High resolution coseismic surface displacement measurements between Çiğli and Hassa along the surface rupture of february 6, 2023 Pazarcık Earthquake

Abstract

The subject of this study is the first of the 6 February 2023 Kahramanmaraş Earthquake Doublet (Mw:7.7 and Mw: 7.6), Pazarcık Earhquake, that deeply affected Türkiye. After earthquake occured, studies related to satellite based geodetic data and remote sensing data conducted to reveal surface ruptures and slip distribution of these earthquake doublet. Although such studies contribute to bulk deformation analysis, comprehensive field investigations that determine and quantify the coseismic deformation, fault geometry relationships and discrete deformation analysis from offset features are still lacking. Istanbul Technical University, EarthBeeLab carried out a field campaign to produce high-resolution (<5 cm) UAS imagery with 300m width throughout the 510 km long surface rupture. The principal goal of this study is to provide a detailed pattern of the fault strands along the rupture, co-seismic slip distribution and deformation zone width variations along the surface rupture. Approximately 80 km length of the surface rupture from Hassa to Çiğli were mapped by using the mentioned UAS imagery dataset. The rupture then divided into five sections according to changes in geometry along the rupture: İslahiye, Beyoğlu, Türkoğlu, Küpelikız and Kapıçam from south to north. Deformation zone widths of the rupture were also measured and the results ranges from a few meters up to 1051m. According to measurements, narrow and concentrated sections are Kapıçam, Beyoğlu and Türkoğlu Sections while more distributed sections are observed as İslahiye and Küpelikız Sections. The jog areas where section geometries change represent the widest deformation zones along the fault. Displacements were categorized as ''On Fault'' for those occurring along the main fault and ''Off Fault'' for more than 10 meters from the main fault to show how much of strain is distributed within the deformation zone. After a detailed study over 1419 coseismic displacement measurements (1233 On Fault and 186 Off Fault), highest slip was identified as of 7.9 ± 0.3 m in Kapıçam Section and overall average value of the offset measurements was 2.18 ± 0.30 m. Based on the results of previous studies, maximum coseismic displacement value was obtained as 7.3 ± 0.2 m at Büyüknacar Area (25 km north of the Çiğli), which is smaller than our result. In the study area, Kapıçam Section and Beyoğlu-Türkoğlu transition exhibited the highest concentration and magnitude of displacements among the fault segments.

Bu çalışma, 6 Şubat 2023'te Türkiye'yi etkileyen Mw 7.7 ve Mw 7.6 büyüklüğündeki deprem çiftinin ilk olayına odaklanmaktadır. Deprem çiftinin ilki Pazarcık Depremi, ikincisi ise Elbistan Depremi olarak adlandırılmıştır ve sırasıya 350 km ve 150 km yüzey kırığı oluşturmuşlardır. Bu depremler, Türkiye'nin Doğu Anadolu Bölgesi boyunca, Anadolu Tektonik Plakası'nın batıya hareketine sebep olan iki büyük fay zonundan (Kuzey Anadolu Fayı ve Doğu Anadolu Fayı) Doğu Anadolu Fayı üzerinde meydana gelmiştir. Pazarcık Depremi literatürde Amanos, Pazarcık ve Erkenek Segmentleri olarak adlandırılan segmentleri kırmıştır. Elbistan Depremi ise Sürgü-Çardak Fayı'nın kırılmasıyla meydana gelmiştir. Ayrıca Pazarcık Depremi'nin meydana geldiği Doğu Anadolu Fayı'nın güney ucu olan Amanos Segmenti, Ölü Deniz Fayı ve Doğu Anadolu Fayı kesişiminde bulunduğundan tartışmalı olarak ele alınmaktadır ve bu deprem çiftinin anlaşılması bu tartışma açısından önem kazanmaktadır. Pazarcık Segmenti üzerinde aletsel dönem öncesi meydana gelen 1114 ve 1513 Depremleri ve Amanos Segmenti'nde 1822'de gerçekleşen Mw: 7.5 büyüklüğündeki depremden beri bir deprem kaydedilmemiş olması, bu deprem çifti öncesinde bu segmentlerin bir sismik boşluk oluşturduğuna işaret ediyordu. Ayrıca, 1822 yılında gerçekleşmiş olan depremin bazı çalışmalarda, Doğu Anadolu Fayı'na ait Amanos Segmenti'nde değil, Ölüdeniz Fay Zonu'na ait Yesemek Fayında gerçekleşmiş olduğu belirtilmiştir. Böylece Amanos Segmentinde sismik boşluğun bu depremler öncesinde daha uzun süredir olduğu söylenebilir. Depremin ardından, yüzey kırığı ve kayma dağılımını analiz etmek için uydu tabanlı jeodezik ve uzaktan algılama yöntemleri kullanılmıştır. Bu yöntemler büyük ölçekli deformasyonu anlamak açısından önemli olsa da, ayrıntılı saha incelemeleri yetersiz kalmaktadır. Bu çalışma, küçük ölçekli ve detaylı haritalama ile bu eksikliği gidermeyi amaçlamaktadır. Eşsismik deformasyonun haritalanması ve ölçülmesi, fay geometrisinin belirlenmesi, fay segmentleri ve makaslama bölgelerinin analiz edilmesi ve deformasyona uğramış nesnelerden yer değiştirmelerin hesaplanması gerekmektedir. Bu eksikliği gidermek amacıyla, İstanbul Teknik Üniversitesi EarthBeeLab ekibi yüksek çözünürlüklü (<5cm) İHA görüntülerini kullanarak 510 km uzunluğundaki yüzey kırığının, 300 metre genişliğinde bir şerit haritasını oluşturmuştur. Depremden sonra, Mart ayı içerisinde, bölgede bulunan karların erimesinin ardından, bölgeye iki ayrı saha çalışması düzenlenmiştir ve İHA ile hem optik hem de termal görüntüler elde edilmiştir. Bu görüntüler Metashape Progamı ile jeoreferanslanıp daha sonra QGIS Programında optik görüntüler üzerinde çalışılmıştır. Yüksek çözünürlüklü bu görüntüler detaylı haritalamaya imkan vermiştir. Bu çalışmada Çiğli ile Hassa arasındaki 80 kilometrelik yüzey kırığı üzerinde çalışılmıştır. 1:100 Ölçeğinde yapılan haritalamada kırık üzerindeki ilksel ve ikincil yapılar ortaya konulmuştur. Yüzey kırıklarının haricinde, deforme olan ve zarar gören yapılar da yüksek çözünürlüklü görüntülerde net olarak izlenebilmektedir. Yüzey kırıklarıyla karıştırılabilecek yapılar dikkatlice ayıklanarak doğru bir kırık haritası oluşturulmuştur. Kırık, Çiğli'den Hassa'ya kadar uzanmakta olup, yüzey kırığının geometrik değişimlerine ve atım dağılımındaki değişmelere bakılarak beş ana bölüme ayrılmaktadır: İslahiye, Beyoğlu, Türkoğlu, Küpelikız ve Kapıçam. Bu isimlendirmeler literatürden farklı olarak, yüzey kırıklarının yakınından geçen köy ve mahalleler referans alınarak yapılmıştır. Yüzey kırığını bölümlere ayıran geometrik bariyerler de çevrelerinde bulunan yerleşimlere göre ve geometrik özelliklerine göre, en güneyden kuzeye: Türkbahçe Releasing Stepover, Kılılı Restraining Bend, Kuyumcular Releasing Stepover ve Kocalar Releasing Stepover olarak adlandırılmışlardır. Bu geometrik bariyer alanlarında atım dağılımlarının değişimlerini ve bariyerlerin atım büyüklükleriyle ilişkisini anlamak çalışmanın amaçları içerisindedir. Çalışmanın diğer amacı yüzey kırıklarının arasında kalan düşey uzunluğu hesaplayıp deformasyon zonu genişliğini hesaplamaktır. QGIS Programı kullanılarak yüzey kırığı arasında kalan mesafeler 1 metre aralıklarla ölçülüp grafik oluşturulmuş ve detaylı bir gösterim elde edilmiştir. Deformasyon zonu genişliği önemli ölçüde değişmekte olup birkaç metreden 1051 metreye kadar ulaşmaktadır. Kapıçam, Türkoğlu ve Beyoğlu kesimlerinde deformasyon zonu dar ve konsantre iken, İslahiye ve Küpelikız kesimlerinde daha geniş deformasyon alanları tespit edilmiştir. En geniş deformasyon zonları, bölüm sınırlarındaki makaslamalar ve bölüm geçişleri boyunca gözlemlenmiştir. Deformasyon zonu genişliği değişimleri ve atım dağılımı arasındaki ilişkiyi anlamak da çalışmanın amaçlarındandır. Ayrıca deformasyon zonunun ayrıntılı haritalanması deprem zonu insan yerleşimleri ve tarım faaliyetleri açısından da önemlidir. Yüzey kırığı haritalanması ve deformasyon zonu genişliklerinin ölçülmesinden sonra atım dağılımı grafiğinin ortaya çıkarılabilmesi için, depremle birlikte sol yanal ötelenmiş olan; tarla sınırları, ağaç hizaları, anayollar, tarla yolları, sulama kanalları, tırmık izleri gibi çizgisel yapılardan tekrarlı ölçümler yapılarak atım değerleri hesaplanmıştır. Kırığın alt ve üst bloklarında çizgiselliğin korunduğu uzaklığa kadar referans çizgileri çekilmiş ve bu çizgiler arasında kırık üzerinden geçen uzunluk atım değeri olarak belirlenmiştir. Tekrarlı ölçümler sırasında oluşan farklılıklar hata payı hesaplamalarında kullanılmıştır. Yer değiştirmeler, ana fay hattı boyunca meydana gelenler ''On Fault'', ana kırık hattından 10 metreden daha uzakta gerçekleşenler ise ''Off Fault'' olacak şekilde sınıflandırılmıştır. Bu ayrım, fay boyunca eşsismik kayma dağılımının nasıl gerçekleştiğini ortaya çıkarmayı amaçlamaktadır. Ayrıca bölüm geçişlerinde atımların bölümler arasındaki değişimleri de atım paylaşımlarının anlaşılması için ele alınmıştır. Toplam 1.419 eşzamanlı yer değiştirme ölçümü yapılmıştır (1.233 On Fault, 186 Off Fault) ve en yüksek yer değiştirme ölçümü Kapıçam Segmentinde (7.9 ± 0.3 m) elde edilmiştir. Çalışma alanının ortalama yer değiştirme değeri 2.18 ± 0.30 m olarak kaydedilmiştir. Çalışmadaki en yüksek değer (7.9 ± 0.3 m), daha önceki çalışmalarda 25 km kuzeydoğuda yer alan Büyüknacar Bölgesinde ölçülen 7.3 ± 0.2 m maksimum yer değiştirme değerinden daha yüksektir. Çiğli ile Hassa arasındaki yüzey kırığı boyunca en yoğun ve en büyük yer değiştirmeler, Kapıçam Segmentinde ve Beyoğlu-Türkoğlu geçiş bölgesinde gözlemlenmiştir. Çalışmada elde edilen atım dağılımı grafiği, Barbot et al., (2023) atım dağılımı verileriyle karşılaştırılmıştır. Uydu tabanlı jeodezik yöntemi kullanan bu çalışmayla elde edilen verilerle yapılan karşılaştırma sonucunda benzerlikler ve farklılıklar tartışılarak çıkarımlar yapılmıştır. Yüzeyden elde edilen veriler ile derinden elde edilen verilerin farkları ''Surface Slip Deficit'' (SSD) oranının anlaşılması açısından önemlidir. Bu çalışma, depremin oluşturduğu yüzey kırıklarının detaylı haritalanması ve arşivlenmesi açısından önem arz etmektedir. Pazarcık ve Elbistan Depremleri gibi yüksek büyüklüklü depremlerin bu şekilde kayıt altına alınması fayların mekanizmalarının ve daha sonra bu fayların üretebileceği depremlerin zaman aralıkları ve büyüklüklerinin doğru tahmin edilebilmesi, dolayısıyla oluşabilecek risklere karşı önlem alınabilmesine imkan vermektedir. İHA ile elde edilen yüksek çözünürlüklü görüntülerin kullanılması uydu görüntülerine alternatif teşkil eder ve termal görüntülerin de optik görüntülerle beraber elde edilebiliyor olması, yüzey kırığıın optik görüntülerden net olarak takip edilemediği ormanlık bölgelerde kırığın haritalanabilmesine imkan vermektedir. Ayrıca, yapay zeka uygulamalarının kullanılmasıyla yüzey kırıklarının çizilebilmesi, gelişen yapay zeka uygulamalarıyla başarılabilirse bu çalışmada ortaya çıkarılan detaylı yüzey kırığı haritalanmasının çok daha kısa sürede ve çok daha geniş alanda yapılabilmesi mümkün olur ve detaylı haritalar elde edilebilir.