Three dimensional modelling of the aegean region with the seismic tomography

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 1992Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 1992 Alpin orojenez kuşağı üzerinde ve Avrasya, Türk ve Afrika levhaları arasında yer alan Ege bölgesi yüzey Jeolojisinde görülen çeşitliliğin yanısıra, derin tektoniği itibari ile de son derece ilginç bir yapı sergiler. 0 yüzden birçok bilim adamı bu bölgedeki derin yapıları anlayabilmek ve hatta resimleyebilmek için çeşitli jeofizik yöntemler uygu lamışlardır. Bu çalışmaların sonucunda, özellikle 1970' li yıllardan bu yana, bölgenin derin tektoniği önemli ölçüde aydınlanmasına ragmen, hala bu konuda, birçok bilinmeyen ile karşı karşıyayız. Bu tezin kapsamı içinde, güneyde bilinen dalma-batma zonunun dışında, bölgedeki depremlerin odak dağılımı ile uyum gösteren ikinci bir dalma-batma zonunun (îzmir Ankara kenet kuşağı ile ilgili eski bir dalma-batma zonu) bugünkü kalıntısı araştırılmıştır. Bu amaçla, bölgede, telesismik varış zamanı ters çözümü, klasik uzaklık-zaman grafikleri ve bölgedeki depremlerin odak dağılımlarından yararlanılmıştır. Telesismik ters çözüm tekniği (sismik tomografi). Batı Anadolu, tüm Yunanistan ve kısmen Balkanlarda lOÖOkm x 1000km yüzey alanı ve 480km derinlikteki bir bölge için uygulanmıştır. Bu yöntem ile bulunan sonuçlar bölgenin sismisitesi ile karşılaştırılmış kabuk ve üst manto hızları ise her istasyona ait uzaklık-zaman grafiklerinden hesaplanmıştır. Genel hatları ile, uzaklık-zaman grafiklerinden bulunan hızlarla yer kabuğu ve üst manto üç bölgeye ayrılmıştır. Sismik tomografi sonuçlarından, bölgenin güneyinde bilinen dalma-batma zonu, bölgedeki depremlerin odak dağılımları ile uyumlu olarak çok iyi görüntülenmiştir. Yaklaşık 250km derinlikten başlayarak görülen, ikinci bir yüksek hız pertürbasyonuna sahip oluşumların, Izmir-Ankara kenet kuşağı ile ilgili eski bir dalma-batma zonunun kalıntıları olabileceği sonucuna varılmıştır. The 3-D velocity structure and seismicity beneath the Aegean region is investigated by using teleseismic travel time inversion, examination of the hypocenter distribution and azimuthal variation of the Pg, Pn Wave velocity. The interpretation of horizontal velocity variations has been attempted by the combination of these three methods. The ISC (International Seismology Center, Edinburgh) data base and entire station distribution in the region, have been used for 23 years period (1964-1986). The classical Aki, Cristof fersson and Husebye (1977), inversion algorithm with exact ray tracing has been performed for the inversion of the teleseismic data. The tectonics of the Aegean have been dominated by N-S convergence between the Africa and Eurasian plates, and westward movement of the Anatolian plate relative to the Eurasian plate. Furthermore, fault plane solutions, Landsat images, seismic refraction records and heat flow data represent an extension of the northern and eastern parts of the Aegean region (McKenzie, 1978). The region shows more active seismicity than all Mediterranean and Europe with intermediate depth earthquakes. Caputo et al., (1970) provided the first evidence for the northward subduction slab with seismological data. Papazachos and Comninakis (1977) suggested that the existence of second subduction located at the north of the first one. Bouguer gravity anomalies on the Greek mainland and the Peloponnisos have negative values with a minimum of 140 mgal, and the gravity field rapidly changes to positive values at the Pelagonian zone. The Aegean sea and all the Greek islands including Crete also have positive Bouger anomalies with a maximum value of +175 mgal in Crete (Makris, 1982). The Aegean area has no linear magnetic anomalies on the volcanic arc, however Saroz trough shows high values (Makris, 1982). At the Aegean Sea, Peloponnisos and Crete deep seismic sounding investigations indicate that Pg velocity at the basement X is 6 km/s., and at the lower crust velocity gradually increases from 6.2 to 6.8 km/s. The Pn velocity, which has smaller values than the normal upper mantle velocity changes between 7.6 and 7.8 km/s (Makris, 1977 ). At the western Turkey Pn velocity has been determined to be 8.1 km/s from the quarry blast experiment (Gürbüz et. al., 1980) ; (Alptekin et. al., 1991). In the last decade, se i smo logical inversion techniques have been successfully carried out to prove a delineation of the depth structure. Hovland and Huseybe, ( 1981 ) inverted teleseismic P-wave residuals in eastern Europe ( including the Aegean region) and they found high velocity perturbations connected with the Hellenic subduction slab. Spakman, Wortel and Wlaar,(1988) used local and teleseismic data for the inversion of the velocity structure and relocation of these earthquakes. They obtained very detailed image of the Hellenic subduction slab and low velocity area connected with the Aegean back-arc. In the same region heat flow measurements indicate high heat -flow values (Jongsma, 1974). Recently ligdas et al., (1990) used Greece national network for inversion of the teleseismic and local P wave residual confirming Spakman' s results, and they indicated the compatibility of the inversion results with the heat flow data. Under the light of these results, in the crust and upper mantle, lateral discontunities appear to the main phenomenon of the regional techtonic and geodynamic structure. Therefore correlation of the teleseismic inversion results seismic velocity perturbations and regional seismicity will provide us important information about the structure of the region. This idea defined the subject and content of this thesis. Consequently, I can devide the thesis in two parts according to it's contant : 1. The results of the teleseismic inversion, 2. The correlation of these results with the other methods (i,e. seismicity of the region and the convensional travel time distances curves). The same data base (ISC ) has been used for all different methods in this thesis. The local data were used for seismicity of the region and T-X curves. The teleseismic data ( station residuals ) were used for seismic tomography method. DoktoraPh.D