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