Gerilme değişimi hesaplamaları, 2023 Türkiye depremlerinde artçı şoklar için ipuçları veriyor

Sürgü ve Çardak faylarındaki 7.5 büyüklüğündeki depremin, 110 kilometre güneyde meydana gelen Doğu Anadolu Fayındaki 7.8 büyüklüğündeki deprem ile tetiklenmiş olabileceğini erken verilere ve modellere dayalı Coulomb gerilim hesaplamaları göstermektedir.
 

Shinji Toda, IRIDeS, Tohoku Üniversitesi, Ross S. Stein, Temblor, Inc., Ali Deger Özbakir, Temblor, Inc., Hector Gonzalez-Huizar, CICESE, Volkan Sevilgen, Temblor, Inc., Gabriel Lotto, Temblor, Inc., and Serkan Sevilgen, Temblor, Inc.
 

Atıf:Toda, S., Stein, R. S., Özbakir, A. D., Gonzalez-Huizar, H., Sevilgen, V., Lotto, G., and Sevilgen, S., 2023, Stress change calculations provide clues to aftershocks in 2023 Türkiye earthquakes, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.295
 

This article is also available in English.
 

 

6 Şubat’ta 7.8 büyüklüğündeki Gaziantep-Nurdağı depremi ve 7.5 büyüklüğündeki Kahramanmaraş-Ekinözü depremi Türkiye’nin güneyi ile Suriye’nin kuzeyini sarstığından bu yana, her iki ülkede de binlerce bina çökerek binlerce insanı öldürdü veya enkaz altında mahsur bıraktı. Can kaybı yazının hazırlandığı an itibariyle 12.000’i aştı ve artmaya devam ediyor. Arama kurtarma ekipleri halen mahsur kalan insanları bulmak için hem zaman hem de dondurucu soğuğa karşı yarışıyorlar.

Farklı büyüklükteki yüzlerce artçı sarsıntı harap olmuş bölgeyi sallamaya, binalara, yollara, demiryollarına ve diğer altyapıya daha fazla zarar vermeye devam ederken aynı zamanda kurtarma ve yardım çalışmalarını engelliyor. Bu esnada, dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları, bu depremleri ve nasıl yardımcı olabileceğimizi anlamaya çalışmak için elde edilen verileri analiz ediyor.

Bu yazıdaki amacımız, 6 Şubat deprem dizisinde gerilme aktarımının (stres transferinin) rolünü anlamaktır. Bu bize, gelecekteki artçı şokların dağılımını tahmin etmede yardımcı olabilecek ve sonraki ana şok olasılığını değerlendirmemizi sağlayacak araçlar ve fikirler sağlayabilir. Burada sunduklarımız bir ön çalışma olsa da, bu bilgilerin geç kalmadan paylaşılması ve değerlendirilmesi gerekmektedir.
 

Veri ve yöntemler

Bu analiz için başlıca araçlarımız şunları içerir: Birleşik Devletler Jeoloji Kurumu (USGS) ANSS kataloğundan alınan depremler; hem MTA’dan (Emre vd., 2018) hem de mevcut bilimsel literatürden (Gülerce vd., 2017; Güvercin vd., 2022) alınan aktif fay haritaları; USGS’deki en büyük faylar için hesaplanan fay kaynak modelleri; ve Coulomb 3.4 (Toda ve diğ., 2011) — Dünya’nın kabuğunu elastik bir yarı uzay olarak ele alan statik gerilim aktarım yazılımımız. Basitçe söylemek gerekirse, dünyanın kabuğu sert bir kauçuk blok benzeri davranıyormuş gibi modellenir. Depremler, kırılmanın uzamsal kapsamı, genliği ve süresi hakkında bilgi sağlayan modellere göre, iki tarafı yer değiştirmiş veya makaslanmış, kauçuktaki kesikler gibi ele alınır (bunlar USGS sonlu fay modelleridir). Ayrıca, gerilme aktarılan faylardaki sürtünme katsayısı için de bir değer kabul etmemiz gerekir. Bunun için diğer çalışmalarda yaygın olarak kullanılan ve orta seviye bir değer olan 0.4’ü kullanıyoruz. Sürtünme katsayısı 0 olan bir fay, esasen tamamen kaygan bir faydır ve teflon gibi davranır. Jeolojik olarak genç ve pürüzlü bir fay yüzeyi için yaklaşık 0.75 geçerli bir katsayı olur – bu durumda hareket sınırlıdır ve sürtünmenin üstesinden gelinmesi zordur.
 

 

Doğu Anadolu Fay Kuşağı’nda 7.8 büyüklüğündeki Gaziantep-Nurdağı ve 7.5 büyüklüğündeki Kahramanmaraş-Ekinözü depremlerinin ne kadar yaygın veya nadir olduğunu anlamak için Temblor’ın hazırladığı ve GEAR1’in (Bird vd., 2015) gelişmiş bir sürümü olan T-GEAR (Temblor Küresel Deprem Aktivite Hızı) modelini kullandık. Dokuz yıldır CSEP ttarafından test edilen (Strader vd., 2018) GEAR1, ana bileşenleri olan Global CMT depremselliği ve SHIFT modelinden (Bird ve Kreemer, 2015) daha iyi performans göstermiştir. T-GEAR, GEAR1’in 50 katı veri kullanır ve kendi değerlendirmelerimizde geriye dönük depremselliği GEAR1’e kıyasla daha iyi kestirmiştir.
 

7.8 büyüklüğündeki ana şok, 7.5 büyüklüğündeki depremi tetikledi mi veya destekledi mi?

İlk olarak, tüm fayların 7.8 büyüklüğündeki kırılmaya paralel olduğu basitleştirici varsayım altında çevredeki faylara uygulanan stresi hesapladık (aşağıdaki şekil). Bu senaryoda, yırtılmanın uçlarından ötedeki stres artışları ile depremin ilk birkaç gününde meydana gelen artçı şoklar oldukça iyi biçimde örtüştü. Sürgü ve Çardak faylarını çevreleyen alanın (Balkaya vd., 2021) – 7.5 büyüklüğündeki deprem ile kırılan muhtemel faylar –da gerilme aktarımından tetiklenme yönünde etkilendiği, ancak Coulomb geriliminin 1 bar’dan daha az olduğunu hesaplandı. (Bar, bir gerilim birimidir; referans olarak, bir fayın kırılmasından önce genellikle yaklaşık 30 barlık Coulomb geriliminin biriktiği düşünülür.) Bu arada, fay uç bölgelerinde 3-5 bardan daha fazla gerilim artışları hesaplamıştır. Diğer bir deyişle, kırığın uçları Doğu Anadolu Fayı’na dik olan loblara göre daha fazla yüklenmiştir.

Dahası, Sürgü ve Çardak fayları, Doğu Anadolu Fayı’na paralel olmadığından, hesaplamalarımızın bu fayların tetiklenmesine dair açık bir yorumda bulunmak mümkün değildir. Sürgü ve Çardak faylarını içine alan loblarda iki büyük deprem arasında geçen dokuz saatlik süre boyunca büyüklüğü 4.1 veya daha büyük artçı sarsıntı meydana gelmedi. Bu hesaplamalarda, 7.5 büyüklüğündeki depremin yerini veya büyüklüğünü öngörmemizi sağlayacak hiçbir kanıt bulunmuyor.
 

 

Şimdi 7.8 büyüklüğündeki Gaziantep-Nurdağı depreminin Sürgü ve Çardak faylarına aktardığı gerilmeyi geriye dönük olarak hesaplayalım (aşağıdaki şekle bakınız). Burada, gerilmeyi alan fayı daha gerçekçi bir şekilde temsil etmeye çalıştık, ancak yine de kavisleri ve sıçramaları göz ardı ederek fayı idealize edilmiş düzlemsel bir yüzey olarak ele aldık.

Bu hesaplama Sürgü ve Çardak faylarının kırılmasına destek verebilecek 1-2 barlık bir gerilme artışı yaşamış olabileceğini göstermektedir. Stresteki artışın dağılımı, müteakip kırılma ile kabaca çakışıyor, ki bu dağılım bir tetikleme mekanizmasını doğrulayabileceği kadar tesadüfi de olabilir. Bu hesaplama 7.5 büyüklüğündeki depremden sonra yapıldığı için öngörü değeri yoktur; bunun yerine, kabaca, 7.8 büyüklüğündeki depremin muhtemelen 7.5 büyüklüğündeki olayı desteklediğini söylememize izin veriyor. Bu, 7.8 büyüklüğündeki olayın 7.5 büyüklüğündeki depreme neden olduğunu söylemekle aynı şey değildir. Buradaki gerilme artışı, yukarıda bahsedildiği gibi, bir fay kırılmadan önce biriktiği düşünülen kabaca 30 barlık Coulomb geriliminin %5’inden fazla değildir.
 

 

Gelecekteki artçı sarsıntılar nereyi vuracak?

Şimdi, 7.8 ve 7.5 büyüklüğündeki depremlerin yarattığı bileşke gerilme ve bunların 7.5 büyüklüğünden bu yana meydana gelen artçı şoklarla ilişkisini ele alacağız (aşağıdaki şekil). İki büyük depremin etkileşimi nedeniyle, 7.5 büyüklüğündeki depremden sonra stres loblarının önemli ölçüde değiştiği görülebilir. Şimdi doğu-batı yönünde uzanan kırmızı bandın, 7.8 büyüklüğündeki depreme ait kuzeydoğu doğrultulu banttan çok daha yaygın olduğuna dikkat edin. Ayrıca, artçı sarsıntıların hesaplanan gerilim artışı bölgeleriyle (kırmızı gerilim tetikleme lobları) korelasyonu açıkça görülüyor. Bu, gerilmelerin artçı şokların dağılımını gerçekten etkilediğine dair bir miktar doğrulama sağlıyor ve bu nedenle stres tetikleme lobları devam eden artçı şokların muhtemelen yerlerini gösteriyor. Bu hesaplamalar, başka bir büyük artçı sarsıntının olup olmayacağını tahmin etmemizi sağlamaz; sadece her büyüklükteki şokun en olası konumu hakkındaki anlayışımıza rehberlik ederler.
 

 

Doğu Anadolu Fayı boyunca 7.8 ve 7.5 büyüklüğündeki depremler ne kadar nadirdir?

Doğu Anadolu Fay Zonu’nun tamamını dikkate alarak bu olayların olasılığını değerlendirmek için Temblor T-GEAR modelini kullandık. Burada, durum öyle olmasa da iki depremi bağımsız olaylar olarak ele alıyoruz, Bununla birlikte, bu alıştırma bazı içgörüler sağlayabiliyor. Doğu Anadolu Fayı yılda yaklaşık 10 milimetrelik bir kayma hızına sahiptir – Kuzey Anadolu Fayı ve Kaliforniya’daki San Andreas Fayı’nın yarısından daha az ve Kaliforniya’daki Hayward Fayı ile hemen hemen aynıdır. 1795’ten bu yana, Doğu Anadolu Fayı’nda yaklaşık sekiz 6.7-7.2 büyüklüğünde deprem yaşanmıştır (Güvercin vd., 2022). Bizim bulgularımız aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.
 

 

Bu tahminlerin; görece kısa tarihsel kayıtlar, faydaki düşük kayma hızı ve bu büyüklükteki depremlerdeki kayma miktarı ile tutarlı olduğunu düşünüyoruz. Bu nedenle, Doğu Anadolu Fayı, toplam uzunluğu Kuzey Anadolu Fay zonundan daha kısa olmasına, daha ondan daha yavaş hareket etmesine ve son yüzyılda Kuzey Anadolu Fayı ile benzer bir deprem seyri göstermemesine rağmen, bu çalışmada incelenen iki depremde olduğu gibi çok büyük depremler oluşturabilir. Dolayısıyla cevabımız, bu olayların nadir olduğu, ancak olasılık dışı olmadığıdır.
 

Doğu Anadolu Fayı depremi üzerindeki 2020 yılında meydana gelen 6.8 büyüklüğündeki Elazığ depremi bu deprem dizisini etkiledi mi?

7.8 büyüklüğündeki Gaziantep-Nurdağı depreminin neden Doğu Anadolu Fayı üzerinde kuzeydoğuya kırılmadığının (veya henüz kırılmadığının) olası bir açıklaması, 2020’de 6,8 büyüklüğündeki Elazığ (Doğanyol – Sivrice olarak da bilinen) depreminin meydana gelmesidir. Ancak iki nedenden dolayı, bu depremin önemli bir rol oynaması pek olası görünmüyor (aşağıdaki şekil). Birincisi, 7.8 büyüklüğündeki depremin yalnızca yaklaşık %3’ü kadar bir enerji salınımına (“sismik moment”) neden olmuştur. İkinci neden, 7.8 büyüklüğündeki kırılmanın oldukça kuzeydoğusunda olması ve 7.8 büyüklüğündeki kırılmanın kuzeydoğu ucu ile 6.8 büyüklüğündeki kırılmanın güneybatı ucu arasında hala yaklaşık 50 kilometrelik bir boşluk olmasıdır.
 

 

Son düşünceler

Türk ağlarından, jeolojik saha çalışmalarından, uydu görüntülerinden ve uluslararası işbirliklerinden daha fazla veri geldikçe, bu hesaplamaları geliştirebilmeli ve gerçek belirsizliklerini değerlendirebilmeliyiz. Ancak şimdilik, 7.8 büyüklüğündeki depremin 7.5 büyüklüğündeki olayı desteklediği sonucuna vardık ve daha küçük artçı şokların dağılımının, kaba olduğu kabul edilen ancak yaygın olarak kullanılan gerilme transferi hesaplamalarıyla tutarlı olduğunu bulduk. Gelecekteki en olası senaryo, artçı şokların stres tetikleme loblarında (kırmızı loblar) kümelenmiş olarak kalacakları, Omori (veya güç yasası) yasasına göre sayıları eksilirken, büyüklüklerin ille de azalmayacağıdır.

Türkiye’deki önceki sismik olaylarla ilgili ek Temblor Earth News makaleleri, Türkiye’nin batısında Kasım 2022’de meydana gelen bir depremin değerlendirmesini içeriyor.
 

Referanslar

Balkaya, M., Ozden, S., & Akyüz, H. S. (2021). Morphometric and Morphotectonic Characteristics of Sürgü and Çardak Faults (East Anatolian Fault Zone). Journal of Advanced Research in Natural and Applied Sciences, 7(3), 375-392.

Bird, P., & Kreemer, C. (2015). Revised tectonic forecast of global shallow seismicity based on version 2.1 of the Global Strain Rate Map. Bulletin of the Seismological Society of America, 105(1), 152-166. doi: 10.1785/0120140129

Emre, Ö., Duman, T. Y., Özalp, S., Şaroğlu, F., Olgun, Ş., Elmacı, H., & Çan, T. (2018). Active fault database of Turkey. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(8), 3229-3275.

Gülerce, Z., Tanvir Shah, S., Menekşe, A., Arda Özacar, A., Kaymakci, N., & Önder Çetin, K. (2017). Probabilistic seismic‐hazard assessment for East Anatolian fault zone using planar fault source models. Bulletin of the Seismological Society of America, 107(5), 2353-2366. doi: 10.1785/0120170009.

Güvercin, S. E., Karabulut, H., Konca, A. Ö., Doğan, U., & Ergintav, S. (2022). Active seismotectonics of the East Anatolian Fault. Geophysical Journal International, 230(1), 50-69. doi:10.1093/gji/ggac045.

Strader, A., Werner, M., Bayona, J., Maechling, P., Silva, F., Liukis, M., & Schorlemmer, D. (2018). Prospective evaluation of global earthquake forecast models: 2 yrs of observations provide preliminary support for merging smoothed seismicity with geodetic strain rates. Seismological Research Letters, 89(4), 1262-1271.

Toda, S., Stein, R. S., Sevilgen, V., & Lin, J. (2011). Coulomb 3.3 Graphic-rich deformation and stress-change software for earthquake, tectonic, and volcano research and teaching—user guide. US Geological Survey open-file report, 1060(2011), 63. (https://temblor.net/coulomb/)