DEPREM BİLİMİNE GİRİŞ Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ DEPREM PARAMETRELERİ VE HESAPLAMA YÖNTEMLERİ DEPREM PARAMETRELERİ Bir deprem meydana geldiğinde, bu depremin anlaşılması için tanımlanan kavramlar olarak bilinirler. 1)  Depremin Kinematik Parametreleri a) Depremin oluş yeri (Hiposantr, Episantr) b) Depremin oluş zamanı c) Odak derinliği d) Şiddet e) Magnitüd (Büyüklük) 2) Depremin Dinamik Parametreleri a) Fayın atımı (Dislokasyon) b) Fay düzleminin konumu c) Kaynak-zaman fonksiyonu d) Odaktaki kuvvetlerin geometrisi e) Sismik Moment 1)  Depremin Kinematik Parametreleri 1.a) Depremin oluş yeri (Hiposantr, Episantr) Hiposantır, depremin odak noktası veya iç merkez olarak da tanımlanır. Odak noktası yerin içinde depremin enerjisinin ortaya çıktığı noktadır. Gerçekte , enerjinin ortaya çıktığı bir nokta olmayıp bir alandır, fakat pratik uygulamalarda nokta olarak kabul edilmektedir. Episantr, odak noktasına en yakın olan yer üzerindeki noktadır. Burası aynı zamanda depremin en çok hasar yaptığı veya en kuvvetli olarak hissedildiği noktadır. Aslında episantr, bir noktadan çok bir alandır. Depremin dış merkez alanı depremin şiddetine bağlı olarak çeşitli büyüklüklerde olabilir. Bazen büyük bir depremin odak noktasının boyutları yüzlerce kilometreyle de belirlenebilir. Bu nedenle "Episantr Bölgesi" ya da "Episantr Alanı" olarak tanımlama yapılması gerçeğe daha yakın olacaktır. 1.b) Depremin oluş zamanı Depremin hareketinin yer içinde başladığı zamandır. 1.c) Depremin Derinliği Depremde enerjinin açığa çıktığı noktanın yeryüzünden en kısa uzaklığı, depremin odak derinliği olarak adlandırılır. Depremler odak derinliklerine göre sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma tektonik depremler için geçerlidir. 0-60 km. sığ 70-300 km. orta derinlikte 300 km. den fazla derin Türkiye'de olan depremler genellikle sığ depremlerdir ve derinlikleri 0-60 km. arasındadır. Orta ve derin depremler daha çok bir levhanın bir diğer levhanın altına girdiği bölgelerde olur. Derin depremler çok geniş alanlarda hissedilir, buna karşılık yaptıkları hasar azdır. Sığ depremler ise dar bir alanda hissedilirken bu alan içinde çok büyük hasar yapabilirler. 1.d) Eşşiddet (İzoseit) Eğrileri: Aynı şiddetle sarsılan noktaları birbirine bağlayan noktalara denir. Bunun tamamlanmasıyla eşşiddet haritası ortaya çıkar. Genelde kabul edilmiş duruma göre, eğrilerin oluşturduğu yani iki eğri arasında kalan alan, depremlerden etkilenme yönüyle, şiddet bakımından sınırlandırılmış olur. Bu nedenle depremin şiddeti eşşiddet eğrileri üzerine değil, alan içerisine yazılır. 1.2) Şiddet Herhangi bir derinlikte olan depremin, yeryüzünde hissedildiği bir noktadaki etkisinin ölçüsü olarak tanımlanmaktadır. Depremin yer yüzeyindeki etkileri depremin şiddeti olarak tanımlanır. Şiddetin ölçüsü, insanların deprem sırasında uykudan uyanmaları, mobilyaların hareket etmesi, bacaların yıkılması ve toplam hasar gibi çeşitli parametreler göz önüne alınarak yapılır. MSK (MEDVEDEV-SPENHEAU-KARNİK) (12 dereceli) MM (Modified Mercalli) (12 dereceli) EMS (EUROPEAN MACROSEISMİC SCALE) (12 dereceli) JMA (JAPAN METEOROLOGICAL AGENCY) (7 dereceli) 1.  Mercalli Şiddet Ölçeği: (Modified Mercalli -MMIntensity Scale) Bu ölçek, Romen rakamları ile belirlenen 12 düzeyden oluşur. Hiçbir matematiksel temeli olmayıp, bütünü ile gözlemsel bilgilere dayanır. Önceden hazırlanmış olan bu cetveller, her şiddet derecesindeki depremlerin insanlar, yapılar ve arazi üzerinde meydana getireceği etkileri belirlemektedir. Şiddeti V ve daha küçük olan depremler genellikle yapılarda hasar meydana getirmezler. VI-XII arasındaki şiddetler ise, depremlerin yapılarda meydana getirdiği hasar ve arazide oluşturduğu kırılma, yarılma, heyelan gibi bulgulara dayanılarak değerlendirilmektedir. Charles Richter tarafından geliştirilen bu ölçek günümüzde "Değiştirilmiş Mercalli Şiddet Ölçeği" (Modified Mercalli Intensity Scale (MMI) veya kısaca Modified Mercalli Scale (MM)) olarak adlandırılır. 2. JMA DEPREM ŞİDDET CETVELİ (Japan Meteorological Agency Earthquake Intensity Scale) Japonya’daki yapı türleri, deprem özellikleri ve hasar sonuçları esas alınarak Japon Meteoroloji Ajansı tarafından hazırlanmış olan 7 derecelik deprem şiddet cetvelidir. Yalnızca Japonya’da kullanılmakta olup, diğer uluslararası deprem şiddet cetvellerinden farkı, depremin oluşturduğu hasar ve etkileri, 7 derece ile sınırlamış olmasıdır. 1.e) Magnitüd (büyüklük) Deprem sırasında açığa çıkan enerjinin bir ölçüsü olarak tanımlanmaktadır. Enerjinin doğrudan doğruya ölçülmesi olanağı olmadığından, Richter tarafından 1930 yıllarında bulunan bir yöntemle depremlerin aletsel bir ölçüsü olan “Magnitüd” tanımlanmıştır. Episantrdan 100 km. uzaklıkta ve sert zemine yerleştirilmiş özel bir sismografla (2800 büyütmeli, özel periyodu 0.8 saniye ve %80 sönümü olan bir WoodAnderson torsiyon Sismografı ile) kaydedilmiş zemin hareketinin mikron cinsinden (1 mikron 1/1000 mm) ölçülen maksimum genliğinin 10 tabanına göre logaritmasını bir depremin “magnitüdü” olarak tanımlamıştır. Her depreme ait tek bir magnitüd değeri vardır. Bu değer Richter Ölçegi ile derecelendirilmiştir. Magnitüddeki 1 birimlik artış sismogramlardaki genliklerin 10 kat, depremin enerjisinin de 31 kat artmasi demektir. Bugüne dek olan depremler istatistik olarak incelendiğinde kaydedilen en büyük magnitüd değerinin 8.9 olduğu görülmektedir (31 Ocak 1906 Colombiya-Ekvator ve 2Mart 1933 Sanriku-Japonya depremleri). Magnitüd, aletsel ve gözlemsel magnitüd değerleri olmak üzere iki gruba ayrılabilmektedir. Aletsel magnitüd, standart bir sismografla kaydedilen deprem hareketinin maksimum genlik ve periyot değeri ve alet kalibrasyon fonksiyonlarının kullanılması ile yapılan hesaplamalar sonucunda elde edilmektedir. Aletsel magnitüd değeri, gerek cisim dalgaları ve gerekse yüzey dalgalarından hesaplanmaktadır. Genel olarak, cisim dalgalarından hesaplanan magnitüdler (m), ile yüzey dalgalarından hesaplanan mağnitüdler de (M) ile gösterilmektedir. Her iki magnitüd değerini birbirine dönüştürecek bazı bağıntılar mevcuttur. Gözlemsel magnitüd değeri ise, gözlemsel inceleme sonucu elde edilen episantr şiddetinden hesaplanmaktadır. Ancak, bu tür hesaplamalarda, magnitüd-şiddet bağıntısının incelenilen bölgeden bölgeye değiştiği de gözönünde tutulmalıdır. Gözlemevleri tarafından bildirilen bu depremin magnitüdü depremin enerjisi hakkında fikir vermez. Çünkü deprem sığ veya derin odaklı olabilir. Magnitüdü aynı olan iki depremden sığ olanı daha çok hasar yaparken, derin olanı daha az hasar yapacağından arada bir fark olacaktır. Yine de Richter ölçeği (magnitüd) depremlerin özelliklerini saptamada çok önemli bir unsur olmaktadır. Richter Büyüklüğü Tipik maksimum Değiş;rilmiş Mercall Şidde; 1.0 -‐ 3.0 3.0 -‐ 3.9 4.0 -‐ 4.9 5.0 -‐ 5.9 6.0 -‐ 6.9 I II -‐ III IV -‐ V VI -‐ VII VII -‐ IX 7.0+ VIII veya daha yüksek Depremlerin şiddet ve magnitüdleri arasında birtakım deneye dayalı bağıntılar çıkarılmıştır. Bu bağıntılardan şiddet ve magnitüd değerleri arasındaki dönüşümleri aşağıdaki gibi verilebilir. neden farklı magnitüd türlerine ihtiyaç duyulur ? Dünya üzerinde bir çok noktada ve çeşitli sayılarda sismograf istasyonu bulunmaktadır. Charles Richter’in geliştirdiği magnitüd hesaplaması ise belirli aralıklardaki frekans ve uzaklıkta sonuç veriyordu. Dolayısıyla artan sismograf ağlarını da desteklemesi için Richter Magnitüdü kullanılarak farklı magnitüd hesaplamaları gelistirilmeye başlandı. Bunlar cisim dalgası magnitüdü (Mb) ve yüzey dalgası magnitüdü (Ms) dir. Bu magnitüd çesitleri de belirli frekans araliklarinda ve belirli sismik dalga türleriyle çalisirlar. Richter magnitüdü, cisim dalgasi magnitüdü ve yüzey dalgasi magnitüdü belirli aralıklar içinde çalıştığından, daha genel bir tanımlamaya ihtiyaç duyulmaktaydı. Bu tanımlama da Moment magnitüdü (Mw) üzerine geliştirildi. Özellikle büyük depremlerde çok iyi çalışan moment magnitüdü son zamanlarda tercih edilmektedir. Magnitüd Türleri 1)  Süreye (duration) Bağlı Büyüklük (Md) Daha büyük bir depremin, sismometre üzerinde daha uzun bir süre için salınımlara yol açacağı ilkesinden hareket edilir. Depremin, sismometre üzerinde ne kadar uzun süreli bir titreşim oluşturduğu ölçülür ve deprem merkezinin uzaklığı ile ölçeklenir. Bu yöntem küçük (M<5.0) ve yakın (Uzaklık<300 km) depremeler için kullanılır. Magnitüd Araligi : <4 Uzaklik Araligi (Km) : 0-400 Formül : Md = a1 + a2 log t + a3 D + a4 h veya Md = -0.87 + 2.00 log t + 0.0035 D T : Saniye cinsinden sinyal süresi D : km cinsinden episantir uzakligi H : Depremin düsey derinligi a1,a2,a3,a4: Ampirik sabitler 2) Yerel (Lokal) Büyüklük (Ml) (Richter Magnitüdü) Bu yöntem 1935'da Richter tarafından önerilen ilk yöntemdir. Bu yöntem, havuza atılan taşı düşünürsek, taşın suya çarparken oluşturduğu ses dalgalarının suyun içerisine yerleştirilmiş bir mikrofon ile dinlenmesine benzetilebilir. Ses kaydında oluşan en yüksek genlik değeri, uzaklık ile ölçeklenerek taşın büyüklüğü hakkında bilgi verecektir. Depremin büyüklüğünü kestirirken de aynı ilke uygulanır. Bu yöntem de göreceli olarak, küçük (büyüklüğü 6,0’dan az) ve yakın (uzaklığı 700 km'den az) depremeler için kullanılır. Doğru değerlerin bulunması için sismometrelerin çok iyi kalibre edilmiş olması esastır. Magnitüd Araligi: 2-6 Uzaklik Araligi (Km): 0-400 Formül: ML = log Amax - log A0 + S A: Sismogram üzerindeki en büyük genligi mm cinsinden ifade etmektedir. Log A0: Uzaklik 600 km’den küçük olmak sartiyla uzakligin fonksiyonunun standart bir degeri olarak alinir. S: Istasyon düzeltmesi. 3) Yüzey Dalgası Büyüklüğü (Ms) Bu yöntem ilk iki yöntemin yetersiz kaldığı büyük depremleri (M>6,0) ölçmek için geliştirilmiştir. Dairesel olarak, merkezden çevreye yayılan dalgaların en yüksek genliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Bu tür dalgalar yeryüzünde kaynaktan çok uzak mesafelere yayılabilirler. Diğer yöntemlerin aksine bu yöntemin güvenilirliği uzak mesafeden yapılan ölçümlerde daha da artar. Bu magnitüd türü genellikle 50 km’den daha derin depremler için kullanılmaz. Genligi ölçülen dalga türü Rayleigh’dir. Genel olarak Ms magnitüdü sığ depremler için Mb’den daha güvenilirdir. Magnitüd Aralığı: 5-8 Uzaklık Aralığı (Km): 20-180° Gutenberg, 1945 : Ms = log A - log A0 (D°) Duda, Nuttli, 1974 : Ms = log (A/T) + a log D° + b Ms = log (A/T) + 1.66 log D° + 3.30 20°<D<160° T : Saniye cinsinden periyot A : 18<T<22 araligindaki yüzey dalgasinin düsey bileseninin Mikrometre cinsinden en büyük genligi a, b : Bu sabitler Rayleigh dalgasının yatay bilesenlerini simgeleyen katsayılardir.Bu degerler a=1.66-1.82, b=2.0-3.5 arasinda degişmektedir. D° : Derece cinsinden uzaklık 4) Cisim Dalgası Büyüklüğü (Mb) Bu yöntem Ms esasına benzer, tek farkı yüzeyden yayılan dalgalar yerine derinliklerde ilerleyen dalgaların kullanılmasıdır. Dairesel olarak, merkezden çevreye yayılan dalgaların en yüksek genliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Magnitüd Araligi: 4-7 Uzaklik Araligi (Km): 16-100° Formül: Mb = log (A/T) + Q (D,h) T : 0.1<T<3.0 araligi ile kısıtlanmış saniye cinsinden periyot A : Mikrometre cinsinden tanecik titreşimi genliği Q(D,h): düzeltme faktörü, episantır ile kayıtçı arasındaki uzaklığın (D -derece) ve odak derinliğinin ( h – kilometre) fonksiyonu. 5) Moment Büyüklüğü (Mw) Bu büyüklük türü, diğerlerine göre en güvenilir olanıdır. Bilim dünyasında, eğer bir deprem için moment büyüklüğü hesaplanabilmişse, diğer büyüklük türlerine gerek kalmadığı düşünülür. Belirleme açısından hepsinden çok daha karmaşıktır. Esas olarak depremin oluşumunun matematiksel bir modelinin yapılmasına karşılık gelir. Bir araştırıcının gerçekleştirebileceği bilimsel bir çalışma süreci ile hesaplanabilir ve bu yüzden hesaplamaların belirli bir zaman alması kaçınılmazdır. Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ Otomatik olarak uygulamaya konulabilmesi ise zordur, dünyada sayılı birkaç gözlemevinde, sadece belirli bir büyüklüğün üzerindeki depremler için rutin olarak hesaplanmaktadır. Uygulamada, sadece belli bir büyüklüğün üzerindeki depremler için (M>4.0) Moment Büyüklüğü hesaplanabilir. Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ Magnitüd Araligi : >3.5 Uzaklik Araligi (Km) : Tüm uzaklıklar Formül : MW = (2/3) log10 M0 - 10.7 Kanamori ve Anderson tarafindan gelistirilen bir formülde: log10 M0 ~ 11.8 + 3/2 MS Dolayisiyla Moment Magnitüdü ve Yüzey Magnitüdü arasinda bir baglanti olusur: MW = (2/3) (11.8 + 3/2 MS) - 10.7 Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ 2) Depremin Dinamik Parametreleri 2.1) Fay Atımı: Fay çizgisi boyunca hareket eden kütlelerin birbirlerine göre kayma miktarları. Örneğin, fayın yatay atımı 20 m. denildiğinde, kırılma sonucunda kütlenin (yükselen ve alçalan bloklar) birisinin diğerine göre 20 m. Yatay yönde yer değiştirmiş olduğu anlaşılır. Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ 2.2) Fay düzleminin konumu: Faylanma türü ve mekanizma hakkında bilgi verir. Fay düzleminin konumu ve deprem sırasında oluşan asal gerilmeler arasındaki ilişki çözümlenerek oluşan fay sitemlerini tanımlamamızı sağlar (normal, ters, doğrultu atımlı faylanmalar vs.) Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ 2.3) Kaynak - zaman fonksiyonu: Bir deprem kaydı (sismogram), kaynak, ortam ve zemin parametrelerinin bilgilerini içerir. Bunlardan kaynak ile ilgili parametrelerin çözümlenmesi için kaynağın tanımlanması ve matematiksel olarak ifade edilmesi gerekir. Bu nedenledir ki sismogram, ortamı tarif eden bir Green fonksiyonu ile, kaynak-zaman fonksiyonunun evirişimidir. Green fonksiyonları sismometre, kaynak ve alıcı arsındaki ortamın etkilerini içermektedir. Genel olarak bir yer değiştirme sigmogramını matematiksel olarak aşağıdaki gibi ifade edebiliriz. Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ 2.4) Odaktaki kuvvetlerin geometrisi: Deprem kaynağının doğasının araştırılmasında, bölgedeki tektonik hareketin ve aktif fay hatlarının ortaya çıkartılmasında, sismotektonik olarak bölgenin incelenmesi bize yararlı bilgiler sağlar. Deprem kaynağındaki mekanizmanın anlaşılması, yerküre içinde gelişen dinamik hareketlerin nedenlerinin araştırılması çalışmalarında da yardımcı olur. Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ 2.5) Sismik Moment (Mo) Faylanma hareketine eşdeğerlikte bir noktada kaynağın momentidir. Birimi gr.cm2/sn2 = dyn.cm’ dir. Skaler sismik moment, bağıntısı ile tanımlanır. Burada, makaslama modülü (dyn/cm2) fay boyunca oluşan kırığın alanı (cm2) ortalama yerdeğiştirme (cm) Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ Magnitüd Şiddet 1.  D e p r e m i n s a y ı s a l büyüklüğüdür, 1.  Depremin etkilerinin gözlemsel olarak tanımlar, 2.  Ondalıklı sayılar ile gösterilir, 2. Romen rakamları ile gösterilir, 3.  Depremin magnitüdü her yerde aynıdır 3. Episantırdan uzaklakta değeri azalır Yrd. Doç. Dr. Berna TUNÇ - 2012-2013 GÜZ