Marmara Bölgesi ve çevresinin üst manto yapısının telesismik tomografi yöntemi ile araştırılması

Abstract

Marmara Bölgesi ve çevresinin litosfer ve manto yapısının uzak alan deprem seyahat zamanları verileri kullanılarak üç boyutlu tomografik ters çözüm yöntemleriyle saptanması bu çalışmanın konusunu oluşturmaktadır. Sismik tomografi sayesinde mantonun heterojen yapısının araştırılması, dalma/batma zonlarının ve kenet kuşaklarının derinlikle değişen geometrilerinin belirlenmesi ve yükselen manto sorguçlarının saptanması mümkündür. Bu çalışmada; 2008-2016 yılları arasında, 28º ile 90º arasında kalan uzaklıklarda meydana gelen, magnitüdü Mw>5.5 büyük olan toplam 126 depreme ait veriler kullanılmıştır. Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü Bölgesel Deprem-Tsunami İzleme ve Değerlendirme Merkezi (BDTIM)' nin 53 adet istasyonunda ve Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı (AFAD)'nın 71 adet istasyonunda 126 adet uzak alan deprem kaydının toplam 15624 adet P dalgası varış zamanları okunmuştur. Varış zamanları dört frekans bandında filtrelenen sismogramlar üzerinde seçilmiştir. (0.1 -0.4Hz, 0.05- 0.1 Hz, 0.02 – 0.8 Hz, 0.5-20 Hz). Göreceli Yığma Tekniği (Adaptive Stacking Method) ile göreceli varış zamanı rezidüelleri ve hata miktarları elde edilmiştir. Bu sonuçlarla hızlı ışın ilerleme yöntemine dayalı, tekrarlı doğrusal olmayan, üç boyutlu ters çözüm tekniği kullanılarak (Fast Marching Teleseismic Tomography), ~700km derinliğe kadar P dalgası hız değişimleri elde edilmiştir. Elde edilen tomografik hız kesitlerinden yola çıkılarak, bölgenin jeodinamik yapısı yorumlanmıştır. Araştırmada elde edilen bulgulara göre; çalışma alanında üst mantoda belirgin iki adet, farklı yüksek hız zonu mevcuttur. Tomogram kesitleri; kuzeye dalan Ege dilimini net bir şekilde göstermekte ve bu dilim ile Ege kıtasal litosferi arasında kalan düşük hıza sahip olan kama bölgesi aktif Ege volkanizmasının manto kaynak bölgesi olarak yorumlanmıştır. Elde ettiğimiz tomografik sonuçlar kuzeyde güneye doğru dalan ikinci bir yüksek hızlı zonun varlığını göstermektedir. Bu ikinci yüksek hızlı zon Marmara Denizi'nin altında, mantoda 350 km derinliğe kadar uzanmakta ve 200 km civarında kopmuş ve iki parçadan oluşan bir okyanusal litosfer özelliği göstermektedir. Bu da Karadeniz okyanus litosferinin güneye doğru dalan bir kalıntısı olarak yorumlanmıştır. Bu çalışmada özellikle düşey tomografi kesitlerinde, İzmir-Ankara-Erzincan yitim zonuna ait Okyanusal litosferin izleri belirgin olarak görülmemiştir.

The main scope of this research is the investigation of the lithosphere and deeper mantle structure of the Marmara and its surrounding regions . We present highresolution teleseismic tomographic results using the travel time of far-field earthquakes. Investigation of the heterogeneous mantle structure, the delineation of fast seismic velocity anomalies in the mantle, delineation of possible subducted oceanic lithospheric slabs, the identification of mantle upwelling zones can be achived using seismic tomography. In this study, we used 15,624 direct P phase arrival times from 126 earthquakes recorded at a variety of permanent seismic networks (Boğazici University, Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute and Disaster and Emergency Management Authority). In order to increase the station coverage and increase the resolution, we selected arrivals from earthquakes with moment magnitude 5.5 and greater (Mw>5.5) at distances between 28° and 90° from the stations for direct P phases (126 earthquakes). After combining data sets, relative arrival time residuals and errors were determined with respect to the ak135 one dimensional global velocity model using the Adaptive Stacking Method. These results were used in the fast marching teleseismic tomography inversion and we have obtained new threedimensional (3-D) P-wave velocity perturbations of the mantle beneath Western Anatolia down to about 700 km depth. The tomographic results show the existence of two distinct high velocity anomalies in the mantle. Seismic tomographic cross-sections clearly show the northward subducting African slab as well as the low-velocity subduction wedge located between this slab and the Aegean continental lithosphere. This low-velocity wedge can be interpreted as the mantle source region of the active Aegean arc volcanism. The obtained tomographic results also indicate the presence of a distinct, southward subducting, high-velocity zone in the north. This high-velocity zone, which is located beneath the Marmara Sea, extends down to 350 km and it consists of two oceanic lithospheric pieces that are detached at about 200 km depth. This high-velocity zone can be interpreted as the remnant of the southward subducting Black Sea oceanic lithosphere. A high velocity zone that would be expected from the İzmir Ankara-Erzincan suture zone was not clearly observed in this study.