Nicel araştırma makalesi incelemesi
DOI: 10.26833/ijeg.1192118Lineament Analizine Dayalı Olarak Almalyk-Angren Sanayi Bölgesinin Sismik Aktivitesinin İncelenmesi
Sanayi bölgelerindeki sismik aktivitenin incelenmesi, insan faaliyetlerinin çevre üzerindeki etkilerini anlamak ve sismik risk taşıyan alanlarda deprem öncüllerini belirlemek açısından büyük bir önem taşımaktadır.
Makalenin anahtar kelimeleri
- Yazar
- Lola Sichugova & Дилбархон Фазилова
- Yayın
- International Journal of Engineering and Geosciences
- Tarih
- 2024-01-02
Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği
Sismik açıdan aktif ve yoğun madencilik faaliyetlerinin yürütüldüğü sanayi bölgelerinde deprem tehlikelerinin izlenmesi, hem çevre güvenliği hem de yer kabuğu dinamiklerinin anlaşılması bakımından hayati bir önem taşımaktadır. Özbekistan'ın kuzeydoğusunda yer alan Almalyk-Angren sanayi bölgesi, Chatkal-Kuramin bloğu içerisinde bulunup karmaşık fay sistemleri ve yoğun mineral çıkarım alanlarıyla yüksek sismik risk barındırmaktadır. Yer kabuğundaki gerilim birikimi ve sismik hareketlilik, yüzeydeki çatlak ve fay izlerinin belirginleşmesine neden olmakta, bu durum uzaktan algılama görüntülerinde çizgisellik yapıları olarak tespit edilebilmektedir. Geleneksel elle çizgisellik tespiti yöntemlerinin nesnellikten uzak ve büyük veri setlerinde yetersiz kalması, otomatik çizgisellik analizi algoritmalarının kullanımını zorunlu kılmaktadır.
Bu çalışmada, Özbekistan Afet İşleri Bakanlığı Resmî Sismik İzleme Merkezi kataloğundan alınan ve 2019 yılında bölgede meydana gelen 3 büyüklüğündeki 7 farklı sismik olay analiz edilmiştir. Araştırma kapsamında USGS Earth Explorer veritabanından temin edilen 30 metre mekânsal çözünürlüklü 7 bantlı Landsat 8 OLI uydu görüntüleri kullanılmış; bu görüntüler 15 metre çözünürlüklü pankromatik bant ile keskinleştirilmiştir. Görüntülerin işlenmesinde gürültü azaltma için Canny kenar tespit algoritması ve Hough dönüşümü entegre edilmiş, otomatik çizgisellik çıkarımı ise LEFA (Lineament Extraction and Fracture Analysis) yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Zamansal dinamikleri belirlemek amacıyla depremlerin öncesi ve sonrasını kapsayan tarihlerde çizgisellik sayıları, uzunluk istatistikleri, yoğunluk haritaları ve gül diyagramları üretilmiştir.
İstatistiksel analiz sonuçları, deprem anından 1 ila 2 gün önce çizgisellik sayısında ve yoğunluğunda belirgin bir tepe noktasının oluştuğunu göstermektedir. Çizgisellik sayısındaki artışın sismik olaydan yaklaşık 20 gün önce başladığı, depremden 14 gün sonra düşüşe geçtiği ve 1 ila 2 ay içerisinde minimum seviyelere gerilediği saptanmıştır. Üretilen gül diyagramları bölgedeki egemen çizgisellik doğrultularının Kuzey-Güney, Doğu-Batı ve Kuzeybatı-Güneydoğu yönlerinde yoğunlaştığını ortaya koymuştur. Çizgisellik yoğunluğunun özellikle Chiltin ve güney Almalyk fay hatları çevresinde ve odak merkezlerine yakın alanlarda maksimum değerlere (1,11 seviyesine) ulaştığı, buna karşılık Kumbel fay hattı bölgesinin nispeten daha dingin bir yapı sergilediği belirlenmiştir.
Çalışmanın elde ettiği bulgular, uzaktan algılama verilerine dayalı otomatik çizgisellik analizinin sismik risk izleme ve deprem öncüllerini belirleme süreçlerinde hızlı ve etkili bir araç olarak kullanılabileceğini doğrulamaktadır. Bölgedeki sismik gerilim birikiminin yüzey deformasyonlarına yansıması, Paleozoik kayaçların yüzeylendiği ve açık ocak madenciliğinin yürütüldüğü alanlarda antropojenik etkilerin de sismik süreçlerle etkileşimde olabileceğini göstermektedir. Literatürde Bondur ve Zverev (2019) ile Sharifia vd. (2008) tarafından ortaya konulan sismik olay öncesi çizgisellik yoğunlaşması kuramı, bu çalışma ile Orta Asya tektonik rejimi özelinde doğrulanmıştır. Araştırma, gelecekte farklı büyüklükteki sismik olaylar ve farklı jeolojik bölgeler için otomatik çizgisellik algoritmalarının geliştirilmesine altyapı sağlamaktadır.
Araştırmanın amacı
Bu çalışmanın amacı, Özbekistan'ın Almalyk-Angren sanayi bölgesinde Landsat 8 uydu verileri ve otomatik çizgisellik çıkarma yazılımları kullanarak sismik aktivite ile çizgisellik yoğunluğu ve doğrultuları arasındaki ilişkiyi incelemek ve deprem öncüllerini tespit etmektir(Sichugova & Фазилова, 2024).
İnceleme ve modelleme yöntemi
Bu araştırma, Landsat 8 OLI uydu görüntülerinin LEFA (Lineament Extraction and Fracture Analysis) algoritması, Canny kenar belirleme yöntemi ve Hough dönüşümü yardımıyla otomatik olarak işlenerek sismik aktivitelerle ilişkili doğrusal jeolojik yapıların tespit edilmesi yaklaşımına dayanmaktadır(Sichugova & Фазилова, 2024).
Kuramsal ve kavramsal çerçeve
Çalışmanın kuramsal çerçevesi, sismik gerilim birikiminin yer kabuğundaki mikro ve makro kırılmaları artırdığı ve bu durumun uzaktan algılama görüntülerinde çizgisellik yoğunluğu artışı olarak yansıdığı tektonofizik ilkesine dayanmaktadır. Yer kabuğu bloklarının sınırlarında ve kesişim noktalarında biriken kabuksal gerilim, deprem öncesinde çizgiselliklerin genişlemesine, uzamasına ve birleşmesine yol açmaktadır.
Makalenin ele aldığı literatür
Çalışma, sismik tehlike izlemede çizgisellik sistemlerinin önemini vurgulayan Bondur ve Zverev (2006, 2012, 2019), yer kabuğu gerilim modelleri ve odak mekanizması ilişkisini ele alan Singh ve Singh (2005) ile Sharifia vd. (2008), deprem merkez üslerinin karmaşık jeolojik yapılar ve belirli azimutlardaki çizgiselliklerle ilişkisini gösteren Busygin ve Nikulin (2016) ve otomatik çizgisellik tespiti yazılımlarını geliştiren Shevyrev (2018) ile Zlatopolsky (1992) araştırmalarına dayanmaktadır.
Araştırma Tasarımı
- Evren veya inceleme alanı
- Özbekistan'ın sismik ve tektonik açıdan aktif olan Almalyk-Angren sanayi bölgesinde 2019 yılı boyunca kaydedilen 29 sismik olay arasından seçilen, aletsel büyüklüğü (Mw) 2.5 ile 3.2 arasında değişen 7 adet orta şiddetli deprem sarsıntısı ve bu depremlerin öncesi ile sonrasına denk gelen Landsat 8 OLI uydu verileri.
- Örneklem veya araştırma materyali
- Mayıs-Eylül 2019 dönemine ait, bulutsuz ve atmosferik düzeltmeleri yapılmış 30 metre mekansal çözünürlüklü Landsat 8 OLI uydu görüntüleri (Bant 1-7) ve bölgede derinliği 5 ile 30 km arasında değişen 7 adet depremin merkez üssü koordinat ve tarih bilgileri.
- Veri toplama süreci
- Landsat 8 uydu görüntüleri Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırmalar Kurumu (USGS) Earth Explorer arşivinden elde edilmiş, sismik katalog verileri ise Özbekistan Acil Durumlar Bakanlığı Cumhuriyet Sismik Öngörü İzleme Merkezi veri tabanından derlenmiştir.
- Veri analiz yöntemi
- ArcGIS 10.8 yazılımında pan-sharpening işlemi ile çözünürlük 15 metreye artırılmış; MATLAB ortamında çalışan LEFA yazılımı, Canny kenar algılama filtresi ve Hough dönüşümü algoritmaları kullanılarak otomatik çizgisellik yoğunluğu, uzunluğu ve gül diyagramları ile yönsel dağılım analizleri yapılmıştır.
Araştırmanın Bulguları
Deprem öncesi dönemde çizgisellik sayılarında belirgin bir artış trendi izlenmekte; bu artış sismik olaydan yaklaşık 20 gün önce başlamakta ve depreme 1 ila 2 gün kala en yüksek düzeye ulaşmaktadır(Sichugova & Фазилова, 2024).
Almalyk-Angren sanayi bölgesinde otomatik yöntemlerle çıkarılan çizgiselliklerin hâkim doğrultuları Kuzey-Güney (NS), Doğu-Batı (WE) ve Kuzeybatı-Güneydoğu (NW-SE) yönlerindedir ve çizgisellik sayısı arttıkça kuzey yönlü yapıların uzunluklarında da bir artış gözlenmektedir(Sichugova & Фазилова, 2024).
Çizgisellik yoğunluğu haritaları, sismik olayların merkez üsleri çevresinde çizgisellik yoğunluğunun deprem gününe yakın tarihlerde maksimum değerlere ulaştığını; sismik aktivitenin sönümlendiği dönemlerde ise bu yoğunluğun belirgin şekilde azaldığını ortaya koymaktadır(Sichugova & Фазилова, 2024).
Karasal yüzeydeki çizgisellik dinamikleri sadece sığ depremlerle sınırlı kalmayıp, 30 km derinlikte gerçekleşen daha derin sismik olaylarda dahi yeryüzü çizgisellik yoğunluğunda ve aktif fay hatlarıyla ilişkisinde anlamlı değişimler meydana getirmektedir(Sichugova & Фазилова, 2024).
Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu
Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı
Bulgular, Almalyk-Angren sanayi bölgesindeki sismik aktivitenin deprem öncesinde çizgisellik sayılarında ve yoğunluğunda belirgin bir artışla karakterize olduğunu göstermektedir. Sismik gerilme birikimi, depreme yaklaşık 20 gün kala yüzey deformasyonlarında artışa ve dolayısıyla daha fazla çizgisellik tespit edilmesine yol açmaktadır.
Yazarlar bu durumu, tektonik plaka hareketleri ve madencilik faaliyetlerinin birleşik etkisiyle yer kabuğunda biriken yüksek kayma gerilmesinin sığ çatlaklar ile fay segmentleri üzerindeki makaslama deformasyonlarını tetiklemesiyle açıklamaktadır. Özellikle maden ocaklarının bulunduğu bölgelerde bu gerilmeler yüzey dinamiklerini doğrudan etkilemektedir.
Bulgular, önceki çalışmalarda ortaya konan ve depremden yaklaşık bir ila iki ay önce sismik öncüllerin çizgisellik sistemlerinde kendini göstermeye başladığı, sismik olaydan sonra ise normal durumuna döndüğü yönündeki literatür verileriyle teorik düzeyde tutarlılık sergilemektedir. Bölgedeki Chiltin ve Almalyk aktif fayları bu dinamiklerin merkezinde yer almaktadır.
Çalışma, otomatik çizgisellik tespit yazılımlarının doğrusal jeolojik sınırları, aktif fay hatlarını ve sismik deformasyon alanlarını geniş ölçekte ve operasyonel olarak izlemede pratik ve doğrulanabilir sonuçlar sunabileceğini kanıtlayarak sismik tehlike değerlendirme çalışmalarına önemli bir metodolojik katkı sunmaktadır.
Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması
Yazarlar, sismik gerilmelerin ve tektonik deformasyonların deprem öncesinde çizgisellik yoğunluğunda belirgin bir artışa neden olduğunu ve sismik deşarjdan sonra bu çizgisellik sistemlerinin eski normal durumuna döndüğünü belirterek, elde ettikleri bulguları Taşkent geodinamik poligonu üzerine yaptıkları önceki çalışmalarıyla ve literatürdeki diğer bulgularla uyumlu şekilde doğrulamaktadırlar(Sichugova & Фазилова, 2024).
Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar
Otomatik çizgisellik analizi yöntemi, Landsat uydu görüntüleriyle birlikte kullanıldığında aktif fay zonlarında ve sismik tehlike altındaki endüstriyel bölgelerde deprem öncüllerinin zamansal ve mekansal gelişimini operasyonel olarak izlemek için oldukça yüksek verimliliğe ve etkinliğe sahiptir(Sichugova & Фазилова, 2024).
Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve
Bu çalışma, sismik aktivite tahmini literatüründe uydudan elde edilen çizgisellik verilerinin otomatik analiz yöntemleriyle işlenmesine odaklanan teknik bir köprü işlevi görmektedir. Geleneksel yöntemlerin aksine, insan müdahalesini minimize eden LEFA yazılımı ve Hough dönüşümü gibi algoritmaların sismik tehlike altındaki endüstriyel bölgelerde operasyonel olarak nasıl kullanılabileceğini kuramsal bir çerçeveye oturtur. Makale, deprem öncesinde ve sonrasında yüzeydeki çizgisellik ağında meydana gelen zamansal değişimleri sayısal verilere dökerek, jeodinamik izleme çalışmalarında kullanılan klasik yöntemlere (GPS, interferometri vb.) alternatif ve tamamlayıcı bir sismik öncü belirleme modeli sunar.
Yazarlar, Bondur ve Zverev (2006, 2012) gibi araştırmacıların ortaya koyduğu, deprem hazırlık sürecinde çizgiselliklerin genişlemesi ve birleşmesi yönündeki teorik temeller üzerine çalışmalarını inşa etmektedir. Busygin ve Nikulin (19) tarafından belirtilen deprem merkez üslerinin jeolojik karmaşıklık ve belirli azimutlarla olan ilişkisi, bu çalışmada Almalyk-Angren bölgesi özelinde doğrulanmaktadır. Çalışma, Zlatopolsky (20) tarafından geliştirilen LESSA gibi önceki otomatik çıkarma yazılımlarının evrimini, modern Landsat 8 verileriyle birleştirerek literatürdeki yöntemsel doğruluğu ve işlem hızını artırma çabasını sürdürür.
Literatür taramaları için bu çalışmanın temel katkısı, sismik öncülerin döngüselliğine dair sunduğu kesin zaman çizelgesidir; özellikle depremden 20 gün önce başlayan yoğunluk artışının 1-2 gün kala zirveye ulaştığının saptanması, afet yönetimi literatüründe erken uyarı sistemleri için ampirik bir temel oluşturur. Ayrıca, sanayi bölgelerindeki madencilik faaliyetlerinin yer kabuğundaki gerilme durumuna etkisini çizgisellik yoğunluğu üzerinden tartışarak, beşeri faaliyetler ile tektonik süreçlerin etkileşimini konu alan çalışmalara yeni bir veri seti ekler. 30 km derinlikteki depremlerin bile yüzey dinamiklerini etkilediğine dair kanıtı, sismik izleme çalışmalarının kapsamını genişletmektedir.
Kaynakça
- Sichugova, L., & Fazilova, D. (2021). The lineaments as one of the precursors of earthquakes: A case study of Tashkent geodynamical polygon in Uzbekistan. Geodesy and Geodynamics, 12(6), 399-404. https://doi.org/10.1016/j.geog.2021.08.002
Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım
Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.
Tez veya makalede kullanım · Giriş ve Problem Durumu
Otomatik çizgisellik analizi, sismik tehlike değerlendirmesinde operasyonel ve etkili bir izleme yöntemi olarak kullanılabilir.
Makalede sunulan otomatik yöntemlerin geleneksel görsel yorumlamaya göre sağladığı hız ve doğruluk verileri, yöntemsel bir gereklilik olarak sunulabilir(Sichugova & Фазилова, 2024).
Maden Sahalarında İndüklenmiş Sismisitenin Çizgisellik Dinamiği Üzerindeki Etkisi: Karşılaştırmalı Bir Analiz
- Araştırma sorusu
- Maden çıkarım faaliyetlerinin yoğun olduğu bölgelerdeki çizgisellik artışı, tektonik kökenli deprem öncüllerinden ayırt edilebilir mi?
- Yöntem taslağı
- Aktif bir maden bölgesi ile sismik olarak aktif ancak endüstriyel faaliyet olmayan bir kontrol bölgesi seçilir. Her iki bölge için LEFA yazılımıyla 12 aylık çizgisellik yoğunluk serisi oluşturulur. Örneklem büyüklüğü, istatistiksel anlamlılık için en az 10 sismik olayla (Mw > 2.5) sınırlanır. Veriler zaman serisi analiziyle karşılaştırılır.
Makaleyle bağlantısı: Yazarların Almalyk-Angren bölgesindeki insan faaliyetlerinin yer kabuğunun gerilme durumu üzerindeki etkisine dair yaptıkları tartışmadan türetilmiştir(Sichugova & Фазилова, 2024).
Tez veya makalede kullanım · Yöntem (Veri Kaynakları)
Landsat 8 uydu görüntüleri, yer kabuğunun derinlerindeki gerilme değişimlerini izlemek için yeterli uzamsal çözünürlüğü sağlar.
30 metre çözünürlüklü görüntülerin 10-30 km derinlikteki sismik olayların yüzey izlerini takip etmedeki başarısı, veri kaynağı seçimi gerekçelendirilirken kullanılabilir(Sichugova & Фазилова, 2024).
Deprem Odak Derinliğinin Yüzey Çizgisellik Anomalileri Üzerindeki Etkisinin Kantitatif Değerlendirmesi
- Araştırma sorusu
- Deprem odak derinliğindeki artış, yüzeyde tespit edilen çizgisellik yoğunluğu ve öncü süresi ile nasıl bir korelasyon göstermektedir?
- Yöntem taslağı
- Farklı derinliklerde (0-10 km, 10-30 km, 30+ km) gerçekleşen benzer büyüklükteki depremler filtrelenir. Her derinlik grubu için deprem öncesi çizgisellik yoğunluk artış oranları hesaplanır. Regresyon analizi ile derinlik-yoğunluk ilişkisi modellenir. Veri doygunluğu için her derinlik katmanında en az 5 örnek olay incelenir.
Makaleyle bağlantısı: Makalede 30 km derinlikteki bir depremin bile çizgisellik dinamiği üzerinde net bir etki yarattığı bulgusundan esinlenilmiştir(Sichugova & Фазилова, 2024).
Tez veya makalede kullanım · Tartışma
Deprem merkez üsleri, aktif fay hatları ve yüksek çizgisellik yoğunluğuna sahip alanlarla mekansal olarak örtüşme eğilimindedir.
Bölgesel sismisite çalışmalarında, sismik olayların rastgele değil, belirli tektonik sınırlar üzerinde yoğunlaştığı argümanını desteklemek için kullanılır(Sichugova & Фазилова, 2024).
Landsat 8 ve Sentinel-2 Verilerinin Otomatik Çizgisellik Çıkarım Performansının Sismik İzleme Açısından Kıyaslanması
- Araştırma sorusu
- Sentinel-2'nin yüksek uzamsal çözünürlüğü, Landsat 8'e göre sismik öncü tespitinde daha hassas bir çizgisellik ağı sunmakta mıdır?
- Yöntem taslağı
- Aynı sismik olay için eş zamanlı Landsat 8 (30m) ve Sentinel-2 (10m) görüntüleri temin edilir. Her iki veri seti Canny ve Hough algoritmalarıyla işlenir. Çıkarılan çizgisellikler mevcut jeolojik fay haritalarıyla doğrulanır. Hata matrisi kullanılarak algoritma başarısı kıyaslanır.
Makaleyle bağlantısı: Yazarların otomatik yöntemin farklı jeolojik koşullarda ve veri türlerinde geliştirilmesi gerektiği yönündeki önerisinden türetilmiştir(Sichugova & Фазилова, 2024).