Marmara Denizi Orta Çukurluktaki Sismotürbiditlerin Özellikleri Ve Tarihsel Depremlerle İlişkilendirilmesi

Abstract

Marmara Denizi 210 km uzunluğunda ve 75 km genişliğinde olup, kuzey ve güneydeki şelf alanları arasında derinliği yaklaşık 1250 m’ye varan üç çukurluk alan bulundurmaktadır. Bu deniz, aynı zamanda Kuzey Anadolu Fay (KAF) zonun en aktif kuzey kolunun Doğu-Batı yönünde kat ettiği aktif tektonik bir deniz alanıdır. Tarih ve tarih öncesi dönemlerde çok sayıda depreme maruz kalmıştır. Marmara Denizi’nin derin çukurlukları türbidit çökellerinin yoğunluğu nedeniyle hızlı bir sedimantasyon hızına sahiptir. Bu türbiditlerin çoğunluğunun sismik etkinliğe bağlı, sismotürbidit olarak çökeldiği düşünülmektedir. Bu tür türbiditlerin diğerlerinden ayıklanması için gerekli kiriterler henüz oluşurulamamıştır. Çökel istiflerindeki sismotürbidit birimleri depremlerin çökel kayıtlarını oluşturmaktadır. Bu tür tübiditlerin özelliklerinin saptanarak tanımlanması ve yaşlandırılması deprem riski değerlendirmeleri açısında önemlidir. Bu çalışmada Orta Çukurluktan MTA Sismik-1 Gemisi ile 2003 yılında alınmış C-4 ve C-6 karotlarında bulunan türbidit seviylerinin sedimentolojik, jeokimyasal ve fiziksel özellikleri İTÜ-EMCOL laboratuarlarında analiz edilmiştir. Analizler; XRF karot tarayıcı (ITRAX Core Scanner) ile elementer analizleri ve sayısal X-ışınları radyografi, çok sensörlü karot loglayıcısı (MSCL:GEOTEK Multi Sencor Core Logger) ile porotize, yoğunluk, manyetik susceptibilite, lazer-difraksiyon tane boyu dağılımı, sürme slayd (smear slide) ile mineralojik analizleri ve kum boyutunda malzemede mikrofosil ve mineral analizlerini ve tayinlerini kapsamaktadır. Türbiditlerin yaş tayinleri AMS 14C yöntemiyle yapılmıştır. Sırası ile 1241 m ve 1204 m su derinliklerinden alınan ve uzunlukları 358 ve 372 cm olan C-4 ve C-6 kartoları incelenmiştir. C-4 karotu 3 ve C-6 karotu 2 adet türbidit birimi içermektedir. Bu türbidit birimleri altta erozyonal bir yüzeyi üzerleyen bir kum-silt tabakası ile üstte homojen bir çamur tabakasından oluşmaktadır. Kumlu kısımlar C-4 karotunda 24-27, 135-140 ve 225-229 cm’ler arasında; C-6 karotunda 62-68 ve 91-94 cm’ler arasında izlenmektedir. X-ışınları radyografi görüntüsünde alttaki kum-silt tabakaların bir kaç laminadan oluştuğu görülmektedir. Bu yapıları ile bu türbiditler yansımış (reflected) veya yoğuşmuş (amalgamated) türbidit özelliği sunmaktadır. XRF karot tarayıcı analizlerine göre kumlu türbidit birimleri Ca bakımından zenginleşmiştir. Ca zenginleşmesi bu seviyelerdeki karbonat kavkı malzemesinin bolluğundan dolayıdır. Çoğunluğu bentik foraminifer olan bu fosillerin sığ bölgelerden taşınıp taşınmadığı araştırılmaktadır. XRF karot tarayıcı analizlerinden çıkan diğer önemli bir sonuç, Mn’ın türbidit biriminin hemen altında zenginleşmedir. Bu çok belirgin Mn zenginleşmesi deprem ve onu izleyen türbidit çökelimi sırasında redoks değişimine işaret etmektedir. Türbidit seviyelerinin alt kumlu kısmında kırıntı girdisini gösteren Ti, Si ve K ‘da da artmalar görülmüştür. Çok sensörlü karot tarayıcısında (MSCL) porozite, yoğunluk, manyetik duyarlılık, elektrik direnci ve P dalgası hızı ölçülmüştür. Buna göre malzeme iyi paketlenmiş olmadığı için P dalgası hızı ve yoğunluğun düşük; manyetik duyarlılık, elektrik direnci ve porozitenin yüksek olduğu gözlenmiştir. Tane boyu dağılımını bulmak için lazer-difraksiyon tane boyu dağılımı analizörü kullanılmış ve türbidit seviyelerindeki tane boyunun diğer seviyelere oranla iri olduğu gözlenmiştir. Yapılan sürme slaytlarla (smear slide) mikrofosil ve mineral içeriğini bakılmıştır. Türbidit seviyelerinde kuvars, kalsit ve klorit mineralleriyle; Brizalina sp., Ammonia sp., Protoglobobulimina sp. ve Elphidium sp. Gibi bentik foraminifer türlerine rastlanmıştır. Foraminiferler türbidit malzemesinin sığ yamaç bölgelerinden kaynaklandığını göstermektedir. Türbiditlerin tabanları altından alınan ilk 2 cm’lik çamur tabakalarından toplanan kavkılardan C-14 yaşlandırılması yapılmış ve bu yaşlar deprem katalogları taranarak tarihsel depremlerle deneştirilmiştir. C-4 karotu McHugh, ve diğ. (2006) tarafından çalışılmıştır. Bu karottaki üç türbidit biriminin yaşları sırasıyla M.S. 1333-M.S. 1432; M.S. 702-916 ve M.S. 606-820 ve M.Ö. 774-544 olarak bulunmuştur. Bu yaşlar McHugh ve diğ. (2006) tarafından 1343, 740 ve M.Ö. 646 yıllarında büyüklüğü 7’den büyük olan İstanbul’da oldukça hasara sebep olan depremlerle deneştirilmiştir. C-6 Karotunda üstteki türbidit için M.S. 580± 40 yaşı bulunmuş ve türbidit birimi, 542 ile 555 yılları arasında İstanbul’da olmuş 4 depremle deneştirilmiştir. Aynı karotun alttaki türbidit birimi için M.Ö. 6± 70 yaşı olarak bulunmuş ve bu yaş 29 yılında İznik ve İzmit civarını etkileyen 7 büyüklüğünde veya M.Ö. 19’da İznik ve İzmit civarını etkileyen, büyüklükleri 6,4 ve 7 olan depremlerle deneştirilmiştir.

The Sea of Marmara is a 210 km long and 75 km wide basin with a maximum depth of about 1250 m. It consists of a narrow shelf in the north, a wider shelf in the south and three deep basins in between. It is tectonically very active with the most active northern branch of the North Anatolian Fault (NAF) zone cross-cutting its floor in an east- west direction. It has therefore been the location of many large magnitude earthquakes during its geological history. The deep basinal sedimentary column of the Sea of Marmara contains a high proportion of turbidity units and is characterized by high (> 1m/kyr) sedimentation rates. Most of the turbidite units were deposited as a result of seismic activity and are therefore seismoturbidities. The criteria to distinguish seismoturbidities from turbidities of other origins have not yet been established. To establish such criteria for accurate identification of seimoturbidites as stratigraphic records of past earthquakes is important for submarine paleoseismological research and for earthquake risk assessment. In this study, the sedimentological, physical and geochemical properties of turbidite units were analyzed in cores C-4 and C-6 that were recovered onboard by R/V MTA Sismik-1 from water depths of 1241 m and 1204 m, respectively. The cores were analyzed in ITU-EMCOL laboratories, using XRF core scanner for elemental analysis; MSCL (Multi Sencor Core Logger) for physical properties including magnetic susceptibility, porosity, density and grain size; laser diffraction particle size analysis; and smear slide studies for mineralogical content and microfossil analyses. Dating of the turbidities is made by the AMS 14C method. Cores C-4 and C-6 are 358 cm and 372 cm long, respectively, C-4 including three and C-6 including two turbidite units. These units are found between 24-27, 135-140 and 225-229 cm in Core C-4 and between 62-68 and 91-94 cm in core C-6. In general, these turbidities consist of a basal sand-silt unit with an erosional base and an overlying homogenous mud unit. The digital X-ray radiography images show that the basal sand-silt units consist of more than two sand laminae that are characteristic of reflected (or amalgamated) turbidites. The XRF Core Scanner analysis indicates enrichment of Ca in the coarse basal part of the turbidites. This enrichment can be attributed to the presence of high proportion of carbonate shells that consist mainly of benthic forams. Enrichment of Mn just below the coarse basal parts suggests a change in the redox conditions during or just after the seismic event. The turbidite units contain high Ti, Si and K because of detrital minerals. The Multi Sensor Core Logger (MSCL) analysis show that the turbidite units are loosely packed with low P wave velocity and density, and high magnetic susceptibility, electric resistivity and porosity. The particle size analyses show the turbidite units are coarser than the normal hemi-pelagic sediments with grain size ranging up to coarse sand. In this study, smear slides are used to determine mineral and microfossil contents of the turbidities that mainly consist of quartz, calcite and chloride as well as benthic foraminifers such as Brizalina sp., Ammonia sp., Protoglobobulimina sp. ve Elphidium sp. These species show that turbidity units were sourced from shallow slope areas. Marine shells from 2 cm-thick mud layer below the base of the turbidity layer were dated by the AMS radiocarbon method. Core C-4 was previously also studied by McHugh, et al., (2006). The ages of turbidite units in core C-4 were found to be AD 1333-1432, AD 702-916, AD 606-820 and BC 774-544. The ages were correlated with the earthquakes occurred at 1343, 740 and BC 646 in İstanbul (M>7). The age of upper turbidite unit in core C-6 is AD 580±40, which matches with earthquakes that occurred between 542 and 555 in İstanbul. The age of lower turbidite unit is BC 6±70 that can be correlated with BC 29 earthquake that affected İznik and İzmit (M ~7), or with the BC 19 earthquake of that affected İznik and İstanbul (M~ 6,4-7) .