Yakın zamana kadar sadece derinliklere bakılarak yapılan fay kestirimleri, yerini sismik araştırmalara bıraktı. Bu yazıda, Marmara Denizi'nde 1997 öncesi kurulan fay modelleri ile 1988'den sonra ortaya çıkan, Aral Okay ve arkadaşlarının, TPAO'nun ve Le Pichon ile arkadaşlarının fay modelleri üzerine bir yorum sunuyoruz.

17 Ağustos 1999 Kocaeli ve 12 Kasım 1999 Düzce depremlerinden sonra tüm gözler bundan sonra olabilecek ve İstanbul'u etkileyebilecek bir deprem için Marmara Denizi'ne çevrildi. Yerbilimcilerin genel kanısı depremin önümüzdeki 30 yıl içinde Marmara Denizi içinden geçen Kuzey Anadolu Fay Zonu üzerinde olacağı. Bu nedenle Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun Marmara Denizi altındaki geometrisi büyük önem kazanıyor.

Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun Marmara Denizi içinden geçtiği 1940'lı yıllardan beri bilinmesine rağmen, 1980'li yıllara kadar deniz altındaki fay geometrisi ile ilgili tek kullanılabilecek veri , Marmara Denizi'nin kabaca bilinen batimetrisinden ibaretti (Şekil 1). Marmara Denizi içinde derinliği 1000 metreyi geçen üç büyük çukurun ve bunları ayıran kuzeydoğu gidişli sırtların varlığı uzun süredir biliniyordu.

Bu nedenle yakın zamana kadar Marmara Denizi'ndeki aktif fayların geometrisi tamamen (Pınar, 1943; Pfannenstiel, 1944; Şengör ve diğerleri, 1985) veya çok büyük ölçüde (Barka ve Kadinsky-Cade, 1988) batimetriye bakılarak çizildi.

Buna karşın deni altında kalan alanlarda fayları haritalamanın en sağlıklı yöntemi sismik yansıma. Bu bakımdan bu yazıda sismik yansıma verilerine dayanarak yapılan Marmara fay haritaları irdelenecek. Marmara Denizi'nde sonuçları bilim camiasına açıklanan ilk sismik veriler Piri Reis gemisi ile alındı.

Tek kanallı bu sismik verileri, 1997 senesinde MTA Sismik-1 'in topladığı çok kanallı sismik veriler izledi. 17 Ağustos 1999 depremi sonrasında da MTA Sismik-1 gemisi İzmit Körfezi'nden ve Doğu Marmara'dan sismik veriler topladı.

Fay, kayaların içinde oluşan ve depremlerle tekrar tekrar hareket eden bir kırık. Tabiatta, yanal-atımlı, normal ve ters faylar olmak üzere üç ana fay tipi mevcut (Şekil 2). Normal faylar yerkabuğunun genişlediği, ters faylar ise daraldığı bölgelerde oluşuyor. Bazı durumlarda hem yanal atımı hem de normal veya ters atımı içeren oblik-atımlı faylar da meydana gelebiliyor. Kuzey Anadolu Fayı yanal atımlı bir fay, fakat bu büyük fay zonu içinde normal veya ters atım bileşeni olan oblik faylar da bulunur.

Son on yılda yerbilimlerinde yaşanan önemli bir ilerleme, yeryüzündeki hareketlerin uydular vasıtası ile çok hassas bir şekilde hesaplanması oldu. "Global Positioning System" veya kısaca GPS adı verilen bu sistem ile iki nokta arasındaki yer değiştirme miktarının milimetre hassasiyetinde ölçülmesi mümkün. İsviçre ETH'den bir ekibin yaptığı Marmara Denizi çevresindeki GPS sonuçları Şekil 1 ' de gösteriliyor.

Bu sonuçlara göre Marmara Denizi'nin güneyinde kalan bölge Trakya'ya göre her yıl iki santim batıya kayıyor (Straub ve Kahle, 1995). Örneğin Bursa her yıl İstanbul'a göre 2 cm batıya gidiyor (veya İstanbul, Bursa'ya göre 2 cm doğuya hareket ediyor).

Buna karşın İstanbul ile Tekirdağ arasında veya Bursa ile Erdek arasında bir hareket mevcut değil. Burada hareket eden iki büyük levha: Kuzeydeki Avrasya levhası ile güneydeki Anadolu levhası. Bu hareket Marmara Denizi içinden geçen faylar boyunca oluyor.

Şekil 3A 'da gösterildiği gibi, eğer Marmara'daki faylar, hareket yönüne tam paralel ise, güneydeki ve kuzeydeki levhalar birbirine teğet olarak kayacaklar, ve fay tam yanal atımlı bir fay olacak.

Örneğin Marmara Denizi ile Saros Körfezi arasında kalan Ganos Fayı , Biga Yarımadası'ndaki hareket vektörlerine büyük ölçüde paralel olduğu için, Ganos Fayı yanal atımlı bir faydır; fay boyunca büyük çukurluklar ve sırtlar oluşmamıştır (Şekil 1).

Buna karşın hareket yönü ile faylar arasında bir uyumsuzluk söz konusu ise, Şekil 3B'de gösterildiği gibi, fayın yönüne göre iki blok arasında çukurlar veya sırtlar meydana gelecektir. Marmara'da derin deniz çukurlarının varlığı, Marmara Denizi içindeki Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun hareket vektörlerine paralel olmadığına ve buna bağlı olarak fayların oblik atımlı karakter gösterdiğine işaret eder.

1989 yılında Piri Reis gemisi ile Marmara Denizi'nden tek kanallı sismik yansıma verileri toplanmış ve bu verilerin yorumları Wong ve diğerleri (1995), Ergün ve Özel (1995), Ergün ve arkadaşları (1995) tarafından yayımlanmıştır.

Bu üç makalede yayımlanan Marmara fay haritası birbirinin aynı olup, daha önce Barka ve Kadinky-Cade (1988) tarafından çizilen haritaya oldukça yakındır (Şekil 4) . Bu haritaların ortak özellikleri, Marmara'da yer alan kuzeydoğu gidişli sırtlara paralel yanal-atımlı faylar ve Marmara çukurlarının kuzey ve güney kenarlarına paralel normal faylar öngörmeleridir.

Bu tip bir fay tipi ve geometrisi Marmara Bölgesi'nde GPS ölçümleri ile saptanan hareket yönü ile çelişkilidir. GPS hareket vektörü Marmara Denizi'ndeki Kuzey ve Güney Sınır faylarında yanal ve az miktarda normal atım, sırtlara paralel var olduğu ileri sürülen faylarda ise yanal ve ters atım yaratmalıdır. Marmara sırtlarına paralel ve ona dik KKB yönünde uzanan ve GPS hareket vektörleri ile 35-70 derece arası açılar yapan bu "yanal-atımlı fayların" neden oluştuğu konusuna, Wong ve arkadaşları (1995) ve Ergün ve arkadaşları (1995) herhangi bir açıklık getirmemektedir.

1997 yılında Türkiye deniz jeolojisi ve jeofiziği programı kapsamında MTA Sismik-1 gemisi Marmara Denizi içinde 2000 kilometreyi aşan uzunlukta sismik hat atmıştır. Bu verilerin yorumları Okay ve arkadaşları (1999a, b) ve Le Pichon ve arkadaşları (1999) tarafından kısmen yayımlanmıştır.

Şekil 5' te görüleceği gibi aynı sismik verileri kullanan bu iki grubun Marmara fay haritaları oldukça farklıdır. Okay ve arkadaşlarının (1999b) haritasında, Marmara çukurlarını kuzeyden ve güneyden sınırlayan iki veya bazı bölgelerde üç aktif fay bulunmakta, buna karşın Le Pichon ve arkadaşlarının (1999) haritasında Marmara'yı doğudan batıya kesen, Büyük Marmara Fayı olarak adlandırdıkları, tek bir fay bulunmaktadır.

Le Pichon ve arkadaşlarının (1999) haritasında ayrıca "tahmini yapılar" diye adlanan, ne olduğu anlaşılamayan çizgisellikler yer alır.

17 Kasım 1999 tarihinde TPAO Genel Müdür Vekili ve Kandilli Rasathanesi Müdürü bir basın
toplantısı ile TPAO tarafından hazırlanan bir Marmara fay haritasını kamuoyuna açıklamıştır
(Şekil 5).

Trakya'daki gaz ve petrol potansiyeli nedeni ile TPAO 1960'lı yıllardan beri Marmara Denizi'nde sismik veri toplamaktadır. Dünyada Marmara Denizi ile ilgili en zengin sismik veri arşivi TPAO Arama Grubu'nda bulunmaktadır. TPAO aynı zamanda Türkiye'de sismik verilerin işlenmesi ve yorumlanması açısından en tecrübeli kuruluştur. Fakat TPAO'daki sismik veriler, petrol veya gaz içerme ihtimali olan, deniz tabanından iki kilometre veya daha derinde yer alan kayalar açısından irdelenmiştir. Sismik verilerin aktif faylar açısından incelenmesine ancak 17 Ağustos 1999 depreminden sonra başlanmış ve TPAO Genel Müdür vekilinin belirttiği gibi haritanın bitirilmesi 17 Kasım 1999 basın toplantısından hemen önceki günlerde
olmuştur.

TPAO haritasında diger fay haritalarından farklı olarak çok sayıda fay yer almaktadır. Bu faylardan önemli bir kesimi, üzerinde deprem olabilecek, aktif faylar değildir.

Özellikle Marmara'nın kuzey şelfinde, Çanakkale Boğazı'nın girişinde ve Marmara Adası-İmralı-Armutlu Yarımadası çizgisinin güneyinde kalan fayların büyük bir kesimi aktif olmayan kırıklardır.

Ayrıca TPAO (1999) haritasında Kuzey Sınır Fayı gibi ana faylar tek bir hattan ziyade birbirine paralel iki veya daha fazla hat olarak çizilmiştir. Marmara'daki sismik kesitler incelendiğinde yüzeydeki sedimanları (çökelleri) kesen fakat atım miktarı düşük (20 metreden az) ve yanal olarak diğer kesitlerde takip edilemeyen ufak faylar sık sık gözlenir. TPAO (1999) haritasında yer alan bu tip ufak ve yanal devamlılık göstermeyen faylar Okay ve diğerlerinin (1999) haritasında bilinçli olarak gösterilmemiştir.

Çok kanallı sismik verilere dayanan Marmara fay haritaları karşılaştırıldığında TPAO (1999), ve Okay ve arkadaşları'nın (1999b) haritaları benzerlik sunmaktadır (Şekil 5).

Bu haritalara göre doğu Marmara'da, İstanbul güneyinde üç ana fay veya fay zonu bulunur. Bunlar sırası ile Kuzey ve Güney Sınır fayları ve Armutlu Fayı olarak isimlendirilebilir. TPAO haritasında bu faylar birbirine paralel birkaç fay halinde, Okay ve arkadaşlarında ise (1999b) tek tek faylar olarak gösterilmiştir. Bu iki harita arasindaki en önemli fark, Okay ve arkadaşlarında (1999b) kuzeydoğu yönünde uzanan Orta Marmara Sırtına paralel fayın TPAO haritasında yer almamasıdır. Gerçekten de bu fayın varlığı kuşkuludur.

Le Pichon ve arkadaşlarının (1999)' Marmara fay haritası, TPAO (1999) ve Okay ve arkadaşlarının(1999b) haritalarından oldukça farklıdır.

Bu haritada tek bir ana fay gösterilmekte ve bu fay Marmara Denizi batimetrisi ile tamamen bir uyumsuzluk içinde, sırtları ve çukurları doğu-batı yönünde kesmektedir. Bu "Büyük Marmara Fayı" GPS hareket vektörlerine paralel çizilmiştir. Bu fay boyunca hareket Marmara çukurlarının oluşmasına yol açamaz.

Buna karşın Kuzey Sınır Fayı'nın İstanbul güneyinde hareket vektörleri ile oluşturduğu açı, Çınarcık Çukuru'nun sürekli bir şekilde derinleşmesine yol açmaktadır. Marmara Denizi gibi karalar arasına sıkışmış ufak bir denizde derinliği 1200 metreyi geçen çukurların bulunması, morfolojinin fay kontrollu olduğunu gösterir.

Bu tip derin çukurların oluşmasına yol açan hareketler sona erdiğinde, çukurların çok kısa bir sürede kum, çakıl, kil gibi sediman ile dolduğu bilinmektedir. Le Pichon ve arkadaşlarının (1999) haritasında anlaşılması güç diğer bir yön, kuzey şelfini sınırlayan, Marmara'yı baştan sona kateden ve daha önceki tüm araştırmacılarca kabul edilen (Barka ve Kadinsky-Cade 1988; Wong ve arkadaşları, 1995; Ergün ve Özel, 1995; Okay ve arkadaşları,1999b; TPAO, 1999), Kuzey Sınır Fayı'nın aktif fay olarak gösterilmemesidir.

Kuzey Sınır Fayı, Marmara Denizi'nin kuzey şelfini sınırlayan çok yüksek eğimli denizaltı yamacı tarafından tanımlanır. Bu denizaltı yamacı aynı zamanda, ikibuçuk kilometre kalınlıkta Pliyosen ve Kuvaterner çökelleri ile dolmuş Tekirdağ Çukuru'nun, kuzey sınırını oluşturur (Okay ve arkadaşları, 1999a). Böyle bir yapının, aktif tektonik dışında hangi erozyonal süreç sonucunda oluştuğunu kavramak mümkün değildir.

Farklı verileri kullanan farklı kişilerin benzer bir sonuca ulaşmaları, o sonucun gerçeğe yakın olduğunu gösterir. TPAO (1999), ve Okay ve arkadaşlarının (1999b) Marmara fay haritalarının hazırlanmasında farklı veriler kullanılmış ve bu veriler farklı kişilerce yorumlanmıştır. Sonuçta ortaya çıkan harita birbirine benzemektedir. Ayrıca sismik veriler yorumlanırken Marmara'da bir veya birden fazla fay olup olmadığı konusunda önyargılı davranılmamış olması, bu haritaların daha objektif olduğuna işaret eder. Bu haritalar baz alınarak Marmara fayları ve İstanbul deprem riski hakkında şu yorumlar yapılabilir:

1. Marmara'daki fay geometrisi oldukça iyi bilinmektedir. Bundan sonra yapılacak sismik çalışmalar bu geometriyi daha hassaslaştıracak fakat ana bir değişikliğe yol açmayacaktır.

2. Doğu Marmara'da Istanbul'un güneyinde birbirine yarı paralel üç tane aktif fay bulunmaktadır. Olası bir deprem sırasında bu faylardan hangisinin kırılacağını önceden bilmek olanaksızdır.

3. 17 Kasım 1999 günkü basın toplantısında Kandilli Rasathanesi Müdürünün ileri sürdüğü gibi İstanbul güneyindeki aktif fayların yeri değil 60 km, bir kilometre bile değişmemiştir. Bilakis TPAO'nun haritasında iki paralel kol halinde çizilmiş olan Kuzey Sınır fayı'nın kuzey kolu Okay ve arkadaşlarına (1999b) göre,  Istanbul'a daha yakın bir konumdadır (Şekil 3).

4. Bundan sonra yapılacak acil işlem fay tartışmalarından ziyade İstanbul'u olası bir depreme karşı hazırlamaktır.
 
 

Değinilen kaynaklar:

Barka, A.A., Kadinsky-Cade, K ., 1988. Strike-slip fault geometry in Turkey and its influence
on earthquake activity. Tectonics 7, 663-684.

Ergün, M., ve Özel, E. , 1995, Structural relationships between the Sea of Marmara Basin and
the North Anatolian Fault Zone. Terra Nova, 7, 278-288.

Ergün, M., Özel, E., ve Sarı, Ç. , 1995, Structure of the Marmara Sea basin in the North
Anatolian Fault Zone. In "Rifted ocean-continent boundaries" eds. E. Banda et al., 309-326.

Le Pichon, X., Taymaz, T. ve Şengör, A.M.C. , 1999. Büyük Marmara Fayı: Niçin, nerede ve
ne olabilir? Cumhuriyet Bilim Teknik Dergisi, 20 Kasım 1999, Sayı: 661, s. 8-11.

Okay, A.I., Demirbağ, E., Kurt, H., Okay, N. ve Kuşçu, İ ., 1999a. An active, deep marine
strike-slip basin along the North Anatolian Fault in Turkey. Tectonics 18, 129-148.

Okay, A.I., Kaşlılar-Özcan, A., Boztepe-Güney, A., ve Kuşçu, İ., 1999, Marmara Denizi'nde
İstanbul'u tehdit eden kırıklar. Cumhuriyet Bilim Teknik Dergisi, 28 Ağustos 1999, Sayı: 649,
p. 8-10.

Pfannenstiel, M. , 1944. Diluviale Geologie des Mittelmeergebietes: die diluvialen
Entwicklungstadien und die Urgeschichte von Dardanellen, Marmara Meer und Bosphorus.
Geol. Rund. 34, 342-334.

Pınar, N. , 1943, Marmara denizi havzasının sismik jeolojisi ve meteorolojisi. Fen Fak.
Monografileri,. A7, 64 sayfa.

Smith, A.D., Taymaz, T., Oktay, F., Yüce, H., Alpar, B., Başaran, H., Jackson, J.A., Kara,
S., Şimşek, M., 1995. High-resolution seismic profiling in the Sea of Marmara (northwest
Turkey): Late Quaternary sedimentation and sea-level changes. Geol. Soc. Am. Bull. 107,
923-936.

Straub, C.,ve Kahle, H.-G. , 1995. Active crustal deformation in the Marmara Sea region,
NW Anatolia, inferred from GPS measurements. Geophy. Res. Lett. 22, 2533-2536.

Şengör, A.M.C., Görür, N., Şaroğlu, F. , 1985. Strike-slip faulting and related basin
formation in zones of tectonic escape: Turkey as a case study. In: Biddle, K.T., Christie-Blick,
N. (Eds.), Strike-slip Deformation, Basin Formation, and Sedimentation. Society of Economic
Paleontologists and Mineralogists, Special Publication No. 37, pp. 227-264.

TPAO, 1999, Marmara fay haritası, 13 Kasım 1999 Sabah gazetesi.

Wong, H.K., Lüdmann, T., Uluğ, T.A., Görür, N., 1995. The Sea of Marmara: a plate
boundary sea in an escape tectonic regime. Tectonophysics 244, 231-250.