GPS İLE YATAY YÖNDEKİ TEKTONİK HAREKETLERİN

TEKTONİK HAREKETLERİN
BELİRLENMESİNDE GPS
KULLANIMI
Hazırlayan: Öğr.Grv. İbrahim Tiryakioğlu
2 1
İÇİNDEKİLER












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
Giriş



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.
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, yakınalan 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.
Niçin GPS?
 Çok kısa sürede ve yüksek
presizyonlu olarak ölçüm
noktalarının konumlarının
belirlenmesi
 Zaman, maliyet, insan gücü
bakımından tasarruf,
 Lojistik, kullanım kolaylığı vd
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

•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.
Belli aralıklarla tekrarlanan
GPS gözlemlerinin
değerlendirilmesi sonucu
noktaların ilk tesis
edildikleri andan son
ölçmelerin yapıldığı
zamana kadar olan yer
değiştirmeleri belirlenir.
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
Nokta
Adı
2003
237
2004
238
082
083
255
256
2005
257
258
259
260
228
229
230
X
X
X
SLVR
X
X
X
X
X
SRKK
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
TKIN
X
ISRT
YSLV
X
X
X
X
CLTK
X
KYBS
X
KZLR
X
SIRA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
GKPN
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
232
233
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
231
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.