Studying seismotectonics of Eastern and Southern Anatolia using earthquake mechanisms

Abstract

Anadolu-Ege bölgesi okyanussal dalma-batma, kıtasal çarpışma ve transform levhahareketlerinin etkilerinin hepsini içerdiği için levha ilişkilerine ışık tutan özel bir önemesahiptir. Depremsellikteki yüksek değişim oranı ve odak mekanizlarındaki çeşitlilik bu levhaların birbirleri ile ilşkilerinden kaynaklanmaktadır. Bölgenin başlangıçta farklı tektonik ünitelerden oluşuyor olmasından dolayı, litosfer parçalarının küçük alanlarda farklı yapısal özellikler göstermesi gözlemlerdeki karmaşıklığı artırmaktadır. Bu plakalar arasındaki etkileşimi ve ilgili deformasyonu anlamak için tomografi, deprem kayma modellerinin, jeodezik gözlemlerin ve stres değişimlerinin beraber değerlendirilmesi edilmesi gerekir. Bu tezde 3 farklı tektonik bölgede 3 farklı süreç gösteren fiziksel süreçler incelenmektedir: doğuda kıtasal çarpışma, batıda dalan levhanın geri çekilmesi ile genişleme ve iki rejimin arasında bir geçiş zonu. Bu 3 çalışmada, Doğu Akdeniz ve Doğu Anadolu'nun sismotektoniği, deprem odak mekanizmalarının diğer sismolojik ve jeodezik verilerle ilişkisi kullanılarak daha iyi anlaşılmaya çalışılmıştır. 23 Ekim 2011, Mw 7.1, Van, Doğu Anadolu depremi, Arap ve Anadolu levhalarının karşılaşmalarından kaynaklanan K-G doğrultulu sıkışma rejimi içerisindeki D-B uzanımlı bir ters fay üzerinde gerçekleşmiştir. Eşzamanlı kırılma sırasında üç fay tetiklenmiştir. Benzer doğrultulara sahip olan mekanizmalar 3 gruba ayrılarak her grup için moment tensorlerinin toplamından ortlama birer mekanizma bulunmuştur. Tetiklenen fayların K-G sıkışmayı karşıladığı, hesaplanan Coulomb stressin yükselimi ile desteklenmiştir. 20 Haziran 2017, Mw 6.6 Bodrum-Kos depremi ise Hellenic dalma-batma zonunundan kaynaklanan dalan levhanın geri çekilmesi ile ilişkili D- uzanımlı bir normal fay üzerinde gerçekleşmiş ve kırılan fayın Gökova Körfezi'nde açılmayı karşılayan kuzeye dalmakta olan bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Kuzeye ve güneye dalan iki farklı fay için modellenen kayma dağılımları farklı derinliklerde Coulomb stres değişimi hesaplamakta kullanılmış ve sonuçlar söz konusu fayın kuzeye daldığını desteklemiştir. Artçı depremlerin doğudan batıya doğru K-G'den D-B'ya doğru yönelimi, Anadolu levhasının deformasyon yönüyle uyumlu olup, ana şoktan sonra gözlenen depremselliğin bölgedeki uzun periyotlu tektonik rejim ile ilişkili olduğunu ifade etmektedir. Doğu Anadolu'daki sıkışmanın ve batı Anadolu'daki açılmanın ortasında tektonik olarak daha az anlaşılmış olan Kıbrıs Yayı bir geçiş bölgesi olduğu düşünülmektedir. Özellikle Nubia ve Anadolu karşılaşmasının nasıl karşılandığı belirsizdir. Yeni deprem mekanizması kataloğunun diğer sismolojik ve jeodezik veriler ile birlikte değerlendirilmesi sonucunda dalan Nubia lavhasının parçalanmasının bölgedeki litosferik deformasyona belirgin bir etkisi olduğu söylenebilir. Isparta Açısı etrafındaki mekanizmaların doğrultularının değiştiği yer Hellenic dalmabatma zonunundan kaynaklanan K-G yönlü açılmanın doğu sınırını belirlemektedir. Bu sonuç güncel GPS verileri ile de uyumludur. Çalışma alanındaki ters fay mekanizları, Bouguer gravitesi, depremsellik ve yatay GPS vektöleri Antalya baseni altına dalan levhanın KD yönünde dalan levhanın geometrisi açıklamak için kullanılmıştır. Antalya levha parçası olarak tanımladığımız bu parça izole olmuş bir blok olarak deforme olmaktadır. Batıya doğru hareket eden Anadolu levhasının bu izole levha parçasına üzerlemekte olduğu önerilmektedir

The Anatolia-Aegean domain provides a unique opportunity to explore plate interactions where oceanic subduction, continental collision and transform plate motionsare observed simultaneously. High seismicity rates and diversity of the earthquake sourcemechanisms are the result of the accommodation of these relative plate motions. As theinitial tectonic buildup involves the amalgamation of different tectonic units, it is naturalthat lithospheric segments with varying structural properties in this relatively small regionalso contributes to the complexities of the observations. Understanding interactions of these plates and related deformation requires an integrated analysis of various observations such as seismic tomography, earthquake slip models, geodetic observations and stress changes along with the seismicity and earthquake source mechanisms. In this thesis, 3 case studies in different tectonic settings are presented: the continental collision in the east, the extension due to roll back in the west and the transition between extension and compression. For these 3 case studies, the relation of earthquake source mechanisms to other seismological and geodetic data is used to better understand the present state of the seismotectonics of Easternmost Mediterranean including eastern Anatolia. The October 23, 2011 Mw7.1 Van, Eastern Anatolia earthquake which is on an EW trending thrust fault, in a region under N-S compression due to the convergence of the Arabian plate toward Eurasia. The three faults were activated during and after the coseismic rupture. The earthquake source mechanisms with consistent orientations are grouped in three clusters. An average fault mechanism is calculated for each cluster by the summation of moment tensors. The triggered faults have experienced Coulomb stress increase due to co-seismic rupture revealing a mechanism which accommodates NS shortening in the region. The June 20, 2017 Mw 6.6 Bodrum-Kos earthquake which occurred on an E-W trending normal fault is related to the roll back effect of Hellenic Subduction. The Bodrum-Kos event revealed that the extension in the western section of Gökova Bay is accommodated by a north dipping fault. Two different fault slip models, dipping to north and south, are used to compute the Coulomb stress changes at different depths. The coherency between the seismicity and the regions of increased stress is used to put a constraint on the dip of the ruptured fault. The gradual change of strikes of aftershock mechanisms from east to west is consistent with the rotation of the strain field region indicating that the observed earthquake pattern during the 2017 earthquake reflects the long term tectonic frame work in the region. In between these compressive tectonics of Eastern Anatolia and extension in the Aegean, Cyprus Arc region acts as a transitional zone which is tectonically less understood. Specifically how the convergence of Nubia toward Anatolia is accommodated remains unclear. By the analyses of novel earthquake source mechanisms, and other seismological and geodetic data, it is proposed that the segmentation of the subducting Nubian Plate has a significant contribution to the lithospheric deformation. The change in the orientations of the earthquake mechanisms around the Isparta Angle determines the eastern boundary of the N-S extension due to roll back of the Hellenic slab and is consistent with the counter clockwise rotation of AnatoliaAegean domain which is revealed by the recent GPS vector field. Thrust mechanism earthquakes along with Bouguer gravity, seismicity, and horizontal GPS velocities reveal the geometry of the subducting slab beneath Antalya Basin towards N-E. We suggest that the Antalya Slab deforms as an isolated block, responding in part to adjacent plates, including the Anatolian Plate that moves toward the west, overriding the remnant Antalya slab.