Earthquake Behaviour of the Western Segment of the Eskişehir Fault in Light of Paleoseismological Data

Year 2025, Volume: 68 Issue: 3, 375 - 398, 31.08.2025

İsmet Elma , Mirza Agha Safarov , Volkan Karabacak , Çağlar Özkaymak , Ökmen Sümer

https://doi.org/10.25288/tjb.1647559

Abstract

This paper presents the implications regarding earthquake behaviour through detailed fault mapping of the western segment of the Eskişehir Fault in light of paleoseismological observations and analytical age data. The stream beds are offset right-laterally by a few meters to a few hundred meters along the western extension of the fault, indicating that the current movement of the Eskişehir Fault is of right-lateral strike-slip character. Findings obtained from paleoseismological trenches in Erikli (Bilecik) and Kandilli (Eskişehir) villages reveal that recurrent surface ruptures occurred during the Holocene Period on the western segment of the Eskişehir Fault. Considering the possibility that the 1956 (M=6.5) Eskişehir earthquake may have produced surface rupture in the central segments of the fault and transferred stress to adjacent segments, it is assessed that there is a high probability of a future earthquake (M ≈ 6.5–6.6) on the western segment, which could potentially produce surface faulting following a seismic quiescence period of approximately 1,500 years in this segment.

Keywords

Eskişehir fault , Paleoseismology , Seismic hazard

Project Number

TÜBİTAK-KAMAG 123G010

Paleosismolojik Veriler Işığında Eskişehir Fayı’nın Batı Segmentinin Deprem Davranışı / Earthquake Behaviour of the Western Segment of the Eskişehir Fault in Light of Paleoseismological Data

Abstract

Bu makale, Eskişehir Fayı batı segmenti boyunca detaylı fay haritalamalarını, paleosismolojik gözlem ve analitik yaş verileri ışığında elde edilen eski deprem davranışına ilişkin çıkarımları sunmaktadır. Fayın en batı segmentini temsil eden uzanımı ile uyumlu olarak birkaç metreden birkaç yüz metreye kadar sağ yanal ötelenmeler Eskişehir Fayı’nın bu kesiminde güncel hareketin baskın olarak sağ yönlü doğrultu atımlı karakterde olduğunu göstermektedir. Erikli (Bilecik) ve Kandilli (Eskişehir) Mahallelerinde gerçekleştirilen paleosismolojik fay kazılarından elde edilen bulgulara göre, Eskişehir Fayı batı segmentinde Holosen döneminde tekrarlanan yüzey kırıkları gerçekleştiği görülmektedir. 1956 Eskişehir depreminin (M=6,5) Eskişehir Fayı orta kesimlerinde yüzey kırığı oluşturmuş olma olasılığı ve komşu segmentlere gerilim transferi yapabileceği hususu da göz önünde bulundurulduğunda, batı segment üzerinde ortaya konulan sismik suskunluk dönemi (~1.500 yıl) ardından her an yüzey kırığı meydana getirebilecek bir deprem (M=~6,59) olma olasılığının yüksek olduğu değerlendirilmektedir.

Keywords

Eskişehir fayı , Paleosismoloji , Sismik Tehlike

Supporting Institution

TÜBİTAK-KAMAG

Project Number

TÜBİTAK-KAMAG 123G010

References

• Altunel, E. ve Barka, A. (1998). Eskişehir Fay Zonunun İnönü ve Sultandere arasında neotektonik aktivitesi. Türkiye Jeoloji Bülteni, 41(2), 41-52. https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/1e7637e7b6a9f27_ek.pdf
• Altunel, E., Karabacak, V., Yalçıner, C. Ç., Altınok, S., Tunçel, E. ve Kurban, Y. C. (2015). Eskişehir Fayı’nın Paleosismolojisi. UDAP G-13-17 proje sonuç raporu, 126 s.
• Ambraseys, N. N. (2009). Earthquakes in the Mediterranean and Middle East: a multidisciplinary study of seismicity up to 1900. Cambridge University Press.
• Bozkurt, E. (2001). Neotectonics of Turkey-a synthesis. Geodinamica Acta, 14(1–3), 3–30. https://doi.org/10.1080/09853111.2001.11432432
• Canıtez, N. & Üçer, B. (1967). Computer determinations for the fault-plane solutions in and near Anatolia. Tectonophysics, 4, 235-244.
• Dirik, E. & Erol, O. (2003). Tectonomorphologic evolution of Tuzgölü and surrounding area, central AnatoliaTurkey. Turkish Association of Petroleum Goelogists Special Publication, 5, 27-46.
• Duman, T. Y., Emre, Ö., Özalp, S., Çan, T., Olgun, Ş., Elmacı, H. ve Şaroğlu, F. (2017). Türkiye ve Yakın Çevresindeki Diri Faylar ve Özellikleri. Türkiye Sismotektonik Haritası Açıklama Kitabı, (Ed. T.Y. Duman). Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayınlar Serisi-34, Ankara-Türkiye.
• Elma, İ., Özçelik, B., Karabacak, V., Özkaymak, Ç. ve Sümer, Ö. (2024). Eskişehir Fayının İnönü-Oklubalı Segmentine Ait İlk Paleosismolojik Bulgular. Türk Deprem Araştırma Dergisi, 6(2), 349-368. https://doi.org/10.46464/tdad.1465558
• Elma, İ., Safarov, M. A., Karabacak, V., Özkaymak, Ç. ve Sümer, Ö. (2025). Eskişehir fayı’nın Uzun Dönem Kayma Hızı ve Paleosismolojisi. 77. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Bildiri Özleri Kitabı, 14-18 Nisan 2025, MTA, Ankara.
• Emre, Ö., Duman, T.Y. ve Özalp, S. (2011). 1:250.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası Serisi, Eskişehir (NJ 36-1) Paftası, Seri No: 15.Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara-Türkiye.
• Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş. ve Şaroğlu F. (2013). 1/250.000 ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayınlar Serisi, Ankara, Türkiye.
• Emre, Ö., Duman, T.Y., Özalp, S., Şaroğlu, F., Olgun, Ş., Elmacı, H. & Çan, T. (2018). Active Fault Database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16, 3229–3275 https://doi.org/10.1007/s10518-016-0041-2.
• Ergin, K. Güçlü, U. ve Uz, Z. (1967). Türkiye ve Civarının Deprem Kataloğu Milattan Sonra 11-1964. İTÜ Maden Fakültesi Arz Fiziği Enstitüsü Yayınları, No:24, İstanbul, Türkiye
• Gözler, M. Z., Cevher, F. ve Küçükayman, A. (1985). Eskişehir civarının jeolojisi ve sıcak su kaynakları. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 103-104, 39-54. https://dergi.mta.gov.tr/dosyalar/images/mtadergi/makaleler/tr/20150701102227_509_22794d06.pdf
• 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
• Karabacak, V., Özkaymak, Ç. ve Sümer, Ö. (2024). Eskişehir Fayı ve Dodurga Fayının Paleosismolojik Özelliklerinin Belirlenmesi, 1. Gelişme Raporu (123G010 nolu Proje). TÜBİTAK.
• 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.
• 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.
• McKenzie, D. (1972). Active Tectonics of Mediterranean Region. Geophysical Journal International, 30(2), 109-185. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1972.tb02351.x
• Ocakoğlu, F., (2007). A re-evaluation of the Eskişehir Fault Zone as a recent extensional structure in NW Turkey. Journal of Asian Earth Science, 31, 91-103.
• Ocakoğlu, F. & Açıkalın, S. (2010). Field evidences of secondary surface ruptures occurred during the 20 February 1956 Eskişehir earthquake in the NW Anatolia. Journal of Earth System Science, 119(6), 841-851. https://doi.org/10.1007/s12040-010-0057-y
• 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. https://doi.org/10.1177/0959683609336566
• 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. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 66, 353-360. https://doi.org/10.1007/s10064-006-0066-x
• Ocakoğlu, F., Altunel, E. ve Yalçıner, C. Ç. (2005). Eskişehir bölgesinin neotektonik dönemdeki tektono-stratigrafik ve sedimantolojik gelişimi, Eskişehir, Türkiye, Proje Final Raporu. Osmangazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu (in Turkish).
• Öcal, N. (1959). 20 Şubat 1956 Eskişehir Zelzelesinin Makro ve Mikrosismik Etüdü. İstanbul, Turkey. İTÜ Sismoloji Enstitüsü (in Turkish).
• Özsayın, E. & Dirik, K., (2007). Quaternary Activity of the Cihanbeyli and Yeniceoba Fault Zones: İnönü-Eskişehir Fault System, Central Anatolia. Turkish Journal of Earth Sciences, 16(4), 471-492.
• Pınar, N. ve Lahn, E. (1952). Türkiye Depremleri İzahlı Kataloğu. Bayındırlık Bakanlığı, Yapı ve İmar İşleri Reisliği, 36, No:6, Ankara, Türkiye.
• Ramsey, B. C. (2009). Bayesian analysis of radiocarbon dates. Radiocarbon, 51(1), 337-360.
• 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, 62(4),725-757. https://doi.org/10.1017/RDC.2020.41.
• 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.
• 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.
• 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 Journal of Earth Sciences, 24(1), 1-20. https://doi.org/10.3906/yer-1406-5
• Soysal, H., Sipahioğlu, S., Kolçak, D. ve Altınok, Y. (1981). Türkiye ve Çevresinin Tarihsel Deprem Kataloğu (MÖ 2100 - MS 1900), (Proje No: TBGA-341). TÜBİTAK.
• Şaroğlu, F., Emre, Ö. ve Boray, A., (1987). Türkiye’nin Diri Fayları ve Depremsellikleri (Rapor no: 8174). MTA derleme rapor. Ankara
• Şaroğlu, F., Emre, Ö., Doğan, A. ve 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.
• 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. In Biddle, K. T., Christie-Blick, N. (Eds.), Strike-Slip Deformation, Basin Formation, and Sedimentation, Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, 37, 227-264. https://doi.org/10.2110/pec.85.37.0211
• Şengör, A. M. C., Tüysüz, O., İmren, C., Sakinç, M., Eyidoğan H., Görür, N., Le Pichon, X. & Rangin, C. (2005). The North Anatolian fault: A new look. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 33, 37-112. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.32.101802.120415
• 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. 19th International Geophysical Congress & Exhibition, Ankara, Turkey.
• Yaltırak, C. (2002). Tectonic evolution of the Marmara Sea and its surroundings, Marine Geology, 190, 493-529.
• 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.
• Yaltırak, C., Mehmet, S., Tapırdamaz, C., Ocakoğlu, F., Demiroğlu, M., Özsayın, E. ve Açıkalın, S. (2010), Batı Anadolu ve Ege’de Miyosen tektonik bulmacasının kayıp parçası Trakya Eskişehir Fay Zonu TEFZ. 63. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Turkey.
• Wesnousky, S. G., (2008). Displacement and geometrical characteristics of earthquake surface ruptures: Issues and implications for seismic-hazard analysis and the process of eathquake rüptüre. Bulletin of the Seismological Society of America, 98(4), 1609-1632.
• 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(4), 974-1002.