İzmit Körfezi ve çevresinin morfotektoniği

Abstract

Kuzey Anadolu Fayı (KAF) Türkiye neotektonik döneminin önemli unsurlarından biridir. KAF üzerinde hem tarihsel hem de aletsel dönemde meydana gelen depremlerin can ve mal kaybına neden olduğu bilinmektedir. Bolu'nun batısında iki kola ayrılan KAF, 1939 Erzincan depremiyle geçtiğimiz yüzyıldaki deprem serisine başlamış, son olarak da Marmara Bölgesi'nde 1999 yılında iki kez hasar yapıcı ve yıkıcı deprem meydana getirmiştir. Bu iki deprem sonucunda, inceleme alanı içerisinde yer alan KAF'ın kuzey kolunun yaklaşık 160 km lik parçası kırılmıştır. Batıda ise bu depremler, biriken enerjiyi `Marmara Fayı` olarak adlandırılan faya yüklemiştir. Bu fay üzerinde gelecek yarım yüzyıl içinde İstanbul'u da etkileyecek M≤7.6 büyüklüğünde bir deprem olması % 50-60 olasılıkla beklenmektedir (Parsons vd., 2000; Parsons 2004). İzmit Körfezi ile Adapazarı arasında yer alan inceleme alanındaki kayalar, temel birimler ve örtü birimler olarak iki gruba ayrılmıştır. İnceleme alanı, kuzeybatı Türkiye'nin farklı tektonik birliklerin bir araya geldiği bölgede yer alır. Bu nedenle temel birimler üç farklı tektonik birlik (İstanbul Zonu-Armutlu Almacık Zonu-Sakarya Zonu) ile temsil edilir. İstanbul Zonu'ndaki temel birimler; Paleozoyik yaşlı bir çökel istif ve bu birimleri örten Triyas yaşlı sedimanter istif ile başlar. İstanbul Zonu'nun batı kesimi Triyas sonundan Üst Kretase'ye kadar erozyonal bir alan halinde kalmıştır. Üst Kretase istifi altta konglomera, kumtaşı ve neritik karbonatlarla üstte ise ince tabakalı pelajik kireçtaşları ile; Paleosen ve Eosen istifi ise kırıntılılarla temsil edilir. Sakarya Zonu'na ait temel birimler Permo-Triyas yaşlı Karakaya Karmaşığı, Jura-Kretase yaşlı Mudurnu ve Soğukçam formasyonlarıdır. Armutlu-Almacık Zonu'ndaki temel birimler Paleozoyik-Mesozoyik yaşlı üç metamorfik seri ile bir metaofiyolit, bunları kesen Geç Kretase yaşlı Kazimiye graniti ve tümünü örten Eosen kırıntılıları ve volkanitleridir.Örtü birimleri, İzmit Körfezi'nin kuzey ve güneyinde kıyıya yakın kara alanlarında ve İzmit-Adapazarı çöküntüsü olarak adlandırılan bölümde mostra vermektedir. Armutlu-Almacık Zonu'nun İzmit Körfezi'ne bakan kesimlerinde Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı gölsel ve kırıntılı bir çökel istif ve Üst Pliyosen-Pleistosen yaşlı denizel çökellerden oluşur. İstanbul Zonu'nun üzerinde Erken-Orta Miyosen yaşlı karasal çökeller ve zonun İzmit Körfezi'ne bakan kesimlerinde ise körfezin güneyindeki denizel çökellerin eşleniği olabilecek Pleistosen yaşlı denizel çökeller, İstanbul ve çevresinde ise olasılıkla Pleistosen yaşlı karasal kırıntılı çökeller vardır. İzmit-Adapazarı çöküntüsünün kara bölümünde Geç Pliyosen-Pleyistosen yaşlı karasal kırıntılılardan oluşur. İnceleme alanının en genç birimi olan Holosen çökelleri, alüvyon çakıl, kum, kil gibi tutturulmamış akarsu ve göl çökelleri ile bataklıklardan oluşmaktadır. İnceleme alanı birbirinden farklı özelliklere sahip doğu-batı uzanımlı üç morfolojik bölgeden oluşur. Kuzeyde yer alan Kocaeli Yarımadası, plato niteliği kazanmış bir peneplendir. Güneydeki Armutlu Yarımadası, Samanlı Dağlarından oluşan yüksek bir plato karakterindedir. Bu iki yarımadanın arasında ise çöküntü ve havzaların bulunduğu İzmit-Adapazarı Çöküntüsü yer alır. Bu çöküntü üzerinde İzmit Körfezi, Sapanca Gölü ve Adapazarı Ovası gibi birbirinden farklı özellikleri olan aktif çökel havzaları bulunur. Bu morfolojik yapı ile stratigrafik dizilim karşılaştırıldığında bölgedeki temel veya yaşlı kayalar genellikle yüksek alanları, genç birimler ise bölgedeki alçak alanları meydana getirmiştir. Bölgedeki bu morfolojik yapı büyük ölçüde fayların denetiminde gelişmiştir. Bu faylar, KAF'ın kuzey koluna ait D-B uzanımlı aktif doğrultu atımlı fayların yanısıra KD-GB ve KB-GD uzanımlı ve bugün büyük ölçüde aktif olmayan eşlenik fayları içermektedir. İnceleme alanında 20. yüzyılda meydana gelen büyük ve yıkıcı depremler 1999 İzmit, 1967 Mudurnu Vadisi ve 1957 Abant depremleridir. Sismolojik veriler bu depremlerin büyük ölçüde KAF'ın kuzey kolu üzerinde meydana geldiğini göstermektedir. 17 Ağustos 1999 tarihinde meydana gelen Ms=7.4 büyüklüğündeki İzmit depremi, doğuda Düzce'nin güneybatısından batıda Hersek Delta'sının batısına kadar uzanan yaklaşık 145 km lik bir yüzey kırığı oluşturmuştur. 22 Temmuz 1967 tarihinde meydana gelen Ms=7.2 büyüklüğündeki deprem, Mudurnu vadisinde meydana gelmiştir. Yaklaşık 80 km lik yüzey kırığı meydana gelen bu depremin yüzey kırıkları kısmen 1957 depreminde oluşan yüzey kırığıyla çakışmaktadır. 26 Mayıs 1957 Abant depremi ise Ms=7.1 büyüklüğünde olup Abant Gölü'nden Arpaseki'nin batısına kadar uzanan yaklaşık 30 km uzunluğunda yüzey kırığı oluşmuştur. Tüm bu depremlerin fay düzlemi çözümleri saf sağ yanal atım hareketi ile birlikte düşey atım bileşeni de göstermektedir. Günümüzde inceleme alanının yapısal özellikleri büyük ölçüde Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun kuzey kolunu oluşturan faylar tarafından kontrol edilmektedir. Ancak bölgede bunların dışında bu ana kola oblik olarak gelişmiş ve bugün büyük ölçüde aktif olmayan faylar mevcuttur. Bu faylar, `Kuzey Anadolu Makaslama Zonu` olarak tanımlanan ve bu makaslama zonu ile ilişkili havzaları kontrol eden veya kesen ikincil faylar olarak iki gruba ayrılır. Birinci gruptaki faylar, inceleme alanı ve Marmara Bölgesi'ndeki alçalım alanları, havzalar ve yükselim alanlarını şekillendiren saha ölçeğindeki faylardır ve neotektonik dönemde meydana gelmişlerdir. Geç Pliyosen'de aktif olmaya başlayan KD-GB ve KB-GD yönelimli birbirini tümleyen (en-echolen tipi) fayların geometrisi, bunların sağ yanal makaslama rejiminin etkisiyle oluşan antitetik ve sintetik faylar olduğunu göstermektedir. KAF'ın hareket yönü ve bu fayların geometrisi arasındaki kinematik ilişkiler ise gerek İzmit Körfezi'nin gerekse onun karadaki doğu devamı olan İzmit-Adapazarı çöküntüsünün başlangıçta bu fayların etkisi ile çek-ayır havzalar dizisi olarak geliştiğini göstermektedir. Daha ileri aşamada ise Kuzey Anadolu Fayı bu havzaları biçen D-B doğrultulu sağ yanal bir sistem niteliği kazanmıştır. İkinci grubu temsil eden faylar, genellikle küçük ölçekli normal bileşenin hakim olduğu eşlenik faylardır. Bu tür yapılar, çöküntü havzalarını oluşturan çökelleri kesmektedir. Bu fayların yaşları da Üst Pliyosen ve sonrasıdır. Çökelleri kesen bu faylarda görülen kinematik indikatörler çöküntü havzalarının tarihçesinin belirlenmesinde önemli rol oynamıştır. Kinematik analiz sonuçlarına göre KAF'ın güney kolu boyunca σ 1 ekseni KB-GD yönelimli olup, batıya doğru saat yönünde dönmüştür. Kuzey kol boyunca ise σ 3 ekseni yaklaşık KD-GB yönelimlidir. Kuzey kolun doğu kesimindeki σ 3 açılma ekseninin doğrultusu Adapazarı Havzası'nın açılma yönüyle birebir uymaktadır. Batıya doğru kuzey kol boyunca σ 3 açılma ekseni saatin tersi yönünde küçük bir dönmeye uğramıştırve bu durum İzmit-Adapazarı çöküntüsünün açılma yönüyle birebir uymaktadır. Diğer yandan temel kayalar içerisindeki zayıflık zonu oluşturan eski yapılar da güncel rejim tarafından kontrol edilmekte ve kullanılmaktadır.

North Anatolian Fault (NAF) is one of the most important active tectonic elements of Turkey developed during the neotectonic period. Devastating earthquakes occurred on the NAF during both the historical and instrumental periods. An earthquake sequence starting with 1939 Erzincan earthquake (M=7.9) in the east prograded westward and created 8 big (M>7) earthquakes, last of which were 1999 İzmit and Düzce earthquakes. During these two earthquakes about 160 km of the northern branch was broken. It is generally accepted that the İzmit earthquake on the west transferred some part of its accumulated energy onto the western segment, the Marmara Fault. An earthquake with a magnitude up to 7.5 on the Marmara Fault, which will affect Istanbul, is expected with a probability of 50-60% within the next half century (Parsons vd., 2000; Parsons 2004). The rocks in the study area between Gulf of Izmit and Adapazarı are classified into two groups: basement units and cover units. Study area is located on the northwestern part of Turkey where different tectonic units are juxtaposed. Therefore, basement units are represented by three different tectonic zones (Istanbul, Armutlu-Almacık and Sakarya zones). The basement units in Istanbul Zone start with a Paleozoic and overlying Triassic sedimentary sequences. The western part of the Istanbul Zone was an erosional area from end of Triassic until late Cretaceous. Upper Cretaceous to Paleocene sequence is represented by conglomerate, sandstone and neritic carbonates at the base and by pelagic limestones at the top. The Eocene sequences are mainly represented by regressive clastics. Basement units belonging to the Sakarya Zone are Permo-Triassic Karakaya Complex and overlying Jurassic-Cretaceous Mudurnu and Soğukçam formations. The basement units in Armutlu-Almacık Zone are three metamorphic series and one Paleozoic-Mesozoic metaophiolite. An Upper Cretaceous granite, the Kazımiye granite, intruded into these different units. Eocene clastics and volcanics cover all the previous units commonly. Cover units crop out on the onshore and near the shoreline at the north and south of the Gulf of Izmit and on the Izmit-Adapazarı depression. The areas toward to the Gulf of Izmit in the Armutlu-Almacık Zone is formed by upper Miocene-Pliocene aged lacustrine and clastic sedimentary sequence, and upper Pliocene –Pleistocene aged marine deposits. There are lower-middle Miocene aged terrestrial deposits on the Istanbul Zone, aged marine deposits probably equivalent of marine deposits on the south of the Gulf at the districts toward the Gulf of Izmit, and probably Pleistocene aged terrestrial deposits in Istanbul and surrounding. Onshore part of the Izmit-Adapazarı depression is filled mainly by Pliocene-Pleistocene continental clastics. Holocene deposits, which are the youngest units of the study area, are represented by unconsolidated fluvial, marsh and lacustrine deposits. The study area is formed by three east-west trending different morphological regions. The Kocaeli Peninsula located on the north is a peneplain. The Armutlu Peninsula at south is a high plateau forming the Samanlı Mountains. The Izmit-Adapazarı depression is located between these two peninsulas. Active sedimentary basins such as the Gulf of Izmit, the Sapanca Lake, and the Adapazarı Plain are located in this depression. Morphology of the region developed under the control of faults. These faults contain not only the E-W extended active strike slip faults belonging to the northern branch of the NAF but also NE-SW and NW-SE extending mostly inactive conjugate faults. Large and destructive earthquakes occurred on the northern branch of the NAF in the study area during the 20 th century are 1999 Izmit, 1967 Mudurnu Valley and 1957 Abant earthquakes. The Izmit Earthquake (M=7.4) occurred on 17 th of August 1999 created a 145 km long fault rupture extending from southwest of Düzce to west of the Hersek Delta. The Mudurnu Valley earthquake (M=7.2) occurred on 22 nd July 1967 ruptured .80 km of the fault, eastern part of which overlaps with the surface rupture of the 1957 Abant earthquake. 26 May 1957 Abant earthquake (M=7.1) created 30 km long surface rupture from Abant Lake to the west of Arpaseki village. The focal mechanism solutions for all these earthquakes show dominantly right lateral slip and some dip slip. At present, active faults forming the northern branch of the North Anatolian Fault control the structural features of the study area. However, there are also some inactive faults the region developed as oblique to this main active branch. These faults are divided into two groups; faults controlling the deposition of the Pliocene sediments and the faults cutting them. The faults in the first group are field scale faults shaping the basins and uplifts in the Marmara Region and formed in neotectonic period. They stated to be active during the late Pliocene and they have NE-SW and NW-SE trending en-echelon geometry. These are antithetic and synthetic faults developed within a right lateral shearing regime. The kinematical relationships between the movement direction of NAF and the fault geometry show that both of the Gulf of Izmit and its eastern continuation, the Izmit-Adapazarı depression, developed as the pull-apart basins under the effect of these faults. At the later stages, the NAF turned into an E-W directed pure right lateral system and cut these basins. The second group of faults are generally en-echolen faults having mostly small scale normal component. These kinds of structures cut the deposits filling the depressions. The ages of these faults are Upper Pliocene and later. According to the kinematical analysis results on these types of faults, the σ 1 axis throughout the south branch of NAF is in the NW-SE direction and rotated to the west in clockwise direction. σ 3 axis throughout the northern branch is around in NE-SW direction. The direction of the σ 3 axis in the eastern part of the northern branch is in the same direction of the İzmit-Adapazarı depression. On the other hand, old structures forming a weakness zone within the basement rocks has also been used by the recent tectonic regime.