Palaeoearthquakes on the Kelkit valley segment of the North Anatolian Fault, Turkey: implications for the surface rupture of the historical 17 august 1668 Anatolian earthquake

Abstract

Kuzey Anadolu Fayı’nın orta ve doğu kesimlerinde gerçekleşen 26 Aralık 1939 Erzincan (Ms= 7.8) ve 20 Aralık 1942 Erbaa-Niksar (Ms= 7.1) depremleri, Erzincan ve Erbaa arasında toplam 400 km’den daha uzun bir yüzey kırığı yaratmıştır. Bu iki faylanma olayı, 20. yüzyılda sismik bir bariyer işlevi görmüş olan 10 km genişliğindeki açılmalı bir sıçrama ile birbirlerinden ayrılır. Kuzey Anadolu Fayı’nın yapısal olarak karmaşık bu kısımının sahip olduğu kırılma davranışının daha iyi anlaşılması için Kelkit Vadisi segmenti üzerinde paleosismolojik hendek çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Reşadiye ve Umurca’da açılan iki hendek sonucu son bin yıl içerisinde gerçekleşmiş 1939 Erzincan depremine ek olarak toplam üç olay tespit edilmiştir. Bunlar, sırasıyla 17 Ağustos 1668, M.S. 1254 ve M.S. 1045 tarihsel depremleri ile deneştirilmişlerdir. 17 Ağustos 1668 Anadolu depremine ait yüzey kırığı, 1942, 1943 ve 1944 deprem fay segmentlerinin üzerinde daha önceden gerçekleştirilen birçok paleosismoloji çalışmasında belirlenmiştir. Bu büyük deprem, Kelkit Vadisi segmenti üzerinde açılan hendeklerin sonuçlarına göre, Niksar’da yer alan 10 km genişlikteki açılmalı sıçramayı aşmış ve Koyulhisar yakınlarına kadar uzanan bir alana kadar kırılmıştır. Ayrıca, tarla sınırları üzerinde ölçülen farklı ötelenme miktarlarının (4, 6.5 ve 10.8 m) varlığı, birden fazla depremin etkisi olarak yorumlanmıştır. Buna göre Kuzey Anadolu Fayı, Kelkit Vadisi segmenti üzerinde, yaklaşık 4 m’lik atım 1939 Erzincan, 2.5 m’lik atım 1668, 4 m’lik atım 1254 depremleri sonucunda gerçekleşmiş olmalıdır.

Th e 26 December 1939 Erzincan (Ms= 7.8) and 20 December 1942 Erbaa-Niksar (Ms= 7.1) earthquakes created a total surface rupture more than 400 km between Erzincan and Erbaa on the middle to eastern sections of the North Anatolian Fault. Th ese two faulting events are separated by a 10-km-wide releasing stepover, which acted like a seismic barrier in the 20th century. To understand the rupture behaviour in this structurally complex section of the North Anatolian Fault, we undertook palaeoseismological trench investigations on the Kelkit Valley segment where there is little or no palaeoseismic information. We found evidence for three surface faulting earthquakes predating the 1939 event during the past millennium in trenches excavated in Reşadiye and Umurca. In addition to the 1939 Erzincan earthquake, prior surface ruptures are attributed to the 17 August 1668, A.D. 1254 and A.D. 1045 events. Surface rupture of the 17 August 1668 Anatolian earthquake was previously reported in palaeoseismological studies, performed on the 1944, 1943, and 1942 earthquake fault segments. We suggest that the surface rupture of this catastrophic event jumped the 10-km-wide releasing stepover in Niksar and continued eastward to near Koyulhisar. Th e existence of diff erent amount of off sets in fi eld boundaries (sets of 4 m, 6.5 m, and 10.8 m) was interpreted as the result of multiple events, in which the 1939, 1668, and 1254 surface ruptures have about 4, 2.5, and 4 metres of horizontal coseismic slip on the Kelkit Valley segment of the North Anatolian Fault, respectively.