Regional wave propagation and attenuation in Turkey and surrounding regions: Implications for lithospheric structure

Abstract

Türkiye ve çevresinde yeralan 63 adet sayısal ve analog kayıtçılar bölgede çok detaylı bölgesel kesme dalgalarının (Sn ve Lg) soğrulmasını incelemekte kullanılmıştır. 2500'iin üzerinde dalga formunun yaklaşık 2°-15° deprem merkez uzaklığı arasında görsel olarak var olup olmadıkları belirlenmiş ve bu belirlemede üç temel sınıflama kullanılmıştır: yeterli, az yeterli ve mevcut değil Buna ek olarak görsel Sn yeterlilik değerleri sayısallaştırılarak soğrulma bölgeleri tomografık yolla belirlenmiştir. Lg dalgasının kodası kullanılarak Q0 ve r/ (1 Hz'deki Q değeri ve frekans bağımlılığı) hesaplanmıştır. Yöntem, sismik dalgaların kodasınm soğrulması ile ilgili olduğundan Zg'nin görülemediği dalga formları ve bölgeler bu hesaplamanın dışında bırakılmıştır. Ortamda tekil yön bağımsız saçılma olduğu kabul edildiğinden Qo hesaplamasında kullanılan her dalga formu alıcı ve verici iki merkez olan bir elipsoidi tanımlar. Bu elipsoidin izdüşümlerinin backprojection tomografi yöntemiyle ters çözümü Lg'nin yanal değişimini hesaplamakta kullanılmıştır. Sonuçlar batı Türkiye ve Ege Denizin'de Sn ve Zg'nin yetersiz yayıldığını göstermiştir. Karadeniz, Akdeniz, batı Pontidler, Arap plakasının doğusu ve batı Yunanistan'da (Pindos Dağları) SVin yeterli olarak yayıldığı izlenmiştir. Doğu Anadolu'da, Arap plakasının batı kısmmda(Ölü Deniz fayı ve doğusu) ve Ege Denizi volkanik yayında Sn hiç gözlenmemektedir. Zg'nin Arap plakasında hatta Ölü Deniz Fayım kesen ve Kıbrıs'a ulaşan yönlerde fazla soğralmadan yayıldığı izlenmektedir. Lg kuzeydoğu Anadolu'da, küçük Kafkaslarda, Helenik yayının hemen kuzeyinde (Girit Denizi) tamamen soğrulmuştur. Lg kodasından hesaplanan Qo değerleri kuzeydoğu Anadolu'da, Ege Denizi volkanik yayında ve orta Anadolu'da oldukça düşüktür (~14Q-160). Ayrıca, Türkiye ve çevresinde hesaplanan soğrulma değerlerinin bölgesel ölçekte bağımlılık göstermediği gözlenmiştir.Bu çalışmada, Türkiye ve çevresinde bölgesel sismik dalgaların taşkürede soğrulduğu yeni ve önemli bölgeler bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar bu bölgede daha önce yapılmış taşkürede soğrulma çalışmalarını daha geliştirmiştir ve bölgeye ait jeodinamik modelleri yorumlayabilir niteliktedir. Lg soğrulma haritaları sismik tehlike yaratan bölgelerin belirlenmesinde oldukça önemlidir. Bunun nedeni Lg genliğinin bölgesel sismogramlarda en yüksek olması ve bu yıkıcı dalgaların ne kadar uzağa yayılacağını belirlemesidir.

Digital and analog seismic waveform data collected by 63 stations in and around Turkey provided excellent ray coverage for a dctailed attenuation study of regional shear waves (Sn and Lg). Över 2500 seismograms within a distance range of 2°-İ5° were visually inspected and the qııality of Sn and Lg phases were categorized into three different classes: efTıcient, inefficient and not present. Sn effıciency observations were then tomographically imaged using percentage attenuation for effıciency ranks. Additionally, Lg coda Q at 1 Hz (Qo) and its frequency dependence (rj) were estimated for each single trace using stacked spectral ratio inversion. For this analysis, only seismograms with Lg were used. Because each single trace measurement defınes a scattering ellipse depending on the duration of coda, lateral variation of Qo is imaged using backprojection tomography. Our results show that Sn and Lg propagation is mostly inefficient in western Turkey and the Aegean Sea. Sn is effıcient in Mediterranean Sea, Black Sea, the western Pontides, northeastern Arabian plate and westem Greece. Sn is attenuated in eastern Turkey, central Anatolia, along the Dead Sea shear zone (extending to east) and the Aegean Sea volcanic arc. Lg is less attenuated in relatively stable Arabian plate including paths that cross the Dead Sea fault zone and in northwestem Turkey. Lg does not propagate through northeast Anatolia, the Lesser Caucasus and the area north of the Hellenic arc (Sea of Crete). In central Anatolia, the Aegean Sea volcanic arc and Neogen-Quatemary volcanic parts of eastem Turkey, Qo values are found as -140-160. In Arabian plate Qo values are ranging from 250-450. No clear frequeııcy dependence is observed with Qq.In this study, we have found important new regions of iithospheric attenuation in Turkey and surroundmg regions. These results are an iıııprovement on prior attenuation studies for the lithosphere in this region and provide new constraints for proposed geodynamic models. Furthermore, Lg attenuation maps might contribute to seismic hazard assessment studies as the effıciency of shear wave propagation in the crust will determine how far destractive shear wave energy will travel in this region.