BÜYÜK DEPREM RİSKLİ ALANLARDA KUYU İÇİ İZLEME

1. BÜYÜK DEPREM RİSKLİ ALANLARDA KUYU İÇİ İZLEME
Hamza Birinci1
ve Ali Osman Öncel1,2,3
1
İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü
2
İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Bölümü
3
İstanbul Üniversitesi, Açık ve Uzaktan Eğitim Fakültesi, Acil Durum ve Afet Yönetimi Programı
GİRİŞ
Yeni Zelanda; Hikurangi, Tonga ve Puysegur dalma-batma
zonları üzerinde bulunuyor. Ülkenin kuzey doğusunda Tonga-
Kermadec-Hikurangi dalma-batma zonları Yeni Zelanda’nın
doğusundan alta dalıyor. Güney adadaki Alpine Fayı ise sağ
yönlü 2.5 cm/yıl hızla hareket eden, yatay gerilmeli bir kırık
sistemi (fay)’dir. En güneyde de Puysegur dalma-batma
sistemi yer alır. Ülkenin kuzeydoğusunda Pasifik levhası, 3.8
cm/yıl hızla ilerleyerek Avustralya levhasının altına dalıyor.
Güneyde ise tam tersi bir durum söz konusu. Biz burada sağ
yanal hareket yapan Alpine Fayından bahsedeceğiz. Eylül
2010’dan önce az Yeni Zelanda’da çok az sayıda büyük ve
yıkıcı deprem gerçekleşti (Kaynak: R. I. Walcott., 1978,
Present tectonics and Late Cenozoic evolution of New
Zealand: Geophys. J. R. astr. SOC. 52, 137-164.)
YÖNTEM
Şekil 1. 1840-2010 arası Yeni Zelanda’daki depremler
(Kaynak: John Townend, USGS 2014 Semineri)
Geçmiş depremlerin (1840-1940) 100 yıllık dağılımını
gösteren harita üzerinde kırmızıyla gösterilen depremler Yeni
Zelanda’nın orta bölgesinde yoğunlaşmıştır (Şekil-1). 1855
yılında Mw 8.3 olan ve 18 metrelik bir yanal atıma neden
olan bir depremde buna dahildir. Fakat yakın geçmişte
(1940-2010) olan depremlere bakıldığında büyük
depremlerin KD-GB yönünde ilerlediğini görülür. Tekrar
vurgulamak gerekirse, 1940-2010 arasındaki 70 yıllık süreçte
gerçekleşen büyük depremlerden ise yalnızca ikisi, Yeni
Zelanda’da, diğerleri ise ülkenin kuzeyindeki açık denizde
meydana gelmiştir. 2010’dan günümüze kadar ise sismisitede
büyük bir artış vardır. 4 yıllık süreçte 13 adet Ml >5.5
deprem gerçekleşti. (N=3.25) Buna 185 kişinin yaşamına mâl
olan 2011 Christchurch depremini örnek gösterebiliriz.
Alpine Fayının Yapısal ve Sismolojik Özellikleri
ÖZET
Yeni Zelanda, sismik açıdan tehlike içeren dalma-batma
zonları ve fay sistemleriyle dolu bir ülkedir. Ülkenin
merkezinde yer alan Alpine transform fayı, tarihte
periyodik olarak M7.5 ve üzeri depremler üretmiştir. Bu
fay üzerinde yaklaşık 300 senedir büyük bir deprem
yaşanmaması, beklenen büyük depremin çok yakında
olduğunu göstermektedir. Bu deprem öncesinde bu fayın
nasıl davrandığını tespit etmek için DFDP isimli bir
sondaj projesi gerçekleştirildi ve hala devam etmektedir.
Bu sondaj kuyusu içinde jeofizik log ölçüleri de alınarak
çalışma desteklenmiştir. Bu proje sonucunda ortama ait
koşullar ve mimari tespit edilmiştir.
Anahtar kelimeler : Yeni Zelanda, Alpine Fayı, DFDP,
Büyük Deprem

2. Şekil 2. Alpine Fay Zonu üzerindeki tarihsel depremlerin
değişimi (Kaynak: John Townend, USGS 2014 Semineri)
Alpine Fayı, Güney Alplerin yükseliminden (dağoluşum)
sorumludur. 1400 yılından beri Alpine Fayının orta
kısımlarında 1410, 1615 ve 1717’de olmak üezere 3 büyük
(M 7.5<) deprem gerçekleşmiştir. Son 16000 senede Alpine
Fayı, dikkat çekecek bir derecede yarı-periyodik depremler
üretmiştir. (Şekil-2) Alpine zonu, 10 mm/yıl hızında düşey
bir hareketle Alplerin batı kısmının altına ters faylanmalı
girer ve dağ oluşumuna neden olur. Fay, oblik olarak ayrıca
25 mm/yıl oranında sağ yönlü yanal bir hareket sergiler.
Gaunt Creek Bölgesindeki Alpine Fayı
Proje için Gaunt Creek bölgesinin seçilmesinin nedeni;
jeologların bu bölgede son zamanlarda bir çok çalışmalar
yapmış olması ve Şekil 3’de görüldüğü gibi yüzeylenen
jeolojik malzeme (mostra) verme açısından ve fayın kırılma
işleyişininı anlaşılması açısından iyi bir bölgedir.
Şekil 3. Alpine Fayı üzerindeki Gaunt Creek bölgesi
(Kaynak: John Townend, USGS 2014 Semineri)
Alpine Fayı üzerinde 2009’dan bu yana yüksek magnitüdde
bir deprem gözlenmemiştir. Yalnızca küçük çapta bir kaç
miktodeprem tespit edilmiştir ve bunlardan bir tanesinin
odak mekanizma çözümü düşey gerilmeli ve küçük yatay
gerilme bileşeni olan bir kırılma işleyişi özelliğinde Şekil
4’de verildiği gibidir.
Şekil 4. Alpine Fayı üzerinde gerçekleşen
mikrodepremlerin odak mekanizma çözümü
Alpine Fayı boyunca KB-GD yönlü bir jeolojik kesit
aldığımızda, üst kabukta 15 km derinliğe kadar
mikrosismisite, onun altında 15-40 km arasında sığ derinlikli
deprem (tremor) bölgesi, onun altında da orta derinlikteki, 40
km ve aşağısındaki depremler yer alıyor. (Şekil-5)
Şekil 5. Alpine Fayından alınan bir yer altı kesiti
(Kaynak: John Townend, USGS 2014 Semineri)
Alpine Fayındaki 15-40 km’ler arasındaki depremlerin,
derinlerdeki yavaş kaymalar ile ilişkili olduğu düşünülüyor.
Bu tremörler, yüksek sönümlenme olan bölgelerde karşımıza
çıkıyor.
Deep Fault Drilling Project (DFDP-1)
Proje 2007’de Wellington’da başlatılmış ve 4 yıl sonra
2011’de sondajın ilk kısmı Gaunt-Creek’de tamamlanmıştır
(Townend, 2013). Projenin ikinci kısmında çalışmalar
2014’ün Eylül ayında başlanmış ve hedef derinlik 1.3 km
olarak belirlenmiştir. Bu çalışma; gevrek/sünek davranış
arası geçişleri, sabit/sabit olmayan sürtünme rejimlerininin
incelenmesini içeriyor. Buna ek olarak; Alpine Fayındaki
deprem nükleasyonu (kırılma başlangıcı) ve baskın kaymalar,
son olarak da yer kabuğunun üst kısımlarında Alpine kırık
zonunun yapısal olarak nasıl geliştiği yine bu projede
incelenmektedir.
Bu proje aktif fay çalışması açısından büyük önem
taşımaktadır. Çünkü Alpine Fayı, büyük depremler üreten bir
fay sistemiydi ve 300 senedir bu depremler gerçekleşmedi.
Yani bu fayda, Türkiye’de son 250 yıldır Marmara
depreminin olmamasından kaynaklı yakın zamanda büyük bir
2

3. deprem olma beklentisi vardır. Ayrıca burada yüksek kayma
oranı (>20 mm/yıl) ve yüksek oblik hareket (2/3 yanal atım,
1/3 ters) vardır.
DFDP-1 Projesinin Teknik Hedefleri
Bu projenin 4 amacı vardır ve aşağıda belirtilen amaçlar
başarıya ulaşmıştır.
1- Fayı kesmek amacıyla iki sondaj kuyusu açmak
2- Detaylı analiz için karot örnekleri almak
3- İki kuyuya da jeofizik log teknikleri uygulamak
4- Fay zonuna kalıcı sismometre sistemleri kurmak
Kuyular 100 ve 150m derinliklerinde sığ kuyulardır fakat bu
girişim, yer altından fay zonuna ulaşmak için yapılmış ilk
girişimdir. Şekil 6’daki karot örneği 2 kayaç sınırı gösteriyor.
Üst kısımdaki Pasifik levhasından gelen kayacı, aşağıdaki ise
taban kayacı olan çakılları temsil ediyor.
Şekil 6. Sondaj kuyusundan alınmış bir karot numunesi
(Kaynak: John Townend, USGS 2014 Semineri)
Kuyulardan alınan örneklere göre hazırlanmış olan yer altı
kesitinde (Şekil-7) görüldüğü gibi iki kuyu da sistematik ve
geometrik ilişki olarak birbirlerini tamamlıyor. Sığ çalışılmış
olmasına rağmen fay zonu boyunca 200 m derinliğe kadarki
geçirgenlik değişimi de tespit edilebilmiştir.
Şekil 7. Gaunt Creek bölgesinin ütünleştirilmiş yer altı
kesiti
Jeofizik Log Verileri
Şekil 8. Kuyularda alınan jeofizik log verileri
Şekil 8 üzerinde soldan sağa doğru, Natural Gamma ölçüsü,
kuyu stabilizasyonunu öğrenmek için kuyu çapı ölçüsü,
neutron porosity (gözeneklilik) ölçüsü, density (yoğunluk)
ölçüsü, sismik hız (Vp) ölçüsü, sismik empedans (sismik
direnç), rezistivite (elektrik özdirenç) ve SP (Doğal Gerilme)
ölçüsü alınmıştır. 128. metredeki kayma zonunu
incelediğimizde; düşük gamma sinyali, yüksek gözeneklilik
sinyali, sismik hız ve empedansta değişim, düşük rezistivite
ve yüksek SP (doğal potansiyel) değerleri olduğunu
görüyoruz. Tüm bu log verileri litoloji (taş yapısı) değişimini
açıklamak için bize büyük destek sağlamaktadırlar.
SP, Rezistivite ve Natural Gamma loglarının
kimyasallarla ilşkisi
SP, Rezistivite ve Gamma ölçüleri şekil 9’da solda görüldüğü
gibi kayaçlardaki Potansyum (K20) oranı ile sistemli bir
şekilde birbirini tutuyor. CIA (Chemical Index Alteration)
kimyasal değişimin, kayaçlardaki elektriksel direnç
özelliklerini nasıl etkilediğini de burada görebiliriz.
Şekil 9. SP, Rezistivite ve Natural Gamma loglarının
kimyasallarla ilşkisi
DFDB-1 çalışmasında 150m’ye kadar olan kısımın hepsinde
her 10 metrede bir karot örneği alınmış ve karot litolojisinin
incelemesine büyük katkı sağlamıştır. Fakat 1300m’ye kadar
inilmesi planlanan DFDB-2 projesinde tüm kuyudan karot
örneği alınamayacağı için cevabı arananan soru, “çalışma
nasıl devam edecektir?” önemlidir.
Karotsuz ne yapabiliriz?
3

4. Şekil 10. Yer altı litolojisinin karotlu, log verisiyle ve
karotsuz verilerle tespit edilmiş kesiti
Şekil 10’daki ilk sütun karot sonucundan çıkan litoloji
tespitini gösteriyor. İkinci sütun jeofizik loglarından çıkan
sonucu gösteriyor. İlk sütunla neredeyse aynı sonuçlar çıkmış
(%73 doğruluk) olması, log yönteminin kullanılabilir bir
yöntem olduğunu ortaya koyuyor. Karot verisinin
bulunmadığı ve bu iki verinin (log ve karot) birleşiminden
olup ilk 80 m de dahil olmak üzere bilgisayarın hesapladığı
litoloji de en sağdaki sütunda gösterilmiştir. Kusursuz bir
hesap değil belki ama mâlum litoloji hakkında inanılabilir ve
kullanılabilir bilgiler içeriyor. Yani 2. Projede çok
derinlerden karot örneği alınmayacağından bu yöntem
uygulanarak litoloji tespiti yapılacaktır.
Kırık Yoğunluğu
Log ölçümlerinden gördüğümüze göre fayın tavan bloğunun
sismik hızı, taban bloğuna göre daha yüksektir. (Şekil-11) Bu
bize gösteriyor ki sismik hızın yüksek olması, her zaman
düşük kırık yoğunluğuna sahip olacağı anlamına gelmez.
Burada da görüldüğü gibi tavan bloğunun kırık yoğunluğu
tabana göre daha yüksektir.
Şekil 11. Kuyuki log verilerinden bulunmuş olan kırık
yoğunluğu şeması (Kaynak: John Townend, USGS 2014
Semineri)
Gözlemevi kurulumu
İki kuyu içine sıcaklığı ve basıncı ölçen sensörlerle beraber
iki adet sismometre yerleştirilmiştir. Kuyunun fazla derin
olmamasına ragmen (150 m), basınç ölçerler yardımıyla
farklı aralıklardaki kayaçlarda geçirgenlik değişimleri
ölçülebilmiştir. Buna ek olarak jeotermal gradyan da
ölçülebilmektedir. Jeotermal gradiyan derinliğe bağlı olarak
sıcaklıkta meydana gelen artış miktarıdır.
Fay Zonunun Mimarisi – Alpine Fayı
DFDP-2 projesi kapsamında yaklaşık 1 km derinlikte Alpine
Fay zonuna ulaşmaya çalışılacaktır. (Şekil-12) Bunu
yapmadaki amaç; daha derinlerdeki ortamın fiziğiyle ilişkili
olan sıcaklık, basınç ve gerilmenin etkilerinin
belirlenmesidir.
Şekil 12. Alpine Fayı yer altı kesiti ve amaçlanan sondaj
yeri
John Townend ve ekibinin üzerinde çalıştığı DFDP-2 Projesi,
DFDP-1’den bir kaç km kuzeydoğuda yer alıyor ve
çalışmalarına 2014’ün Eylül ayında başlanmıştır. (Şekil-13)
Şekil 13. DFDP-2 Sondaj noktası ve çevresi (Kaynak:
John Townend, USGS 2014 Semineri)
SONUÇLAR
Alpine transform fayı, tarihte periyodik olarak 7.5 ve üzeri
depremler üretmiştir. Bu fay üzerinde yaklaşık 300 senedir
büyük bir deprem yaşanmaması, beklenen büyük depremin
çok yakında olma olasılığının yükseldiğini göstermektedir.
Bu deprem öncesinde bu fayın nasıl davrandığını tespit
etmek için DFDP projesi kapsamında açılan sondaj
kuyularına sismometre sistemleri yerleştirilmiştir. Bu sondaj
kuyusu içinde jeofizik log ölçüleri de alınarak çalışma
desteklenmiştir. Alpine Fayı, ters fay ve sağ yanal doğrultu
atımlı fay davranışı karışımı oblik bir davranış gösterir. 2/3
oranında sağ yanal ve 1/3 oranında yükselim hareketindedir
4

5. Ayrıca Bu proje sonucunda ortama ait bkoşullar ve mimari de
tespit edilmiştir.
KAYNAK
John Townend, USGS SEMİNERLERİ
http://www.youtube.com/watch?
v=i2GDQUNVb8A&list=UUEOiK8K126ieYcOiBPbjNCw
5

6. Ayrıca Bu proje sonucunda ortama ait bkoşullar ve mimari de
tespit edilmiştir.
KAYNAK
John Townend, USGS SEMİNERLERİ
http://www.youtube.com/watch?
v=i2GDQUNVb8A&list=UUEOiK8K126ieYcOiBPbjNCw
5