Gökova ve Saros körfezlerinin aktif tektonizmalarının sismik yansıma verileri ile incelenmesi

Abstract

Batı Anadolu ve Ege denizindeki K-G gerilme rejimi bir kısmı karada, önemli bir kısmı da Ege denizi içinde devam eden D-B doğrultum rift ve graben yapılarım geliştirmiştir. Bölgede jeofizik ve jeoloji çalışmaları karada yoğun olarak yapılmakla beraber denizlerde kısıtlı kalmaktadır. Karadaki yapıların denize devamının incelenmesinin yamsıra sadece deniz içinde gelişen yapılara ait jeofizik ve jeolojik bilgiler, Ege'de hakim K-G gerilme rejiminin araştırılmasına bütünlük kazandıracaktır. Sismik aktivitenin fazla olduğu ülkemizde aktif fayların doğrultu, atım ve kapladıkları alanların belirlenmesi günümüzde bilimsel olduğu kadar toplumsal, ekonomik ve siyasal anlamda da önem taşır. Gökova ve Saros körfezlerinde toplanan çok kanallı sismik yansıma verileri bu körfezlerin aktif faylarının belirlenmesi ve karadaki yapıların denizdeki devamlarının araştırılması amacım taşımaktadır. Körfezler Ege bölgesindeki K-G gerilme sistemde gelişen önemli yapılar olmakla beraber Saros körfezinin oluşumunda Kuzey Anadolu Fayı (KAF)'ın makaslama kuvvetlerinin etkisi önemli rol oynar. Ayrıntılı jeofizik ve jeolojik araştırmalar gerilme rejiminin neden, nasıl, hangi jeolojik zamanda başladığına dair yaklaşımlar sağlayacaktır. Türkiye'nin GB'smda yer alan D-B doğrultuda 110 km uzunluktaki Gökova körfezini oluşturan grabenin büyük bir kesimi Ege denizi içinde uzanır. D-B doğrultuda 60 km uzunluktaki Saros körfezinin dahil olduğu Kuzey Ege Çukurluğu (KEÇ) ise Ege denizi içinde gelişmiş bir yapıdır. Körfezlerde deniz tabanından itibaren derinlerdeki tabaka ve fayların yerlerinin ve geometrilerinin belirlenmesinde çok kanallı sismik yansıma yönteminin kullanılması en uygun yaklaşımlardan biri olacaktır. Bu tez çalışmasında kullanılan veriler, koordinasyonunu Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu (TÜBÎTAK)'ın yaptığı, İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) ve Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüp (MTA) işbirliğinde gerçekleştirilen Ulusal Deniz Jeolojisi ve Jeofiziği Programı'ndan sağlanmıştır. Ege denizinde, 1996 yılında, MTA Sismik- 1 araştırma gemisi ile toplanan çok kanallı sismik yansıma verileri, Gökova körfezinde toplam 245 km uzunluğunda 12 adet, Saros körfezinde toplam 159 km uzunluğunda 7 adet hat üzerinde alınmıştır. Veri toplama parametreleri şunlardır: Enerji kaynağı olarak hava tabancası kullanılmış, 96 ve 48 kanallı veriler alınmış, atış aralığı 50 m, alıcı grubu aralığı 12.5 m, ofset mesafesi 237.5 m, kayıt uzunluğu 5 sn, örnekleme aralığı 2 milisaniye seçilmiştir. Sismik veri işlem aşamaları İTÜ Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Nezihi Canıtez Veri İşlem xxı Laboratuvannda uygulanmıştır. Sismik veri işlem basamakları sırasıyla aşağıda listelenmiştir: - Verilerin SEGD formatından dahili formata çevrilmesi - Sismik hat içi atış-alıcı düzeni geometrisi tamım - İstenmeyen kalitedeki sismik izlerin ayıklanması - Atış düzeninden ortak yansıma noktası düzenine geçilmesi - Statik düzeltme - Genlik kazancı uygulaması - Frekans süzgeçlemesi - Ters evrişim - Yığma hızı analizi ve NMO düzeltmesi - NMO bozucu etkilerinin giderilmesi - Yığma işlemi - Zaman ortamında sismik göç - Derinlik ortamında sismik migrasyon - Otomatik genlik kazancı Körfezlere ait çok kanallı yansıma sismiği verilerinin jeofizik ve jeolojik yorumlan sismik göç kesitleri kullanılarak yapılmıştır. Sismik kesitlerin yorumlanmasında kara jeolojisi, sismoloji, GPS (Global Positioning System), sığ yansıma sismiği çalışmalarından da faydalamlmıştır. Bunlara ek olarak körfezlerde ve civarlanndaki batimetrik ve topoğrafik değişimler haritalanarak sismik kesitlerle ilişkilendirilmiştir. Körfezler oluşumlarında Batı Anadolu'nun güncel tektoniğinden etkilenmelerinin yanısıra civarlanndaki farklı jeolojik etkileri de içerirler. Örneğin Saros körfezinin oluşumunda sağ yanal alımlı KAF'ın makaslama kuvvetlerinin ve Ege'deki K-G gerilme rejiminin birlikte etkileşimi söz konusudur. Bunun yanısıra Ege'nin güneyindeki Hellen dalma- batma zonunun etkisi ile Batı Anadolu ve Ege'deki gerilme kuvvetlerinin GB'ya gittikçe artması Gökova bölgesinde Saros'dakinden daha etkili açılma kuvvetlerinin olmasına sebep olur. GB Anadolu'da yer alan Gökova körfezi başlıca D-B uzanmasına rağmen deniz altı tektonik yapısı batıdan doğuya değişiklikler gösterir. Körfezin batısında, yaklaşık D-B uzanımlı ve kuzeye dalımlı listrik karakterli Datça fayı sismik kesitlerde oldukça belirgin bir yapı olarak gözlenir. Körfezin orta kısımlarındaki BKB-DGD doğrultum orta-körfez çukurluğu ve doğusundaki BKB-DGD doğrultum horst-graben yapısı sismik kesitlerde ve batimetri haritasında dikkat çeken yapısal unsurlardır. Gökova körfezinin açılması güneybatısındaki Datça fayı ve kuzeydeki antitetik faylarla muhtemelen Geç Miyosen-Pliyosen zamanında oluşmuştur. Datça fayının taban bloğunu oluşturan temel kaya karada yapılan jeoloji çalışmalarına dayanarak Eosen yaşlı Likya naplan olmalıdır. Zaman ortamındaki sismik kesitlerde listrik karakterde gözlenen Datça fayı derinlik ortamındaki sismik kesitinde yine listrik yapıdadır. Derinlik kesitinde faym eğiminin 40° ile başlayıp 2.5 km derinlikde 20°'ye düştüğü dikkat çeker. Fay düzleminde yaklaşık 1.2 sn ve deniz tabanını gösteren seviyeler arasındaki yansımaların paralel tabakalarıma göstermesi ve alttaki tabakaların üzerine üzerlemesi (onlap) bu seviyelerde faylarıma hızında belli bir zamanda (muhtemelen Pleistosen) azalma olduğunu gösterir. Bölgedeki deprem xxıı episantır dağılımı körfezin kuzey sınınndaki aktif normal faylar ile ilişkili olarak bu bölgede yoğunluk gösterir. Sismik kesitlerle körfez içindeki ortalama (overall) açılma hızı en az 1.1 mm/yıl olarak belirlenmiştir. Bu rakamın hesabında körfezin açılma yaşı geç Miyosen- Pliyosen (5.2 My), Datça fayı ve onun başlıca antitetik fayının toplamda yatay yer değiştirmesi, sismik kesitlerden yaklaşık 5. S km hesaplanmıştır. Bu hesaplamaya körfezdeki diğer küçük antitetik fayların katılmasıyla ve/veya körfezin açılma yaşının geç Miyosen-Pliyosen'den daha genç olması durumunda açılma hızı 1.1 mm/yıPdan daha büyük olacaktır. Açılma faktörü P, 11 No'lu sismik kesitin toplam boyunu (Datça fayının deniz seviyesine ulaştığı yerden) tavan bloğundaki temel kayaya ait rollover yapısının uzunluğuna bölerek en az 1.4 olmalıdır. Saros körfezi Batı Anadolu'nun K-G gerilme rejimi ve KAF'ın sağ yanal atımlı makaslama etkilerinin giriştiği bir alanda, KEÇ'in KD ucunu oluşturur. Çok kanallı yansıma sismiği verilerinin bölgenin jeolojisi, batimetrisi, topografyası, deprem mekanizma çözümleri ve GPS çalışmaları ışığında yorumlanması sonucu körfezde iki tür fay sistemi gözlenmiştir. Birinci tür faylar Saros çukurluğunu kuzey ve güneyden sınırlarlar, sağ yanal ve normal atım bileşenine sahiptirler. İkinci tür faylar çukurluk içindeki genç çökelleri ve deniz tabanım kesen normal atımlı faylardır. Saros çukurluğunu kuzey ve güneyden sınırlayan birinci tür faylar açılma kuvvetlerinin olduğu kadar makaslama kuvvetlerinin etkisi sonucu oluşmuştur. Bu faylardan özellikle kuzeyde olardan, KAF'ın GB'ya doğru kıvnmlandığı bu bölgede harita düzleminde KD'ya gittikçe Ganos fayma yaklaşarak negatif çiçek yapısı gösterirler. KAF'ın makaslama kuvveti ve Batı Anadolu-Ege denizinin açılma kuvvetlerinin her ikisinin birlikte etkileşimi bu tür fayları geliştirmiştir. Saros çukurluğunu dolduran genç sedimanlan ve deniz tabanım kesen ikinci tür faylar temeli etkilemeyen yapılardır ve fay blokları dönme (rotasyon) hareketi geçirmişlerdir. Muhtemelen sadece normal atım bileşenine sahip bu faylar Batı Anadolu-Ege açılmasının bir ürünü olmalıdır. Saros körfezinin açılma evrimi iki aşamada izlenebilir. Birinci aşamada KAF zonunun Saros bölgesinde GB'ya büklüm yapması ile harita düzleminde Ganos fayından GB'ya gittikçe uzaklaşan, düşey düzlemde yakınsayan ana fay kolları gelişmiştir. Bu bir negatif çiçek yapısıdır ve körfezin oluşumunun temel taşını oluşturur. İkinci aşamada, muhtemelen geç Pliyosen-Kuvaterner'de, artan K-G açılma hızı Saros çukurluğunu dolduran gevşek sedimanlar içinde yeni bir fay sistemi yaratmıştır. Sonuç olarak Saros körfezi ilk olarak negatif çiçek yapısı ile oluşmuş daha sonra artan K-G açılma etkisinde, makaslama kuvvetlerinin de hala aktif olarak çalıştığı Geç Pliyo-Kuvaterner'de yayvanlaşmış bir negatif çiçek yapısı ile evrimini devam ettirmiştir.

N-S extension in the Western Anatolia and Aegean Sea causes E-W trending rift and graben systems, partly on land but mainly in the Aegean Sea. Although various geophysical and geological studies have been carried out in the region, they are usually concentrated on land part of the region, i.e, the Western Anatolia and Greece. The investigations of the geological features developed only on marine areas as well as continuation of the land structures towards to the sea will provide an important geological and geophysical information in understanding of N-S extensional regime in the Aegean Sea. In our country, where an intense seismic activity occurs, determining the directions, slips and zones of the active faults is an important task from scientifically as well as sociological, economical and political point of view. The multi-channel seismic reflection data from gulfs of Gökova and Saros were collected in order to investigate the active faults of the gulfs and their continuation from land to the open sea. These two gulfs evolved in the N-S extensional regime of Western Anatolia-Aegean Sea, but a shear regime due to NAF is also plays an important factor in the evolution of the Gulf of Saros. Detailed geophysical and geological studies may provide answers to the questions what caused the extension, how the region was extended and when the opening began. The 1 10 km long Gulf of Gökova located in the S W of Turkey is a part of a major E-W trending graben on Western Turkey. The most part of the graben lies in the Aegean Sea. The Gulf of Saros with 60 km length in E-W is a part of the North Aegean Trough (NAT) in the northern Aegean Sea. The multi channel seismic reflection method is one of the most useful ways to investigate the subbottom layers and fault geometry. The data used in this thesis is provided from the Turkish National Marine Geology and Geophysics Program (Coordinator: Prof. Dr. Naci Görür) coordinated by Turkish Scientific and Technical Research Council and mainly carried out by the Istanbul Technical University (ÎTÜ) and Mineral Research and Exploration Directorate of Turkey (MTA). A total of 245 km multi-channel seismic reflection data from the Gulf of Gökova and 159 km from the Gulf of Saros used in this study were collected by MTA Sismik- 1 research vessel in 1996. Data collection parameters are as follows: airgun source array, 96 or 48 channels, 50 m shot interval, 12.5 m receiver group interval, 237.5 m offset, 5 s xxiv record length and 2 ms sampling interval. The data were processed in the Nezihi Camtez Data Processing Laboratory of the Department of Geophysics, ÎTÜ. Data processing stream is as follows: - Transferring data from SEGD to the internal format. - In-line geometry definition - Trace editing - CDP sorting - Static correction - Gain correction - Band-pass frequency filtering - Deconvolution - Velocity analysis and normal-move-out (NMO) correction -Muting - Stacking - Time migration - Depth migration - Automatic Gain Control (AGC) Geophysical and geological interpretations were carried out by using the migrated seismic sections. Independent data from land geology, seismology, Global Positioning System (GPS) and shallow reflection studies were also utilized in the interpretations. In addition, topographic and bathymetric relief maps of the gulfs and their surroundings were generated and integrated into the interpretation of the seismic sections. Although the gulfs have been influenced by the Western Anatolia-Aegean Sea extensional regime, they are also affected by other tectonic regimes: interaction of the shear forces of the North Anatolian Fault (NAF) zone as well as the N-S Aegean extension play an important role in forming the Gulf of Saros. Hellenic subduction zone applies more extensional forces to Gökova province than to the northern part of the Aegean Sea, so to the Saros province. The submarine structure of the gulf of Gökova differs in direction from west to east in spite of its elongated E-W direction. Along the south-western coast of the gulf, a nearly E-W oriented north dipping, listric fault is observed as a major structural feature and named as Datça Fault. The WNW-ESE oriented mid-gulf trough in the center of the gulf and WNW-ESE-oriented horst-graben system in the east are the other important features visible on the seismic sections and on the bathymetric map. The opening of the Gulf of Gökova must have been essentially initiated by the Datça Fault and its associated antithetic faults. The onset time of this opening is possibly in the latest Miocene-Pliocene. The basement rocks forming the footwall of the Datça Fault must be formations of the Lykian Nappes according to the land geology studies. The listric character of the Datça Fault seen in the time migrated sections is also conserved in the depth migrated sections. In the depth section, the dip angle of the fault begins at the angle of 40° and decreases to 20° at a depth of 2.5 km. The horizontal bedding and onlapping between the seabed reflections and reflection level at 1.2 s above the fault plane imply that faulting decelerated, possibly in the Pleistocene. Earthquake epicenter distribution in the Gökova area shows high activity in the xxv northern shoulders of the gulf which is possibly related to the active normal faults located in that area. The overall rate of extension within the Gulf of Gökova is estimated as at least 1.1 mm per year from the seismic sections. In estimating this value, it was assumed that the gulf began to open in the latest Miocene-Pliocene (5.2 m.y) and that the total horizontal separation of the Datça Fault and its major antithetic fault is 5.5 km. The actual rate must be larger than 1.1 mm per year when the minor antithetic faults are considered and/or if the onset of the gulf is younger man the latest Miocene-Pliocene. An extension factor (P) of 1.4 was calculated for the gulf by taking ratio of the length of the section-11 (extrapolating the Datça Fault to the sea level) and the length of the reconstructed section-1 1. The gulf of Saros is the easternmost part of the NAT and it is located in an area where two regional regimes interacts; the N-S extension in the Western Anatolia-Aegean Sea and shear in the NAF zone. Two set of fault systems were interpreted in the seismic sections from the Gulf of Saros in light of field geology, bathymetry, topography, earthquake mechanism solutions and GPS studies. The first set of faults bound the gulf from north and south and have strike-slip as well as dip-slip components. The second set of faults are the normal faults located within the trough and cut the recent sediments as well as the seabed and they have dip-slip components. The faults that bound the Saros trough from north and south have been possibly formed by interacting forces of the NAF as well as the extensional forces of the Western Anatolia-Aegean Sea. In map view, these faults particularly those in the north, converge to the main fault, Ganos fault, towards east where NAF has a SW bending and form a negative flower structure. Interaction of the shear forces of the NAF and extensional forces of the Western Anatolia-Aegean Sea extension possibly formed these types of the faults. The second fault set within the trough and cut through the young deposits only, show rotated fault blocks and they do not affect the basement. They have been possibly created within the unconsolidated sediments in response to the Aegean extension. The Gulf of Saros was evolved in two phases: in the first stage, southward bending of the NAF had led to the development of divergent and convergent faults to the main fault, the Ganos Fault, in map view and in vertical section, respectively. This first stage constituted a negative flower structure that is the kernel of the gulf. In the second stage, possibly in the late Pliocene-Quaternary, increasing Western Anatolia-Aegean extension might have caused development of the second set of faults within the young deposits. This shows the Gulf of Saros was initially formed as a negative flower structure, and then it was possibly evolved as dilated negative flower structure in the late Pliocene- Quaternary during increasing extension while the shear forces were still active.