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

öztürk, serkan

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

Serkan ÖZTÜRK (Serkan ÖZTÜRK* Gümüşhane Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, TR-29100, Bağlarbaşı, Gümüşhane.)

Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi

14 5

Yıl: 2015 Cilt: 5 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 1 - 23 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

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

Öz:

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.

Anahtar Kelime:

Fractal Dimension of Seismicity and a Modeling on the IntermediateTerm Forecasting for the Locations of Expected Strong Earthquakes: Eastern Anatolian Region, Turkey

Öz:

In the scope of this study, a modeling on the fractal dimension which is a measure of the complexityin the occurrence process of earthquakes and intermediate-term forecasting for the location ofexpected earthquakes for the Eastern Anatolian region (Turkey) were accomplished. For thispurpose, the most suitable and reliable statistical relation was firstly tried to be determinedbetween the seismotectonic b-value and fractal dimension Dc-value for the earthquakes in EasternAnatolian region. Four different methods were applied for this application as; (1) Least SquaresRegression (L2 norm), (2) Least Sum of Absolute Deviations Regression (L1 norm), (3) OrthogonalRegression (Total Least Squares) and, (4) Robust Regression. Also, a composite forecast map bycombining the maps of relative intensity and pattern informatics is generated for the forecasting thelocations of expected strong earthquakes in the Eastern Anatolian region. Earthquake catalogueused for the analyses was compiled from the Kandilli Observatory and Earthquake ResearchInstitute. Catalogue is homogeneous for duration magnitude, MD and consists of 30462 earthquakeswith 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 fractalstructure in space, time and magnitude distributions, as quantified by the fractal dimension Dcvalueand seismotectonic parameter b-value for the Eastern Anatolian region. The EasternAnatolian region was divided into 19 different seismotectonic sub-regions in order to make adetailed assessment on a regional scale. In order to calculate more up-to-date and reliablestatistical relation between two seismotectonic parameters, four different regressions were used.Thus, the relationship ofDc ? 3.07 ? 0.53* bis computed with a strong negative correlation (r = -0.95) between b-value and Dc-value for the Western Anatolia earthquake distributions. For eachregression, following linear relations with their correlation coefficients were estimated Although the results are very close to each other, using the Least Sum of Absolute DeviationsRegression method, the relationship ofDc ? 2.52 ?0.36* bwith a strong negative correlation(r=-0.91) is obtained between Dc-value and b-value for the Eastern Anatolian region. This negativerelationship is important with respect to seismotectonic and an earthquake risk can be mentionedfor the Eastern Anatolian region in intermediate-term. Also, this statistical relation is inaccordance with the other regional relationships existing in literature and it can be suggested asmore up-to-date and reliable.As the secondary purpose, it is intended to generate a composite forecast map based on theearthquake 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 timeinterval between 1990 and 2014 were used. For the regional imaging of the forecasting map, aregional grid of points with a grid of 0.075? by 0.075? was used and it is tried to forecast thelocations of earthquakes with MD?5.0. In the forecasting time interval between January 1, 1970 andJanuary 1, 2024, the composite forecast map was prepared in order to detect the location ofexpected strong earthquakes in intermediate-term in the Eastern Anatolian region. In the result ofanalysis, some areas in the Eastern Anatolian region were detected as hazardous regions in termsof earthquake potential in the next. These regions are in and around Aşkale fault, the west of VanLake (between Süphan fault and Erciş fault), around Yüksekova-Şemdinli fault zone, around and thenorth part of Ovacık fault, on and southwest end of the Eastern Anatolian fault and, a part of NorthAnatolian fault zone between Muş Thrust zone and Pülümür fault. Consequently, it is suggested thata special caution should be given to the anomalies in these regions and it must be evaluated withthe other geophysical methods together by monitoring the earthquake activity.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

Aki, K., 1965, Maximum likelihood estimate of b in the formula log N = a - bM and its confidence limits, Bulletin Earthquake Research Institute Tokyo University, 43, 237-239.
Aki, K., 1981, Earthquake prediction, American Geophysical Union, vol 4. Washington, pp 566-574.
Bayrak, Y. ve Öztürk, S., 2004, Spatial and temporal variations of the aftershock sequences of the 1999 İzmit and Düzce earthquake, Earth Planets Space, 56, 933-944.
Bayrak, Y., Öztürk, S., Çınar, H., Kalafat, D., Tsapanos, T.M., Koravos, G.Ch. ve Leventakis, G.A., 2009, Estimating earthquake hazard parameters from instrumental data for different regions in and around Turkey, Engineering Geology, 10, 200-210.
Blattberg, R.C., ve Sargent, T., 1971. Regression with non-Gaussian stable disturbances: Some sampling results, Econometrica, 39, 501-510.
Bozkurt, E., 2001. Neotectonics of Turkey - a synthesis, Geodinamica Acta, 14, 3-30. Cadzow, J.A., 2002. Minimum 1 2 ? ,? and ? ? norm approximate solutions to an over determined system of linear equations, Digital Signal Processing, 12, 524-560.
Holliday, J.R., Rundle, J.B., Tiampo, K.F. ve Turcotte, D.L., 2006. Using earthquake intensities to forecast earthquake occurrence times, Nonelinear Processes in Geophysics, 13, 585-593.
Holliday, J.R., Chen, C.-C., Tiampo, K.F., Rundle, J.B.,, Turcotte, D.L. ve Donnellan, A., 2007. A RELM earthquake forecast based on Pattern Infformatics, Seismological Research. Letters, 78(1), 87-93.
Huber, P.J., 1964. Robust estimation of a location parameter, Annals of Mathematical Statistics, 35, 73-101.
Huber, P.J. 1987. The place of the L1 norm in robust estimation. In: Dodge, Y. (Ed.), Statistical Data Analysis Based on the L1 norm and Related Methods, NorthHolland, Amsterdam.
Leng, L., Zhang, T., Kleinman, L. ve Zhu, W., 2007. Ordinary Least Square Regression, Orthogonal Regression, Geometric Mean Regression and their Applications in Aerosol Science, Journal of Physics, Conference Series 78, doi:10.1088/1742- 6596/78/1/012084.
Mandelbrot, B.B., 1982. The fractal Geometry of Nature, Freeman Press, San Francisco.
Mckenzie, D.P., 1978. Active tectonics of the Alpine-Himalayan belt: the Aegean Sea and surrounding regions, Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, 55, 217-254.
McClusky, S., Balassanian, S., Barka, A., Demir, C., Gergiev, I., Hamburger, M., Kahle, H., Kastens, K., Kekelidse, G., King, R., Kotzev, V., Lenk, O., Mahmoud, S., Mishin, A., Nadaria, M., Ouzounus, A., Paradisissis, D., Peter, Y., Prilepin, M., Reilinger, R., Sanlı, I., Seeger, H., Teableb, A., Toksöz, N. ve Veis, G., 2000. GPS constrains on crustal movements and deformations for plate dynamics, Journal of Geophysica Research, 105, 5695-5720.
Nanjo, K.Z., Holliday, J.R., Chen, C.-C., Rundle, J.B. ve Turcotte, D.L., 2006a. Application of a modified pattern informatics method to forecasting the locations of future large earthquakes in the central Japan, Tectonophysics, 424, 351-366.
Nanjo, K.Z., Rundle, J.B., Holliday, J.R. ve Turcotte, D.L., 2006b. Pattern informatics and its application for optimal forecasting of large earthquakes in Japan, Pure and Applied Geophysics, 163, 2417-2432.
Oral, M.,B., Reilinger, R.,E., Toksöz, M.,N., Kong, R.,W., Barka, A.,A., Kınık, I. ve Lenk, O., 1995, Global positioning system offersevidence of plate motions in eastern Mediterranean, EOS, Transactions American Geophysical Union , 76, 9.
Öncel, A.O., Alptekin, Ö. ve Main, I.G., 1995. Temporal variations of the fractal properties of seismicity in the western part of the North Anatolian fault zone: possible artifacts due to improvements in station coverage, Nonlinear Processes Geophys., 2, 147-157.
Öncel, A.O., Main, I.G., Alptekin, Ö. ve Cowie, P.A., 1996. Temporal variations of the fractal properties of seismicity in the north Anatolian fault zone between 31°E and 41°E, Pure and Applied Geophysics, 146, 148-159.
Öncel, A.O. ve Wilson, T.H., 2002. Spacetime correlations of seismotectonic parameters: Examples from Japan and from Turkey preceding the Izmit earthquake, Bulletin. Seismological Society of America, 92(1), 339-349.
Öncel, A.O. ve Wilson, T.H., 2007. Anomalous seismicity preceding the 1999 Izmit event, NW Turkey
Öztürk, S., 2009. Deprem Tehlikesi ve Artçışok Olasılığı Değerlendirme Yöntemlerinin Türkiye'deki Depremlere Bir Uygulaması, Doktora Tezi, KTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, 346s.
Öztürk, S., 2011. Characteristics of Seismic Activity in the Western, Central and Eastern Parts of the North Anatolian Fault Zone, Turkey: Temporal and Spatial Analysis, Acta Geophysica, 59 (2), 209-238.
Öztürk, S., 2012. Statistical correlation between b-value and fractal dimension regarding Turkish epicentre distribution. Earth Sci. Res. J., 16 (2), 103-108.
Öztürk, S., 2014. Türkiye'nin Batı Anadolu bölgesi için deprem istatistiği ve olası güçlü depremlerin orta vadede bölgesel olarak tahmini üzerine bir çalışma, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4(1), 75-93.
Polat, O., Gok, E. ve Yılmaz, D., 2008. Earthquake hazard of the Aegean extension region (West Turkey). Turkish J. of Earth Sci., 17, 593-614.
Roy, S., Ghosh, U., Hazra, S. ve Kayal, J.R., 2011. Fractal dimension and b-value mapping in the Andaman-Sumatra subduction zone, Natural Hazards, 57, 27-37.
Rundle, J.B., Tiampo, K.F., Klein, W. ve Martins, J.S.S., 2002. Self-organization in leaky threshold systems: The influence of near-mean field dynamics and its implications for earthquakes, neurobiology and forecasting, Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 99, 2514-2521, Supplement 1.
Rundle, J.B., Turcotte, D.L., Scherbakov R., Klein, W. ve Sammis, C., 2003.
Statistical physics approach to understanding the multiscale dynamics of earthquake fault systems, Review of Geophysics, 41(4), 1019.
Scholz, C.H., 1968. The frequency-magnitude relation of microfracturing in rock and its relation to earthquakes, Bull. Seismological Soc. of Amer., 58, 399- 415.
Sykes, L.R. ve Jaumè, S.C., 1990. Seismic activity on neighboring faults as a longterm precursors to large earthquakes in the San Francisco area, Nature, 348, 595-599.
Şaroğlu, F., Emre, O. ve Kuşcu, I., 1992. Active fault map of Turkey, General Directorate of Mineral Research and Exploration, Ankara, Turkey.
Şengör, A.M.C. ve Yılmaz, Y., 1981. Tethyan evolution of Turkey: a plate tectonic approach, Tectonophysics, 75, 181-241.
Tiampo, K.F., Rundle, J.B., McGinnis, S. ve Klein, W., 2002. Pattern dynamics and forecast methods in seismically active regions, Pure and Applied Geophysics, 159, 2429-2467.
Westaway, R., 1994. Present-day kinematics of the Middle East and Eastern Mediterranean, Journal of Geophysical Research, 99, B6, 12071-12090.
Wiemer, S. ve Wyss, M., 2000. Minimum magnitude of completeness in earthquake catalogs: Examples from Alaska, the Western United States, and Japan, Bulletin Seismological Society of America, 90(4), 859-869.
Wong, H.K., Degens, E.T. ve Finckh, P., 1978. Structures in modern Lake Van sediments as revealed by 3.5 KHz high resolution profiling. In: E.T. Degens and F. Kurtman (eds.), Geology of Lake Van, Publ. Inst. Miner. Res. Explor. 169, 11-19.

APA	öztürk s (2015). Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. , 1 - 23.
Chicago	öztürk serkan Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. (2015): 1 - 23.
MLA	öztürk serkan Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. , 2015, ss.1 - 23.
AMA	öztürk s Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. . 2015; 1 - 23.
Vancouver	öztürk s Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. . 2015; 1 - 23.
IEEE	öztürk s "Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye." , ss.1 - 23, 2015.
ISNAD	öztürk, serkan. "Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye". (2015), 1-23.

APA	öztürk s (2015). Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 5(1), 1 - 23.
Chicago	öztürk serkan Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 5, no.1 (2015): 1 - 23.
MLA	öztürk serkan Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol.5, no.1, 2015, ss.1 - 23.
AMA	öztürk s Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2015; 5(1): 1 - 23.
Vancouver	öztürk s Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2015; 5(1): 1 - 23.
IEEE	öztürk s "Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye." Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 5, ss.1 - 23, 2015.
ISNAD	öztürk, serkan. "Depremselliğin Fraktal Boyutu ve Beklenen Güçlü Depremlerin Orta Vadede Bölgesel Olarak Tahmini Üzerine Bir Modelleme: Doğu Anadolu Bölgesi, Türkiye". Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 5/1 (2015), 1-23.