Evaluation of the Relative Tectonic Activity of the Yeşilyurt Fault Using Morphometric Analyses

Öz

The Yeşilyurt Fault (YF) is an approximately 70 km long, NE–SW-trending, left-lateral strike-slip fault located in eastern Türkiye and constitutes a major structural element for assessing regional seismic hazard in Malatya Province. This study integrates multiple morphometric indices to quantitatively evaluate the spatial variability of tectonic activity along the YF and its associated drainage basins. Morphometric analyses were performed using mountain-front sinuosity (Smf), valley floor width–valley height ratio (Vf), hypsometric curves (HC) and hypsometric integrals (HI), asymmetry factor (AF), and stream length–gradient index (SL). These indices were applied to drainage basins distributed along four fault segments (S1–S4) to assess relative tectonic activity, uplift, basin tilting, and landscape evolution. Additionally, empirical fault length–magnitude relationships were used to estimate the seismic potential of individual segments and the entire fault zone. The results indicate that the S1, S2, and S3 segments are characterized by moderate to relatively high tectonic activity, reflected by moderate Smf and Vf values, elevated SL indices, and uplift rates ranging from 0.05 to 0.5 mm/yr. In contrast, the S4 segment exhibits comparatively lower tectonic activity, with uplift rates below 0.05 mm/yr, likely influenced by enhanced erosional processes and extensive alluvial fan development. Hypsometric analyses reveal pronounced spatial variability in basin evolution, ranging from youthful to mature and old geomorphic stages, while AF results indicate that approximately 80% of the drainage basins display asymmetric geometries, suggesting active tectonic tilting. The calculated relative tectonic activity (Iat) indices further confirm that the S1, S2, and S3 segments exhibit high tectonic activity, whereas the S4 segment is characterized by moderate activity. The occurrence of the Mw 6.0 earthquake on 6 October 2024 confirms the present-day activity of the YF, and when integrated with morphometric results and empirical estimates indicating a potential Mw ~7.2 earthquake in the case of full-fault rupture, the YF represents a significant seismic hazard for the region.

Anahtar Kelimeler

• Earthquake
• Malatya
• Morphometric analysis
• Seismic hazard
• Tectonic

Etik Beyan

“There is no conflict of interest with any person/institution in the prepared article. Additionally, ethics committee approval is not required for this study.”

Teşekkür

I would like to express my sincere gratitude to everyone who supported and encouraged me during this work.

Yeşilyurt Fayı Boyunca Göreli Tektonik Aktivitenin Morfometrik Analizlerle Değerlendirilmesi

Öz

Yeşilyurt Fayı (YF), Doğu Türkiye’de yer alan, yaklaşık 70 km uzunluğunda, KD–GB doğrultulu ve sol yanal doğrultu atımlı bir fay olup, Malatya ili için bölgesel sismik tehlikenin değerlendirilmesinde önemli bir yapısal unsuru temsil etmektedir. Bu çalışma, YF boyunca ve ilişkili drenaj havzalarında tektonik aktivitenin mekânsal değişkenliğini nicel olarak değerlendirmek amacıyla çok sayıda morfometrik indisi bir araya getirmektedir. Morfometrik analizler; dağ önü sinüozitesi (Smf), vadi tabanı genişliği–vadi yüksekliği oranı (Vf), hipsometrik eğri (HC) ve hipsometrik integral (HI), asimetri faktörü (AF) ve akarsu uzunluk–eğim indeksi (SL) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu indeksler, göreli tektonik aktiviteyi, yükselimi, havza eğimini ve topografik evrimi değerlendirmek amacıyla dört fay segmenti (S1–S4) boyunca dağılan drenaj havzalarına uygulanmıştır. Ayrıca, ampirik fay uzunluğu–moment büyüklüğü ilişkileri kullanılarak tekil segmentlerin ve tüm fay zonunun sismik potansiyeli tahmin edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, S1, S2 ve S3 segmentlerinin orta ile görece yüksek düzeyde tektonik aktivite ile karakterize edildiğini; bunun orta düzey Smf ve Vf değerleri, yüksek SL indeksleri ve 0.05–0.5 mm/yıl arasında değişen yükselim hızları ile yansıtıldığını göstermektedir. Buna karşılık, S4 segmenti, 0.05 mm/yıl’ın altındaki yükselim hızları ile görece daha düşük tektonik aktivite sergilemekte olup, bu durumun artmış aşınım süreçleri ve yaygın alüvyal yelpaze gelişimi tarafından kontrol edildiği düşünülmektedir. Hipsometrik analizler, havza evriminde genç, olgun ve yaşlı jeomorfolojik evreler arasında belirgin mekânsal değişkenlik ortaya koyarken, AF sonuçları drenaj havzalarının yaklaşık %80’inin asimetrik geometri sergilediğini ve aktif tektonik eğimi işaret ettiğini göstermektedir. Hesaplanan göreli tektonik aktivite (Iat) indeksleri de S1, S2 ve S3 segmentlerinin yüksek tektonik aktiviteye sahip olduğunu, S4 segmentinin ise orta düzeyde aktivite gösterdiğini doğrulamaktadır. 6 Ekim 2024 tarihinde meydana gelen Mw 6,0 büyüklüğündeki deprem, YF’nin güncel tektonik aktivitesini doğrulamaktadır. Morfometrik sonuçlar ve tüm fayın kırılması durumunda yaklaşık Mw ~7,2 büyüklüğünde bir deprem potansiyeline işaret eden ampirik tahminler birlikte değerlendirildiğinde, YF bölge için önemli bir sismik tehlike oluşturmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Deprem
• Malatya
• Morfometrik analiz
• Sismik tehlike
• Tektonik

Destekleyen Kurum

Bu araştırma, herhangi bir fon kuruluşundan özel bir hibe almamıştır.

Etik Beyan

Bu makalede sunulan araştırma, insan veya hayvan deneylerini içermemektedir ve etik onay gerekmemiştir.

Teşekkür

Bu çalışma sırasında beni destekleyen ve cesaretlendiren herkese içtenlikle teşekkür ederim.

Kaynakça

1. AFAD, “Deprem nedir?,” AFAD Türkiye. [Online]. Available: https://www.afad.gov.tr/kurumlar/afad.gov.tr/39500/xfiles/deprem_nedir.pdf. Accessed: Nov. 20, 2025.
2. E. A. Keller and N. Pinter, Active Tectonics: Earthquakes, Uplift, and Landscapes. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall, 1996. [Online]. Available: http://sutlib2.sut.ac.th/sut_contents/H49253.pdf. Accessed: Nov. 22, 2025.
3. M. Balkaya, “Ölü Deniz Fay Zonu Yesemek Segmenti’nin morfometrik analiz yöntemleriyle araştırılması,” Erciyes Üniv. Fen Bil. Enst. Fen Bil. Derg., vol. 41, no. 1, pp. 370–383, 2025.
4. M. Bozdoğan and E. Canpolat, “Drenaj havzalarındaki morfotektonik özelliklerin jeomorfik analizlerle incelenmesi: Delibekirli (Kırıkhan/Hatay) Havzası örneği,” Jeomorfolojik Araştırmalar Derg., no. 11, pp. 22–51, Oct. 2023.
5. M. Edemen, “Deprem nedir? Nasıl oluşur? Türkiye’de oluşmuş depremler ve etkileri nelerdir? Depremlere karşı alınabilecek tedbirler hususunda öneriler,” J. Soc. Humanit. Sci. Res., p. 93, Jan. 2023.
6. F. N. Genç, “Türkiye’de doğal afetler ve doğal afetlerde risk yönetimi,” Stratejik Araştırmalar Derg., vol. 9, no. 5, pp. 201–226, 2007.
7. S. Gürgöze and A. Uzun, “Tektoniğin drenaj havzalarına etkisinin morfometrik indislerle incelenmesi, Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun Kızılırmak ile Tersakan Çayı arası, Samsun,” Coğrafi Bil. Derg., vol. 23, no. 1, pp. 151–178, 2025.
8. İ. Ketin, “Türkiye’nin genel tektonik durumu ile başlıca deprem bölgeleri arasındaki ilişkiler,” Bull. Miner. Res. Explor., vol. 71, no. 71, pp. 129–135, 1968.

9. İ. Ketin, “Kuzey Anadolu fayı hakkında,” Bull. Miner. Res. Explor., vol. 72, no. 72, pp. 1–27, 1969.
10. Y. Öztürk and H. Zorer, “Neotektonik transfer zonlarında dağlık alanların morfotektonik evrimi: Güneydoğu Anadolu Bindirme Kuşağı’nda Körkandil Dağı örneği (Pervari/Siirt),” Ege Coğrafya Derg., vol. 33, no. 1, pp. 121–142, Jun. 2024.
11. C. Zabci, “Malatya Fayı’nın morfometrik özellikleri,” Türk Coğrafya Derg., no. 75, pp. 107–118, 2020.
12. N. Kaymakci, M. Inceoez, and P. Ertepinar, “3D-architecture and Neogene evolution of the Malatya Basin: Inferences for the kinematics of the Malatya and Ovacık fault zones,” Turkish J. Earth Sci., vol. 15, no. 2, pp. 123–154, 2006.
13. M. Palutoğlu and E. Tanyolu, “Elazığ il merkezi yerleşim alanının depremselliği,” Fırat Üniv. Fen Müh. Bil. Derg., vol. 18, no. 4, pp. 577–588, 2006.
14. D. Perinçek, The Geology of Hazro–Korudağ–Çüngüş–Maden–Ergani–Hazar–Elazığ–Malatya Area: Guide Book. Ankara, Türkiye: TJK Yayını, 1979.
15. M. Köküm and F. Özçelik, “An example study on re-evaluation of historical earthquakes: 1789 Palu (Elazığ) earthquake, Eastern Anatolia, Turkey,” Bull. Miner. Res. Explor., vol. 161, no. 161, pp. 157–170, 2020.
16. Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, “ZEQDB: Kandilli Rasathanesi Deprem Veritabanı,” Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü (KOERI). [Online]. Available: http://www.koeri.boun.edu.tr/sismo/zeqdb/. Accessed: Nov. 22, 2025.
17. E. Akgün, “Kinematic and morphometric evidence for recent reactivation of the Kale-Yeşilyurt fault zone within the East Anatolian Fault System,” J. Mt. Sci., vol. 21, no. 12, pp. 4149–4176, 2024.
18. M. A. Ertürk, A. Sar, and M. E. Rizeli, “Petrology, zircon U–Pb geochronology and tectonic implications of the A1-type intrusions: Keban region, eastern Turkey,” Geochemistry, vol. 82, no. 3, Art. no. 125882, 2022.
19. M. Köküm, “Doğu Anadolu Fay Sistemi’nin Palu-Uslu (Elazığ) arasındaki kesiminin kinematik analizi,” Ph.D. dissertation, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fırat Üniv., Elazığ, Türkiye, 2017.
20. M. Köküm, “Landsat TM görüntüleri üzerinden Doğu Anadolu Fay Sistemi’nin Palu (Elazığ)-Pütürge (Malatya) arasındaki bölümünün çizgisellik analizi,” Gümüşhane Üniv. Fen Bil. Enst. Derg., vol. 9, no. 1, pp. 119–127, 2019.
21. M. Köküm, “Kinematic and dynamic fault slip analyses: Implications from the surface rupture of the 2023 Elbistan (Kahramanmaraş) (Mw 7.6) earthquake, Türkiye,” J. Struct. Geol., vol. 187, Art. no. 105235, 2024.
22. M. Köküm and M. İnceöz, “Yeşilyurt-Elazığ fay zonunun yapısal özellikleri,” in Aktif Tektonik Araştırma Grubu 22. Çalıştayı (ATAG-22), Çanakkale, Türkiye, Nov. 2018.
23. M. Köküm and M. İnceöz, “Paleostress analysis of the Yeşilyurt-Elazığ Fault Zone and its importance for the tectonic evolution, East Turkey,” J. Struct. Geol., vol. 138, Art. no. 104093, 2020.
24. A. Sar, M. A. Ertürk, and M. E. Rizeli, “Genesis of Late Cretaceous intra-oceanic arc intrusions in the Pertek area of Tunceli Province, eastern Turkey, and implications for the geodynamic evolution of the southern Neo-Tethys: Results of zircon U–Pb geochronology and geochemical and Sr–Nd isotopic analyses,” Lithos, vol. 350, Art. no. 105263, 2019.
25. U. K. Tekin, M. Ural, M. C. Göncüoğlu, M. Arslan, and S. Kürüm, “Upper Cretaceous Radiolarian ages from an arc–back-arc within the Yüksekova Complex in the southern Neotethys mélange, SE Turkey,” C. R. Palevol, vol. 14, no. 2, pp. 73–84, 2015.
26. M. Ural, M. Arslan, M. C. Göncüoğlu, K. U. Tekin, and S. Kürüm, “Late Cretaceous arc and back-arc formation within the Southern Neotethys: Whole-rock, trace element and Sr-Nd-Pb isotopic data from basaltic rocks of the Yüksekova Complex (Malatya-Elazığ, SE Turkey),” Ofioliti, vol. 40, no. 1, pp. 57–72, 2015.
27. S. Özarpacı, B. Kılıç, M. Köküm, and U. Doğan, “GNSS hızlarında kümelemeden topluluk kümelemesine: Meta-kümeleme odaklı bir yaklaşım,” Gümüşhane Üniv. Fen Bil. Derg., vol. 13, no. 3, pp. 661–674, 2023.
28. Y. Yılmaz, F. Şaroğlu, and Y. Güner, “Initiation of the neomagmatism in East Anatolia,” Tectonophysics, vol. 134, no. 1–3, pp. 177–199, 1987.
29. A. Koçyiğit, A. Yılmaz, S. Adamia, and S. Kuloshvili, “Neotectonics of East Anatolian Plateau (Turkey) and Lesser Caucasus: Implication for transition from thrusting to strike-slip faulting,” Geodinamica Acta, vol. 14, no. 1, pp. 177–195, 2001.
30. J. Jackson and D. McKenzie, “Active tectonics of the Alpine–Himalayan Belt between western Turkey and Pakistan,” Geophys. J. Int., vol. 77, no. 1, pp. 185–264, Apr. 1984.
31. M. Beyarslan and A. F. Bingöl, “Zircon U-Pb age and geochemical constraints on the origin and tectonic implications of Late Cretaceous intra-oceanic arc magmatics in the Southeast Anatolian Orogenic Belt (SE-Turkey),” J. Afr. Earth Sci., vol. 147, pp. 477–497, 2018.
32. N. Özgül, “Torosların bazı temel jeoloji özellikleri,” Türk. Jeol. Kurumu Bülteni, vol. 19, no. 1, pp. 65–78, 1976.
33. H. J. Asutay, “Geology of the Baskil (Elazığ) area and the petrology of Baskil magmatics,” Bull. Miner. Res. Explor., vol. 107, no. 107, pp. 51–69, 1986.
34. C. Koç Taşgin and İ. Türkmen, “Analysis of soft-sediment deformation structures in Neogene fluvio-lacustrine deposits of Çaybağı Formation, Eastern Turkey,” Sediment. Geol., vol. 218, no. 1–4, pp. 16–30, 2009.
35. Ö. Emre, T. Y. Duman, S. Özalp, F. Şaroğlu, Ş. Olgun, H. Elmacı, and T. Çan, “Active fault database of Turkey,” Bull. Earthq. Eng., vol. 16, no. 8, pp. 3229–3275.
36. A. Akbaş, B. Akdeniz, N. Aksay, A. Altun, İ. E. Balcı, V. Bilginer, E. Bilgiç, T. Duru, M. Ercan, T. Gedik, İ. Günay, Y. Güven, İ. H. Hakyemez, H. Y. Konak, N. Papak, İ. Pehlivan, Ş. Sevin, M. Şenel, M. Tarhan, N. Turhan, A. Türkecan, Ü. Ulu, M. F. Uğuz, A. Yurtsever, et al., 1:1.250.000 Ölçekli Türkiye Jeoloji Haritası. Ankara, Türkiye: Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Yayını, 2011.
37. W. B. Bull and L. D. McFadden, “Tectonic geomorphology north and south of the Garlock fault, California,” in Geomorphology in Arid Regions. London, U.K.: Routledge, 1977, pp. 115–138.
38. R. El Hamdouni, C. Irigaray, T. Fernández, J. Chacón, and E. A. Keller, “Assessment of relative active tectonics, southwest border of the Sierra Nevada (southern Spain),” Geomorphology, vol. 96, no. 1–2, pp. 150–173, 2008.
39. R. A. Dar, S. A. Romshoo, R. Chandra, and I. Ahmad, “Tectono-geomorphic study of the Karewa Basin of Kashmir Valley,” J. Asian Earth Sci., vol. 92, pp. 143–156, 2014.
40. Z. Kezer, “Kütahya Grabeni’nin tektonik jeomorfolojisi (Batı Anadolu),” M.S. thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, Hacettepe Üniv., Ankara, Türkiye, 2019.
41. W. B. Bull, Tectonic Geomorphology of the Mojave Desert: U.S. Geological Survey Contract Report 14-08-001-G-394. Menlo Park, CA, USA: Office of Earthquakes, Volcanoes, and Engineering, 1977.
42. J. V. Pérez-Peña, “GIS-based tools and methods for landscape analysis and active tectonic evaluation,” Ph.D. dissertation, Univ. Granada, Granada, Spain, 2009.
43. J. V. Pérez-Peña, A. Azor, J. M. Azañón, and E. A. Keller, “Active tectonics in the Sierra Nevada (Betic Cordillera, SE Spain): Insights from geomorphic indices and drainage pattern analysis,” Geomorphology, vol. 119, no. 1–2, pp. 74–87, Jun. 2010.
44. M. T. Ramírez-Herrera, “Geomorphic assessment of active tectonics in the Acambay graben, Mexican Volcanic Belt,” Earth Surf. Process. Landf., vol. 23, no. 4, pp. 317–332, 1998.
45. A. N. Strahler, “Hypsometric (area-altitude) analysis of erosional topography,” Geol. Soc. Am. Bull., vol. 63, no. 11, pp. 1117–1142, 1952.
46. S. Ciccacci, L. D’Alessandro, P. Fredi, and E. L. Palmieri, “Relations between morphometric characteristics and denudational processes in some drainage basins of Italy,” Z. Geomorphol., vol. 36, no. 1, pp. 53–67, 1992.
47. A. Sağlam Selçuk, “Evaluation of the relative tectonic activity in the eastern Lake Van basin, East Turkey,” Geomorphology, vol. 270, pp. 9–21, Oct. 2016.
48. F. Giaconia, G. Booth-Rea, J. M. Martínez-Martínez, J. M. Azañón, J. V. Pérez-Peña, J. Pérez-Romero, and I. Villegas, “Geomorphic evidence of active tectonics in the Sierra Alhamilla (eastern Betics, SE Spain),” Geomorphology, vol. 145–146, pp. 90–106, 2012.
49. A. Karataş, “Karasu Çayı havzasının hidrografik planlaması,” Ph.D. dissertation, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul Üniv., İstanbul, Türkiye, 2014.
50. S. Salman, “Yeşilyurt Fayı’nın göreceli tektonik evriminin morfometrik indislerle belirlenmesi,” M.S. thesis, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Bitlis Eren Üniv., Bitlis, Türkiye, 2024.
51. M. Uzun, “Lale Dere (Yalova) Havzası’nın jeomorfolojik özelliklerinin jeomorfometrik analizlerle incelenmesi,” Route Educ. Soc. Sci. J., vol. 1, no. 3, pp. 72–88, 2014.
52. F. Ü. Çelik, “Erkilet Fay Zonu’nun paleosismolojik ve morfotektonik özellikleri (Kayseri, Orta Anadolu-Türkiye),” M.S. thesis, İstanbul Teknik Üniv., İstanbul, Türkiye, 2023.
53. M. P. Awasthi, “Application of ArcHydro tool, geospatial technologies and digital elevation model for watershed modeling: A case of Nepal Himalaya,” Int. J. Environ. Geoinformatics, vol. 12, no. 1, pp. 1–14, 2025.
54. S. A. Mahmood and R. Gloaguen, “Appraisal of active tectonics in Hindu Kush: Insights from DEM derived geomorphic indices and drainage analysis,” Geosci. Front., vol. 3, no. 4, pp. 407–428, 2012.
55. J. T. Hack, “Stream-profile analysis and stream-gradient index,” J. Res. U.S. Geol. Surv., vol. 1, no. 4, pp. 421–429, 1973.
56. D. Piacentini, F. Troiani, T. Servizi, O. Nesci, and F. Veneri, “SLIX: A GIS toolbox to support along-stream knickzones detection through the computation and mapping of the stream length-gradient (SL) index,” ISPRS Int. J. Geo-Inf., vol. 9, no. 2, p. 69, 2020.
57. E. A. Keller and N. Pinter, Active Tectonics: Earthquakes, Uplift, and Landscapes, 2nd ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall, 2002.
58. D. L. Wells and K. J. Coppersmith, “New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement,” Bull. Seismol. Soc. Am., vol. 84, no. 4, pp. 974–1002, 1994.
59. T. K. Rockwell, E. A. Keller, M. N. Clark, and D. L. Johnson, “Chronology and rates of faulting of Ventura River terraces, California,” Geol. Soc. Am. Bull., vol. 95, no. 12, pp. 1466–1474, 1984.
60. A. Khalifa, Z. Çakir, L. Owen, and Ş. Kaya, “Morphotectonic analysis of the East Anatolian Fault, Turkey,” Turkish J. Earth Sci., vol. 27, no. 2, 2018.
61. S. Mutlu, “Iğdır Fay Zonu’nun Doğu Anadolu kısalmalı tektonik bloğu içerisindeki önemi ve morfotektonik özellikleri,” Türkiye Jeol. Bülteni, vol. 68, no. 2, pp. 1–41, 2025.