Bitlis-Zağros bindirme ve kıvrımlı kuşağının sismotektonik özellikleri

Abstract

'?İH ÖZET Bu çalışmada, Orta-Miosen 'de oluşan Avrasya-Arab levhalarının kıta- kıta çarpışmasının sonuçladığı Bitlis - Zağros Bindirme ve Kıvrımlı Kuşağı Üzerinde yer alan depremlerin sismolojik incelemeleri yapılmıştır. 1909 - 1979 yılları içersinde kuşak boyunca olan depremsellik tekdUze bir dağılım göstermemektedir. Bitlis Bindirme çizgisinin gerisindeki kıvrım lı kuşakta depremsellik Zağros Kıvrımlı kuşağınınkine kıyasla daha az dep- remseldir. Enlem - zaman ve boylam - zaman çizelgelerine göre bu süre içer sinde depremsel ligin belirli yerlerde sürekliliğini koruduğu görülmüştür. BUyüklük-derinlik ilişkisinden küçük depremlerin daha derinlerde oluştukla rı yada büyük depremlerin derinlerde yer almadıkları gözlenmiştir. Bunun ne deni, küçük depremlerin derinlik hatalarının daha fazla olmasıdır. Deprem sayısının doğrusal olmayan bir biçimde artma niteliği gözlenmiştir. Bu olay, 1909-1979 yılları arasında bölgede deprem istasyonlarının sayısının ve ni teliğinin zamanla artmasının bir sonucudur. Zamana bağlı istatistik çalış malarda ve enerjinin zamana bağlı değişimlerinin ve grafiklerinin incelenme sinde bu değişimin göz önüne alınması gerekir. Bi tlis-Zağros Bindirme ve Kıvrımlı kuşağında 1950-1979 yılları arasında oluşan 93 depremin odak mekanizması çözümü bir araya getirilerek incelenmiş tir. Bu süre içersinde, Türkiye bölümünde, bindirme ve kıvrımlı kuşak üze rinde odak mekanizması çözümü yapılabilecek çok sayıda deprem yoktur. Bin dirmenin biraz kuzeyinde, 39.3°K enlemine kadar olan bölgede bazı Doğu Ana dolu depremlerininde odak mekanizması çözümleri verilmiştir, incelenen 93 odak mekanizması çözümünden 71 tanesi, önceden yapılmış çalışmalardan alın mıştır. Diğer 22 tanesi, bu çalışmada yapılmıştır. Ayrıca, bir bölüm depre min arka-yarım küre izdüşümleri yapılarak, Zağros Bindirme ve Kıvrımlı kuşa ğındaki derin jeolojik kesitlerle bir arada çizilmiş ve incelenmiştir. Kuşak üzerindeki odak mekanizması çözümleri, genel anlamda, bir sıkışmanın kuşak boyunca sürdüğünü göstermektedir. Kuşağın en batı ucunda; bindirme, Doğu Anadolu Fayı ve ölü Deniz Fayının bir araya geldiği bölgede, normal faylan- ma çözümleri elde edilmiştir. Kuşağın 45° D ve 50° D boylamları arasında doğrultu atımlı hareketler yoğunlaşmaktadır. Bu bölgedeki doğrultu atımlı çözümler ile saha gözlemleri arasında uyum vardır. Yanal hareket sağ yönlü dür. Buradaki bindirme, günümüzde yanal hareketlerin etkisi altındadır. Kuşağın güney doğusundaki Lar bölgesinde odak mekanizması çözümlerinin büyükIV çoğunluğu yanal atımı çok az ters faylanma niteliklidir. Bu bölgedeki dep- remselliğin yerleşimi, kıvrım eksenlerinin doğu-batı yönsemesi ve odak me kanizması çözümlerindeki düğüm düzlemlerinin doğu-batı doğrultuları arasın da uyum vardır. Bitlis-Zağros Bindirme ve Kıvrımlı kuşağı üzerinde yanal atımı doğru layan, dahası, normal atım gösteren saha gözlemleri vardır. Bu nedenle, sı kışma rejiminin sürdüğü açık olan bu kuşakta, ters faylanma bileşenleri ol mayan çözümlere çok kuşkulu bakılmasının doğru olacağını sanmıyoruz. Odak mekanizması çözümlerinden türetilen P(S-shortening) ve T(E- extensional) eksenlerinin dağılımlarına bakıldığında, P eksenlerinin çoğun lukla bindirme çizgisine ve kıvrım eksenlerine dik olduğunu görmekteyiz, özellikle, Lar bölgesinde P eksenlerinin depremsellik ve kıvrım eksenlerinin yönseme değişimine uygun olarak batıdan doğuya doğru gidildiğinde KD doğrul tusundan K yada KB ya yöneldikleri gözlenmektedir. Burada, Bitlis-Zağros Bindirme ve Kıvrımlı kuşağı üzerinde yer alan ve büyüklüğü m ^ 5. 5 olan bazı depremlerin üzak-alan yapay P taslaklaması yapıl mış ve özellikle odak derinlikleri olmak üzere diğer kaynak parametreleri saptanmıştır. Bu amaçla 14.6.1964 Malatya(TUrkiye), 14.9.1968 Jahrom (İran), 12.4.1971 Tazarj (îran), 10.4.1972 Ghir (İran) ve 6.9.1975 Lice (Türkiye) depremlerinin uzak alan (30°< a«90°) uzun-peryod P dalgaları incelenmiştir. Bu beş depremin odak derinlikleri de 15 km den daha sığ olarak saptanmıştır. Böylece, burada incelenen beş deprem ve benzer yöntem ile diğer bir çalışma da (97) incelenen yedi deprem olmak üzere kuşak üzerinde toplam onbir büyük çe deprem, şimdiye kadar bilinenlerden daha sığ derinliklerde bulunmuşlardır. Jeffreys-Bullen yer taslağına göre düzenlenen pP ve sP derinlik fazlanda gözönüne alınarak bileştirilen yapay P dalgalarının, gözlemsellerle kıyas lanması sonucu, bu depremler için varış zamanlarına göre bulunan derinlik değerlerinin dört kat daha derinlerde saptandığı gözlenmiştir. Bu tür bulgu lar, Bitlis-Zağros kuşağı boyunca bir dalma-batma kuşağının varlığı tartış masını, etkin bir sığ deformasyon ve kalın tortul kıvrımlı kuşak-temel yapı etkileşimi konusundaki tartışmalara kaydırmaktadır. 14.6.1964, 14.9.1969, 12.4.1971, 10.4.1972 ve 6.9.1975 depremleri Bit lis-Zağros Bindirme ve Kıvrımlı kuşağı üzerinde sığ ve etkin bir deformasyo- nun sürüp gittiğini sergileyen güncel örneklerdendir. 14.9.1968, 12.4.1971 ve 10.4.1972 depremleri odak mekanizması çözümleri ve sığ derinlikleri, bu depremlerin bulunduğu bölgedeki kalın tortul tabakalı yapı ve çoğul faylanma olayları; kıvrımlı kuşakta uzanan kalın tortul tabakalar ile altında derin liği iyi bilinmeyen temel arasında ters faylanma biçimli sığ f aylanmaların etkinliğini sergilemektedir.14.6.1964 depreminin Aa~ 133 bar'lık gerilme düşUmU değeri 11e levha- iç1 deprem; 12.4.1971 depreminin Acj =63 bar, 10.4.1972 depreminin Aa=47 bar ve 6.9.1975 Lice depreminin Aa=48 bar 11e orta-deprem ve 14.9.1968 dep reminin Aa=16 bar ile levha-kıyısı deprem nitelikli olduğu söylenebilir. 14.9.1968 Jahrom ve 10.4.1972 Ghir depremlerinin çoğul faylanma nitelikli olduğu saptanmıştır. 10.4.1972 depremi için Uç faylanmalı bir kaynak taslağı uygun bulunmuştur. Her bir 1 ortalama 10 km uzunluğunda olan Uç kaynaklı çoğul faylanma taslağında, ikinci kaynak 7.5 sn sonra, UçUncU kaynak ise 15 sn sonra ortaya çıkmıştır.

vl SUMMARY Earthquakes provide the most valuable data for delineation of the structure of the earth and major tectonic characteristics of the crust. Earthquake fault mechanism solutions, distribution of earthquakes in time and space, physical and statistical properties of these distributions and kinematic and dynamic parameters of earthquake waves are the crucial information for a reliable explanation of earthquake source behaviour. The Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt is a product of a continent- continent collision between Eurasia and Arabian plates during the Middle- Miocene (1,2,6,7,20). The purpose of this thesis is an attempt to determine the recent deformational characteristics, stress distribution and kinematics of motion- along the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt. The seismological data used are the seismicity map of the Middle East in the period of 1909 to 1979, the fault mechanism solutions in the period 1950 to 1979 and the far-field long- period p waveform of some earthquakes. The seismicity map of the Middle East has been prepared from 1909 to 1979. During this period, the seismicity along the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt does not show a uniform epicentral distribution. The fold belt at the northern part of the Arabian plate has not been seismically active during this period. Latitude versus time and longitude versus time plots generally show that the seismicity has not changed along this thrust and fold belt. Magnitude versus focal depth plots show that the small earthquakes tend go be deeper. It is thought that this tendency is due to the error in focal depth estimation. Because the smaller the earthquake magnitude, the greater,the error in focal depth determination. It is also observed that the number of earthquakes in the Middle East in the period of 1909 to 1979 increases nonlinearly with time. In other words, the seismic data in this period is nonstationary in time and space. This is believed mainly to be due to the recent increase in the number and in the recording quality of seismic stations. We believe that the time dependent statistical studies and cumu lative energy relations and graphs will be considerably affected from this nonstationarity. Earthquake fault mechanism solutions of 93 earthquakes occurred at the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt in the period of 1950-1979 have been collected and investigated. During this period there are not many earth quakes for which fault mechanism solutions can be determined in the Turkishv11 part of this belt. The source mechanism solutions of some East Anatolian earthquakes which are not beyond the 39 3 N latitude, have been given. Out of 93 source mechanism solutions, 71 have been collected from previous works (24,25,26,42,50,54,84,86,87,88,92,93,94,99,100) and the other 22 have been done in this study. First motion data projected on the lower hemisphere of the focal sphere and Schmidt equal-area projection net have been used. Additionally, some of the mechanism solutions have been projected on the back hemisphere. They are superimposed on the geological cross-sections of the Zagros Thrust and Fold Belt. A good correlation has been found between nodal plane orientations and tectonic faults. Fault plane solutions show that a compressional regime exists along the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt. A few normal fault mechanism have been obtained at the western tip' of the thrust where the East Anatolian Fault, the Dead Sea Fault zone and the Bitlis Thrust Belt join. A number of strike-slip type mechanism solutions have been found on the Zagros Thrust Belt in the region between 45° E and 50 E longitudes. There are good agreements between the field observations and the estimated mechanism solutions. Right-handed strike-slip motions are predominant. The thrust belt in this region is partly under the effect of lateral motions which seems to be due to compressional tectonic regime. Most of the focal mechanism solutions at the southern part of the belt are purely thrust type; few have a small component of lateral motion. There exists a very good agreement between the distribution of seismicity, the orientations of fold axes and the east-west striking nodal planes of mechanism solutions. The accuracy of some mechanism solutions for the years from 1950 to 1979 may be questioned. These may be the solutions which do not comply with reverse faulting. However, the strike-slip type surface fractures and even normal faulting have been observed during field reconnaissance after some earthquakes. For this reason, we propose that the mechanism solutions with strike - slip or normal component should not be taken as anomalous events. They are consequence of the complexities of the compressional tectonic regime. p(S-shortening)and T(E-extensio&al)axes have been derived from, the fault mechanism solutions. The directions of P axes are mostly normal to the Bit lis-Zagros Thrust and Fold Belt. The seismicity and fold axes change their orientation from NW-SE to E-w or NE-SW in the Lar region. Compressional and tensional axes also keep their normal position very much to the orientation of fold axes. In recent years, source parameters of many earthquakes have been investigated in detail by using body and surface wave data. Kinematic and dynamic source studies enable us to determine precisely the fault mechanismv11i solutions, focal depths, slip history on the fault plane, rupture character- i istics etc. Particularly, body wave modelling in time domain including the depth phases and the converted phases provide a useful seismological tool to restrain the focal depth of shallow earthquakes (113,116, 123,124,125,126, 127,131,134,136,139,154,157). In this study, some of the earthquakes with magnitude m > 5.5 in the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt have been studied by kinematic methods. The earthquakes examined closely are the following: Malatya earthquake (Turkey) of 14.6.1964, Jahrom (Iran) earthquake of 12.4.1971 Ghir (Iran) earthquake of 10.4.1972 and Lice (Turkey ) earthquake of 6.9.1975. The far- field (30 ?& A -İ90 ) synthetic long-period P waves of these earthquakes have been constructed in time domain taking into account depth phases pP and sP, the estimated source function and the propagational effects of the earth. The source parameters have been found by matching the synthetic and observed long-period P wave forms. A trial and error search process has been used for fitting the synthetic and the observed wave forms. The focal depths of the five earthquakes given above were found in the crust and never deeper than 15 km. Very similar focal depth information has been obtained in a recent study (97) conducted for the earthquake of Ghir and the other events on the Zagros Fold Belt. Thus, the five earthquakes modelled in this study and the seven earthquakes studied in (97) have been found at shallower depths compared with the known depths so far. According to the National Organization of Athmospheric Administration (NOAA) reports, there are many earthquakes with magnitude m `%? 6 have originated at depths about 45 km or deeper. It is believed that the focal depth locations estimated for the earthquakes in the Middle East are deeper than the actual depths. The level of the errors in focal depth locations increase as the magnitudes become smaller. The focal depths, found by matching the synthetic and observed long-period P waves for the earthquakes investigated here, are at least four times shallower than their reported values ( ISC,BCIS,USGS). Such findings convert the argument from that there is a subduction zone along the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt to the discussions that there are active shallow deformation and folded structure-basement structure interac tion. The shallow earthquakes of Malatya, Jahrom, Tazarj, Ghir and Lice are the recent examples showing an active and shallow deformation in' the Bitlis- Zagros Thrust and Fold Belt. Also, complex shallow deformation takes place in some parts of the region. The long-period P wave modelling shows that Jahrom and Ghir earthquakes ar.e multiple events.IX The known characteristics of the Zagros Fold Belt may briefly classified ass 1. The shallow focal depths are predominant as is observed in the events of 14.9.1968, 12.4.1971, 10.4.1972 and the other six earthquakes studied in (97). 2. The very thick and widely distributed sedimantary fold belt elongated in parallel with the thrust belt. The Infracambrien Hurmuz Salt Formation underlies the fold belt. 3. The depth to underlying basement is not known precisely in many parts of the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt. These characteristics seem to be interrelated. Further, a dScollement might occur because of the thick Infracambrien Hurmuz Salt Formation placed in between thick sedimantary cover and the basement. In order to understand the relations between the seismicity and geological and tectonic properties in the Bitlis-Zagros Thrust and Fold Belt» it is necessary to study ? earth quakes, to increase the number of seismic stations and to determine the structural characteristics of the crust in the region by crustal exploration methods such as crustal reflection and refraction, gravity etc. Seismic moments of the five earthquakes studied have been determined by comparing the amplitudes of the observed and the calculated synthetic P waves. Then, the stress-drops of these earthquakes have been calculated by using the seismic moments and the source radii. The stress drop values may change depending on the accuracy of source radii. The stress drop values for the earthquakes of Malatya, Jahrom, Tazarj, Ghir and Lice have been computed as 133 bars, 16 bars, 63 bars, 47 bars and 48 bars, respectively. The event of Malatya is an interplate and that of Tazarj, Ghir and Lice are average type earthquakes (189). The Ghir earthquake of 10.4.1972 is modeled as a complex event which has at least three subsequent ruptures. The rupture starts in the western part, propagates toward the east. The second rupture starts 7.5 £ later than the first event. It has a normal fault mechanism. This rupture initiated at 10 km far from the first event. The third rupture originates at 20 km distance with a delay of 15 s after the first event. The third faulting has a reverse type fault mechanism. These three rupture propagates in the same direction and do not change their azimuths as inferred from time domain wave form modelling. The Jahrom earthquake of 14.9.1968 is placed in the east of Ghir earthquake. It is also a multiple event.