KUZEYBATI ANADOLU’ DAKİ AKTİF FAYLARIN TEKTONO-ELEKTRİK ANOMALİLERDEN MODELLENMESİ İlyas ÇAĞLAR1, Ümit AVŞAR1 caglari@itu.edu.tr , avsaru@itu.edu.tr Öz: Tektonik etkinliğin var olduğu sahalarda oluşan aşırı basınç ve gerilim farklılığından dolayı yeraltı kayaçları içerisindeki çözeltilerin dolaşımı yeryüzünde ülçülebilen büyüklükte elektriksel gerilim akımlarını meydana getirir. Tektono-elektrik akımlar olarak adlandırılan bu gerilimlerin ve buna bağlı olarak Geyve Fay Kuşağı boyunca Mekece, Çengel ve Sarıgazi sahalarındaki tektonik olarak aktif fayların araştırılması amacıyla Doğal Polarizasyon (SP) ölçümleri yapılmıştır. Yaklaşık 8400 m toplam 1uzunluğundaki doğrultular boyunca 3 farklı sahada SP ölçümleri yapılmıştır. Yeriçi ortamındaki basınç ve gerilim artışına bağlı olarak fay civarındaki çözelti akışının artışını esas alan Elektrokinetik kaynak modeli SP verilerinin değerlendirilmesinde kullanılmıştır. Yapılan modellemeler sonucu Mekece sahasında belirlenen iki aktif fay yaklaşık 60o-65o eğime sahip olduğu anlaşılmıştır. Geçmiş çalışmalarda tektonik aktivitenin göstegesi olarak bu iki fay üzerinde yüksek genlikli (~ 100-400 nT) manyetik anomaliler ölçülmüştü. Sarıgazi sahasında ise Akseki Fayı’nın Kuzeybatı’ya doğru 65o yine eğimli ve aktif olduğu hesaplanmıştır. Çengel sahasında S=0.4 V iç gerilimine sahip olan Karamurat aktif fayının varlığı belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Aktif Faylar, Elektrokinetik Gerilim Geyve Fay Kuşağı, SP Yöntemi, Giriş Kuzey Anadolu Fay Kuşağı, son büyük etkinliğini 17 Ağustos 1999 yılında gösteren (M=7.4 ve M=7.2) önemli bir kırık sistemi olarak bilinmektedir. Bu kırık sistemi Doğu Anadolu’dan başlayıp Batıya doğru uzanarak Mudurnu Vadisine geldiğinde iki asıl kola ayrılır (Barka, 1992). Kuzey kolu Adapazarı ve İzmit üzerinden Marmara Denizi’ne uzanırken Güney kolu ise Geyve havzasından batıya doğru uzanarak İznik gölü güney yamacından Mekece civarından devam edip yine Marmara Denizine ulaşır. Bu fay sistemi Geyve Fay Zonu (GFZ) olarak isimlendirilir (Koçyiğit, 1988). Sözü edilen GFZ sistemi günümüzde durağan bir dönem geçirmekte olup sismik boşluk özelliği ile gelecekte önemli bir depremi üreteceği ileri sürülmüştür (Toksöz ve diğ., 1979). Bundan dolayı İznik-Mekece-Çengel arasında (Şekil 1) GFZ sistemini araştırmayı öngören birçok doğrultuda, özdirenç, doğal polarizason (SP), manyetik ve elektromanyetik ölçüler çeşitli yıllarda yapılmıştı (Honkura ve diğ., 1985). Bu çalışmanın amacı ise, GFZ üzerindeki Mekece-Çengel ve Sarıgazi sahalarında tarafımızdan alınmış SP ölçülerinin analizini yaparak onları modelleyip tektonik olarak aktif olası fayların geometrilerini araştırmaktır. Elektrik özdirenç, SP ve manyetik alan parametrelerinin sürekli kayıt edilmesi depremlerin önceden haber verilmesi çalışmalarında izlenen bir yol olarak bilinir (Nayak ve diğ., 1983). Her ne kadar yüksek genlikli SP gerilimlerini oluşturan yeriçi mekanizmalarının çoğunluğu metalik sülfürlü maden yataklarında ve jeotermal alanlarda oluşsa da ileri gelse de depreme aday fay ve kırık sistemlerindeki yeraltı suyu dolaşımı da yeryüzünden ölçülebilen orta genlikli SP gerilimlerini meydana getirir (Corwin ve Morrison, 1977; Yamazaki, 1977; Fitterman, 1979; Fitterman, 1983). Tektonik etkinliğin varolduğu sahalardaki tektono-elektrik akımlar kayac içerisindeki polarizasyonun bir sonucu olarak oluşur. Elektrokinetik veya "Streaming" gerilimi olarak adlandırılan bu gerilim gradyenti, kayaç iyonik geçidinde hareket eden çözeltinin geçit yüzeyinde meydana getirdiği bir Helmoltz çift tabakasının varlığından kaynaklanır. Elektrokinetik gerilimin genliğini etkileyen parametreler; çözeltinin elektrik özdirenci, dielektrik sabiti ve kıvamlılığı ile ortam boyunca var olan basınç değişimidir. Deprem öncesi veya sonrasında odak bölgesi civarındaki yeraltı suyu akışları "dilatancy-diffussion" hipotezi ile açıklanır. Bu hipoteze göre, kayaçlar içindeki çözeltilerin akışı elektrokinetik bir değişimi etkisel olarak ortaya çıkarır. Elektrokinetik değişim odak bölgesi civarında elektrik veya manyetik alanların önemli derecede bozulmasına neden olur (Mizutani ve diğ., 1976). Geyve Havzası, Geyve Fay Zonu ve Jeofizik Çalışmalar Ortalama 0.5-6 km genişliğinde ve doğu-batı uzanım gösteren Geyve havzası, içinden geçen Sakarya Nehrinin alüvyonal birimleri ile doldurulmuştur. Havzanın güney ve batı kenarları GFZ’nin farklı parça ve dalları ile 1 İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, Jeofizik Müh. Böl., İstanbul 137 sınırlandırılır. Karamurat, Akseki, Karaçay, Kaynarca, İznik and Saraçlı fayları bunlardan bazılarıdır (Şekil. 1). Şekil 1. Geyve Havzası güney kesiminin jeolojisi. Çalışılan sahalar: A-Mekece, B-Çengel, C-Sarıgazi. Jeoloji Koçyiğit (1988)’den basitleştirilip yeniden çizildi. Gradient (kaydırma) dizilimi kullanılarak yapılan arazi çalışmalarında Goldstar tipi ve yüksek giriş empedansına sahip (10 Mohm’ dan büyük), ±0.00001 Volt okuma duyalılığında (4.5 digit) sayısal voltmetre ile ölçümler alınmıştır. Mekece sahasında Cu-CuSO4, Çengel ve Sarıgazi sahalarında ise Pb-PbCl2 katı tip elektrodlar kullanıldı. Ölçü doğrultuları yaklaşık 150-250 m aralıklarla seçilmiş, Çengel ve Sarıgazi sahalarında 30 m, Mekece’de ise 50 m elektrod aralığı alınmıştır. Alınan ölçülerdeki gerekli elektrod düzeltmeleri (Çağlar, 1991) yapıldıktan sonra herbir doğrultu için tüm veriler toplam alan ölçüm verilerine dönüştürülüp Çengel ve Sarıgazi sahalarında ayrıca Referansa bağlanım işlemi gerçekleştirildi. Çengel ve Sarıgazi sahaları için elde edilen SP ve elektrik alan haritalarından alınan jeofizik kesitler ile SP anomalileri çizilmiş ve Mekece anomalileri ile birlikte tamamı modellenmeye sokulmuştur. Tektono-Elektrik Modelleme ve Aktif Faylar Yapılan bir SP çalışmasında elde edilen gerilim değerlerini ve anomali nedenini açıklamaya çalışırken onları oluşturan mekanizmaların çok iyi tariflenmesi gereklidir. Ancak bu yolla, yeriçi bilgisinde incelenmek istenilen olay diğerlerinden ayırt edilerek doğru bir değerlendirmeye ulaşılır. Doğal polarizasyonu meydana getiren yeraltı mekanizmaları değişik özellikte olup bunların herbiri tek başlarına ortaya çıkabileceği gibi birkaçının birlikte oluşması mümkündür. Mekece, Çengel ve Sarıgazi sahalarında elde edilen SP anomalilerinin modellenmeleri için elektrokinetik kaynak modeli esas alınarak buna ilişkin matematiksel kuramdan yararlanılmıştır (Murakami ve diğ., 1984; 1987). Aktif fayın derinliğini, uzanımını, eğimini ve etkinlik göstergesi olan elektriksel iç gerilimini gibi parametrelerinin elde edildiği modelleme çalışmalarında tarafımızdan hazırlanmış bir bilgisayar yazılımı kullanılmıştır. Modelleme işlemi sırasında bu yazılımın çalıştırılması sonucu hesaplanan yapay (sentetik) anomali ve arazi gözlemsel anomalinin en iyi uyum sağlaması koşullarına bakılarak aktif fayın yukarıda belirtilen geometrik parametreleri hesaplanır. Modelleme işleminden once tüm SP anomalileri uygun sayısal süzgeçlerle süzülerek yüksek frekanslı bozucu etkilerden arındırılmıştır. Mekece sahasında Wenner elektrik kaydırma çalışmaları ile belirlenen (Honkura ve diğ., 1985) faya ilişkin jeofizik belirti aynı doğrultularda alınmış olan SP ölçüleri ile de saptanmış olup BB’ doğrultusuna ait bu SP anomalisinin değerlendirilmesi ile Kaynarca Fayı modellenmiştir. Çengel sahasında Tepeler sırtında Çengel köyüne doğru yaklaşık 0-95 mV aralığında değere sahip artı işaretli geniş bir SP anomali grubu güneybatı-kuzeydoğu uzanımlı olarak elde edilmişti. Daha karmaşık bir anomali grubu ise Bozviran köyüne doğru gelişir. Buradaki genlik ise –50 ile 10 mV arasında değişir. Sarıgazi sahasında ise büyük olasılıkla Akseki Fayı’nın göstergesi olan ve yaklaşık dairesel kapanım veren eksi ve artı işaretli geniş anomaliler ölçülmüştü. Yapılan hesaplamalar sonunda Çengel sahasındaki iki aktif fayın model parametreleri (L=2000 m, t=400 m, a=100 m, S=-0.14 V, ϕ=60o ve L=2000 m, t=1200 m, a=200 m, S=0.4 V, ϕ=65o) elde edildi. Sarıgazi sahasındaki Akseki fayı için de benzer olarak model parametreleri (L=4000 m, t=300 m, a=300 m, S=-0.4 V and ϕ=125o) hesaplandı. 138 KAYNAKLAR 1. BARKA, A.A., 1992. The North Anatolian fault zone, Annales Tectonic, Special Issue supp.V.VI, pp. 164-195. 2. CORWIN, R.F. and MORRISON, H.F., 1977. Self-potential variations preceding earthquakes in central California, Geophys. Res. Lett., 4, pp. 171-174. 3. ÇAĞLAR, İ., 1991. Jeofizikte Doğal Polarizasyon (SP) yöntemi. İTÜ Gümüşsuyu matbaası. 4. FITTERMAN, D.V., 1979. Theory of electrokinetic-magnetic anomalies in a faulted half-space, Journ. of Geophys. Research , 10, pp. 6031-6039. 5. FITTERMAN, D.V., 1983. Modelling of self-potential anomalies near vertical dikes, Geophysics , 48, pp. 171-180. 6. HONKURA, Y., IŞIKARA, A. M., KOLÇAK, D., ORBAY, N., SİPAHİOĞLU, S., OSHİMAN, N., TANAKA, H., 1985. Magnetic anomalies and low ground resistivity as possible indicators of active fault location: preliminary results of electric and magnetic observations from the western part of the North Anatolian Fault Zone, J. Geomag. Geoelectr., 37, pp. 169-187. 7. KOÇYİĞİT. A., 1988. Tectonic setting of the Geyve Basin: Age and total displacement of the Geyve Fault Zone, Metu Journ. Pure Appl. Sci. 21, pp. 81-104. 8. MIZUTANI, H., ISHIDO, T., YOKOKURA, T., OHNISHI, S., 1976. Electrokinetic phenomena associated with earthquakes, Geophys. Res. Lett., 3, pp. 365-368. 9. MURAKAMI, H., MIZUTANIM, H., NABETANI, S., 1984. Self-potential anomalies associated with an active fault, J. Geomag. Geoelectr. 36, pp. 351-376. 10. MURAKAMI, H., MIZUTANIM, H., NABETANI, S., 1987. Correction to “Self-potential anomalies associated with an active fault”, J. Geomag. Geoelectr. 39, pp. 637-638. 11. NAYAK, P. N., SAHA, S. N., DUTTA, S., RAMA RAO, M. S. V., SARKERS, N. C., 1983. Geoelectrical and geohydrological precursors of earthquakes in northeastern India, Geoexploration, 21, pp. 137-157. 12. TOKSÖZ, M. N., SHAKAL, A. F., MICHAEL, A. J., 1979. Space-time migration of earthquakes along the North Anatolian Fault Zone and Seismic Gaps, Pure and Applied Geophys. 17, pp. 1258-1270. 13. YAMAZAKI, Y., 1977. Tectonoelectricity, Geophys. Surv., 3, pp. 123-142. 139