TEKTONİK HAREKETLERİN BELİRLENMESİNDE GPS

KULLANIMI

2 1

Hazırlayan: Öğr.Grv. İbrahim Tiryakioğlu

Giriş

Tektonik Hareket Nedir

Tektonik Hareketlerin Oluşum Sebebi

Tektonik Hareketleri Belirleme Yöntemleri

Ağ Yapılarının İncelenmesi

GPS İle Tektonik Hareket Belirlenmesi

Neden GPS

Kosismik Deformasyonların Belirlenmesi

Post Sismik Deformasyonlar Belirlenmesi

İntersismik Deformasyonlar Belirlenmesi

Dikkat Edilecek Hususlar

Örnek Uygulama

İÇİNDEKİLER

GPS’in kabuk hareketlerinin belirlenmesi amacına dönük olarak kullanımı günümüzde dünyada çok yaygınlaşmıştır (Chan, 2002, Hutton, 2000, Mao 1998, Zhang, 1996).

Uygulamada levhaların hepsini temsil edebilecek GPS noktalarından oluşan ağların yardımıyla lokal hareketlerin belirlenmesi yoluna gidilmektedir.

Bunun için öncelikle yer yüzeyine yayılmış olan ve koordinatları çok uzun süren gözlemlerden sonra yüksek doğrulukla bilinen noktalardan faydalanılmaktadır.

Giriş

Tektonik Hareket

Depremler ve yanardağ etkinlikleri gibi jeolojik olayları inceleyen yerbilimciler, bu olayların nedenleri ve oluşum mekanizmaları ile ilgili çok çeşitli varsayım ve kuramlar ortaya atmışlardır. 19’uncu yüzyılın başından bu yana sayıları oldukça kabarık olan varsayım ve kuramlardan bugün hemen hemen tüm yerbilimciler tarafından benimsenen kuram Levha Tektoniği kuramıdır.

Levha Tektoniği

Levha tektoniğini anlamak için

Dünyamızın yapısının iyi bilinmesi

gerekmektedir.

Astenosfer, Dünya'nın çekirdeğinden aldığı ısı

nedeniyle konveksiyon akımı benzeri bir hareket

yapmaktadır. Bu konveksiyon akımları üstteki

Litosferin farklı yönlere sürüklenmesine neden

olur. Astenosferin santimetre mertebesindeki

hareketleri sonucunda Litosfer birbirine göre

hareket eden çeşitli boyutlardaki parçalara

ayrılmıştır. Bu litosfer parçalarına Levha,

bunların hareketini inceleyen bilim dalına da

Levha Tektoniği adı verilir.

Levha Tektoniği

Dünya tarihi boyunca tektonik hareketler hep karmaşık bulunmuştur. Yeryüzünü ölçme bilgisi, levhaların incelenmesi üzerinde önemli bir rol oynamaktadır.

Buna göre, levha ve fay hareketleri yüzünden Litosfer parçalarında deformasyon meydana gelmektedir. Bu deformasyon sonucunda levha ve fayların iki taraflarındaki noktalar birbirine göre hareket etmekte, hatta bu hareketin miktarı yıllık 100 mm’ye kadar çıkabilmektedir (Herring, 1999).

Levha Tektoniği

Yerküre’nin üst katmanları, bir bütün

halinde olmayıp, sürekli hareket

halinde olan levhalardan oluşmaktadır.

Manto’daki ısı akımlarının neden

olduğu bu hareketler sırasında

levhalar birbirinden uzaklaşır,

birbirlerine çarpar veya birbirlerini

sıyırırlar. Bu hareketlilik sonucunda,

levha sınırlarına, uzun zaman dilimleri

boyunca baktığımızda yeni

okyanuslar, yeni kıtalar, sıradağlar ve

yanardağlar oluştuğu görülmektedir.

Depremler ve volkanik aktivitelerin

nedeni de tüm bu hareketliliktir.

Levha Tektoniği

Günümüzde Litosfer’de 1 ile 15 cm/yıl arasında hızlarla hareket halinde bulunan 7 ana ve birçok küçük levha vardır. Bunların hareketleri çok karmaşıktır ve bu hareketlerin niteliğinin tam olarak saptanması, depremlerin önceden kestirilmesi çalışmaları içinde önemli bir yer tutmaktadır (Şekil.2).

LEVHA HAREKETLERİ

Uzaklaşan-Ayrılan Levhalar (Divergent Plates)

Birbirinden uzaklaşan levhalar, aralarına Astenosfer’den gelen eriyik kayaçların sızdığı yarıklar oluşturur. Bu eriyik yüzeye çıktıkça katılaşır ve yerkabuğuna eklenir. Astenosfer’den gelen eriyik kuvvet uygulamaya ve böylece levhalar birbirinden ayrılmaya devam eder. Bu ayrılma genelde daha ince olan okyanus tabanında görülür ve Atlas Okyanusu ortasındaki sırt buna çok iyi bir örnektir.

Yakınlaşan-Çarpışan Levhalar (Convergent Plates)

Levhaların birbirine

yaklaşması ve çarpışması

Yanal Yer Değiştirme (Lateral Slipping)

İki levhanın birbirini sıyırarak yer değiştirmesi sırasında Litosfer’de artma veya azalma olmaz. İki levha arasındaki sürtünme çok fazla olduğu için harekete belli bir süre direnç gösterirler. Bu bölgede artan gerilim periyodik büyük depremler ile çözülür. Kuzey Anadolu fay hattı ve California’daki San Andreas fay hattında bu tip levha hareketi gözlenir.

Tektonik Hareketlerinin Belirlenmesinde Kullanılan Jeodezik Yöntemler

Yersel Yöntemler,

Uzaysal Yöntemler

Yersel Yöntemler

Fayların yakın

çevrelerinde ya da

jeolojik yapılardaki fay

hareketleri, zemindeki

yukarı ya da aşağı yönde

hareketler, eğim ya da

aktif fayın gelişimi, yakın-

alan jeodezik ölçümler ile

takip edilebilir.

Nirengi ağları; Fayın her iki yanına da birkaç nokta yerleştirilir. Noktaların düzeni biri birine bağlanacak kapalı alanlar şekilde ayarlanır.

Doğrultu ya da Nivelman Hatları; Ölçüm aletinin kilitlendiği bir doğrultuda ve fay alanını boydan boya geçen bir sabit noktalar hattını tek bir baz olarak kullanır. Bu hat boyunca tüm rölatif hareketler belirlenebilir.

Kuru-eğim ağları; Bu noktalar genellikle fayın bir ya da diğer tarafına yerleştirilmiş eşkenar üçgenler şeklinde düzenlenir. Noktaların rölatif yüksekliklerine ait herhangi bir değişim zeminin eğimini gösterir.

Uzaysal Yöntemler

Çok Uzun Baz İnterferometrisi (VLBI )

Yapay Uydulara Lazer Ölçümü (SLR)

Küresel Konum Belirleme

Sistemi (GPS)

Levha Hareketlerinin GPS Teknolojisi İle Belirlenmesi

Levha tektoniği, dünya yüzeyindeki deformasyonun, en iyi rijit levhalar arasındaki bağıl hareketler ile tanımlandığını göstermektedir. Levhalar arasındaki bu bağıl hareketler milyonlarca veya daha fazla yıllar boyunca oluşan hareketlerin tahminlerine dayanarak ortaya konmaktadır.

Böyle büyük zaman aralıkları için yapılan saptamalar ile GPS ve diğer uzay teknikleri kullanılarak yapılan; kısa süreli denebilecek ancak bir kaç yıllık gözlemler ile ortaya konan hareketler birbirleri ile genel olarak çakışmaktadır. Bu anlamda, GPS ve diğer uzaysal ölçme teknikleri, levha tektoniği alanında eskiden beri var olan modelleri geliştirmek görevini üstlenmiş durumdadırlar.

Çok kısa sürede ve yüksek

presizyonlu olarak ölçüm

noktalarının konumlarının

belirlenmesi

Zaman, maliyet, insan gücü

bakımından tasarruf,

Lojistik, kullanım kolaylığı vd

Niçin GPS?

Nasıl Belirlenir

levhaların hepsini temsil edebilecek GPS noktalarından oluşan ağların yardımıyla lokal hareketlerin belirlenmesi yoluna gidilmektedir.

Bunun için öncelikle yer yüzeyine yayılmış olan ve koordinatları çok uzun süren gözlemlerden sonra yüksek doğrulukla bilinen noktalardan faydalanılmaktadır. Lokal ölçekteki uygulamalarda, fayın yakın ve uzak çevresine yeteri kadar GPS noktası tesis edilerek gözlemlere başlanır.

Nasıl Belirlenir

Belli aralıklarla tekrarlanan GPS gözlemlerinin değerlendirilmesi sonucu noktaların ilk tesis edildikleri andan son ölçmelerin yapıldığı zamana kadar olan yer değiştirmeleri belirlenir.

•Belirlenen yer değiştirme veya hız vektörleri yardımıyla bölgede oluşan stress ve strain parametrelerinin hesap edilmesi ve dolayısı ile de olası bir deprem konusunda bilgilenme mümkün olmaktadır.

IGS (International GPS Service)

Levha hareketlerinin, istasyon bazında düşünüldüğünde levha hareketlerini anlamlı olarak ortaya çıkarmak çevresini de kapsayan genel bir çalışmayı ve ilgili problemlerin çözülmesini gerektirmektedir.

Bu problemler istasyon noktalarının hızlarını ve yönlerinin belirlenmesini içermektedir. Bahsedilen problemlerin çözümü için de yeryüzünü yaklaşık olarak kapsayan bir jeodezik ağa ihtiyaç vardır. Bu amaçla oluşturulan en büyük jeodezik ağ olarak IGS (International GPS Service) önderliğinde işletilen ağı gösterebiliriz.

IGS İSTASYONLARI

IGS, GPS izleme istasyonlarından verileri toplar, uygun formatta arşivler ve yapılacak uygulamalara yetecek doğrulukta kullanıcıya sunar. Bu noktada IGS ürünleri; ITRF sisteminin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi, yer dönme parametrelerinin belirlenmesi, deniz seviyesindeki ve buzullardaki değişimlerin izlenmesi, uydu yörünge bilgilerinin hesaplanması ve atmosferdeki su buharı değişimlerinin belirlenmesi için yeterli doğrulukta üretilirler.

IGS ÜRÜNLERİ

IGS, tarafından toplanan ve arşivlenen GPS verilerinin değerlendirilmesi ile uydu yörünge bilgileri, yer dönme parametreleri, IGS’e bağlı sürekli istasyon noktalarının koordinatları ve hızları, uydu ve alıcı saat bilgileri gibi ürünler elde edilmektedir. Bu hizmetlerden yararlanan, bölgesel ağlarda çalışan kullanıcılar, kendi ağlarını yersel referans sistemine oturtmakta ve yüksek doğruluklarla bölgesel ağın istasyon noktalarına ait koordinatları ve bu noktalara ait hızları elde etmektedirler.

Deprem Öncesi Dönemde (Interseismic) GPS

Deprem öncesi dönemdir.

Deprem riskini tesbit etmek için levhaların birbirine göre hareketlerinin incelenmesi ile bölgede meydana gelen stres ve gerilmenin hesabı mümkündür.

Bu işlem için daha önceden fay geometrisinin çok iyi bilinmesi gerekmektedir.

İyi bilinmeye fay geometrisi yanlış yorumlama yapmaya sebep olacaktır.

Deprem Sırası (Coseismic) Dönemde GPS

Deprem sonrası meydana gelen yüzey deformasyonlarının tespiti için GPS ölçümleri yapılır.

Fay hattında meydana gelen kırılmanın geometrisini belirlenebilir.

Sismik datalar incelenerek kırılma geometrisini belirlemek yanlış olur. Çünkü devam eden artçı sarsıntılar sismik dataların içinde yer alacağı için kırılma geometrisini tanımlanmasını zorlaştırır.

Coseismic dönem 5-10 yıl devam edilebilir.

Deprem Sonrası (Postseismic) Dönemde GPS

Deprem öncesi döneme geçiş

evresidir.

Bu dönemde fay

mekanizmaları işleme

düzenini alır.

Bu dönemin başlangıcı GPS

ölçüleri sonuçlarının

yorumlanması ile tespit

edilmektedir.

Verilerin Değerlendirilmesi

Tektonik hareketlerden,

deformasyon ölçümlerine kadar

yüksek presizyon isteyen birçok

jeodezik ölçmelerde kullanılan

bilimsel yazılımlara örnek olarak,

BERNESE, GAMIT/GLOBK,

GIPSY/OASIS gibi yazılımlar

verilebilir.

Neden Bu Programlar

GPS uydularının içinde radyasyon baskısı gibi ataletsiz kuvvetleri de barındıran yörüngesel hareketleri,

Güneş, ay ve diğer büyük gezegenler gibi gökyüzü cisimlerinin etkileri,

GPS uydularının davranışlarının ölçülere etkisi,

GPS saatlerinin davranışlarından kaynaklanan etkiler,

Kutup hareketleri ve bir günün uzunluğu gibi dünya dönüş parametreleri,

Yeryüzü dalgaları (gel-git), okyanus dalgaları ve ana karanın bunlara elastik tepkileri,

Anten tipinin hata yayılımına etkileri,

İyonosfer ve doğal atmosferin yayılım etkileridir

GPS Ölçümünde Dikkat Edilecek Hususlar

GPS Noktası Seçimi

Fay geometrisi çok iyi bilinmeli

Fay etrafına tesis edilecek

noktalar fayın üst kabuk

kalınlığının en az 1-1.5 katı

uzağa

Fayı temsil edecek en uygun

yerlere

Sağlam zemin üzerine

GPS ölçümü esnasında

Çift Frekanslı Alıcılar Kullanılmalı

Ölçü süresi yeterli olmalı (min 9 saat)

Kayıt aralığı IGS istasyonlarına uygun olmalı (15-30sn)

Her noktada tekrarlılık incelemesi için en az 3 gün ölçü yapılmalı

Mümkün mertebe aynı model GPS yada aynı marka kullanılmalı

Anten yüksekliği mm mertebesinde en az 4 farklı yönden ölçülmeli

Yükseklik açısı 10 dereceden küçük olmamalı

Değerlendirme esnasında

Bilimsel yazılımlar kullanılmalı

Hız hesaplamak için en az 3 periyot

ölçüm yapılmalı

Levha hareketini tanımlayacak

uygun noktaları stabilizasyon

noktaları tespit etmek gerekir.

Uygun IGS istasyonları kullanmak

gerekir.

Örnek Uygulama

Günlük ölçümler arasındaki

gerekli ilişkiyi sağlamak

ve ağda meydana

gelebilecek içsel ölçme

hatalarını kontrol

edebilmek için TKIN ve

KYBS noktaları sürekli

istasyonlar olarak

seçilmiş ve tüm periyotlar

boyunca sabit noktalar

olarak ölçülmüşlerdir.

Yıllar 2003 2004 2005

Nokta

Adı 237 238 082 083 255 256 257 258 259 260 228 229 230 231 232 233

SLVR X X X X X X X X

SRKK X X X X X X X X

TKIN X X X X X X X X X X X X X X X X

ISRT X X X X X X X X

YSLV X X X X X X X X

CLTK X X X X X X X X

GKPN X X X X X X X X

KYBS X X X X X X X X X X X X X X X X

KZLR X X X X X X X X

SIRA X X X X X X X X

Seçilen IGS istasyonları

Nokta Adı Konumu

ISTA İstanbul-Türkiye

TUBI Tübitak-Türkiye

MATE Matera-İtalya

NICO Nicossia-Güney Kıbrıs

SOFI Sofia-Bulgaristan

TELA Telaviv-İsrail

WTZR Koetzting-Almanya

ZECK Zelenchukskaya-Rusya

KIT3 Kitab-Özbekistan

GRAZ Graz-Avusturya

MERS Mersin-Türkiye

İlk Aşamada;

Tüm istasyon noktalarında yapılan ölçmeler gün gün

ayrılmıştır,

Her bir gün için faz ölçülerinden çiftli farklar

oluşturulurmuş,

Alınan çiftli farklar yardımı ile her bir gün için

istasyon koordinatları, atmosferik parametreler, tam

sayı belirsizlikleri, uydu yörünge bilgileri ve yer

dönüş parametreleri kestirilmiştir.

Hesaplanan Hız Vektörleri

Mc Clusky vd. diğerleri Erdoğan (2005)

Sonuçlar ve Öneriler

Gerek zaman gerekse maliyet açısından en uygun

yöntemdir.

Uydusal bir ölçüm yöntemi olduğu için hassas

sonuçlar elde edilebilir.

GPS düşey doğruluğu henüz istenen miktarda

olmadığı için yalnız yatay atımlı olan levhalar için

kullanımı uygundur.

Tektonik hareketlerin modellenmesi için uygun

parametre seçimi önemlidir.