Dissertations / Theses on the topic 'Anatolian Fault'

The North Anatolian Fault Zone (NAFZ) in Turkey is a major continental strike-slip fault, 1200 km long and with a current slip rate of 25 mm/yr. Historical records show that the NAFZ is capable of producing high-magnitude earthquakes, activating different segments of the fault in a westward progression. Currently, the NAFZ poses a major seismic hazard for the city of Istanbul, which is situated close to one of the two strands into which the fault splays in northwestern Turkey. Understanding of fault zone structure and properties at depth is essential to constrain where deformation occurs within the lithosphere and how strain localises with depth. In fact, geodynamic models explaining surface deformation require knowledge of the width and depth extent of the fault zone in both the crust and upper mantle. In this framework, this thesis aims to provide better constraints on fault zone geometry within the lithosphere. To achieve this objective P and S wave teleseismic tomography have been applied to the data recorded by a dense array of broadband seismic stations (DANA, Dense Array for Northern Anatolia); through teleseismic tomography it was possible to image the NAFZ structure in both the crust and uppermost mantle. In addition, joint inversion i of P-wave teleseismic data and local earthquake data collected using the same array provided a greatly improved resolution within the upper 20 km of the crust. Results from this work highlighted the presence of a shear zone associated to the northern branch of the NAFZ in the study area. The fault zone appears to be 15 km wide within the upper crust and narrows to < 10 km within the lower crust and to Moho depth. In the uppermost mantle its width is constrained to be 30 to 50 km.

Seismic imaging allows us to examine the subsurface structure of fault zones. Accurate knowledge of the structure of fault zones is critical for our understanding of earthquake hazard, and the processes of strain accumulation within the crust and upper mantle. The North Anatolian Fault Zone is a ∼ 1200 km long continental strike-slip fault zone located in northern Turkey. In the 20th century, the North Anatolian Fault has accommodated a westward propagating sequence of twelve Mw > 6.5 earthquakes. The most recent of these earthquakes occurred at Izmit and Duzce in 1999, 86 km south-east of Istanbul. In this thesis I use techniques from seismic interferometry to create seismic images of the crustal and upper mantle structure along the Izmit-Adapazari section of the North Anatolian Fault, in the vicinity of the 1999 Izmit rupture. I develop methods for observing P-wave reverberations from the free surface that are contained within the ambient seismic noise field and the P-wave coda of teleseismic earthquakes. By autocorrelating the seismic records from a dense seismic array in north-western Turkey, I use these reverberations to create high resolution seismic reflection images of the crust and upper mantle beneath the North Anatolian Fault Zone. In addition, I calculate inter-station cross-correlations to observe Rayleigh and Love waves propagating between stations in the Izmit-Adapazari region. I then use Rayleigh and Love wave phase velocity measurements to perform surface wave tomography and construct an S-wave velocity model of the top 10 km of the crust in the Izmit-Adapazari region. In the reflection images, I observe a clear arrival associated with a Moho reflected P-wave (PPmP). A ~ 3 s variation in travel time of the PPmP arrival suggests that the Moho is vertically offset beneath the northern branch of the North Anatolian Fault Zone. The vertical offset in the Moho occurs over a region less than 7 km wide approximately 16 km north of the surface trace of the North Anatolian Fault. The location of the vertical offsets indicates that the North Anatolian Fault is a localised structure that dips at an angle between 60◦ and 70◦ through the entire crust and enters the upper mantle as a narrow shear zone. I also note a reduction in the amplitude of the PPmP phase beneath both the northern and southern branches of the North Anatolian Fault Zone. This amplitude reduction could result from the presence of fluids and serpentinite minerals in the upper mantle which reduce Moho reflectivity beneath the North Anatolian Fault. The surface wave tomography shows that the North Anatolian Fault Zone is a vertical zone of low S-wave velocity (2.8 – 3.0 km s−1) in the top 10 km of the crust. I also detect further low velocity anomalies (1.2 – 1.6 km s−1) associated with ~ 3 km deep pull-apart sedimentary basins along both branches of the North Anatolian Fault Zone. Both branches of the North Anatolian Fault appear to skirt the edges of the Armutlu Block, a tectonic unit of crystalline rocks that exhibits high S-wave velocity (3.2 – 3.6 km s−1). It is likely that the Armutlu Block has a strong rheology, and localises strain along the faults at its northern and southern edges. I also measure the azimuthal anisotropy of the phase velocity observations, which displays an average magnitude of ~ 2.5% with a fast direction of 70◦ from north. The 70◦ fast direction aligns parallel with the direction of maximum extension in the Izmit-Adapazari region, and indicates that deformation-aligned mineral fabrics may dominate the anisotropy signal in the top 10 km of the crust.

The North Anatolian Fault (NAF) is one of the world&rsquo
s largest active continental strikeslip faults, and forms the northern margin of the Anatolian plate. Although its geologic and geomorphologic features are well defined, crustal deformation and associated seismicity around central segment of the NAF is relatively less-known. In this study, we analyzed locations and focal mechanisms of 172 events with magnitude &ge
3, which are recorded by 39 broadband seismic stations deployed by the North Anatolian Passive Seismic Experiment (2005-2008). Distribution of the events shows that the local seismicity in the area is widely distributed, suggesting a widespread continental deformation, particularly in the southern block. For the entire data set, P- and S- arrival times are picked and events are relocated using the HYPOCENTER program. Then, relocated events which have a good azimuthal coverage with a maximum gap of 120°
and at least 13 P- wave readings are selected and 1-D inversion algorithm, VELEST, is used to derive the 1-D seismic velocity model of the region. The final model with updated locations is later put together to the FOCMEC program, to obtain focal mechanisms solutions. In this step, an iterative scheme is applied by increasing the number of data errors. To obtain more unique solutions, first motions of P and SH v phases are used along with SH/P amplitude ratios. Resultant 109 well-constrained focal mechanisms later used to perform stress tensor inversion across the region. Our focal mechanisms suggest a dominant strike-slip deformation along two major fault sets in the region. In the east, E-W trending splays (Ezinepazari, Almus, and Laç
in Kizilirmak) show right-lateral strike-slip motion similar to the NAF whereas in the west, N-S trending faults (Dodurga, Eldivan) show left lateral strike-slip motion. Overall, stress orientations are found as: maximum principal stress, &sigma
1, is found to be subhorizontal striking NW-SE, the intermediate principle stress, &sigma
2, is vertically orientated and the minimum principal stress, &sigma
3, is found to be NE &ndash
SW striking, consistent with the strike-slip regime of the region.

Since 1900, earthquakes worldwide have been responsible for over 2 million fatalities and caused nearly $2 trillion of economic damage. Accurate assessment of earthquake hazard is therefore critical for nations in seismically active regions. For a complete understanding of seismic hazard, the temporal pattern of strain accumulation, which will eventually be released in earthquakes, needs to be understood. But earthquakes typically occur every few hundred to few thousand years on any individual fault, and our observations of deformation usually only cover time periods of a decade or less. For this reason, our knowledge of the temporal variation in strain accumulation rate is limited to insights gleaned from kinematic models of the earthquake cycle that use measurements of present-day strain to infer the behaviour on long time scales. Previous studies have attempted to address this issue by combining data from multiple faults with geological estimates of long-term strain rates. In this thesis I propose a different approach, which is to observe deformation at multiple stages of the earthquake cycle for a single fault with segments that that have failed at different times. In the last century the North Anatolian Fault (NAF) in Turkey has accommodated 12 large earthquakes (Mw >6.5) with a dominant westward progression in seismicity. If we assume that each of these fault segments are at a different stage of the earthquake cycle then this provides a unique opportunity to study the variation in along-strike surface deformation, which can be equated to variation of deformation in time. In this thesis I use Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) and Global Navigation Satellite System (GNSS) observations to examine the spatial distribution of strain along the NAF. InSAR is an attractive technique to study surface displacements at a much higher spatial resolution (providing a measurement every 30 m) compared to established GNSS measurements, with station separations between 10 km to 100 km in Turkey. I specifically address a key technical challenge that limits the wide uptake of InSAR: phase unwrapping, the process of recovering continuous phase values from phase data that are measured modulo 2π radians. I develop a new unwrapping procedure for small baseline InSAR measurements that iteratively unwraps InSAR phase. For each iteration, this method identifies pixels unwrapped correctly in the previous iteration and applies a high cost to changing the phase difference between these pixels in the next iteration. In this way, the iterative unwrapping method uses the error-free pixels as a guide to unwrap the regions that contained unwrapping errors in previous iterations. I combine measurements of InSAR line-of-sight displacements with published GNSS velocities to show that an ∼80 km section of the NAF that ruptured in the 1999 Izmit earthquake (Mw 7.4) is creeping at a steady rate of ∼5 mm/yr with a maximum rate of 11 ± 2 mm/yr near the city of Izmit within the observation period 2002-2010. I show that in terms of the moment budget and seismic hazard the effect of the shallow, aseismic slip in the past decade is small compared to that from plate loading. Projecting the shallow creep displacement rates late into the earthquake cycle does not produce enough slip to account for the 2-3 m shallow coseismic slip deficit observed in the Izmit earthquake. Therefore, distributed inelastic deformation in the uppermost few kilometers of the crust or slip transients during the interseismic period are likely to be important mechanisms for generating the shallow slip deficit. I used similar techniques to confirm that a ∼130 km section of the central NAF near the town of Ismetpasa, is also undergoing aseismic creep at a steady rate of 8±2 mm/yr. Using simple elastic dislocation models to fit fault perpendicular velocities I show that there is an eastward decreasing fault slip rate in this region from ∼32 mm/yr to ∼21 mm/yr over a distance of about 200 km. The cause of this decrease remains unclear, but it could be due to postseismic effects from the 1999 Izmit and Duzce earthquakes and/or long-term influence from the 1943 (Mw 7.4) and 1944 (Mw 7.5) earthquakes. Finally, I combine line-of-sight displacements from 23 InSAR tracks to produce the first high resolution horizontal velocity field for the entire continental expression of the NAF (∼1000 km). I show that the strain rate does not vary significantly along the fault, and since each segment of the NAF is at a different stage of the earthquake cycle, the strain rate is invariant with respect to the time since the last earthquake. This observation is inconsistent with viscoelastic coupling models of the earthquake cycle, which predict a decreasing strain rate with time after an earthquake. My observations imply that strain accumulation reaches a steady-state fairly rapidly after an earthquake (<7-10 years) after which strain is localised on a narrow shear zone centred on the fault and does not vary with time. A time-invariant strain rate is consistent with a strong lower crust in the region away from the fault with a viscosity ≥1020 Pas. My results imply that short term snapshots of the present-day strain accumulation (as long as it is after the postseismic period) are representative of the entire earthquake cycle, and therefore geodetic estimates of the strain rate can be used to estimate the total strain accumulation since the last earthquake on a fault, and be used as a proxy for future seismic hazard assessment. The techniques I developed to explore the spatial and temporal pattern of aseismic fault creep and long-term strain accumulation along the NAF are general and can be ap- plied to all strike-slip faults globally. The archived ERS-1/2 and Envisat satellite data are an extremely valuable resource that can and should be used to extend InSAR time series measurements back to the early 1990s. Together with the new Sentinel-1 data sets, this provides an unprecedented opportunity to explore tectonic deformation over several decades and on continental scales. Despite the availability of numerous correction techniques (in this thesis I use global weather models to calculate the atmospheric contribution), atmospheric delays remain the major challenge to exploiting Sentinel-1 data for global strain mapping, the mitigation of these delays are an important goal for the InSAR community.

This study aims to determine the chemical (anion-cation) and isotopic compositions (&
#948
18O-&
#948
D-3H) of the geothermal waters along the North Anatolian Fault Zone (NAFZ) and highlight any possible seismicity-induced temporal variations during the course of two years (2002-2003) monitoring programme. The geothermal sites are alligned along a 800 km transect of the NAFZ and are, from west to east, Yalova, Efteni, Bolu, Mudurnu, Seben, KurSunlu, Hamamö
zü
, Gö
zlek and ReSadiye. The thermal waters of NAFZ are dominantly Na-HCO3, whereas the cold waters are dominantly Ca-HCO3 in character. The highest temperature (72.3&
#61616
C) is recorded in Seben. The hot waters are slightly acidic to alkaline in character with pH values ranging between 5.92-7.97, while the cold waters are comparatively more alkaline with pH values between 6.50-8.83. Both hot and the cold waters are meteoric in origin. The hot waters have lower &
#948
18O-&
#948
D and tritium values suggesting higher recharge altitudes for aquifers and longer residence times for waters, respectively, in the geothermal system (compared to the cold waters). Temporal variations are detected in both ionic and isotopic compositions of the cold and the hot waters, and these reflect seasonal variations for cold and seismicity-induced variations for hot waters. Although no major earthquakes (M>
5) occurred along the NAFZ during the monitoring period, temporal variations recorded in Cl and 3H, and to a lesser extent in Ca and SO4 contents seem to correlate with seismicity along the NAFZ. In this respect, Yalova field deserves the particular attention since seismicity induced variations were better recorded in this field.

Le fluage asismique des failles dans la croûte supérieure est un mécanisme de déformation crucial le long des limites des plaques tectoniques. Il contribue au bilan énergétique du cycle sismique, retardant ou déclenchant le développement des grands tremblements de terre. Un enjeu majeur est de comprendre quels sont les paramètres qui contrôlent la partition entre déformations sismiques et asismiques dans les failles actives tels que la lithologie ou les transformations sous contrainte à toutes échelles et comment cette partition évolue dans le temps. Des observations géologiques réalisées dans ce travail le long de la Faille Nord Anatolienne en Turquie, combinées à des analyses de laboratoire et des traitements d’images, permettent de donner un éclairage nouveau sur ces mécanismes de fluage. En plus, les relations entre déformation finie et transfert de matière ont été utilisées en parallèle avec des données géodésiques pour comprendre l’évolution de ces mécanismes de fluage depuis le début du déplacement de cette faille.Une corrélation claire est observée entre fluage superficiel et composition des gouges de la faille : les segments sismiques sont composés de calcaires massifs sans gouge de faille argileuse alors que les segments asismiques qui fluent comprennent des gouges argileuses résultant de la transformation progressive de roches volcaniques. Dans ces zones de fluage une schistosité espacée se développe durant le premier stade de la déformation conduisant à un litage tectonique de type foliation, au début oblique puis subparallèle à la faille, qui accommode une part de la déformation asismique par dissolution cristallisation sous contrainte. En conséquence, les minéraux solubles comme le quartz et les feldspaths sont dissous conduisant à la concentration passive des phyllosilicates dans les gouges de failles qui sont ensuite altérés par des circulations de fluides produisant des minéraux argileux à faible friction. Dans le même temps les zones endommagées autour de la gouge sont fracturées et les fractures scellées par des carbonates. Ces transformations minérales et structurales amollissent les gouges de failles et durcissent les zones endommagées conduisant à une évolution de la déformation sismique – asismique de diffuse à localisée.Des modèles qui intègrent déformation finie et transfert de matière révèlent deux échelles d’espace de la déformation qui correspondent à une alternance de deux types de bandes de cisaillement avec une schistosité soit oblique soit subparallèle à la faille. Diverses valeurs de la déformation finie ont été estimées pour calculer la proportion de déplacement asismique par rapport au déplacement total sismique et asismique de la faille (80 km). Cette proportion qui dépend de la lithologie de la zone de faille varie de 0.002% dans les zones sismiques calcaires et évolue dans le temps dans les zones asismiques des roches volcaniques de 59% pour les stades précoces à 18% pour les stages récents
Aseismic fault creep in the upper crust is a key deformation process along tectonic plate boundaries. It contributes to the energy budget during the seismic cycle, delaying or triggering the occurrence of large earthquakes. One of the greatest challenges is to understand which parameters control the partition between seismic and aseismic deformation in active faults, such as lithology or stress-driven transformations at all scales and how this partition evolves with time. Geological observations along the North Anatolian Fault in Turkey combined with laboratory analyses and imaging techniques performed in the present study shed new light on these mechanisms of fault creep. Moreover, the relationship between finite strain and mass change was compared with geodesy data in order to understand the evolution of these creep mechanisms since the beginning of this fault displacement.A clear correlation is shown between shallow creep and near-surface fault gouge composition: seismic segments of the fault are mostly composed of massive limestone without clay gouges, whereas aseismic creeping segments comprising clay gouges result from a progressive change of volcanic rocks. Within these creeping zones, anastomosing cleavage develops during the first stage of deformation, leading to tectonic layering that forms a foliation, oblique at first and then sub-parallel to the fault. This foliation accommodates part of the aseismic creep by pressure solution. Consequently, the soluble minerals such as quartz and feldspars are dissolved, leading to the passive concentration of phyllosilicates in the gouges where alteration transformations by fluid flow produce low friction clay minerals. At the same time damage zones are fractured and fractures are sealed by carbonates. As a result, these mineralogical and structural transformations weaken the gouge and strengthen the damage zone leading to the change from diffuse to localized seismic-aseismic zones.Models integrating finite strain and mass change reveal two spatial scales of strain that correspond to the alternation of two types of shear bands, with cleavages oriented either oblique or sub-parallel to the fault zone. Various total strain values were estimated in order to calculate the aseismic part of the total 80 km displacement along the locked and creeping sections. The aseismic strain fraction of the total tectonic strain in the fault depends on the fault lithology and varies from 0.002% in seismic zones made of limestone and evolves with time in the creeping zones made of volcanic rocks from 59% in the early stages of fault development to 18% in the recent times

La faille Nord-Anatolienne est une faille décrochante dextre de 1500 km et la frontière de plaque entre l’Anatolie au sud et l’Eurasie au nord. Le mouvement vers l’Ouest de l’Anatolie par rapport à l’Eurasie à une vitesse de 21 mm/an est accommodé par le jeu de cette faille. Durant le 20ième siècle, cette faille a rompu d’est en ouest lors d’une séquence de larges tremblements de terre qui ont eu lieu à intervalles rapprochés. De nombreux géologues ont cherché à mieux comprendre l’histoire récente de cette faille, et plus parti-culièrement son histoire sismique ou paléosismologique. La recherche en paléosismologie consiste à contraindre en utilisant l’enregistrement sédimentaire existant la nature et la distribution des tremblements de terre passés. Dans cette thèse, j’ai effectué 4 investi-gations paléosismologiques le long de la faille Nord-Anatolienne dans des lieux où à chaque tremblement de terre la faille forme des escarpements à contre-pente et constitue un piège à sédiment. En étudiant la composition et la distribution des sols enfouis et ex-posés dans de larges tranchées creusées au travers de ces pièges sédimentaires, on peut identifier des « horizons sismiques » (c’est-à-dire la surface terrestre lors du séisme). En datant par le radiocarbone les matériaux déposés au-dessous (avant) et au-dessus (après) d’un horizon sismique, on peut contraindre à quel moment un paléoséisme a eu lieu. Fi-nalement dans cette thèse, j’ai compilé une base de donnée des chronologies de l’ensemble de paléoséismes documentés sur la faille Nord-Anatolienne. Grâce à cette base de données, j’ai pu déterminer l’occurrence des séismes avec une méthodologie cohérente, et analyser la chronologie obtenue à la fois qualitativement et quantitativement. L’analyse des données révèle que la faille Nord-Anatolienne ne rompt habituellement pas en cascade comme durant le 20ième siècle, et que l’activité de la faille est fortement influencé par les trois principaux régimes tectoniques existant en Turquie. Les variabilités d’activité le long de la faille pourraient résulter de contraintes normales à la faille, qui décroissent d’une façon générale de l’Est vers l’Ouest. Une décroissance des contraintes normales à la faille diminuerait localement le seuil de contrainte requis pour déclencher un séisme. Ceci explique l’observation que le temps de récurrence des séismes est plus court à l’Ouest. A l’Est, les ruptures sont plus variables, et le temps de récurrence est bimodal. Ceci peut être lié à des variations temporelles des contraintes normales à la faille, peut-être induites par le jeu sismique des failles Est-Anatolienne et de la Mer Morte.
Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Turkey is one of the most earthquake prone countries in the world. The study area, Erbaa, is located in a seismically active fault zone known as North Anatolian Fault Zone (NAFZ). Erbaa is one of the towns of Tokat located in the Middle Black Sea Region. According to the Earthquake zoning map of Turkey, the study area is in the First Degree Earthquake Zone. The city center of Erbaa (Tokat) was previously settled on the left embankment of Kelkit River. After the disastrous 1942 Niksar-Erbaa earthquake (Mw = 7.2), the settlement was moved southwards. From the period of 1900s, several earthquakes occurred in this region and around Erbaa. The 1942 earthquake is the most destructive earthquake in the center of Erbaa settlement. In this study, the geological and geotechnical properties of the study area were investigated by detailed site investigations. The Erbaa settlement is located on alluvial and Pliocene deposits. The Pliocene clay, silt, sand, and gravel layers exist in the southern part of Erbaa. Alluvium in Erbaa region consists of gravelly, sandy, silty, and clayey layers. The alluvial deposits are composed of stratified materials of heterogeneous grain sizes, derived from various geological units in the vicinity. The main objective of this study is to prepare a seismic microzonation map of the study area for urban planning purposes since it is getting more essential to plan new settlements considering safe development strategies after the disastrous earthquakes. In this respect, seismic hazard analyses were performed to deterministically assess the seismic hazard of the study area. Afterwards, the essential ground motions were predicted regarding near fault effects as the study area is settled on an active fault zone. 1-D equivalent linear site response analyses were carried out to evaluate the site effects in the study area. Amplification values obtained from site response analyses reveal that the soil layers in the study area is quite rigid. Furthermore, liquefaction potential and post liquefaction effects including lateral spreading and vertical settlement were also delineated for the study area. The above-mentioned parameters were taken into account in order to prepare a final seismic microzonation map of the study area. The layers were evaluated on the basis of overlay methodologies including Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA). Two different MCDA techniques, Simple Additive Weighting (SAW) and Analytical Hierarchical Process (AHP), were carried out in GIS environment. The seismic microzonation maps prepared by SAW and AHP methods are compared to obtain a final seismic microzonation map. Finally, the map derived from the AHP method is proposed to be the final seismic microzonation map of Erbaa. As an overall conclusion, the northwestern part of the study area where the loose alluvial units exist is found to be vulnerable to earthquake-induced deformations. On the other hand, the Pliocene units in the southern and alluvial units in the northeastern part are quite resistant to earthquake effects. In addition, the proposed final seismic microzonation map should be considered by urban planners and policy makers during urban planning projects in Erbaa.

Bolu-Ilgaz region was damaged by several large earthquakes in the last century and the structural damage was substantial especially after the 1944 and 1999 earthquakes. The objective of this study is to build the seismic source characterization model for the rupture zone of 1944 Bolu-Gerede earthquake and perform probabilistic seismic hazard assessment (PSHA) in the region. One of the major improvements over the previous PSHA practices accomplished in this study is the development of advanced seismic source models in terms of source geometry and reoccurrence relations. Geometry of the linear fault segments are determined and incorporated with the help of available fault maps. Composite magnitude distribution model is used to properly represent the characteristic behavior of NAF without an additional background zone. Fault segments, rupture sources, rupture scenarios and fault rupture models are determined using the WG-2003 terminology. The Turkey-Adjusted NGAW1 (Gü
lerce et al., 2013) prediction models are employed for the first time on NAF system. The results of the study is presented in terms of hazard curves, deaggregation of the hazard and uniform hazard spectrum for four main locations in the region to provide basis for evaluation of the seismic design of special structures in the area. Hazard maps of the region for rock site conditions and for the proposed site characterization model are provided to allow the user perform site-specific hazard assessment for local site conditions and develop site-specific design spectrum. The results of the study will be useful to manage the future seismic hazard in the region.

Assessment of potential ground motions in seismically active regions is essential for purposes of seismic design and analysis. Peak ground motion intensity values and frequency content of seismic excitations are required for reliable seismic design, analysis and retrofitting of structures. In regions of sparse or no strong ground motion records, ground motion simulations provide physics-based synthetic records. These simulations provide not only the earthquake engineering parameters but also give insight into the mechanisms of the earthquakes. This thesis presents strong ground motion simulations in three regions of intense seismic activity. Stochastic finite-fault simulation methodology with a dynamic corner frequency approach is applied to three case studies performed in Dü
zce, L&rsquo
Aquila and Erzincan regions. In Dü
zce study, regional seismic source, propagation and site parameters are determined through validation of the simulations against the records. In L&rsquo
Aquila case study, in addition to study of the regional parameters, the limitations of the method in terms of simulating the directivity effects are also investigated. In Erzincan case study, where there are very few records, the optimum model parameters are determined using a large set of simulations with an error-minimization scheme. Later, a parametric sensitivity study is performed to observe the variations in simulation results to small perturbations in input parameters. Results of this study confirm that stochastic finite-fault simulation method is an effective technique for generating realistic physics-based synthetic records of large earthquakes in near field regions.

Au cours de la dernière centaine d’années, la faille nord-anatolienne (FNA) a déjà généré 9 séismes de magnitude supérieure à 7 en Turquie. Dans cette thèse nous investiguons la faille de Ganos qui est le segment occidental de la FNA. Cette faille fût responsable du séisme de Mürefte du 9 août 1912 (M 7. 3). La faille de Ganos est visible en surface sur 45-km alors que le reste est en mers Egée à l’est et Marmara à l’ouest. Cette faille de Ganos forme la section occidentale d’une large zone en « step-over » qui correspond au bassin losangique (pull-apart) de Marmara où le séisme de Kocaeli de 1999 fût localisé dans sa partie est. Les deux extrémités des ruptures de 1912 et de 1999 définissent une lacune sismique dans la mer de Marmara. Des analyses géomorphologiques sur les 45-km à terre de la faille de Ganos ont permis de décrire des structures typiques des failles en décrochement (ex : pull-apparts, bombements, step-over, rides de compression et décalage de rivières). La section à terre de la faille de Ganos est d’azimut ~N68°E, segmentée en deux step-over extensifs au niveau de Gölcük and Kavak. La combinaison entre les analyses morphologiques à terre et en mer suggèrent un minimum de 04 sous-segments limités par des complexités géométriques qui est de l’est à l’ouest comme suit : Le bassin central de Marmara, le coude de Ganos, step-over de Gölcük, step-over de Kavak and la dépression Saros. La dépression de Saros et le basin central de Marmara sont les plus importantes complexités structurales le long de la faille de Ganos et peuvent as ir comme barrière à la propagation de la rupture. Le déplacement cumulé calculé sur 69 localités, de la reconstruction tectonique permettent d’avoir un aperçu sur les caractéristiques de déformation du segment de Ganos à long terme et à court terme. Les mesures des déplacements de chenaux, des crêtes et une partie d’ancienne routes nous conduisent à évaluer un décalage entre 8 et 575m. Par ailleurs, nous suggérons un décalage (offset) plus important de 200m à 9000m basé sur la reconstruction du système hydrologique actuel. Une classification des décalages de chenaux montre 8 classes distinctes d’offset de glissement cumulée. Nous avons aussi utilisé les courbes de fluctuations du niveau de la mer noire afin de contraindre les période de fortes précipitations qui peuvent générer des incisions de chenaux. 5 groupes de glissement cumulé (de 70 à 300m) montrent une bonne corrélation avec un rehaussement du niveau de la mer conséquent à 4 ka, 10. 2 ka, 12. 5 ka, 14. 5 ka et 17. 5 ka. Les estimations du taux de glissement conduisent à un taux de glissement constant de of 17. 9 mm/an pour les dernières 20. 000 années et un taux de glissement variable de 17. 7 mm/an, 17. 7 mm/an, 17. 9 mm/an et 18. 9 mm/an pour les dernières 10. 2 ka, 12. 5 ka, 14. 5 ka et 17. 5 ka, respectivement. La paléosismologie a montré sur 03 sites (Güzelköy, Yeniköy and Yörgüç) des évidences de 8 événements sismiques, 5 datés entre 1043 – 835 BC et 1500 – 830 BC à Güzelköy et Yeniköy respectivement. Une meilleure datation a été contrainte pour les trois derniers événements à Güzelköy qui sont vraisemblablement des séismes en (1) 1343 ou 1344 (2) 1659 ou 1766b and (3) 1912. Nous suggérons deux scénarios de récurrence de séismes pour les derniers séismes en relation avec la faille de Ganos. Le scénario (1) conduit à une moyenne de récurrence de 285 ± 36 ans et englobe les événements de 1912, 1659, 1354/1344, 824, 484 alors que le scénario (2) est aussi valable si une récurrence non périodique des séismes est acceptée. La combinaison entre les analyses géomorphologiques et des résultats des tranchées conduit à un taux de glissement de la faille nord anatolienne au niveau de la région de Ganos. A Güzelköy deux paleo-chenaux présentement un décalage de 16 m et 21 m et conduit à un taux de 22. 3 ± 0. 5 mm/an pour ce dernier ~700 années et 26. 9 mm/an pour les 781 dernières années respectivement. A Yeniköy des datations des couches les plus profondes montre de 46 ± 1 m de décalage de chenal et donnant ainsi un maximum de 17 mm/an de taux de glissement. Le 9 août 1912 la région de Mürefte a été secouée par un séisme (M = 7,3) a frappé le long de la faille de Ganos et a provoqué de graves dégâts (Io = X) entre Tekirdag et de Çanakkale. Un deuxième grand choc s'est produit le 13 Septembre 1912 (M = 6,8) avec une zone épicentrale à l'ouest du choc principal, causant des destruction Io = VII à l'ouest de dommages Gaziköy et le long de la péninsule de Gallipoli. Des rupture en surface ont été enregistrées le long de la totalité des 45-km de la section en surface. Nous avons déterminé un glissement maximum de 5,5 m qui a été précédemment suggéré à 3 m par Ambraseys & Finkel et al. (1987). Nous prolongeons les mesures de glissement de Altunel et al. (2004) à partir de 31 localités à 45 avec une meilleure répartition le long de la faille. La distribution d’offsets indique qu'une certaine partie de la rupture est au large, c'est à dire dans la baie de Saros et Mer de Marmara. 73 enregistrement de sismogrammes historiques ont été collectés pour les événements du 9 août, 10 août et le 13 Septembre 1912. Des paires comparables ont été numérisées à l'aide du logiciels TESEO. La modélisation et deconvolution de la forme d'ondes sismiques a permis la récupération d'une fonction temps source en utilisant les événements du 13 Septembre et du 9 Août et fourni une fonction temps source de 40 secondes pendant le tremblement de terre du 9 août. Considérant une propagation unilatérale de la rupture de 3 km/s, cette durée implique longueur de rupture de 120 km, cohérente avec la dimension du séisme (Mw 7. 4). Les polarités P des ondes à 5 stations et des N68°E d’azimut de faille nous permet de déduire un mécanisme au foyer pour l’événement du 9 aout. L'ampleur du choc Septembre 13 exige 30 ± 10 km de rupture de surface et des contraint la terminaison ouest pour les 120 ± 20km de longueur de la rupture du 9 Août. Prenant en compte les deux événements, une position de l'épicentre dans la baie de Saros pour le choc du 13 septembre de 150 ± 20 km de longueur totale de rupture et s'étendrait de Saros en propageant vers l’est et rejoignant ainsi le bassin de Marmara central, en accord avec la complexité géométriques importantes le long de cette section de la faille nord-anatolienne. Par conséquent, la terminaison est de la rupture du 09 aout 1912 et la terminaison ouest de la rupture de 1999 impliquent un minimum de 100-km de lacune sismique dans la mer de Marmara. Cette longueur de faille suggère un séisme de magnitude M>7 qui devra être pris en compte dans l’évaluation du risque sismique de la région d’Istanbul
The North Anatolian Fault generated 9 large earthquakes (M>7) in Turkey during the last 100 years. We investigate the Ganos fault, the westernmost segment of the North Anatolian Fault that was responsible for the 9 August 1912 Mürefte earthquake (M 7. 3). The Ganos fault is exposed onland for 45 km while the rest is covered up by the Aegean and Marmara seas to the west and east respectively. The Ganos fault forms the western section of a large step-over area that corresponds to the Marmara pull-apart and experienced the 1999 Kocaeli earthquake on its east. The two ends of the 1912 and 1999 earthquake ruptures define the seismic gap in the Sea of Marmara. Geomorphic analysis along the 45-km-long onland section of the Ganos fault allowed documenting typical structures of strike slip faulting; i. E. Step-overs, pull-aparts, bends, pressure ridges, sag-ponds, offset ridges, shutter ridges and stream displacement. The onland section of the Ganos fault is expressed as ~N68°E striking linear geometry, segmented by two extensional step-overs at Gölcük and Kavak. The combined analysis of offshore and onland fault morphology suggests a minimum of 4 sub-segments limited by geometrical complexities which are from east to west, the Central Marmara basin, Ganos bend, Gölcük step-over, Kavak step-over and Saros Trough. The Saros Trough and the Central Marmara basin are the largest structural complexities along the Ganos fault and may serve as barriers to earthquake rupture propagation. Cumulative displacements determined at 69 localities and tectonic reconstructions provide insights on the long-term and short-term deformation characteristic of the Ganos fault segment. Measurements of displaced streams, ridges and partly ancient roads yield right lateral offsets ranging from 8 to 575 m. Furthermore, we suggest larger offsets from 200 to 9000 m based on reconstructions of the present-day drainage system. A classification of the stream offsets shows 8 distinct classes of cumulative slip. We used sea level fluctuation curves of the Black Sea in order to constrain the timing of high precipitations periods which can trigger channel incisions. Consecutive 5 cumulative slip groups (from 70 to 300 m) show well correlations with subsequent sea level rise periods at 4 ka, 10. 2 ka, 12. 5 ka, 14. 5 ka and 17. 5 ka. Slip rate estimations yield a constant slip rate of 17. 9 mm/yr for the last 20. 000 years and a variable slip rate of 17. 7 mm/yr, 17. 7 mm/yr, 17. 9 mm/yr and 18. 9 mm/yr for the last 10. 2 ka, 12. 5 ka, 14. 5 ka and 17. 5 ka, respectively. Paleoseismology at three sites (Güzelköy, Yeniköy and Yörgüç) showed evidence of 8 faulting events, 5 of which post-date 1043 – 835 BC and 1500 – 830 BC at Güzelköy site and Yeniköy site, respectively. A better timing was constrained for the last three events at Güzelköy which are most probably the earthquakes in (1) 1344 or 1354 (2) 1659 or 1766b and (3) 1912. We suggest two earthquake recurrence scenarios for the last historical earthquakes attributed to the Ganos fault. Scenario 1 yields an average recurrence interval of 285 ± 36 years and encompasses the 1912, 1659, 1354/1344, 824, 484 events, whereas Scenario 2 gives an average recurrence interval of 285 ± 93 years and includes the 1912, 1766, 1354/1344, 824, 484 events. Considering that earthquakes occur periodic the suitable seismic history corresponds to Scenario 1. However scenario 2 is also valid if a non-periodic earthquake occurrence is accepted. The combination of geomorphic analysis and trenching results provides slip rates for the North Anatolian Fault at the Ganos region. At Güzelköy two paleo-channels offset for 16 m and 21 m yield 22. 3 ± 0. 5 mm/yr for the last ~700 years and 26. 9 mm/yr for the last 781 years, respectively. At Yeniköy dating from the lowermost units of the 46 ± 1 m offset stream provided a maximum 17 mm/yr slip rate for the last 2840 years. The 9 August 1912 Mürefte earthquake (Ms=7. 3) struck along the Ganos fault causing severe destruction (Io = X) between Tekirdağ and Çanakkale. A second large shock occurred on 13 September 1912 (Ms = 6. 8) with an epicentral region to the west of the first main shock, giving rise to Io = VII damage west of Gaziköy and along the Gallipoli peninsula. Surface breaks have been recorded along the entire 45-km-long onland section. We determined a maximum slip of 5. 5 m that was previously suggested as 3 m (Ambraseys & Finkel et al, 1987). We extend the slip measurements of Altunel et al. , (2004) from 31 localities to 45 with a better distribution along the fault. The offset distribution indicates that a certain length of the rupture is offshore, i. E. , in the Saros bay and Sea of Marmara. 73 historical seismogram recordings have been collected for the 9 August, 10 August and 13 September 1912 shocks. Comparable pairs have been digitized using TESEO software. The modelling and deconvolution of seismic waveforms allowed retrieving a relative source time function using the 13 September and 9 August shocks and provided a source duration of 40 seconds for the 9 August earthquake. Considering a unilateral rupture propagation of 3 km/s, this duration implies rupture length of 120 km, consistent with the earthquake size (Mw 7. 4). P-wave polarities at 5 stations and field based N68°E fault strike allow us to construct the focal mechanism solution for the 9 August shock. The size of the 13 September shock requires 30 ± 10 km of surface faulting and constrains the western limit for the 120 ± 20 km long 9 August rupture. Taking into account the two events, an epicentre location in the Saros bay for the 13 September shock, the 150 ± 20 km long total rupture length would extend from Saros Trough towards east and reach the Central Marmara Basin, consistent with major geometric complexities along this section of the North Anatolian Fault. Therefore, the eastern termination of the 9 August 1912 rupture and the western termination of the 1999 earthquake rupture imply a minimum 100-km-long seismic gap in the Sea of Marmara. This fault length suggests an earthquake size M>7 that should be taken into account in any seismic hazard assessment for the Istanbul region

Over the past century, a series of large (> 6.5) magnitude earthquakes have struck along the North Anatolian Fault Zone (NAFZ) in Turkey in a roughly East to West progression. The progression of this earthquake sequence began in 1939 with the Ms 8.0 earthquake near the town of Erzincan and continued westward, with two of the most recent ruptures occurring near the Sea of Marmara in 1999. The sequential nature of ruptures along this fault zone implies that there is a connection between the location of the previous rupture and that of the future rupture zones. This study focuses on understanding how previous rupture events and tectonic influences affect the stress regime of the NAFZ and how these stress changes affect the probability of future rupture along any unbroken segments of the fault zone using a two dimensional finite element modeling program. In this study, stress changes due to an earthquake are estimated using the slip history of the event, estimations of rock and fault properties along the fault zone (elastic parameters), and the far-field tectonic influence due to plate motions. Stress changes are not measured directly. The stress regime is then used to calculate the probability of rupture along another segment of the fault zone. This study found that when improper estimates of rock properties are utilized, the stress changes may be under- or over- estimated by as much as 350% or more. Because these calculated stress changes are used in probability calculations, the estimates of probability can be off by as much as 20%. A two dimensional model was built to reflect the interpreted geophysical and geological variations in elastic parameters and the 1939 through 1999 rupture sequence was modeled. The far-field tectonic influence due to plate motions contributed between 1 and 4 bars of stress to the unbroken segments of the fault zone while earthquake events transferred up to 50 bars of stress to the adjacent portions of the fault zone. The 1999 rupture events near Izmit and Düzce have increased the probability of rupture during the next ten years along faults in the Marmara Sea to 38% while decreasing the probability of rupture along the faults near the city of Bursa by ~6%. Large amounts of strain accumulation are interpreted along faults in the Marmara Sea, further compounding the case for a large rupture event occurring in that area in the future.
Ph. D.

The North Anatolian Fault System is one of the most important active strike-slip fault systems in the world. The August 17, 1999 and November 12, 1999 earthquakes at Kocaeli and Dü
zce are the most recent devastating earthquakes. The study area lies in the Eastern Marmara Region and is bounded by the 28.55-33.75 E and 40.00-41.20 N, latitude and longitude coordinates, respectively. There are numerous studies conducted in the study area in terms of active tectonics and seismicity, however studies are scale dependent. Therefore, a comprehensive literature survey regarding active tectonics of the region was conducted and these previous studies were combined with the lineaments extracted from 10 ASTER images via principle component analysis manual extraction method. Therefore, a line seismic source model for the Eastern Marmara region was compiled mainly based on major seismic events of instrumental period. The seismicity of these line segments were compared with the instrumental period earthquake catalogue compiled by Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute with a homogeneous magnitude scale between 1900 and 2005. Secondary event and completeness of this catalogue was checked. The final catalogue was matched with the compiled seismic source for historical seismicity and source-scenario-segment-weight relationships were developed. This developed seismic source model was tested by a probabilistic seismic hazard assessment for Dü
zce city center by utilizing four different ground motion prediction equations. It was observed that Gutenberg-Richter seismicity parameter &lsquo
b&rsquo
does not have significant effect over the model, however change in the segmentation model have a low but certain influence.

Thesis (Ph. D.)--University of California, San Diego, 2007.
Title from first page of PDF file (viewed June 22, 2007). Available via ProQuest Digital Dissertations. Vita. Includes bibliographical references (p. 190-209).

The Hatay Triple Junction (HTJ) cannot be described by a simple model with three major plates as proposed by previous studies. A more complex block model is proposed in this study by adding the Iskenderun block and Amanous micro block, the Karasu fault and Karatas-Osmaniye fault being defined as individual faults not as the extension of other major faults in the region. Our modeling assumes that the Maras triple junction is formed by the connection of the Karatas-Osmaniye Fault (KOF) with the Karasu Fault (KF) and the East Anatolian Fault (EAF). The KF shows a sinistral slip rate of 4.0±1.0 mm/yr and a compressional behavior with a compression rate of 2.1-2.7 mm/yr which contradicts the extensional nature proposed by previous studies. The EAF shows pure left lateral slip rate of 9.0±0.3 mm/yr with no significant extension or compression; the DSF has a slip rate of 3.5±0.3 mm/yr over the northern and southern segments; the KOF has a 3.6±0.7 mm/yr; the Cyprus arc has a clear compressional deformation with a revers slip rate of 2.0-5.0 mm/yr and with no significant strike-slip component. The relative Euler poles are estimated in this block modeling, we define the Anatolia-Arabia Euler pole at (27.61±0.98 °N, 45.127±2.45 °E, 0.391± 0.056°/Myr), and (31.012±1.51 °N, 46.464±4.44 °E, 0.202±0.067°/Myr) Sinai-Arabia Euler pole.

Le but de cette thèse est centré sur la détection et la surveillance de la déformation de surface dans le nord-ouest de la Turquie, induite par une variété de phénomènes naturels (telles que l'activité tectonique, les glissements de terrain lents, etc.) et anthropiques (extraction des eaux souterraines, activités de construction, etc.), et sur l’analyse des mécanismes de déformation associés et de leurs conséquences pour l’environnement. Ce travail est basé sur le calcul de séries temporelles de déplacement du sol par interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR) afin d'analyser l'évolution des déplacements du sol, pour trois cas d’études associés à différents phénomènes géophysiques et processus sous-jacents. L’objectif de cette thèse est double : (1) révéler et quantifier les caractéristiques spatio-temporelles du glissement asismique le long de la rupture du séisme d’Izmit du 17 août 1999, et discuter de leur relation potentielle avec les propriétés de la faille (lithologie, géologie); (2) étudier la subsidence du sol dans des zones urbaines ou des zones exploitées par l'homme, induite par divers facteurs, et discuter des rôles relatifs de la tectonique, de la lithologie et des activités anthropiques dans ce mouvement du sol.Dans la première étude de cas, j’ai combiné des mesures InSAR, à partir d’images radar TerraSAR-X (bande X) et Sentinel-1 AB (bande C) acquises sur la période 2011-2017, à des mesures GPS en champ proche, effectuées tous les six mois à partir de 2014 jusqu'en 2016, ainsi qu’à des mesures de creepmeter, pour analyser le champ de vitesse en surface autour de la NAF, après le tremblement de terre d'Izmit de 1999. Les champs de vitesse moyenne horizontale InSAR révèlent que le taux de fluage (« creep ») sur le segment central de la rupture d'Izmit continue de décroître, plus de 19 ans après le séisme, ce qui concorde globalement avec les modèles de décroissance logarithmique des glissements post-sismiques de type « afterslip ». Le long de la section de la faille rompue à une vitesse « supershear » lors du séisme d'Izmit, le fluage se poursuit à une vitesse pouvant atteindre 8 mm / an. Un événement transitoire significatif, avec un fluage en accélération, est également détecté en décembre 2016 sur la série temporelle Sentinel-1, en accord avec les mesures d’un creepmeter installé près de la zone où la vitesse de fluage est maximum. Il est associé à un déplacement de surface total de 10 mm accumulé en un mois seulement.La deuxième cas d’étude porte sur l'identification et la mesure de la déformation du sol long-terme à Istanbul à partir d'une série InSAR couvrant près de 25 ans d'observations radar par satellite (1992-2017). Cette série temporelle InSAR a été calculée à partir d'images radar de plusieurs satellites (ERS-1, ERS-2, Envisat, Sentinel-1 A, B) afin d'étudier l'étendue spatiale et le taux de subsidence du sol dans la mégapole d'Istanbul.Dans le troisième cas d’étude, une série InSAR est calculée pour quantifier la subsidence de la plaine de Bursa (sud de la région de Marmara en Turquie), auparavant interprétée comme d’origine tectonique. Dans cette étude, StaMPS est utilisé pour traiter des séries d'images radar Sentinel 1 A-B acquises entre 2014 et 2017 le long d’orbites ascendantes et descendantse. Le champ de vitesse verticale obtenu après décomposition des champs de vitesse en ligne de visée sur deux traces complémentaires révèle que la plaine de Bursa s'affaisse à des vitesses allant jusqu'à 25 mm / an. A l’est, le signal de subsidence le plus important dans le bassin forme une ellipse allongée est-ouest et est limité par une plaine alluviale Quaternaire subsidant à environ 10 mm / an. Ces observations indiquent que l'accélération récente de la subsidence est principalement due aux activités anthropiques plutôt qu'aux mouvements tectoniques régionaux
The aim of this thesis is centered on the detection and monitoring of surface deformation in northwest Turkey induced by a variety of natural (such as tectonic activity, slow moving-landslides, etc.) and anthropogenic (ground water extraction, construction activities, etc.) hazards and on the analysis of the related deformation mechanisms and their environmental consequences. In this work, I computed Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) time series to examine ground deformation evolution for three different case studies associated to different geophysical phenomena and underlying processes. The focus of this thesis is two-fold : (1) to reveal and monitor the spatio-temporal characteristics of aseismic slip along the August 17, 1999 Mw 7.4 Izmit earthquake rupture, and discuss its potential relationship with lithology and geology (2) to investigate ground subsidence in urban or human-exploited areas induced by various factors, and discuss the relative roles of tectonics, lithology and anthropogenic activities in such ground motion.In the first case-study, I combined InSAR measurements, based on X-band TerraSAR-X and C-band Sentinel-1 A-B radar images acquired over the period 2011-2017, with near field GPS measurements, performed every 6 months from 2014 to 2016, as well as creep meter measurements to examine the surface velocity field around the NAF after the 1999 Izmit earthquake. In this study, the Stanford Method for Persistent Scatterers InSAR package (StaMPS) was employed to process series of Sentinel 1 A-B (acquired along ascending and descending orbits) and TerraSAR-X (ascending orbits) radar images. The InSAR horizontal mean velocity fields reveal that the creep rate on the central segment of the 1999 Izmit fault rupture continues to decay, more than 19 years after the earthquake, in overall agreement with models of postseismic afterslip rate decaying logarithmically with time. Along the fault section that experienced a supershear velocity rupture during the Izmit earthquake, creep continues with a rate up to ~ 8 mm/yr. A significant transient event with accelerating creep is detected in December 2016 on the Sentinel-1 time series, consistent with creepmeter measurements, near the maximum creep rate location. It is associated with a total surface slip of 10 mm released in one month only. The second case study deals with the identification and measurement of secular ground deformation in Istanbul from a long-term InSAR time-series spanning almost 25 years of satellite radar observations (1992-2017). This InSAR time series was computed from radar images of multiple satellites (ERS-1, ERS-2, Envisat, Sentinel-1 A, B) in order to investigate the spatial extent and rate of ground subsidence in the megacity of Istanbul.In the third case study, InSAR time-series analysis is calculated for quantifying the subsidence of the Bursa Plain (southern Marmara region of Turkey), which has been interpreted as resulting from tectonic motions in the region. In this study, the StaMPS is employed to process series of Sentinel 1 A-B radar images acquired between 2014 and 2017 along both ascending and descending orbits. The vertical velocity field obtained after decomposition of line-of-sight velocity fields on the two tracks reveals that the Bursa plain is subsiding at rates up to 25 mm/yr. The most prominent subsidence signal in the basin forms an east-west elongated ellipse of deformation in the east, and is bounded by a Quaternary alluvial plain undergoing average vertical subsidence at ~10 mm/yr. The InSAR time series within the observation period is well correlated with changes in the depth of the ground water. These observations indicate that the recent acceleration of subsidence is mainly due to anthropogenic activities rather than tectonic motion

Gemlik County is located in the Marmara Region (NW Turkey), which has been affected by destructive earthquakes sourced from North Anatolian Fault System throughout its history. The bulk of the settlement rests on alluvial deposits of the Gemlik pull-apart basin. So, it is vital to investigate the foundation soils in this basin and the response of them to earthquakes. Many earthquake codes were established by the authorities in different countries of the world to estimate the possible ground shaking and seismic loads which may act on buildings. In this study, Turkish Earthquake Code (TEC-1998) and Eurocode-8 (EN-1998) have been utilized. The analyses showed that EN-1998 results in more conservative estimates relative to TEC-1998, in terms of spectral ordinates. The source of difference between TEC-1998 and EN-1998 has been investigated and three possible reasons have been identified. The variation is probably due to the different seismic characteristics of Turkey and Europe, different soil amplification levels defined by the codes, and different soil classification procedures of the codes.

Le point triple d’Hatay ne peut pas être décrit par un modèle simple à trois grandes plaques comme il était proposé par les études précédentes. Un modèle de bloc plus complexe est proposé dans cette étude en rajoutant les micros blocs d’Iskenderun et d’Amanous; la faille de Karasu et la faille de Karatas-Osmaniye ont été définies comme des failles individuelles et non pas comme l'extension d'autres failles majeurs dans la région. Notre modélisation assume que la jonction triple de Maras est formée par la connexion de et la faille de Karatas-Osmaniye (KOF) avec la faille de Karasu (KF) et la faille East Anatolienne (EAF). La KF montre un taux de glissement senestre de 4,0±1,0 mm/an et un comportement de compression, avec un taux de raccourcie de 2.1 à 2.7 mm/an, ce qui contredit la nature extensionnelle proposée par les études précédentes. L'EAF montre un taux pur de glissement latéral gauche de 9,0±0,3 mm/an sans extension ou compression significative, la DSF a un taux de glissement de 3,5±0,3 mm/an sur les segments nord et sud, la KOF a 3,6±0,7 mm/an; l'arc de Chypre a une déformation de compression clair avec un taux de glissement revers de 2.0 à 5.0 mm/an et sans significative dérochement. Les pôles relatifs d’Euler ont été estimés dans cette modélisation de blocs, nous définissons l’Euler pôle de l'Anatolie-Arabie à (27.61±0.98 °N, 45.127±2.45 °E, 0.391±0.056 °/Ma), et l’Euler pôle de Sinaï-Arabie à (31.012±1.51 °N, 46.464±4.44 °E, 0.202±0.067 °/Ma)
The Hatay Triple Junction (HTJ) cannot be described by a simple model with three major plates as proposed by previous studies. A more complex block model is proposed in this study by adding the Iskenderun block and Amanous micro block, the Karasu fault and Karatas-Osmaniye fault being defined as individual faults not as the extension of other major faults in the region. Our modeling assumes that the Maras triple junction is formed by the connection of the Karatas-Osmaniye Fault (KOF) with the Karasu Fault (KF) and the East Anatolian Fault (EAF). The KF shows a sinistral slip rate of 4.0±1.0 mm/yr and a compressional behavior with a compression rate of 2.1-2.7 mm/yr which contradicts the extensional nature proposed by previous studies. The EAF shows pure left lateral slip rate of 9.0±0.3 mm/yr with no significant extension or compression; the DSF has a slip rate of 3.5±0.3 mm/yr over the northern and southern segments; the KOF has a 3.6±0.7 mm/yr; the Cyprus arc has a clear compressional deformation with a revers slip rate of 2.0-5.0 mm/yr and with no significant strike-slip component. The relative Euler poles are estimated in this block modeling, we define the Anatolia-Arabia Euler pole at (27.61±0.98 °N, 45.127±2.45 °E, 0.391± 0.056°/Myr), and (31.012±1.51 °N, 46.464±4.44 °E, 0.202±0.067°/Myr) Sinai-Arabia Euler pole

Dans cette thèse, nous présentons trois études concernant les interactions entre séismes et la phase de nucléation des forts tremblements de terre. La première partie de ce travail concerne le NO de la Turquie, où deux systèmes tectoniques sont présents : décrochement sur la Faille Nord Anatolienne et extension dans des essaims situés autour de la faille. Nous montrons que ces deux systèmes interagissent, mais répondent différemment à l'excitation du séisme d'Izmit (1999). Les calculs des changements de contraintes de Coulomb induits par le séisme d'Izmit indiquent que les évènements en décrochement répondent aux contraintes dynamiques, alors que les séismes en extension semblent contrôlés par la déformation statique de la croûte. Dans la seconde partie de cette thèse, nous analysons une importante séquence sismique qui s'est produite en 2008 en Grèce. Cette analyse a montré que les séismes en subduction ou en décrochement composant la séquence reflètent le mouvement du SO rigide de la Grèce vers le SSO accompagné du plongement de la plaque Africaine et du retrait vers le sud de la subduction. Cette première étape de déformation est suivie, quelques mois plus tard, de la déformation interne de la plaque Egée qui se manifeste par de l'extension N-S. Cette séquence sismique est le témoin de l'existence d'un couplage dynamique entre la subduction et le prolongement de la Faille Nord Anatolienne dans la région égéenne. Enfin, le but de la dernière partie de cette thèse a été d'apporter des éléments de réponse à la question : existe-t-il un phénomène observable par le biais de la sismicité qui précède de manière systématique les grands tremblements de terre? Pour cela nous avons étudié l'activité sismique précédant des séismes de M$geq 6.5$ dans des régions bien instrumentées (Japon, Cascades et NO des Etats-Unis). Nous montrons que la grande majorité des séismes interplaques est précédée d'une accélération de la sismicité, au contraire des séismes intraplaques. Nous mettons également en évidence une différence entre les séismes en décrochement et les séismes en subduction : les pré-chocs des séismes en subduction sont localisés dans une grande région, rendant un déclenchement en cascade des évènements et du choc principal impossible.

Plus de 70 % de la surface terrestre est recouverte par les mers et océans. Nombre de phénomènes tectoniques parmi les plus dévastateurs ont par ailleurs lieu en environnement océanique. On peut citer en exemple les zones de subduction, pouvant générer des mégaséismes associés à des tsunamis dévastateurs (Sumatra en 2004, Tohokuen 2011), mais aussi les failles décrochantes sous-marines. Dans de nombreux cas, les méthodes de géodésie spatiale ne permettent pas de discriminer entre un comportement bloqué ou asismique, les instruments étant situés trop loin de la zone potentiellement déformée par le processus tectonique. Il faut alors mettre au point de nouvelles techniques qui permettent de prolonger les réseaux d’observation classiques au large afin de cartographier la déformation sur l’intégralité de la zone. Cette thèse s’intéresse à deux méthodes de géodésie fond de mer permettant d’aider à l’évaluation du risque sismique. La première est la distancemétrie relative acoustique, avec comme zone d’application effective la mer de Marmara. Nos premiers résultats laissent supposer un comportement bloqué au niveau du segment de la faille nord-anatolienne immergé devant İstanbul. La seconde zone d’étude considérée est la subduction antillaise. L’échelle de travail nécessite une localisation des points observés dans un référentiel global. Nous étudions les phénomènes océaniques à considérer et détaillons une méthodologie dite GNSS/A (pour Acoustique), consistant en des interrogations acoustiques depuis une plateforme de surface précisément positionnée par GNSS, pour une future expérience de positionnement absolu au large de la Guadeloupe
More than 70 % of the Earth surface is covered by seas and oceans. Several tectonic phenomena, among the most devastating, take place in ocean environment. For example, the subduction zones, which can generate mega-earthquakes associated with devastating tsunamis (Sumatra in 2004, Tōhoku in 2011), but also the underwater strike-slip faults. In many cases, methods of space geodesy cannot discriminate between a blocked or aseismic behavior, because the instruments are located too far from the area potentially deformed by the tectonic process. Thus, it is necessary to develop new techniques to extend conventional observation networks off-shore to map the deformation in the entire area. This thesis focuses on two seafloor geodesy methods, in order to assess the seismic risk evaluation. The first is the relative acoustic ranging, with an efective deployment of the Marmara Sea area. Our early results suggest a locked state at the segment of the North Anatolian fault of İstanbul. The second area considered is the Caribbean subduction. The working scale requires localization of the observed points in a global reference frame. We study ocean processes to consider, and detail a GNSS/A (Acoustic) methodology, consisting of acoustic interrogations from a precisely GNSS positioned surface platform, for a future absolute positioning experience of Guadeloupe

Cette thèse porte sur la déformation et les migrations de fluides associées à la Faille Nord Anatolienne en Mer de Marmara (Turquie).Nous étudions tout d'abord l'évolution de la géométrie et du taux de glissement du système de faille, par deux approches indépendantes: - modélisation thermique de l'histoire d'un bassin, - définition d'un marqueur temporel de type Dépôt de Transport en Masse, daté par interprétation stratigraphique. Nous montrons que: -(1) le système de failles actuel, défini comme une faille principale accommodant la majorité de la déformation inter-plaque, n'a pas significativement évolué depuis 330.000 ± 100.000 ans dans la partie Ouest de la mer; -(2) le système de faille s'est progressivement réorganisé depuis 2.5-1.5 Ma.Dans un deuxième temps, nous étudions les processus d'initiation des Transports en Masse. Nous montrons que: -(1) même si les Transports en Masse sont contrôlés par des processus tectoniques (principalement les séismes et l'extension crustale), leur fréquence et leur taille sont conditionnées par les oscillations glacio-eustatiques; -(2) des Dépôts en Masse ont une périodicité corrélée aux transitions marins/lacustres. Cette cyclicité peut être expliquée par la diffusion d'eau saumâtre, dans les argiles marines entraînant leur gonflement et déstabilisant les sédiments. Dans une troisième partie, nous étudions la diversité des contextes des sites d'émissions de fluides en fonds de mer. Nous montrons que l'occurrence des sites d'émission de fluides est en partie liée au flux ascendant de gaz le long de couches perméables des bassins vers leurs bords, et le long des fractures du socle vers les bords des bassins et les anticlinaux
This study addresses the issue on the deformation and the fluid migration, associated to the North Anatolian Fault within the Sea of Marmara (Turkey).First, we aim to constrain the evolution of the fault network and the slip rate through time, by two independent approaches: - historical thermal modeling of a basin of the Sea of Marmara; - definition of a Mass Transport Deposit as a fault lateral slip marker, and dated by stratigraphic interpretation. We show that: - (1) the present day fault system, formed by a main fault which accommodated the main part of the inter-plate deformation does not significantly evolved since 330.000 ± 100.000 years - (2) a progressive reorganization of the fault network occurred since the last 2.5-1.5 Ma.Secondly, we discuss the triggers of Mass Transport Processes. We show that: - (1) despite submarine mass movements are related to tectonic activity (mainly earthquakes and crustal stretching), their frequency and their size are also modulated by glacio-eustatic changes; -(2) remarkable Mass Transport Deposits display some cyclicity in stratigraphic sequences which are apparently correlated to transitions between salty marine and lacustrine environments. This cyclicity is perhaps explained by marine clay activity (swelling) under low brackish-fresh water conditions, which can trigger sediment destabilization.Third, we investigate the diversity of active fluid seepages contexts. We propose that the widespread occurrence of fluid expulsion sites can be explained by up-dip gas migration by buoyancy along permeable strata toward their edges, and along fractures within the basement toward both the edges of the basins and topographic highs

La Méditerranée se situe dans une zone de convergence lente entre les plaques Eurasienne et Africaine (~5 mm/an), où des restes d'anciens bassins Téthysiens sont progressivement consommés par le retrait rapide de zones de subductions (~20-30 mm/an sur la zone de subduction Hellénique). En Méditerranée Orientale, une transition collision-subduction se produit dans l'Ouest de la Grèce (collision de la Plateforme Apulienne au nord et subduction Hellénique au sud), pratiquement à l'extrémité du Golfe de Corinthe et dans une région de propagation potentielle de la faille Nord Anatolienne. Afin d'étudier la cinématique actuelle de l'Ouest de la Grèce, nous adoptons une approche multi-échelle de la déformation:(1) Une modélisation grande échelle du champ de vitesses crustale horizontales mesuré par géodésie est effectuée afin de contraindre la cinématique au voisinage de l'Ouest de la Grèce, à la fois à terre et en mer. Un résultat majeur est qu'une zone d'extension distribuée N-S s'étendant de la Bulgarie à l'Est du Golfe de Corinthe a pour conséquence de désactiver la terminaison Ouest de la faille Nord Anatolienne dans le nord de la Mer Egée. Cette extension d'échelle régionale pourrait être causée par le retrait du slab Hellénique. (2) Une étude tectonique active permet d'établir une cartographie précise des failles actives de la région, leur chronologie relative et une estimation de leur vitesse de déplacement. Le demi-graben actif du Golfe Amvrakikos et la faille active N155° de Katouna-Stamna, qui constituent les frontières Nord et Est d'un bloc Iles Ioniennes-Akarnanie (IAB), sont caractérisés par des vitesses géologiques d'au moins ~ 4 mm/an et des vitesses mesurées par GPS de l'ordre de ~10 mm/an. Ce bloc IAB est limité à l'Ouest par la faille transformante de Céphalonie et semble se comporter de manière rigide.(3) Une fois les frontières du bloc IAB connues, nous montrons que le champ de vitesse GPS mesuré dans la région peut être entièrement expliqué par des effets transitoires de blocage élastique associés aux failles bordières de ce bloc. Le couplage sur l'interface de subduction n'a pas d'expression en surface, ce qui suggère qu'il doit être faible. Enfin, nous justifions l'existence d'un point triple de type Rift-Faille-Faille à la terminaison Ouest du Golfe du Corinthe.

This study investigates the relationship between the ancient settlements in west Anatolia and physical, environmental parameters including topography, rock and morphological classes. Modern settlements are also included in the study to analyze if the response has changed to these parameters from past to the present. The databases created in the study include three topographic attributes (elevation, slope and aspect), rock type, ancient settlements and modern settlements. Analyses performed in the study involve distance and density analyses, morphological analysis
distribution within the rock types both for ancient and modern settlements. The results of the study demonstrated that 1) the active faults produced attractive topography to settle, 2) people preferred the vicinity of the fault line as settlement location, and 3) they were not aware of the earthquake potential of their location. Therefore, because of the advantage of the location they did not consider to change the place as indicated by rebuilding their settlement repeatedly at the same place after it is damaged.

Ce travail de thèse est divisé en deux parties. La première porte sur l'acquisition d'un nouvel enregistrement paléosismologique en Mer de Marmara. Différentes méthodes ont été utilisées afin d'identifier et de caractériser les perturbations sédimentaires associées aux tremblements de terre dans les carottes étudiées. Nous avons cherché à acquérir une compréhension spatio-temporelle des distributions des séismes en mer pour aboutir à une meilleure compréhension du comportement de la Faille Nord Anatolienne sur le long terme. Nous avons par ailleurs cherché à corréler les données de sismicité historique avec de nouvelles données paléosismologiques. Les événements sédimentaires associés aux séismes ont été caractérisés en combinant l'imagerie aux rayons X, des mesures de susceptibilité magnétique, de granulométrie et de composition géochimique. Les données des compositions élémentaires nous ont permis de tracer au travers des différents bassins les changements environnementaux et anthropiques ayant lieu dans la région. L'obtention d'une chronologie robuste dans les carottes a également été recherchée en combinant des datations carbone 14 et des données de 210Pb et 137Cs afin de relier les sismoturbidites à la sismicité historique. Les variations d'aimantation au travers des carottes ont été mesurées dans le but initial de contraindre par une méthode indépendante l'âge des sédiments échantillonnés. Les variations des propriétés magnétiques ont mis en évidence une chute d'aimantation importante que nous avons reliée à des dépôts sapropéliques.La deuxième partie porte sur l'étude géomorphologique du décalage de la rivière Kizilirmak le long du segment central de la Faille Nord Anatolienne. À cet endroit, trois terrasses préservées le long de deux bassins en pull-apart incisés par la rivière Kizilirmak ont été cartographiées. Les résultats principaux de cette étude ont été de contraindre par la méthode des isotopes cosmogéniques 10Be, 26Al et 36Cl l'âge de ces terrasses. Les datations montrent que la terrasse la plus basse est âgée de 6 ka, que la deuxième terrasses est âgée de 50 ka et que la troisième a un âge de 80 ka. Cette dernière montre une contribution importante d'âges jeunes liée à l'érosion du bassin versant situé au-dessus d'elle. Les résultats montrent une origine climatique des terrasses et ont permis d'estimer une vitesse d'incision de la rivière de l'ordre de 3 mm/an depuis le début de l'Holocène.

The mechanism by which crustal extrusion, or 'tectonic escape' functions remains poorly understood. Central Anatolia provides an example of extrusion where the kinematics of 'escape' - related strike-slip faults can be well-constrained. This study focuses on the Ecemis Fault Zone, one of the main strike-slip fault systems involved in the Cenozoic westward extrusion of Anatolia. This study concentrates on the structure, sedimentology, geomorphology and subsidence history of the EFZ, to constrain the timing and offset on this fault zone, and thereby build a more comprehensive model of extrusion of the context of the regional geology. Sedimentological data from Lutetian (Mid-Eocene) outcrops indicate that significant strike-slip occurred on the EFZ since the Mid-Eocene. Palaeocurrent and facies data establish that an inward-draining depocentre existed in the central EFZ during Late Oligocene - Early Miocene time, contemporaneously with regional crustal extension and unroofing of the nearby Nigde Core Complex. Sedimentological studies show that the present-day fault scarps of the EFZ were established during the latest Miocene - Early Pliocene, synchronous with the initiation of Anatolian extrusion. Subsidence curves indicate that the Late Oligocene - Early Miocene was a period of rapid subsidence rates in the Adana region (north of the Taurus Mountains) and that subsidence was more rapid in the EFZ area than in surrounding Cenozoic basins during this period. Rapid subsidence in the EFZ may have been associated with the formation of a pull-apart basin the location of the EFZ. Slikenline data analysis indicate that the EFZ was undergoing sinistral trans-tension by at least Mid-Miocene time, and that this changed to dominantly E-W extension during the Quaternary. Slikenline data from the Camardi area (northern EFZ) indicate that limited sinistral strike-slip has also occurred during the Quaternary, focused on a N-S striking small graben.

The mechanism by which crustal extrusion, or 'tectonic escape' functions remains poorly understood. Central Anatolia provides an example of extrusion where the kinematics of 'escape' - related strike-slip faults can be well-constrained. This study focuses on the Ecemis Fault Zone, one of the main strike-slip fault systems involved in the Cenozoic westward extrusion of Anatolia. This study concentrates on the structure, sedimentology, geomorphology and subsidence history of the EFZ, to constrain the timing and offset on this fault zone, and thereby build a more comprehensive model of extrusion of the context of the regional geology. Sedimentological data from Lutetian (Mid-Eocene) outcrops indicate that significant strike-slip occurred on the EFZ since the Mid-Eocene. Palaeocurrent and facies data establish that an inward-draining depocentre existed in the central EFZ during Late Oligocene - Early Miocene time, contemporaneously with regional crustal extension and unroofing of the nearby Nigde Core Complex. Sedimentological studies show that the present-day fault scarps of the EFZ were established during the latest Miocene - Early Pliocene, synchronous with the initiation of Anatolian extrusion. Subsidence curves indicate that the Late Oligocene - Early Miocene was a period of rapid subsidence rates in the Adana region (north of the Taurus Mountains) and that subsidence was more rapid in the EFZ area than in surrounding Cenozoic basins during this period. Rapid subsidence in the EFZ may have been associated with the formation of a pull-apart basin the location of the EFZ. Slikenline data analysis indicate that the EFZ was undergoing sinistral trans-tension by at least Mid-Miocene time, and that this changed to dominantly E-W extension during the Quaternary. Slikenline data from the Camardi area (northern EFZ) indicate that limited sinistral strike-slip has also occurred during the Quaternary, focused on a N-S striking small graben.

La deformation sismique dans la region de la thessalie, de l'eubee et des iles sporades est analysee a partir de donnees microsismiques. Ces donnees ont ete recueillies par un reseau sismologique de 70 stations, operationnel pendant une periode de 2 mois, qui a permis l'enregistrement de 434 seismes. La repartition de la sismicite marque les structures recentes de direction e-w en thessalie, mais aussi les failles de direction nw-se de l'eubee. L'alignement de sismicite observe sur la faille sud du golfe pagasitikos se prolonge vers les iles sporades selon une direction ene, en accord avec la direction des traits structuraux majeurs de la mer nord egee. Les mecanismes au foyer obtenus sont associes a une extension n-s dans la partie ouest de la thessalie et evoluent progressivement vers l'est en decrochement dextre de direction ne-sw, dans la region des iles sporades. En eubee, les mecanismes sont en decrochement suivant une direction nw-se, avec une composante variable d'extension. La comparaison entre un regime global d'extension, affectant l'interieur du domaine egeen, et ceux deduits de nos observations est effectuee a l'aide des axes p et t. L'eubee et la partie est de la thessalie semblent etre influencees, comme la mer nord egee, par le deplacement vers l'ouest du bloc anatolien. Par une approche cinematique obtenue a partir des vecteurs glissement, on estime le deplacement, par rapport a l'eurasie, des blocs limites par les failles de l'eubee, de locride et du golfe de corinthe. Ce deplacement est de direction ssw, compatible avec la direction des vecteurs glissement obtenus pour la thessalie

La prise en compte du risque sismique dans une région donnée passe par l'évaluation de l'aléas, c'est-à-dire la probabilité qu'un séisme de magnitude définie se produise dans un intervalle de temps défini. Le calcul de cette probabilité repose sur certains paramètres sismo-tectoniques locaux tels que la fréquence des tremblements de terre destructeurs, leur magnitude ainsi que le taux de déformation annuel. Ces paramètres ne seront convenablement déterminés qu'en disposant d'une fenêtre d'observation représentative des phénomènes en jeu. Face à des périodes de retour variant de quelques décennies à plusieurs millénaires, les données sismologiques instrumentales et historiques se révèlent souvent insuffisantes. Afin de compléter les catalogues de sismicité disponibles, nous avons appliqués les méthodes de la paléosismologie à deux régions très différentes : la région de Bâle (sud du Fossé Rhénan) frappée par un séisme destructeur en 1356 et la région d'Izmit (est de la Mer de Marmara) en grande partie détruite en Août 1999 par un séisme de magnitude 7.4.
Une étude intégrée complète de la région de Bâle a permis d'identifier la faille responsable du dernier grand séisme puis de retracer son histoire sismique holocène. Nous avons ainsi démontré qu'elle est le lieu d'un évènement de magnitude 6.4-6.7 tous les 2600 ans, en moyenne. De plus, nous donnons des indications fortes sur son prolongement au travers de la ville de Bâle, au nord, et du Jura Plissé, au sud. Ces résultats ont une incidence directe sur le niveau de risque sismique régnant dans la région. En effet, celui-ci a diminué d'un degré depuis la prise en compte de ces éléments jusqu'ici inédits.
Nous avons appliqué une approche similaire, quoique adaptée, à la faille Nord Anatolienne autour de la Mer de Marmara. Une campagne de tranchées menée sur la faille de Ganos à l'ouest et sur le segment Izmit-Sapanca à l'est ainsi que des profils de radar géologique ont mis en évidence plusieurs évènements récents et permis de déterminer l'amplitude des mouvements co-sismiques produits lors de ces séismes. Ceux-ci montrent clairement un comportement caractéristique des deux côtés de la Mer de Marmara, avec toutefois des déplacements co-sismiques différents : 4 à 5 m pour Ganos et 2 à 2.5 m pour Izmit-Sapanca.