Stress field analysis of the Simav Basin

Abstract

In this study, the stress tensor analysis of the Simav Basin was established by using the azimuth and plunge of the P- and T- axes which were obtained from the focal mechanism solutions of 59 earthquakes compiled from various sources. The results obtained in the study were calculated within the 95% confidence limit. Accordingly, for Simav Basin, principal stress axes are established (56/74), (109/10), (17/12) in degrees, respectively; R stress ratio was found to be 0.4. As a result of the regional analysis, the fact that the maximum stress axis is vertical indicates the general stress area in the region shows the NNE-SSW trending extension regime. The results obtained in this study were compared with the stress tensor results obtained by other researchers for the Simav Basin, and it was determined that the results obtained in this study were calculated more precisely. In addition, in this study stress analysis was also carried out for the southwest and northeast sections of the basin separately. 23 earthquakes were used for the stress tensor analysis of the southwest of the basin. Principal stress axes were attained (350/80), (127/7), (38/7), respectively; The R value was calculated as 0.45. The minimum principal axis was obtained as N38E. For the northeast of the basin, 36 earthquake data were used and principal stress axes were obtained (252/64), (109/21), (13/14) respectively. The stress ratio R was calculated as 0.35. It has been observed there is a 25-degree difference for the minimum principal stress axis between the southwest and northeast of the basin. It is thought this situation is compatible with the direction of the faults in the SW and NE part of the basin.

Keywords

• Principal stress axes
• Stress tensor analysis
• Simav basin

Simav Havzası’nın gerilme alanı analizi

Öz

Bu çalışmada Simav Havzası’nın gerilme tensör analizi, çeşitli kaynaklardan derlenmiş 59 depremin odak mekanizması çözümlerinden elde edilmiş P- ve T- eksenlerinin azimut ve dalımları kullanılarak bulunmuştur. Çalışmada elde edilen tüm sonuçlar %95 güvenilirlik sınırları içerisinde hesaplanmıştır. Buna göre Simav Havzası için asal gerilme eksenleri derece olarak sırasıyla (56/74), (109/10), (17/12); R gerilme oranı ise 0.4 olarak bulunmuştur. Bölgesel analiz sonucunda en büyük gerilme ekseninin düşey olması, bölgenin genel gerilme alanının, KKD-GGB doğrultusunda açılma rejimi olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, Simav Havzası için diğer araştırmacılar tarafından elde edilen gerilme tensor sonuçları karşılaştırılmış, bu çalışmada elde edilen sonuçların daha hassas hesaplandığı belirlenmiştir. Ayrıca, bu çalışmada havzanın güneybatı ve kuzeydoğu kesimi için de ayrı ayrı gerilme analizi yapılmıştır. Havzanın güneybatısının gerilme tensör analizi için 23 adet deprem kullanılmıştır. Asal gerilme eksenleri sırasıyla (350/80), (127/7), (38/7); R değeri ise 0.45 olarak hesaplanmıştır. Minimum asal gerilme ekseni K38D olarak elde edilmiştir. Havzanın kuzeydoğusu için 36 adet deprem verisi kullanılmış ve asal gerilme eksenleri sırasıyla (252/64), (109/21), (13/14) elde edilmiştir. R gerilme oranı, 0.35 olarak hesaplanmıştır. Havzanın güneybatısı ile kuzeydoğusu arasında minimum asal gerilme ekseni için 25 derecelik bir değişim olduğu görülmüştür. Bu durumun, havzanın GB ve KD kesimindeki fayların doğrultusu ile uyumlu olduğu düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Asal gerilme eksenleri
• Gerilme tensör analizi
• Simav havzası

Kaynakça

1. [1] Şengör AMC. “The North Anatolian transform fault: Its age, ofset and tectonic significance”. Journal of the Geological Society, 136(3), 269-282, 1979.
2. [2] Yılmaz Y, Genç S, Gürer ÖF, Bozcu M, Yılmaz K, Karacık Z, Altunkaynak S, Elmas A. “When did Western Anatolian Grabens begin to develop?”. Geological Society of London, Special Publication, 173 (131), 353–384, 2000.
3. [3] Reilinger R, McClusky SC, Oral MB, King W, Toksöz MN. “Global positioning system measurements of present-day crustal movements in the Arabia–Africa-Eurasia Plate collision zone”. Journal of Geophysical Research, 102, 9983–9999, 1997.
4. [4] Allen M, Jackson J, Walker R. “Late cenozoic reorganization of the Arabia-Eurasia collision and the comparison of short-term and long-term deformation rates”. Tectonics, 23(2), 1-16, 2004.
5. [5] McKenzie DP. “Active tectonics of the Mediterranean region”. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 30, 109–185, 1972.
6. [6] McKenzie DP. “Active tectonics of the alpine-himalayan belt: the aegean sea and surrounding regions”. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 55, 217–54, 1978.
7. [7] Şengör AMC, Görür N, Şaroğlu F. “Strike-slip faulting and related basin formation in zones of tectonic escape: Turkey as a case study, strike-slip deformation, basin formation and sedimentation”. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists Special Publication, 37, 227–64, 1985.
8. [8] Oral MB, Reilinger RE, Toksöz MN, King RW, Barka AA, Kinik I, Lenk O. “Global positioning system offers evidence of plate motions in Eeastern Mediterranean”. EOS Transactions American Geophysical Union, 76, 9-11, 1995.

9. [9] Kadirioğlu FT, Kartal RF, Kılıç T, Kalafat D, Duman TY, Özalp S, Emre Ö. “An improved earthquake catalogue (M ≥ 4.0) for Turkey and near surrounding (1900-2012)”. 2nd European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, İstanbul, Türkiye, 25-29 August 2014.
10. [10] Demirtaş R, Erkmen C. Deprem ve Jeoloji. Ankara, Türkiye, Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, No: 52, 2000.
11. [11] Emre Ö, Duman TY, Özalp S, Elmacı H, Olgun Ş, Şaroğlu F. “Active fault map of Turkey”. General Directorate of Mineral Research and Exploration, Ankara, Türkiye, 2013.
12. [12] Zescheke G. “Simav grabeni ve taşları”. Türkiye Jeoloji Bülteni, 5(1-2), 179-189, 1954.
13. [13] Erer S. “Simav Depresyonu ve çevresinin jeomorfolojisi”. İstanbul, Türkiye, İstanbul, Türkiye, İstanbul Üniversitesi Coğrafya Ensitüsü Yayınları, No: 86,1977.
14. [14] Akdeniz N, Konak N. “Simav-Emet Tavşanlı-Dursunbey-Demirci yörelerinin jeolojisi”. Ankara, Türkiye, MTA Raporu, 6547, 1979.
15. [15] Konak N. “Simav dolayının jeolojisi ve metamorf kayaçlarının evrimi”. İstanbul Yerbilimleri, 3, 313- 337, 1982.
16. [16] Şaroğlu F, Emre Ö, Boray A. “Active faults and seismicity in Turkey”. Ankara, Türkiye, MTA Report No: 8174, 1987.
17. [17] Emre T. “Geology and tectonics of the Gediz Graben”. Turkish Journal of Earth Sciences, 5, 171–185, 1996.
18. [18] Emre Ö, Duman TY. “19 Mayıs 2011 Simav (Kütahya) Depremi Ön Değerlendirmesi Raporu”. MTA Jeoloji Etütleri Dairesi Yer Dinamikler Araştırma ve Değerlendirme Koordinatörlüğü Aktif Tektonik Araştırmaları Birimi, Ankara, Türkiye, 2011.
19. [19] Bekler T, Demirci A, Özden S, Kalafat, D. “Simav ve Emet fay zonlarindaki depremlerin optimum kaynak parametrelerinin analizi”. 1. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, Ankara, Türkiye, 11-14 Ekim 2011.
20. [20] Zülfikar C, Kamer Y, Vuran E. “19 Mayıs 2011 Kütahya-Simav Depremi”. Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Boğaziçi Üniversitesi Raporu, İstanbul, Türkiye, 2011.
21. [21] Emre Ö, Duman TY, Özalp S, Doğan A. “Simav Fayı ve 19 Mayıs 2011 Simav Depremi (Mw=5.8)”. 65. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Türkiye, 2-6 Nisan 2012.
22. [22] Kartal RF, Kadirioğlu FT. “2011-2012 Simav depremleri (Ml=5.7, Ml=5.0, Ml=5.4) ve bölgenin tektonik yapısı ile ilişkisi”. Hacettepe Üniversitesi Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Bülteni, Yerbilimleri, 35(3), 185-198, 2014.
23. [23] Seyitoğlu G. “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, 1997.
24. [24] Şaroğlu F, Emre Ö, Kuşçu İ. “Türkiye Diri Fay Haritası” 0lçek: 1/1000000. MTA Genel Müdürlüğü. Ankara, Türkiye, 1992.
25. [25] Doğan A, Emre Ö. “Ege graben sistemi’nin kuzey sınırı: Sındırgı-Sincanlı fay zonu”. 59. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Ankara, Türkiye, 20-24 Mart 2006.
26. [26] Gündoğdu E, Özden S, Karaca Ö. “Comparative structural analysis of field data from Simav fault and surrounding area with alos-palsar and landsat images”. Journal of the Graduate School of Natural and Applied Sciences of Erciyes University, 32(1), 60-71, 2016.
27. [27] Özden S, Tutkun SZ, Bekler T, Karaca Ö, Komut T, Kalafat D, Ateş Ö, Demirci A, Gündoğdu E, Çınar S. “Simav Fayı ile Kütahya Fayı (Emet-Orta Batı Anadolu) Arasında Kalan Bölgenin Neotektonik ve Sismotektonik Özellikleri”. Çanakkale, Türkiye, 109Y103, 2012.
28. [28] Karakuş H, Özkul C, Ergüler ZA, Kibici Y, Yanık G. "Monte Carlo benzetimi ile Simav sahasının jeotermal kaynak potansiyelinin tahmini", Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(3), 323-329, 2017.
29. [29] Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü “19 Mayıs 2011 Kütahya-Simav Depremi Raporu”. İstanbul, Türkiye, 2011.
30. [30] T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. “Tarihsel Deprem Kataloğu”. https://deprem.afad.gov.tr/event-historical (15.01.2023).
31. [31] Ambraseys, NN, Finkel, CF. “The Saros–Marmara earthquake of 9 August 1912”. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 15(2), 189-211, 1987.
32. [32] Ayhan, EE, Alsan, N, Sancaklı, SB, Üçer, B. Türkiye ve Dolayları Deprem Kataloğu (1881-1990). Boğaziçi İstanbul, Türkiye, Üniversitesi Yayınları, 1981.
33. [33] T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. “Deprem Kataloğu”, https://deprem.afad.gov.tr/event-catalog (15.01.2023).
34. [34] Demirci A, Özden S, Bekler T, Kalafat D, Pınar A. “An active extensional deformation example: 19 May 2011 Simav earthquake (Mw=5.8), Western Anatolia”. Journal of Geophysics and Engineering, 12(4), 552–565, 2015.
35. [35] Gephart J. “Stress and the direction of slip on fault planes”. Tectonics, 9, 845–858, 1990.
36. [36] Gephart JW, Forsyth DW. “An improved method for determining the regional stress tensor using earthquake focal mechanism data: application to the San Fernando earthquake sequence”. Journal of Geophysical Research, 89, 9305-9320, 1984.
37. [37] Benetatos C, Kiratzi A, Papazachos C, Karakaisis G. “Focal mechanisms of shallow and intermediate depth earthquakes along the Hellenic Arc”. Journal of Geodynamics, 37(2), 253-296, 2004.
38. [38] Parker R, McNutt M. “Statistics for the one-norm misfit measure”. Journal of Geophysical Research, 85, 4429-4430, 1980.
39. [39] Mutlu Kömeç A. “Seismicity, focal mechanism, and stress tensor analysis of the Simav region, Western Turkey”. Open Geosciences, 12(1), 479-490, 2020.
40. [40] Michael, AJ. “Use of focal mechanisms to determine stress: a control study”. Journal of Geophysical Research, 92, 357-368, 1987.
41. [41] Vavryčuk V. “Iterative joint inversion for stress and fault orientations from focal mechanisms”. Geophysical Journal International, 199, 69–77, 2014.
42. [42] Carey E. “Recherche des directions principales de contraintes associées au jeu d’une population de failles”. Revue de Géographie Physique et de Géologie Dynamique, 21(1), 57–66, 1979.
43. [43] Carey-Gailhardis E, Mercier JL. “A numerical method for determining the state of stress using focal mechanisms of earthquake populations: Application to tibetan teleseisms and microseismicity of Southern Peru”. Earth and Planetary Science Letters, 82 (1-2), 165–79, 1987.