Long period amplification of seismic waves inIstanbul metropolitan area

İstanbul, Kuzey Anadolu Fayı'na çok yakın bir megakent olup, bu nedenle sismik tehlikelere karşı oldukça savunmasızdır. 2019 Mw 5.7 Sivrice depremi sırasında kaydedilen yer değiştirmeler, uzun periyotlarda zemin büyütmesini ve uzun süreli sarsıntıları göstermektedir ve bu büyütmeler 0.1-1.0 Hz frekans aralığında gözlemlenmiştir. Bu frekans aralığındaki dalgalanmalar çok sığ yapılarla açıklanamaz ve daha derin sedimanter havzaları dikkate alan bir analizi gerektirir. Bu frekans aralığındaki büyütmeler, rezonans etkilerine yol açarak yüksek binalar ve altyapı için ciddi hasarlara neden olmaktadır. 26 Eylül 2019'da meydana gelen Mw 5.9 Silivri depremi, bölgeye özgü zemin büyütme etkilerini araştırmak için iyi bir veri seti sağlamıştır. Bu tez, farklı jeolojik birimlere dağıtılmış dokuz AFAD kuvvetli yer hareketi istasyonunun ivme kayıtlarını analiz ederek uzun periyot büyütme özelliklerini değerlendirmektedir. İlk test olarak, iki farklı hız modeli kullanılarak sentetikler karşılaştırılmıştır: (i) Karabulut ve ark. (2020) tarafından önerilen bir kabuk modeli ve (ii) AFAD istasyon raporlarında belirtilen yüzeye yakın hız katmanlarını içeren AFAD tabanlı istasyona özgü sığ hız modeli. Analizler, bu modellerin özellikle Avrupa Yakası'nda bulunan istasyonlarda gözlemlenen büyütmeleri doğru bir şekilde yakalayamadığını göstermektedir. Bu nedenle, her istasyon için yeni sismogramlar üretilmiştir. Daha sonra, istasyonun altındaki ilk iki kilometrelik bölgeyi temsil eden rastgele iki tabakalı yapılar oluşturulmuştur. Ardından, bu iki tabakanın SH dalgaları için transfer fonksiyonu kullanılarak büyütülmüş dalga formları hesaplanmıştır. Her bir istasyon için 5000 farklı hız modeli oluşturulmuş ve sentetik ile gözlemsel ivme spektrumları arasındaki uyum optimize edilmiştir. En iyi uyum sağlayan hız yapısı, sentetik ve kayıtlı dalga formlarının spektral eşleşmesiyle elde edilmiştir. Sonuçlar, zemin büyütmesinin yerel jeolojik koşullara bağlı olarak büyük ölçüde değiştiğini göstermektedir: sert jeolojik birimlere yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3405, 3413, 3417) minimum büyütme gösterirken, yumuşak sediman üzerine yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3411, 3412, 3416) güçlü büyütme ve uzun süreli sarsıntı sergilemektedir. 3412 istasyonu, muhtemelen çok kalın sıkışmamış sedimanlar veya yerel saha karmaşıklıkları nedeniyle anormal büyütme ve daha uzun salınımlar göstermektedir. AFAD tabanlı hız modeli, gözlemlenen büyütmeyi olduğundan düşük tahmin ederken, kabuk modeli sert kaya istasyonları için daha iyi uyum sağlamakla birlikte, yumuşak sediman istasyonlarında büyütmeyi yakalayamamıştır. Modelleme sonuçlarımıza dayanarak, yumuşak sediman üzerinde bulunan 3407, 3411, 3413 ve 3416 istasyonlarının sediman kalınlıklarının 120 ile 200 metre arasında değiştiğini ve altındaki katmanların sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için ilk katmanda 248 m/s, 87 m/s, 420 m/s, 188 m/s kayma dalgası hızlarına sahip olduğunu tahmin ediyoruz. İkinci katmanda ise sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için 254 m/s, 294 m/s, 789 m/s, 220 m/s kayma dalgası hızları elde edilmiş olup, ikinci katman kalınlığı 200 m ile 1000 m arasında değişmektedir. Bu istasyonlar için 2 km derinlikte daha iyi bir uyum sağlanması, daha derin sedimanter katmanların dalga amplifikasyonunu önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Karşılaştırıldığında, AFAD'ın hız modelleri ilk katmanda 3407 için 597 m/s, 3411 için 323 m/s, 3413 için 452 m/s ve 3416 için 420 m/s; ikinci katmanda ise 3407 için 2000 m/s, 3411 için 523 m/s, 3413 için 772 m/s ve 3416 için 849 m/s kayma dalgası hızları sağlamaktadır. Bu farklılıklar, olası yanal değişimler ve daha derin yapısal etkiler göz önünde bulundurularak daha fazla iyileştirme yapılması gerektiğini ortaya koymaktadır. AFAD'ın referans modelleriyle karşılaştırıldığında, sentetik sismogramlarımız 3407, 3411, 3413, 3416 istasyonları için iyi bir uyum göstermektedir; hem genlik hem de spektral içerik iyi bir şekilde yakalanmıştır. Ancak diğer istasyonlardaki farklılıklar, yanal heterojenlikler veya yol etkileri gibi ek faktörlerin de sonuçları etkileyebileceğini göstermektedir. Bu modellerin daha iyi optimize edilmesi için farklı yönlerden gelen depremler analiz edilmeli ve gözlemlenen farklılıkların farklı kaynak konumları ve azimutlar boyunca devam edip etmediği araştırılmalıdır. İlk test olarak, iki farklı hız modeli kullanılarak sentetikler karşılaştırılmıştır: (i) Karabulut ve ark. (2020) tarafından önerilen bir kabuk modeli ve (ii) AFAD istasyon raporlarında belirtilen yüzeye yakın hız katmanlarını içeren AFAD tabanlı istasyona özgü sığ hız modeli. Analizler, bu modellerin özellikle Avrupa Yakası'nda bulunan istasyonlarda gözlemlenen büyütmeleri doğru bir şekilde yakalayamadığını göstermektedir. Bu nedenle, her istasyon için yeni sismogramlar üretilmiştir. Daha sonra, istasyonun altındaki ilk iki kilometrelik bölgeyi temsil eden rastgele iki tabakalı yapılar oluşturulmuştur. Ardından, bu iki tabakanın SH dalgaları için transfer fonksiyonu kullanılarak büyütülmüş dalga formları hesaplanmıştır. Her bir istasyon için 5000 farklı hız modeli oluşturulmuş ve sentetik ile gözlemsel ivme spektrumları arasındaki uyum optimize edilmiştir. En iyi uyum sağlayan hız yapısı, sentetik ve kayıtlı dalga formlarının spektral eşleşmesiyle elde edilmiştir. Sonuçlar, zemin büyütmesinin yerel jeolojik koşullara bağlı olarak büyük ölçüde değiştiğini göstermektedir: sert jeolojik birimlere yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3405, 3413, 3417) minimum büyütme gösterirken, yumuşak sediman üzerine yerleştirilmiş istasyonlar (örneğin, 3411, 3412, 3416) güçlü büyütme ve uzun süreli sarsıntı sergilemektedir. 3412 istasyonu, muhtemelen çok kalın sıkışmamış sedimanlar veya yerel saha karmaşıklıkları nedeniyle anormal büyütme ve daha uzun salınımlar göstermektedir. AFAD tabanlı hız modeli, gözlemlenen büyütmeyi olduğundan düşük tahmin ederken, kabuk modeli sert kaya istasyonları için daha iyi uyum sağlamakla birlikte, yumuşak sediman istasyonlarında büyütmeyi yakalayamamıştır. Modelleme sonuçlarımıza dayanarak, yumuşak sediman üzerinde bulunan 3407, 3411, 3413 ve 3416 istasyonlarının sediman kalınlıklarının 120 ile 200 metre arasında değiştiğini ve altındaki katmanların sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için ilk katmanda 248 m/s, 87 m/s, 420 m/s, 188 m/s kayma dalgası hızlarına sahip olduğunu tahmin ediyoruz. İkinci katmanda ise sırasıyla 3407, 3411, 3413 ve 3416 için 254 m/s, 294 m/s, 789 m/s, 220 m/s kayma dalgası hızları elde edilmiş olup, ikinci katman kalınlığı 200 m ile 1000 m arasında değişmektedir. Bu istasyonlar için 2 km derinlikte daha iyi bir uyum sağlanması, daha derin sedimanter katmanların dalga amplifikasyonunu önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Karşılaştırıldığında, AFAD'ın hız modelleri ilk katmanda 3407 için 597 m/s, 3411 için 323 m/s, 3413 için 452 m/s ve 3416 için 420 m/s; ikinci katmanda ise 3407 için 2000 m/s, 3411 için 523 m/s, 3413 için 772 m/s ve 3416 için 849 m/s kayma dalgası hızları sağlamaktadır. Bu farklılıklar, olası yanal değişimler ve daha derin yapısal etkiler göz önünde bulundurularak daha fazla iyileştirme yapılması gerektiğini ortaya koymaktadır. AFAD'ın referans modelleriyle karşılaştırıldığında, sentetik sismogramlarımız 3407, 3411, 3413, 3416 istasyonları için iyi bir uyum göstermektedir; hem genlik hem de spektral içerik iyi bir şekilde yakalanmıştır. Ancak diğer istasyonlardaki farklılıklar, yanal heterojenlikler veya yol etkileri gibi ek faktörlerin de sonuçları etkileyebileceğini göstermektedir. Bu modellerin daha iyi optimize edilmesi için farklı yönlerden gelen depremler analiz edilmeli ve gözlemlenen farklılıkların farklı kaynak konumları ve azimutlar boyunca devam edip etmediği araştırılmalıdır.