Kinematic and Seismotectonic Properties of Sındırgı Fault and Düvertepe Fault Zone Surroundings: West Anatolia (Turkey)

Abstract

In this study; Sındırgı Segment of the Simav Fault Zone consisting of 7 segments and Düvertepe Fault Zone and its vicinity located to the north of this fault, Its kinematic and seismotectonic properties have been studied.From 21 stations, kinematic analysis results for a total of 160 fault planes were assessed together and 4 different tectonic regimes were determined from older to younger as; (i) (SS1a) with transtensional features, (σ1)=231°/20°, (σ3)=297°/24°, Rm=0.340 calculated and compression (σ1)=N51°E regime; (ii) (SS1b) with normal faulting ( (σ3)=312°/11° calculated and extensional direction (σ3)=N48°W regime; (iii) (SS2) with transpressional features (σ1)=301°/15°, (σ3)=237°/17°, Rm=0.612 calculated and compression (σ1)=N59°W regime; and (iv) the youngest tectonic regime observed in the study area represented by normal faulting (SS3), (σ3)=233°/8° calculated and extension direction (σ3)=N53°E regime. While these tectonic regime types (deformation phases) are distinguished from each other; the directions of the principal stress axes obtained from the kinematic analysis result, ratios between principal stress axes, fault plane data overlapping each other in the field, intersecting fault-slip data, medium to large scale structures on the field, comparisons with similar and same age fields, geodynamic evolution of Western Anatolia, comparisons made with similar studies on this subject used. Further evidence that the youngest tectonic regime of SS3 is currently effective is the focal mechanism solutions for earthquakes occurring in recent years. According to focal mechanism solutions for 12 earthquakes occurring in the study area (σ3)=211°/2°, with the extensional direction in the region (σ3)=N31°E. This data shows an extensional regime in NNE-SSW orientation is dominant currently. This situation complies with the extensional regime currently effective in W-SW Anatolia

Keywords

• Düvertepe Fault Zone
• Extensional regime
• kinematic analysis
• West Anatolia

Sındırgı Fayı ve Düvertepe Fay Zonu Yakın Civarının Kinematik ve Sismotektonik Özellikleri: Batı Anadolu (Türkiye)

Abstract

Bu çalışmada; toplam 7 segmentten oluşan Simav Fay Zonu’nun Sındırgı Segmenti ile bu fayın kuzeyinde yer alan Düvertepe Fay Zonu ve civarının kinematik ve sismotektonik özellikleri incelenmiştir. 21 istasyondan, toplam 160 fay düzleminden oluşan kinematik analiz sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, belirlenen 4 farklı tektonik rejim yaşlıdan gence doğru sırasıyla; (i) transtansiyonel özellik sunan (SS1a), (σ1)=231°/20°, (σ3)=297°/24°, Rm=0.340 olarak hesaplanan ve sıkışmanın (σ1)=K51°D olduğu, (ii) normal faylarla temsil edilen (SS1b), (σ3)=312°/11° olarak hesaplanan ve genişleme yönünün (σ3)=K48°B olduğu, (iii) transpresyonel özellik sunan (SS2), (σ1)=301°/15°, (σ3)=237°/17°, Rm=0.612 olarak hesaplanan ve sıkışmanın (σ1)=K59°B olduğu (iv) en genç tektonik rejim türü olan, normal faylarla temsil edilen (SS3), (σ3)=233°/8° olarak hesaplanan ve genişleme yönünün (σ3)=K53°D olduğu rejimdir. Bu rejim türleri (deformasyon evreleri) birbirinde ayırt edilirken; kinematik analiz sonucundan elde edilen asal gerilme eksenlerinin yönleri, asal gerilme eksenleri arasındaki oranlar, sahada birbirini üzerleyen fay düzlemi verileri, birbirini kesen fay-atım verileri, sahadaki orta-büyük ölçekli yapılar, benzer ve aynı yaştaki sahalarla yapılan karşılaştırmalar, Batı Anadolu’nun jeodinamik evrimi, bu konuda yapılmış olan benzer çalışmalarla yapılan karşılaştırmalar kullanılmıştır. En genç tektonik rejim türü olan SS3’ün, günümüzde etkin olduğunun bir diğer kanıtı ise, son yıllarda meydana gelen depremlerin odak (faylanma) mekanizması çözümleridir. Çalışma alanında meydana gelen 12 depremin odak mekanizması çözümlerine göre, (σ3)=211°/2°, bölgedeki genişleme yönünün (σ3)=K31°D olduğu şeklindedir. Bu veri, günümüzde KKD-GGB yönünde bir genişleme rejiminin baskın olduğunu göstermektedir. Bu durum, günümüzde Batı Anadolu’da etkin olan genişleme rejiminin yönleriyle de uyum içindedir.

Keywords

• Düvertepe fay zonu
• genişleme rejimi
• kinematik analiz
• Batı Anadolu
• odak mekanizma çözümü
• Sındırgı Fayı

References

1. Aktuğ, B., Nocquet, J. M., Cingöz, A., Parsons, B., Erkan, Y., England, P., Lenk, O., Gürdal, M. A., Kılıçoğlu A., Akdeniz, H. ve 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, 1978– 2012. https://doi.org/10.1029/2008JB006000
2. Angelier, J. ve Mechler, P. (1977). Sur Methode Graphique de Recherche des Contraintes Princ. Egalement Utilisable en Tectonique et en Sismologie: la Methode Diédre Droit, Bulletin de la Société Geologique de France, 19, 1309-1318.
3. Bouchon, M., (1981). A simple method to calculate Green's functions for elastic layered media, Bulletin of the Seismological Society of America, 71, 959-971. https://pubs.geoscienceworld.org/ssa/bssa/article- abstract/71/4/959/102036/A-simple-method-to-calculate-Green-s-functions-for?redirected
4. Carey, E. (1976). Analyse Numérique d'un Modéle Mécanique Elémentaire Appliqué a L'étuded'une Popultion de Failles: Calcul d'un Tenseur Moyen des Contraintes a Partir des Stries de Glissement. Thése de 3º cycle, Université de Paris-Sud, Orsay, 138.
5. Carey, E. (1979). Recherche des Directions Principales de Contraintes Associées au jeu d'une Population de Failles, Revue Geological Dynamic and Géography physic, 21, 57-66.
6. Carey-Gailhardis, E. ve Mercier, J. L. (1987). A numerical Method for Determining the State of Stress Using Focal Mech. of Earthquake Populations: application to Tibetan teleseisms and microseismicity of Southern Peru. Earth and Planetary Science Letters, 82, 165-179. http://dx.doi.org/10.1016/0012- 821X(87)90117-8
7. Dahm, T. (1996). Relative moment tensor inversion based on ray theory: theory and synthetic tests. Geophysical Journal International, 124, 245-257. https://doi.org/10.1111/j.1365- 246X.1996.tb06368.x
8. Doğan, A. ve Emre Ö. (2006). Ege Graben Sistemi’nin Kuzey Sınırı: Sındırgı-Sincanlı Fay Zonu, 59. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Bildiri Özleri Kitabı, 83-84.

9. Dreger, D. S. ve Langston, C. A. (1995). Moment Tensor Inversion Workshop, an IRIS DMS short course, USA.
10. Dreger, D. S. ve Woods, B. (2002). Regional distance seismic moment tensors of nuclear explosion, Tectonophysics, 356, 139– 156. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(02)00381-5
11. Emre, Ö. ve Duman, T. Y. (2011). 19 Mayıs 2011 Simav (Kütahya) Depremi Ön Değerlendirmesi Raporu, MTA Jeoloji Etütleri Dairesi Yer Dinamikler Araştırma ve Değerlendirme Koordinatörlüğü Aktif Tektonik Araştırmaları Birimi.
12. Emre, Ö., Doğan, A. ve Özalp, S. (2011a). Türkiye Diri Fay Haritası Serisi, 1:250.000 Ölçekli Balıkesir (NJ 35-3) Paftası, Seri No:4, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara-Türkiye.
13. Emre, Ö., Özalp, S. ve Duman, T. Y. (2011b). Türkiye Diri Fay Haritası Serisi, 1:250.000 Ölçekli Uşak (NJ 35-8) Paftası, Seri No:11, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara-Türkiye.
14. Emre, Ö., Duman, T. Y. ve Özalp, S. (2011c). Türkiye Diri Fay Haritası Serisi, 1:250.000 Ölçekli Kütahya (NJ 35-4) Paftası, Seri No:10, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara-Türkiye.
15. Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Olgun, Ş. ve Elmacı, H. (2011d). Türkiye Diri Fay Haritası Serisi, 1:250.000 Ölçekli Afyon (NJ 36-5) Paftası, Seri No:16, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara-Türkiye.
16. Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Elmacı, H., Olgun, Ş. ve Şaroğlu, F. (2013). 1/1.250.000 Ölçekli Türkiye Diri Fay Haritası, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Özel Yayınlar Serisi, Ankara, Türkiye.
17. Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Şaroğlu, F., Olgun, Ş., Elmacı, H. ve Can, T. (2018). Active fault database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(8), 3229-3275. https://doi.org/10.1007/s10518-016-0041-2
18. Eyidoğan, H. ve Jackson, J. A. (1985). A seismological study of normal faulting in the Demirci, Alaşehir and Gediz eartquakes of 1969 - 70 in western Turkey: implications for the nature and geometry of de formation in the continental crust, Journal of Geophysical, 81, 569-607. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1985.tb06423.x
19. Eyidoğan, H., Güçlü, U., Utku, Z. ve Değirmenci, E. (1991). Türkiye büyük depremleri makro sismik rehberi. (1900-1988). İTÜ. Maden Fak., Jeofizik Müh. Bölümü Yay., 198s. İstanbul.
20. Gündoğdu, E., Özden, S. ve Güngör, T. (2015). Simav (Kütahya) ve Yakın Civarının Geç Senozoyik Yaşlı Jeodinamik Evrimi, Türkiye Jeoloji Bülteni, 58(1), 23-37. https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/ce9245cbc5d2c11_ek.pdf?dergi
21. Gürer, A. ve Bayrak, M. (2007). Relation Between Electrical Resistivity and Earthquake Generation in the Crust of West Anatolia, Turkey, Tectonophysics, 445, 49-65. http://www.koeri.boun.edu.tr/sismo/zeqdb/
22. Işık, V. (2004). Kuzey Menderes Masifinde Simav Makaslama Zonunun Mikrotektonik Özellikleri, Batı Anadolu, Türkiye. Türkiye Jeoloji Bülteni, 47(2), 49-91. https://dergipark.org.tr/tr/download/article- file/293510
23. Işık, V., Seyitoğlu, G. ve Çemen, İ. (2003). Ductilebrittle transition along the Alaşehir shear zone and its structural relationship with the Simav detachment, Menderes massif, western Turkey. Tectonophysics, 374, 1-18. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(03)00275-0
24. Koçyigit, A. ve Deveci, Ş. (2005). Akşehir-Simav fay sistemi: Güneybatı Türkiye’de neotektonik rejimin başlama yaşı ve depremsellik. Deprem Sempozyumu Kocaeli, Bildiri özleri kitabı, 26.
25. Konak, N. (1982). Simav dolayının jeolojisi ve metamorf kayaçlarının evrimi. İstanbul Yerbilimleri, 3, 313- 337. https://dergipark.org.tr/tr/pub/iuyerbilim/issue/18576/196120 Lister, G. S. ve Davis, G. A. (1989). The origin of metamorphic core complexes and detachment faults formed during Tertiary continental extension in the northern Colorado River region, U.S.A. Journal of Structural Geology, 11, 65–94. https://doi.org/10.1016/0191-8141(89)90036-9
26. Malavieille, J. (1993). Late orogenic extension in mountain belts: insights from the Basin and Range and the Late Paleozoic Variscan belt. Tectonics, 12, 1115-1130. https://doi.org/10.1029/93TC01129
27. M.T.A., 2002. Türkiye Jeoloji Haritası. 1/500.000 ölçekli İzmir Paftası.
28. Özden, S., Över, S., Kavak, K. Ş. ve İnal, S. S. (2008). Late Cenozoic stress states around the Bolu Basin along the North Anatolian Fault, NW Turkey. Journal of Geodynamics, 46, 48-62. https://doi.org/10.1016/j.jog.2008.04.004
29. Özden, S., Gündoğdu, E. ve Bekler, T. (2015). Interactions between Eurasian/African and Arabian plates: Eskişehir Fault, NW Turkey, Journal of African Earth Sciences, 111, 1-19. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2015.08.014
30. Seyitoğlu, G. (1997). The Simav graben: An example of young E-W trending structures in the Late Cenozoic extensional system of western Turkey. Turkish Journal of Earth Sciences, 6, 135-141. https://journals.tubitak.gov.tr/earth/abstract.htm?id=1311
31. Seyitoğlu, G. ve Işık, V. (2006). Batı Anadolu’nun Geç Tersiyer Jeolojik evrimi: Menderes masifinin yüzeyleme mekanizması ve ilişkili sedimanter havza oluşumu hakkında yeni bir tektonik model [Late Tertiary geological evolution of western Anatolia: A new tectonic model about the exhumation mechanism of Menderes massif and related basin formation]. 59. Türkiye Jeoloji Kurultayı Bildiri Özleri, 18-20. https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/dedb42b34e50082_ek.pdf
32. Shomali, Z. H. ve Slunga, R. (2000). Body wave moment tensor inversion of local earthquakes: an application to the South Iceland Seismic Zone. Geophysical Journal International, 140, 63-70. https://doi.org/10.1046/j.1365-246x.2000.00989.x
33. Sümer, Ö., Uzel, B., Özkaymak, Ç. ve Sözbilir, H. (2018). Kinematics of the Havran-Balıkesir Fault Zone and its implication on geodynamic evolution of the Southern Marmara Region, NW Anatolia. Geodinamica Acta, 30(1), 306-323. https://doi.org/10.1080/09853111.2018.1540145
34. Taymaz, T., Tan, O., Özalaybey, S. ve Karabulut, H. (2002). Source characteristics of February 3, 2002 Çay- Sultandağı Earthquake (Mw 6.5) sequence in SW-Turkey: a synthesis of Seismological Observations of BodyWaveforms, Strong Motions, and Aftershock Seismicity Survey Data. 1st International Symposium of Istanbul Technical University, the Faculty of Mines on Earth Sciences and Engineering. Istanbul-Turkey, Abstracts, 60.
35. Uzel, B. ve Sözbilir, H. (2008). A first record of a strike-slip basin in western Anatolia and its tectonic implication: the Cumaovası Basin. Turkish Journal of Earth Sciences, 17(3), 559-591. https://dergipark.org.tr/tr/pub/tbtkearth/issue/12006/143683
36. Uzel, B., Sözbilir, H., Özkaymak, Ç., Kaymakcı, N. ve Langereis, C. G. (2013). Structural evidence for strike-slip deformation in the İzmir–Balıkesir transfer zone and consequences for late Cenozoic evolution of western Anatolia (Turkey). Journal of Geodynamics, 65, 94-116. https://doi.org/10.1016/j.jog.2012.06.009