Onur Tan

Deprem kaynağı, deprem dalgalarının yayıldığı ortam ve zemin etkilerini anlamaya yönelik iyi bilinen araçlardan biri yer hareketi simülasyonu çalışmalarıdır. Simülasyondan önce, farklı frekans aralıklarını etkileyen her bir parametrenin ayrı ayrı ve doğru şekilde tanımlanması gerekmektedir. İlk aşamada, güvenilir bir kaynak modeli (doğrultu, eğim ve kayma açısı) elde edebilmek için mevcut yerel ve telesismik deprem verilerinden yararlanılması gereklidir. Daha sonra, bir istasyona ait yayılım yolu ve zemin parametreleri biliniyorsa, iyi uyum sağlayan yer hareketlerini elde edebilmek için karakteristik kaynak modelinin tanımlanması ve kaynak zaman fonksiyonunun incelenmesi gerekmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, yer hareketi simülasyonlarında düşük ve yüksek frekans içeriğini elde edebilmek amacıyla kullanılan kaynak zaman fonksiyonlarının etkilerinin araştırılmasıdır. Bu amaçla, üçgen, yumuşatılmış rampa ve Kostrov-benzeri kayma hızı fonksiyonları, karakteristik kaynak modelleri ve yırtılma yayılımı ile birlikte 2017 Ayvacık (Mw 5.3) ve 2017 Midilli (Mw 6.3) depremleri kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar, aynı karakteristik frekansa sahip farklı kaynak zaman fonksiyonlarının, istasyon uzaklıklarının büyük olması ve zaman ortamında gerçekleştirilen dalga şekli toplamının spektrum yuvarlaklaştırması nedeniyle, aynı sentetik dalga şekillerini ve Fourier spektrumunu ürettiğini göstermektedir. Yer hareketi simülasyonlarında kullanılan Kostrov-benzeri kayma hızı fonksiyonu, bir depremin karakteristik kaynak modelini değiştirmeden yüksek frekans içeriği üretmek için diğerlerine göre daha uygun bir fonksiyon olduğu değerlendirilmiştir.

Deprem katalogları, sismik tehlike çalışmalarının temel verisidir. Farklı büyüklük ölçekleri ve aynı deprem için farklı büyüklük hesaplamaları gibi parametrik farklılıklar nedeniyle sismik tehlike çalışmalarında tekil bir büyüklük ölçeğiyle homojenleştirilmiş katalog kullanımını gerekli kılmaktadır. Bu çalışmada, 30.10.2020 Sisam Depremi (Mw 7.0) ile büyük hasar gören İzmir'in sismik tehlike analizlerinde kullanılabilecek aletsel döneme (1900'den günümüze) ait homojenleştirilmiş bir deprem kataloğu oluşturulmuştur. Ortogonal regresyon analiziyle büyüklük ölçekleri arasında ilişkiler belirlenmiş ve eşlenik moment büyüklükleri (Mw*) hesaplanmıştır. Yaklaşık 208.000 deprem içeren katalog kullanılarak Gutenberg–Richter kümülatif frekans–büyüklük ilişkisi belirlenmiştir. Kataloğun tamlık değeri 2.4, b-değeri 1.03 ve a-değeri ise 7.34 olarak hesaplanarak çalışma alanı için güncel sismik tehlike değerlendirmesi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar 50 yıl içerisinde Mw*≥6 olan bir depremin meydana gelme olasılığının %100'e yakın olduğunu göstermiştir. Bu büyüklükteki yıkıcı bir depremin tekrarlanma aralığı ortalama 20 yıl ve bu dönem içinde olma olasılığı %70 olarak hesaplanmıştır. Katalogdaki aynı büyüklükteki depremlerin 20 yıllık aralıklarla frekans dağılımı da bu olasılığın gerçekleştiğini doğrulamaktadır. Geçmişte yıkıcı depremlerden etkilenen İzmir ve çevresi, bölgenin aktif tektonik yapısı nedeniyle orta ve uzun vadede olabilecek yıkıcı depremler tarafından tehdit edilecektir. Bu nedenle şehirdeki yapı stoğunun iyileştirilmesi, güncel yerbilimleri ve deprem mühendisliği çalışmalarının sonuçları dikkate alınarak yıkıcı depremlere dayanıklı (Mw≥6) yapı tasarımına önem verilmesi gerekmektedir.

The spatiotemporal pattern of surface displacements from large earthquakes provides crucial insights about the deformation of Earth’s crust at various scales and the interactions among tectonic plates. However, the lack of extensive and large-scale geodetic networks near such seismic events hinders our thorough understanding of the large-scale crustal deformation resulting from earthquakes. Using Türkiye’s extensive and continuous global navigation satellite system (GNSS) network during the moment magnitude 7.8 and 7.6 Kahramanmaraş earthquakes on 6 February 2023, we show that large earthquakes can induce far-field crustal deformations (>700 kilometers), exceeding current predictions from elastic dislocation models. They can lead to the mobilization of tectonic plates and the triggering of far-field earthquakes, which carries profound implications for seismic hazard assessments and necessitates a new perspective on crustal deformation and earthquake mechanics.

Nine hours apart, two catastrophic earthquakes (Mw 7.8 and 7.6) occurred on 6 February 2023, in eastern Türkiye. The mainshocks destroyed several cities and villages in 11 provinces, including Kahramanmaraş, Hatay, Adıyaman, Malatya, Adana and Gaziantep. Over about 50,000 aftershocks were detected in the nine months. Because the resolution of hypocentral locations in the Turkish national earthquake catalogs is limited, about 31,000 events are relocated using the double-difference method in this study. The aftershock distribution and its relation to energy release on the faults and Coulomb stress change areas are investigated. The improved hypocenters give a clearer image to understand the activity on the faults. The event distribution indicates that the rupture of the first mainshock in Pazarcık (Mw 7.8) propagates unilaterally on the northernmost segment of the Dead Sea Fault Zone and then transfers to the East Anatolian Fault Zone at the Maraş Triple Junction. The bilaterally extending rupture causes dense aftershock activity on the fault zone from Samandağ to Pütürge. The second mainshock in Elbistan (Mw 7.6) was triggered because of the positive Coulomb stress change on the Çardak fault, which generates dense clusters at both ends of the fault. It is observed that a high number of aftershocks occur on the low slip patches, and the high-energy release areas have low activity because of the stress equilibrium on the fault surfaces.

İstanbul (Marmara Region, NW Turkey) is one of the megacities in the world and suffered from destructive earthquakes on the North Anatolian Fault, a member of the North Anatolian Shear Zone, throughout history. The 1999 Kocaeli and Düzce earthquakes emphasize the earthquake potential of the fault, crossing the Sea of Marmara, and the importance of seismic hazards in the region. The studies in the last 20 yr have concentrated on the main fault and its future destructive earthquake potential. In this study, unlike the previous ones, we focus on the two main topics about the earthquakes not interested previously in İstanbul: (1) Investigating recent earthquake activity masked by the blasts in the metropolitan area and its tectonic implications, (2) revealing their effects in İstanbul utilizing numerical ground motion simulations for a future moderate event (M_w 5). First, the 386 earthquakes from 2006 to 2016 are relocated with the double-difference method using the dense seismic network operated in the same period. The source mechanisms of the events (M_L ≥ 3), including the most recent 2021 Kartal–İstanbul earthquake (M_L 4.1), are determined. In addition to the analysis of the recent seismic activity, the location of the two moderate and pre-instrumental-period İstanbul earthquakes, which occurred in 1923 (M_w 5.5) and 1929 (M_w 5.1), are revised. Using the relocated epicentres outside of the principal deformation zone and the fault plane solutions, the roles of the earthquakes in the stress regime of the Marmara region are explained. The epicentres on the Cenozoic or Palaeozoic formation in the Istanbul–Zonguldak Zone are interpreted as the re-activation of the palaeo-structures under the recent tectonic stresses, and their fault plane solutions agree with the synthetic/antithetic shears of a transtensional regime corresponding to the right lateral strike-slip system with mainly N–S extension in the Marmara Region. In the second part, we investigate the effects of moderate scenario events (M_w 5) considering the current earthquake epicentres in the İstanbul metropolitan area, using characterized earthquake source model and 1-D velocity structure verified with the broad-band (0.1–10 Hz) numerical ground motion simulation of the 2021 Kartal–İstanbul earthquake. The simulated PGAs agree with the ground-motion prediction equations for short epicentral distances (M_w 5 earthquake scenarios may exceed the design spectrum between 0.2 and 0.6 s given in the Turkish Building Earthquake Code (2018). In addition, certain models also generate spectral accelerations close to the design-level spectrum between 0.4 and 1 s, leading to resonance phenomena. The results indicate that a moderate event (M_w 5) in the İstanbul metropolitan area is capable of damage potential for the mid-rise buildings (4–10 stories) because of the site condition with resonance phenomena and poor construction quality.