Investigation of electrical conductivity characteristics at the vicinity of ganos fault, northwest Turkey by magnetotellurics

Abstract

Kuzey Anadolu Fayı'nın en batıdaki kesimini oluşturan 45 km uzunluğundaki Ganos Fayı sismik boşluk olarak değerlendirilen aktif bir segmenttir. Bu tez çalışmasında, elektrik iletkenlik yapısının araştırılması amacıyla Ganos Fayı üzerindeki ilk sistemli manyetotellürik gözlemler gerçekleştirilmiştir. Bölgedeki son önemli aktivite olan 1912 Mürefte Depremi'nin merkez üssü yakınlarında, 12 istasyondan oluşan sürekli bir profil boyunca yüksek-frekanslı manyetotellürik yöntem (AMT) ölçümleri yapılarak, sığ elektrik iletkenlik yapısı incelenmiştir. Sonraki aşamada, AMT profilini çevreleyecek şekilde yerleştirilen 13 istasyonluk geniş-bant manyetotellürik (MT) ağı ile daha derin yapının ortaya çıkarılması amaçlanmıstır. Her iki veri kümesine de uygulanan boyutluluk analizleri, daha önce ortaya konulmuş olan jeolojik ve sismolojik gözlemlerle uyumlu sonuç vermiştir. Groom-Bailey dekompozisyonunu takiben uygulanan Swift metodu ile bulunan doğrultu açıları, faz tensörü analizi ile de ayrıca hesaplanmıştır. Her iki yöntem de birbirini doğrularken, doğrultu açıları AMT verisi için _K70ºD, geniş-bant MT verisi için K60ºD olarak tespit edilmiştir. Ters çözüm modelleme çalışmaları iki- (Rodi ve Mackie, 2001) ve üç-boyutlu(Siripunvaraporn ve diğ., 2005; Egbert ve Kelbert, 2012) sayısal modelleme rutinleri ile gerçekleştirilmiştir. Bütün modelleme sonuçları, Ganos Fayı boyunca uzanan bir fay zonu iletkeninin varlığını işaret etmektedir. Üç-boyutlu modeller, fay zonu iletkeni boyutlarının fay boyunca kısa mesafelerde bile ani değişimler gösterdiğini işaret etmektedir. Ganos Fayı'nın çevresinde yer alan oblik tali faylar iletken yapılar olarak gözlenirken, neden oldukları birbirinden bağımsız zayıflık bölgeleri birleşerek sıvı ihtiva eden geniş bir hasar bölgesi oluşturmaktadır. Fayın güney kesiminde yoğunlaşan bu hasar bölgesi asimetrik davranış göstererek, fayın dağınık geçirgen bir yapıya sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Oldukça yalıtkan olduğu gözlenen ofiyolitik temel, genç formasyonların altında 2 km derinliğine kadar ulaşarak mekanik açıdan zayıf bir ortamdan güçlü bir ortama geçildiğini göstermektedir. Bu geçiş bölgesinin altında, fayın her iki yanında yer alan yalıtkan yapılar, sıvıların sismojenik zondan yukarı taşınmasına izin vermeyerek, bölgedeki sismik aktivite eksikliğinin sebebi olma ihtimalini taşımaktadır.

As constituting the westernmost end of North Anatolian Fault, 45-km-long GanosFault acts as an active segment which represents a seismic gap. In this thesis, the firstsystematic magnetotellurics observations are made to reveal the electrical conductivitycharacteristics of locked Ganos Fault. Near the epicenter of last major event, 1912Mürefte Earthquake; audiomagnetotelluric (AMT) data were collected through north-southaligned almost-continuous profile including twelve stations to decipher the shallowconductivity structure. Then, thirteen wide-band magnetotellurics (MT) stationssurrounding the AMT profile as a grid were installed to investigate deeper structure.The dimensionality analyses performed on both AMT and wide-band MT datasets indicatea considerable agreement with previous geological and seismological observations.While the geo-electric strike angles were determined with Swift's method followingGroom and Bailey decomposition, they were also calculated with phase tensor analysesindependently. Both methods confirm each other and verified the strike directionsas N70ºE for the AMT and N60ºE for wide-band MT data. Two- (Rodi and Mackie,2001) and three-dimensional (Siripunvaraporn et al., 2005; Egbert and Kelbert, 2012)numerical modeling routines were used for inverse modeling. All modeling attemptsillustrate highly conductive anomalies representing so-called `fault zone conductors`along the Ganos Fault. Three-dimensional models indicate that fluctuations in spatialextents of the FZC are observed along the fault. Subsidiary oblique faults aroundGanos Fault which are represented as conductive structures with individual mechanically weak features merge in a greater damage zone and they constitute a wide fluidbearing environment. By concentrating on the southern side of the fault, the damagezone shows an asymmetry around main fault strand, which exhibits a distributed conduitbehavior for fluid flow. A highly resistive block represents the ophiolitic basementbeneath younger formations at a depth of 2 km, where the mechanically weak to strongtransition occurs. Below this transition, the overt resistive structures at both side ofthe fault imply that the absence of fluid pathways through the seismogenic zone mightbe related to lack of seismicity in the region.