Source properties of micro-earthquakes in Eastern Marmara and their connection to the structure of the Cinarcik basin

Abstract

Bu çalışma ağırlıklı olarak, Doğu Marmara'daki mikro-depremlerin kaynak parametreleri ve onların özellikle Çınarcık Baseni'nin, yapısıyla bağlantısına odaklanmaktadır. Bu çalışma boyunca, Marmara Denizi'nde Kuzey Anadolu Fayı'na karada en yakın konum olan Prens Adaları Gerçek Zamanlı Deprem Gözlem Sistemi (PIRES) Dizilim verileri kullanılmıştır. Çınarcık Baseni'nde sadece sınırlı sayıda küçük manyetüdlü depremler oluşmaktadır. Bu nedenle, dizilimlere sadece ~20 km uzaklıktaki depremler Sinyal Gürültü Oranının ileri mesafelerde aniden düştüğü dikkate alınarak değerlendirilmiştir.Bu çalışmada, özel metotlar geliştirilmiş ve PIRES'e adapte edilmiştir. Bu bağlamda, dizilimlerin avantajları tüm yönleriyle kullanılmıştır. Dizime dayalı çapraz ilişki metodu benzerlik gösteren küçük manyetüdlü depremleri en uygun şekilde bulmak için geliştirilmiştir. Bu metodu kullanarak, öncü ve artçı şok aktivitelerini sistematik olarak arama gerçekleştirilmiştir. Bu, algılama seviyesinde büyük bir iyileştirme sağlamıştır ve çok sayıda deprem kümelenmesini ortaya çıkarmıştır. Arka plan gürültüsü ya da önceki depremlere ait koda içinde gömülü kalmış ve bu nedenle karadaki istasyonlar tarafında kaçırılmış çok sayıda küçük manyetüdlü depremi ayıklamak mümkün hale gelmiştir. Ana hedef, yüzey dizilimlerinin kuyulara göre performansını değerlendirmek olduğu için, tekrarlayan gözlemleri yığmaya dayalı çeşitli gürültü kaldırma araçları geliştirilmiştir. Bu yöntemler, Çınarcık Baseni'ndeki küçük depremlerin kırılma özelliklerini değerlendirmek için kullanılmıştır. Analiz edilen kırılma özellikleri, sismik moment, kırık yarıçapı, stres düşümü, enerji ve oluşum istatistiğidir. Kırılma özelliklerinin uzayda ve zamanda değişip değişmediğini ya da herhangi bir karakteristik davranış göstererek bunun çalışma alanında belirli bir konumla bağlantılı olup olmadığını görmek için testler gerçekleştirilmiştir. Stres düşümü ve depremlerin konumları arasında değişimler gözlenmiştir. Benzer şekilde, ayrıca, öncü ve artçı şok oluşum istatistiklerinin Çınarcık Baseni boyunca değiştiği görülmektedir. Mevcut veri oldukça kısıtlı olduğundan, yorumların sadece başlangıç niteliğinde olduğu varsayılmaktadır. Elde edilen sonuçlar, bu çeşit analizlerin büyük olasılıkla gelecekte erken uyarı sistemleri için gerçek zamanlı gözlem süreçlerinin bir parçası olacağını göstermektedir.

This study mainly focuses on the source properties of micro-earthquakes in Eastern Marmara and their connection to the structure of the Çınarcık Basin, in particular. Throughout this study, Prince Islands Real Time Earthquake Monitoring System (PIRES) Arrays data have been used, which is the closest land site locations to the North Anatolian Fault (NAF) in the Marmara Sea. Only a limited number of small magnitude earthquakes occur in the Çınarcık Basin. Therefore, earthquakes only within an epicentral distance of ~20 km to the arrays have been evaluated considering that Signal to Noise Ratio (SNR) decreases abruptly for further distances.Special methods have been developed and adapted to the PIRES in this study. In this context, advantages of the arrays have been used in all aspects. Array based cross correlation method has been developed for the optimal detection of the small magnitude events which show similarity. Using this method, a systematical search of the foreshocks and aftershocks activities has been performed. This has led to a large improvement of the detection level and revealed large number of earthquake clustering. It became possible to extract many small magnitude events that are buried in the background noise or in the coda of previous events and therefore were missed by the land stations. Since, the main target was to evaluate the performance of the surface arrays against the boreholes, various noise cancelation tools are developed based on the stacking of repetitive observations. These procedures are used for the estimations of the fracture properties of the small events inside the Çınarcık Basin. The fracture properties that have been analyzed are the seismic moment, fracture radius, stress drop, energy and occurrence statistics. Tests are performed to see if the fracture properties are changing in space and time, or show any other characteristic behavior that may be connected to a particular location in the study area. Variations are observed between the stress drop and location of the events. Similarly, foreshock and aftershock occurrence statistics seems also to vary across the Çınarcık Basin. Since, the present data is rather restricted, it is expected that the interpretations are only preliminary. The results obtained imply that this type of analysis will probably be part of the real time monitoring processes in the future, for the purpose of early warning systems.