Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye

Abstract

Bu çalışma kapsamında, Doğu Anadolu bölgesi (Türkiye) için depremlerin oluş sürecindeki düzensizliklerinin bir ölçüsü olan fraktal boyut ile beklenen depremlerin orta vadede bölgesel olarak tahmini üzerine bir modelleme yapılmıştır. Bu amaçla, öncelikle Doğu Anadolu bölgesi depremleri için sismotektonik b-değeri ile fraktal boyut Dc-değeri arasında en uygun ve en güvenilir istatistiksel ilişki belirlenmeye çalışılmıştır. Bu uygulama için; (1) En Küçük Kareler Yöntemi (L2 Norm), (2) En Küçük Toplamlı Mutlak Sapma (L1 Norm), (3) Ortogonal Regresyon (Toplam En Küçük Kareler) ve (4) Robust Regresyon olmak üzere dört farklı regresyon yöntemi uygulanmıştır. Ayrıca, göreceli yoğunluk ve oluşum bilgisi haritalarının birleştirilmesi ile Doğu Anadolu bölgesinde beklenen güçlü depremlerin bölgesel olarak tahmini için birleşik tahmin haritası oluşturulmuştur. Analizler için kullanılan deprem kataloğu, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü'nden derlenmiştir. Katalog, süre magnitüdü MD için homojendir ve 1 Ocak 1970 ile 1 Ocak 2014 yılları arasında magnitüdü 1.0-6.6 arasında değişen 30462 depremi içermektedir. Birincil amaç olarak, Doğu Anadolu bölgesi için fraktal boyut Dc-değeri ve sismotektonik parametre b-değeri ile tanımlanan uzay, zaman ve magnitüd dağılımlarındaki fraktal bir yapıya sahip olan depremselliğin ortaya konması hedeflenmiştir. Bölgesel ölçekte detaylı bir değerlendirme yapabilmek için, Doğu Anadolu bölgesi 19 farklı sismotektonik alt bölgeye ayrılmıştır. İki sismotektonik parametre arasında daha güncel ve güvenilir bir istatistiksel ilişki hesaplayabilmek için, dört farklı regresyon kullanılmıştır. Her bir regresyon için, ilişki katsayıları ile birlikte aşağıdaki doğrusal ilişkiler elde edilmiştir: İkincil amaç olarak, Doğu Anadolu bölgesi için depremlerin yoğunluğuna ve oluşum bilgilerine dayalı bir birleşik deprem tahmin haritası oluşturulması hedeflenmiştir. Analiz için, 1970-2014 yılları arasında 40 km'den daha sığ ve kesme magnitüdü Mc>=3.4 olan depremler kullanılmıştır. Tahmin haritasının bölgesel görünümü için, 0.075? x 0.075?'lik bir bölgesel grid aralığı kullanılmış ve olası MD?5.0 olan depremler için bölgesel olarak bir tahmin yapılmaya çalışılmıştır. 1 Ocak 1970 ile 1 Ocak 2024 yılları arasında Doğu Anadolu bölgesinde beklenen güçlü depremlerin orta vadede bölgesel olarak tahmin edilebilmesi için birleşik tahmin haritası hazırlanmıştır. Analiz sonucunda, Doğu Anadolu bölgesinde bazı bölgeler gelecekteki deprem potansiyeli açısından tehlikeli bölgeler olarak belirlenmiştir. Bu bölgeler; Aşkale fayı ve civarı, Van Gölü'nün batısı (Süphan fayı ile Erciş fayı arası), Yüksekova-Şemdinli fay zonu civarı, Ovacık fayı civarında ve kuzey kesimleri, Doğu Anadolu fay zonu üzeri ve güney batı ucu, Kuzey Anadolu fay zonunun Muş Bindirme zonu ile Pülümür fayı arasında kalan kısmı. Sonuç olarak, anomalilerin gözlendiği bu bölgelere dikkat edilmesi ve deprem aktivitesinin takip edilerek diğer jeofizik yöntemlerle birlikte değerlendirilmesi önerilir.

In the scope of this study, a modeling on the fractal dimension which is a measure of the complexity in the occurrence process of earthquakes and intermediate-term forecasting for the location of expected earthquakes for the Eastern Anatolian region (Turkey) were accomplished. For this purpose, the most suitable and reliable statistical relation was firstly tried to be determined between the seismotectonic b-value and fractal dimension Dc-value for the earthquakes in Eastern Anatolian region. Four different methods were applied for this application as; (1) Least Squares Regression (L2 norm), (2) Least Sum of Absolute Deviations Regression (L1 norm), (3) Orthogonal Regression (Total Least Squares) and, (4) Robust Regression. Also, a composite forecast map by combining the maps of relative intensity and pattern informatics is generated for the forecasting the locations of expected strong earthquakes in the Eastern Anatolian region. Earthquake catalogue used for the analyses was compiled from the Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute. Catalogue is homogeneous for duration magnitude, MD and consists of 30462 earthquakes with magnitudes between 1.0 and 6.6 in the period between January 1, 1970 and January 1, 2014. As the primary goal, it is intended to put forward the nature of seismicity which has a fractal structure in space, time and magnitude distributions, as quantified by the fractal dimension Dcvalue and seismotectonic parameter b-value for the Eastern Anatolian region. The Eastern Anatolian region was divided into 19 different seismotectonic sub-regions in order to make a detailed assessment on a regional scale. In order to calculate more up-to-date and reliable statistical relation between two seismotectonic parameters, four different regressions were used. Thus, the relationship of Dc ? 3.07 ? 0.53* b is computed with a strong negative correlation (r = - 0.95) between b-value and Dc-value for the Western Anatolia earthquake distributions. For each regression, following linear relations with their correlation coefficients were estimated Although the results are very close to each other, using the Least Sum of Absolute Deviations Regression method, the relationship of Dc ? 2.52 ?0.36* b with a strong negative correlation (r=-0.91) is obtained between Dc-value and b-value for the Eastern Anatolian region. This negative relationship is important with respect to seismotectonic and an earthquake risk can be mentioned for the Eastern Anatolian region in intermediate-term. Also, this statistical relation is in accordance with the other regional relationships existing in literature and it can be suggested as more up-to-date and reliable. As the secondary purpose, it is intended to generate a composite forecast map based on the earthquake intensities and pattern informatics for the Eastern Anatolian region. For the analyses, the earthquakes with the cut-off magnitude Mc>=3.4 and with depths shallower than 40 km in time interval between 1990 and 2014 were used. For the regional imaging of the forecasting map, a regional grid of points with a grid of 0.075? by 0.075? was used and it is tried to forecast the locations of earthquakes with MD?5.0. In the forecasting time interval between January 1, 1970 and January 1, 2024, the composite forecast map was prepared in order to detect the location of expected strong earthquakes in intermediate-term in the Eastern Anatolian region. In the result of analysis, some areas in the Eastern Anatolian region were detected as hazardous regions in terms of earthquake potential in the next. These regions are in and around Aşkale fault, the west of Van Lake (between Süphan fault and Erciş fault), around Yüksekova-Şemdinli fault zone, around and the north part of Ovacık fault, on and southwest end of the Eastern Anatolian fault and, a part of North Anatolian fault zone between Muş Thrust zone and Pülümür fault. Consequently, it is suggested that a special caution should be given to the anomalies in these regions and it must be evaluated with the other geophysical methods together by monitoring the earthquake activity.