3-D P wave velocity structure of Marmara region using local earthquake tomography

Abstract

Ekim, 2009 ve Aralık, 2012 tarihleri arasında 40.2-41.2 N ve 26.5-30.5 E koordinatları içerisinde kalan, 90 kara istasyonunda, 30 OBO istasyonunda kaydedilmiş 47034 bölgesel depremlerin P dalgası varış zamanları ve 35 OBO istasyonunda kaydedilmiş patlatma verisinin (Seismarmara Survey, France) ters çözümle değerlendirilmesi sonucu Marmara Bölgesi?nin 3 boyutlu P hızı değişimi modellenmiştir. Seçilen 648 iyi çözümlenmiş deprem ile 1 boyutlu hız modellemesi Velest kodu ile gerçekleştirilmiştir.Öncelikle 3D tomografi için başlangıç modeli olarak kullanılmak üzere VELEST kodu ile 1D minimum model oluşturulmuştur. Farklı 3D ters çözümlerin ardından çalışma alnını daha iyi temsil edebilecek bir başlangıç modeli elde edilmesine karar verilmiştir. Başlangıç modeli seçilerek çalışma alanını hem karada hem de denizde temsil edecek 3D P dalgası hız modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan modele Checkerboard Testi, Geri Dönüştürücü Test and Karakteristik Test yapılarak sonucun güvenilirliği RDE, DWS, SF and Hit count, değerleri ile belirlenmiştir.Elde edilen modelden kesitler alınarak karayı ve denizi aynı anda kesen profiler boyunca hız değişimi gösterilmiştir. Basenleri kesen tüm profiller göstermiştir ki, alt kabuğun yüksek hızları basenlere doğru, basenlere şeklini veriyormuş gibi görünen uzantılar yapmıştır. Orta ve Çınarcık basenlerinin kuzeyinin altında, bu basenlerin kuzey sınırlarını taşıyormuş gibi görünen dirençli duvarlara benzeyen yüksek hızlar 5 km ile 15 km arasında tespit edilmiştir. Basenlere doğru bu çıkış yapan yüksek hızlar ortalama 6.3 km/s hızla görülmüştür. Bu uzantılar bölgedeki makaslama geriliminden kaynaklandığı ve hızlardaki baseni şeklini vermiş olabilecek yapıların basenleri oluşumu ile aynı döneme denk gelmiş olabileceği tahmin edilebilir. Yani hem bu yüksek hızların hem de basenlerin Kuzey Anadolu Fay Hattı?nın Marmara Denizi?ne bölgenin kuzeyindeki dirençten kaynaklanan makaslama stresinin hakim olduğu dönemde girmesi ile ilişkili olabileceğini söyleyebiliriz (Yılmaz, 2010). 3D model ile yapılan lokasyonlardan sonra bölgede sismisite 5 km ve 15 km arasında gözlemlenmiş, deprem lokasyonları iyileştirilmiş ve sismojenik zon bu aralıkta belirlenmiştir. Pre-kinematik ve kristalin taban deniz altında değişimler göstermiştir. Deniz ve kara hızların 8 km den sonra uyum gösterdiği görülmüştür.

The 3D P wave velocity model of upper and lower crust of the Marmara Region between 40.20 - 41.20 N and 26.50 - 30.50 E is obtained by tomographic inversion (Simulps) of 47034 P wave arrivals of local earthquakes recorded at 90 land stations, 30 OBO stations and 14162 shot arrivals recorded at 35 OBO stations (Seismarmara Survey, 2001) between October 2009 and December 2012. We first obtained a 1D minimum model with Velest code in order to use it as an initial model for 3D inversion with 648 well located earthquakes located within the study area.We first developed a 1D model by VELEST code then used it as an initial model for 3D tomography. After trial 3D inversions we decided to create a more adequate initial model for 3D inversion. Choosing the initial model we estimated the 3D P wave velocity model representing the whole region both for land and sea. The results are tested by making Checkerboard Test, Restoring Resolution Test and Characteristic Test, and the reliable areas of the resulting model is defined in terms of RDE, DWS, SF and Hit count distributions.By taking cross sections from the resulting model we observed the vertical velocity change along profiles crossing both land and sea. All the profiles crossing the basins showed that the high velocities of lower crust make extensions towards the basin area which looks like the force that gives a shape to the basins. Under the north of the Central Basin and Çınarcık Basin high velocity zones appeared which look like resisting walls holding the north of the basins between 5 km and 15 km. The same is also observed under the southern Tekirdağ Basin between 5 km and 15 km. These extensions of lower crust towards the basins appeared with an average velocity of 6.3 km/s. These extensions might be the result of the deformation due the shear in the region and it is also interpreted that the development of these high velocities coincides with the development of the basins. Thus, both the basins and the high velocity zones around them might be resulted from the entrance of the NAF into the Marmara Sea when also a shear regime is dominated due to the resistance of the northern Marmara Region (Yılmaz, 2010). The seismicity is observed between 5 km and 15 km after the 3D location of the earthquakes. The locations of the earthquakes improved and the seismogenic zone is determined well, between 5 km and 15 km. The depths of the pre-kinematic basement and crystalline basement showed great differences under the sea. It is observed that the velocity under sea becomes compatible with land after 8 km.