeni, Afyon) gözlenen yüzey deformasyonlarının jeolojik, jeomorfolojik ve jeodezik analizi. Türkiye Jeoloji Bülteni, 60(2), 169–189. https://doi.org/10.25288/tjb.302914
35. Özkaymak, Ç., Sözbilir, H., Geçievi, M. O. & Tiryakioğlu, İ. (2019). Late Holocene coseismic rupture and aseismic creep on the Bolvadin Fault, Afyon Akşehir Graben, Western Anatolia. Turkish Journal of Earth Sciences, 28, 787–804. https://doi.org/10.3906/yer-1906-13
36. Satılmış, S. (2016). 30 Eylül 1887 Banaz Depremi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Sosyal Bilimler Dergisi, 38, 79–96.
37. Seyitoğlu, G. & Scott, B. C. (1991). Late Cenozoic crustal extension and basin formation in west Turkey. Geological Magazine, 128(2), 155–166. https://doi.org/10.1017/S0016756800018343
38. Sözbilir, H., Eytemiz, C., Bayik, Ç., Arca, D., Utku, M., Özel Füzün, S., Bakak, Ö., Özdağ, Ö. C., Aksaz, M., Tatar, O., Türkoğlu, M., Kılıçarslan, Ö. & Kaplan, M. (2026). Seismic Source Analysis of the 10 August 2025 Mw 6.1 Sındırgı and the 27 October 2025 Mw 6.1 Sındırgı Earthquakes (Western Anatolia Extensional Province, Türkiye) Based on Geological, Seismological, and InSAR Data. Seismological Research Letters, https://doi.org/10.1785/0220250346
39. Şaroğlu, F., Emre, Ö. ve Boray, A. (1992). 1:1.000.000 ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara.
40. Şengör, A. M. C., Görür, N. & Şaroğlu, F. (1985). Strike-slip faulting and related basin formation in zones of tectonic escape: Turkey as a case study. In K. Biddle & N. Christie-Blick (Eds.), Strike-slip Deformation, Basin Formation and Sedimentation, (pp. 227–264). Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Special Publication 37. https://doi.org/10.2110/pec.85.37.0211
41. Tiryakioğlu, İ., Baybura, T., Özkaymak, Ç., Sözbilir, H., Sandıkçıoğlu, A., Erdoğan, S., Yılmaz, İ., Uysal, M., Yılmaz, M., Yıldız, A., Dereli, M. A., Yalçın, M., Dumlupınar, İ., Yalım, H. A. ve Ertuğrul, O. (2015). Sultandağı Fayı Batı Kısmı Fay Aktivitelerinin Multidisipliner Çalışmalarla Belirlenmesi. Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi, 7(1), 7–16.
42. Tiryakioğlu, İ., Özkaymak, Ç., Baybura, T., Sözbilir, H. & Uysal, M. (2018). Comparison of palaeostress analysis, geodetic strain rates and seismic data in the western part of the Sultandağı Fault in Turkey. Annals of Geophysics, 61(3), GD335. https://doi.org/10.4401/ag-7591
43. Tiryakioğlu, İ., Özkaymak, Ç., Solak, H. İ., Öztürk, M., Akyar, B. E., Eyübagil, E. E. ve Çakanşimşek, E. B. (2024). Jeodezik ölçülerle Banaz Fayı’nın güncel tektonik deformasyonu, Akşehir-Simav Fay Sistemi, Batı Anadolu. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(3), 873–881. https://doi.org/10.28948/ngumuh.1448674
44. Tiryakioğlu, İ., Gezgin, C., Aktuğ, B., Solak, H.İ., Özkaymak, Ç., Şafak Yaşar, Ş., Şahiner, F., Yıldırım, M. C., Aladoğan, K., Çakanşimek Ünlükaya, E.B., Özcan, D.M., Bezcioglu, M., Şentürk, M. D. & Akgül, M. F. (2026). Revealing the source mechanism of the August 10, 2025 Sındırgı Earthquake (Mw 6.3) with geological and geodetic evidence. Advances in Space Research, 78(2), 580-598. https://doi.org/10.1016/j.asr.2026.04.047
45. Wells, D. L. & Coppersmith, K. J. (1994). New empirical relationships among magnitude rupture length, rupture width, rupture area and surface displacement. Bulletin of the Seismological Society of America, 84, 974–1002. https://doi.org/10.1785/BSSA0840040974
46. Xu, H., Lao, H., Li, G., Dong, G. & Xia, S. (2024). Origin of horsetail faults in an extensional regime using physical experiments for the Linnan Sag. Interpretation, 12(3), T289–T301. https://doi.org/10.1190/INT-2023-0033.1
47. Yılmaz, Y. & Gürer Ö. F. (2024). Tectonic development of western Anatolian extensional province. International Geology Review. 66(3) 755-785. https://doi.org/10.1080/00206814.2023.2209865