ÖLÇÜ 2018 KASIM SAYISINI İNDİRMEK İÇİN TIKLAYINIZ

İNSAN KÖKENLİ DEPREMLER VE TÜRKİYE

Prof. Dr. Haluk Eyidoğan

İTÜ Jeofizik Mühendisliği Bölümü E. Öğretim Üyesi / TMMOB Jeofizik Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Yönetim Kurulu Üyesi

Giriş

Deprem oluşumu doğal ve insan kaynaklı olarak ikiye ayrılır. Doğal kökenli deprem kaynakları yerkabuğu hareketleri (tektonik hareketler), volkanlar, büyük çaplı yeraltı sıvı hareketleri, gel-git, büyük çaplı kar ve buz yüklenmesi, ağır yağmur ve yeraltındaki büyük mağaraların çökmesi gibi doğal olayların sonucunda oluşan depremlerdir. Kuvvetli depremler yer kabuğunun kırılması sonucu oluşan fayların yarattığı tektonik depremlerdir. Kuvvetli ve büyük tektonik depremler genellikle yaygın hasar ve kayıplara neden olurlar.

Yeraltı ve yerüstü doğal kaynaklara yönelik endüstriyel girişimler; örneğin madencilik, büyük çaplı petrol ve doğal gaz üretimi, yeraltına su/sıvı basma, büyük barajlara su doldurma, yeraltına atık veya gaz depolama, jeotermal enerji üretimi ve nükleer patlatma yeraltındaki doğal tektonik gerilmeleri etkileyerek çok sayıda tetiklenmiş (triggered, induced) depremler yaratmaktadır (1, 2).

İnsanlar depremleri nasıl tetikliyor?

Doğal depremlerin çoğu, kıtaların hareketlerinin yer içerisindeki kırık ve fay düzlemleri üzerinde biriktirdiği gerilmenin (stres) fay yüzeyindeki direnç kuvvetini aşıp fayı harekete geçirmesi sonucu oluyor. Eğer, insanlar yeraltı ve yerüstü endüstriyel çalışmalar sırasında yeraltındaki faylar üzerindeki gerilme, sürtünme ve kayma dengelerini değiştirecek güçte girişimlerde bulunurlarsa fayları harekete geçirebilmekte ve çeşitli büyüklükte depremlerin uyarılmasına neden olabilmektedirler (2). Yeraltındaki kırıklı/faylı alanlarda insan marifetiyle yaratılan aşırı yükleme ve sıvı gözenek basıncı değişimleri sonucu tetiklenmiş depremselliğin de arttığı 1920’lerden beri gözlenmektedir

Yeraltında kayalar içerisindeki sıvı gözenek basıncı iki nedenle olur: a) örneğin büyük baraj inşası veya yeraltına atık sıvı ve gaz depolama gibi aşırı yüklemeler kayaların gözenek hacmini küçültür ve böylece gözeneklerin içerisindeki sıvı basıncı artar ve çatlaklara sızarak çatlak yüzeylerindeki sürtünme kuvvetini azaltır, b) doğal kaynak üretimi için yeraltına basılan sıvı, kayaçların ve fayların içerisine sızar ve gözenek basıncını artırır. Tetiklenmiş depremselliğin artış niteliği ve zamanlaması yeraltına basılan sıvının sızma hızı, kayanın geçirgenliği ve fayın sıvının basıldığı yere olan uzaklığına bağlıdır. Yeraltındaki faylara büyük miktarda sıvının girmesi durumunda faydaki kırılma direncini azaltır ve kayma zamanından önce harekete geçer, dolayısıyla deprem tetiklenmesi gerçekleşir. Bu tür insan kaynaklı depremler genellikle küçük enerjide, mikro-deprem olarak adlandırdığımız ve çoğu duyarlı deprem kayıtçılarıyla algılanan depremlerden oluşur. Yukarıda açıkladığımız endüstriyel ve ekonomik etkinliklerin yeraltındaki çalışma derinliğine ve ortamın jeolojik özelliklerine bağlı olarak her zaman tetiklenmiş depremsellik yarattığı da söylenemez. Ancak son yıllarda özellikle birçok ülkede yeraltına kaynaklarına yönelik büyük çaplı mühendislik ve endüstriyel girişimlerin artması sonucu tetiklenmiş depremselliğin de arttığı, bu nedenle çeşitli yasa ve yönetmeliklerle denetleme ve izleme yönünde birçok kuralların yürürlüğe girdiği görülmektedir.

Uyarılmış, indüklemiş veya tetiklenmiş deprem. Hangisi?

Eğer endüstriyel etkinlik sonucu yaratılan gerilme değişimi küçük ancak orada birikmiş bir deprem enerjisini arttırıp uyararak deprem oluşturulmuşsa bu durumda "tetikleme" teriminin kullanması benimsenmektedir (2). Jeoloji veya insan tarihi bakımından daha önce deprem olmamış alanlarda endüstriyel etkinlikler deprem oluşturuyorsa bu durumda indüklenmiş deprem tanımı tercih edilmektedir. Ancak birçok endüstriyel etkinlik az veya çok depremlerin olduğu yerlere yakın olmaktadır. Bu durumda genellikle tetiklenme sözcüğünü kullanmak çok da yanlış olmaz. Bazı uzmanlar indüklenmiş veya tetiklenmiş sözcükleri yerine “zamanından önce olmuş deprem” tanımını tercih ediyorlar.

İngiltere’de Durham ve Newcastle Üniversiteleri Yerbilim ve İnşaat Mühendisliğinden bilim insanlarının yaptığı kapsamlı bir yayında, dünyada kayda geçmiş tetiklenmiş depremsellik olaylarının bir taraması yapılmış ve yayınlanmıştır (1). Söz konusu yayında tetiklenmiş depremsellik türleri yeni bir yaklaşımla dört ana başlık ve alt başlıklar halinde sınıflanmış ve dünyadan örnekler verilmiştir (Çizelge 1).

Tetiklenmiş deprem istatistikleri ne gösteriyor?

1868-2016 yılları arasındaki insan kaynaklı deprem olaylarının küresel çapta incelenmesi sonucu 730 projede tetiklenmiş depremsellik olayı gözlenmiştir (Çizelge 2, Şekil 1). Bu veri tabanındaki depremlerin %30’u büyüklüğü 4.0 civarında, %60’ı büyüklüğü 3.0 civarında ve %90’ı büyüklüğü 2.0 civarında olan depremlerden oluşmaktadır. Durham İQuake Veri Tabanı’na göre madencilik, büyük barajlar ve petrol ve doğal gaz üretimi çalışmaları dünyadaki tetiklenmiş depremlerin %75’ine neden olmaktadır. Jeotermal kaynaklardan elektrik üretim çalışmaları şu anda tetiklenen deprem sıralamasında %8’lik bir paya sahip olmakla birlikte bu oran artan üretime nedeniyle önümüzdeki yıllarda daha da artacaktır. Maden işletmelerinin bittiği yerlerde yeraltı oyuklarına sıvı atıklar dahil malzeme depolanması, geliştirilmiş yöntemlerle gaz/petrol geri kazanımı için sıvıyla kaya çatlatma (hydro-fracturing) ve doğalgaz ve karbondioksit depolama gibi endüstriyel etkinlikler de tetiklenmiş deprem yaratma potansiyeline sahiptir. Nükleer patlamaların da depremselliği tetiklediği gözlenmiştir.

Çizelge 1. Tetiklenmiş depremsellikle ilgili olan yeraltı ve yerüstü kaynaklarına yönelik endüstriyel etkinliklerin sınıflanması (1).


1- Yeryüzü Etkinlikleri

a-Yeryüzüne kütle yığma

o Barajlarda su tutma

o Yüksek bina inşaatı

o Kıyı doldurma

b- Yeryüzünden kütle alma

2- Yeraltından kütle çıkarma

a- Yeraltı suyu çekme

b- Madencilik

o Geleneksel madencilik

o Maden içerisinde liç yöntemi

o Tünel çalışmaları

c- Hidrokarbon üretimi

o Doğal gaz

o Petrol

d- Geleneksel jeotermal üretim

3- Yeraltına kütle yığma

a- Sıvı basma uygulamaları

o Askeri atık

o Atık su/sıvı basma

o Petrol üretimi arttırma için su / sıvı basma

o Güçlendirilmiş jeotermal sistem (EGS)

o Jeotermal suyun geri basılması

o Kaya gazı için basınçlı suyla kaya çatlatma

o Maden boşluklarını su basıncıyla destekleme

o Araştırma projeleri

b- Gaz basma uygulamaları

o Doğal gaz depolama

o Petrol üretimi için CO2 basma

4- Dinamit ve nükleer patlatma


Çizelge 2. Durham iQuake Veri Tabanı’na göre (1) 1868-2016 döneminde küresel çapta elde edilen 730 adet insan kaynaklı tetiklenmiş depremsellik olaylarının sayıları ve toplam içindeki yüzde oranları (www.inducedearthquakes.org).

ENDÜSTRİYEL ETKİNLİK

SAYI

ORAN

%

Madencilik

271

37

Baraj

168

23

Geleneksel Petrol ve Gaz Üretimi

108

15

Jeotermal

57

8

Atık Sıvı Depolama

36

5

Büyük Bomba ve Nükleer Patlama

26

3

Suyla/Sıvıyla Parçalama (hydro-fracturing)

29

4

Petrol, Gaz ve Atık

12

2

Özel Araştırmalar

14

2

Yeraltı Suyu Çekme

5

1

Karbondioksit Tutma ve Depolama (CCS)

2

0

Büyük İnşaat

2

0

Şekil 1. Yeraltı ve yerüstü kaynaklarına yönelik çeşitli endüstriyel projelerin ve üretim etkinliklerinin yarattığı tetiklenmiş deprem büyüklükleri ile etkinliğin türü arasındaki ilişki (1).

Özellikle son yıllarda gelişen teknolojiyle birlikte artan petrol, doğal gaz ve jeotermal üretim girişimleri etkin fayların bulunduğu alanlar yanı sıra depremselliği düşük bölgelerde rahatsız edici ve hatta hasar yapıcı depremlerin sayısı arttırmaktadır. Örneğin ABD’de 1973-2015 yılları arasında olmuş ve büyüklüğü 3.0 ve daha büyük olan depremlerin sayısının kümülatif değişimine baktığımız zaman ABD’deki doğal depremselliğin 2008’den sonra arttığı ve bu artışın insan kaynaklı endüstriyel girişimlerden olduğu anlaşılmıştır. Projelerin büyüklüğü ve nüfus yoğunlukları artışına paralel olarak tetiklenmiş depremselliğin getirdiği sorunlar artmaktadır. Bu durum birçok ülkede bu tür üretim etkinliklerin izlenmesi ve denetimi gerektiğini gündeme getirmiştir.

Şekil 2. Bazı yeraltı kaynaklarının üretim etkinlikleri ile ilgili olarak yeraltına basılan veya çekilen sıvı hacmi ile tetiklenen depremlerin büyüklükleri arasındaki ilişki (2). 1) jeotermal, 2) atık su depolama, 3) petrol ve gaz üretimi. Jeotermal üretimde, 1) basılan suyun tetiklediği depremler 2.0 ile 5.0 büyüklüğü arasında değişmektedir. Atık su depolama etkinlikleri, 2) ise 3.0 ile 5.0 büyüklüğünde depremler tetikleyebilmektedir. Petrol ve doğal gaz üretimi etkinliklerinin, 3) hacmi büyüdükçe ürettiği tetiklenmiş depremsellik büyüklükleri artmıştır.

Şekil 2’de dünya ölçeğindeki jeotermal, atık depolama veya petrol ve gaz üretimi gibi birçok çeşitli endüstriyel işlemlerin neden olduğu tetiklenmiş (uyarılmış) depremlerin büyüklükleri ile sondaj kuyularından yeraltına basılan veya çekilen sıvının miktarı (milyon metreküp) arasındaki ilişki gösterilmiştir. Özellikle büyük çaplı petrol ve doğal gaz üretiminin 6’dan büyük depremlere de neden olduğu gözlenmiştir. Atık sıvıların yeraltına basılması işlerinde büyüklüğü 4’den fazla olan birçok deprem tetiklenmiştir. Elektrik üretim amacıyla giderek yoğun kullanılmaya başlayan geliştirilmiş jeotermal kaynakların da küçük veya kuvvetli ölçekte deprem tetiklediği yaygın olarak görülmektedir. Şekil 2’nin ortaya koyduğu önemli bir bulgu da yeraltı derinliklerine basılan sıvının veya çekilen sıvı veya gazın miktarı artıkça deprem büyüklüklerinin arttığıdır. Bu iki durum yeraltındaki fay alanlarındaki artan sıvı gözenek basıncının daha büyük fay yüzeylerini harekete geçirdiğinin kanıtıdır.

Tetiklenmiş depremsellikle ilgili risk belirleme ve risk azaltma önerileri

Dünyadaki endüstriyel etkinliklerin yarattığı tetiklenmiş depremsellikle bugüne kadar gözlemlenen 730 olay devletlerin, medyanın ve halkın dikkatini çekmiş ve birçok bilimsel araştırma ve tartışmalara konu olmuştur. Halkın rahatsız olması, çevre kirliliği, açılmaya başlayan tazminat davaları nedeniyle bazı devletler, planlama, izinler ve denetim konusunda bazı düzenlemeler yapmaktadırlar. Yeraltı ve yerüstü doğal kaynaklarına yönelik endüstriyel olayların az bir oranı tetiklenmiş depremler yaratsa bile bazı ülkeler tarafından benimsenen ek yer bilimsel çalışmalar ve incelemeler yoluyla olası kayıp risklerini azaltmak için yeni stratejiler geliştirmektedirler.

Şubat 2015'te EPA (ABD Çevre Koruma Ajansı) petrol, gaz ve atık su depolama ve basınçlı suyla yeraltında kaya çatlatma (hydro-fracturing) vb gibi endüstriyel uygulamalar ile ilgili tetiklenmiş deprem dahil diğer çevresel riskleri en aza indirmek ve yönetmek için rapor, yasa ve yönetmelikler yayınlamaktadır (3, 4). ABD’de 30.000'den fazla atık su bertaraf kuyusunun küçük bir bölümü bile hasar yapıcı deprem tetiklemesi nedeniyle çok fazla dikkat çekmektedir. Atık su ve kimyasal sıvıların yeraltına depolanması gibi uygulamaların oluşturduğu risklerin azaltılması için toplumsal duyarlığın artması gerekmektedir.

Hollanda’da Groningen doğal gaz sahasında oluşan tetiklenmiş depremler nedeniyle Hollanda Ekonomi Bakanlığı tetiklenmiş depremlerin oluşumunu daha iyi anlamak ve bunların risklerini değerlendirmek için kapsamlı bir çalışma programı başlatmıştır (5). 2013 yılında Groningen yeraltı gaz haznelerinden 53.9 milyar metreküp doğalgaz çıkarılırken oluşan tetiklenmiş depremleri azaltmak için 2015-2016 döneminde üretim tavanı 27 milyar metreküpe düşürülmüştür.

San Francisco'nun kuzeyindeki Geysers sahasında planlanan yeni bir jeotermal projesi için halkın tepkisi Enerji Bakanlığının projeyi askıya alması ile sonuçlanmıştır.

Tetiklenmiş depremler konusunda Türkiye’de durum nedir?

Türkiye’de yeraltı doğal kaynakları ile ilgili endüstriyel girişimlerin yarattığı tetiklenmiş depremlerle ilgili literatürde birkaç jeotermal elektrik santral şirketi ve birkaç büyük barajdaki uygulamalar dışında uygulama bulunmuyor (6, 7, 8, 9). Örneğin Türkiye jeotermal kurulu güç sıralamasında dünyada dördüncü sırada. Böylesine bir üretim düzeyinde Türkiye’de jeotermal üretim alanlarında tetiklenmiş depremsellik olmaması düşünülemez. Keza, büyük barajlarımızın dolum aşamasında ve mevsimsel su seviye değişimlerinde ne tür tetiklenmiş depremsellik örüntüleri yarattığını bir iki uygulama dışında bilmiyoruz. Atatürk Barajı ile ilgili daha önce yaptığım çalışmalara dayanarak (7, 8) Türkiye’deki büyük barajların “tetiklenmiş depremler” yaratmakta olduğu, ancak incelenmediği için bu önemli bilimsel olayların kayda geçirilmediğini özellikle belirtmek istiyorum. MTA ve TPAO’nun Türkiye Jeoloji Haritasında gösterilen ancak Türkiye Diri Fay haritasında diri (canlı) fay sınıfına alınmayan Samsat Fayı etkinliğinin barajın mevsimsel su yükü ve suyun fay bölgesindeki gözenek basıncı değiştirmesi ile ilgili olup olmadığının da deprembilim topluluğumuzda tartışılmasının gerektiğini özellikle vurguluyorum. Adıyaman, Samsat depremleri için hazırlanan resmi raporlarda bu depremlerin Atatürk Barajı’nın “tetiklediği deprem” olma olasılığının nedense önemsenmediğini görüyoruz. Deprem etkinliğini kaydetmek üzere büyük barajların 30 km’lik yarıçap çevresinde en az 5 tane deprem kayıt cihazı (hız sismografı) 7/24 çalıştırılmalı ve verileri jeoloji ve jeofizik bilim insanlarına açılmalıdır. Barajların su seviye değerleri dahil ilgili diğer bilgilerin kullanıcıya açılması için bürokratik kısıtlamaya son verilmelidir. Atatürk Barajı başta olmak üzere çok sayıdaki diğer büyük barajlarımız, ülkemizdeki yerbilimcilere deprem-baraj ilişkileri konularında önemli olacak birçok araştırma olanağı sunmaktadır, ancak ne yazık ki bu olanak kaçırılmakta ve Türkiye bu konuda bilimsel yayında fakir bir duruma düşmektedir.

Jeotermal üretim sahalarında oluşan depremselliğin üretim sondajları, kullanılmış suyun tekrar yeraltına basılması, doğal/endüstriyel tektonik yükleme ve ısı kaybı gibi nedenlerden hangisiyle ilgili olduğu gibi birçok başlıkta araştırmalar jeofizikçi ve jeologları beklemektedir. Bugün birçok ülkede jeotermal üretim alanlarında deprem kayıt cihazları ile izlenen tetiklenmiş depremsellik dağılımı derinlerdeki sıcak kaya haznesinin uzanımı, kapasitesi ve hasar yapıcı deprem tetikleme durumu hakkında önemli bilgiler vermektedir. Türkiye bu gelişmeleri görmezden gelemez.

Ülkemizde doğal ve tetiklenmiş deprem ayrımının yapılması, incelenmesi ve literatüre geçirilmesi konusunda üniversitelerimizin ve ilgili kurumlarımızın jeofizik, sismoloji, jeoloji ve sondaj uzmanları bu konuya daha fazla ilgi duymalıdır ve teşvik edilmelidir.

Jeotermal elektrik santrallerinin yoğunlaştığı alanlarda deprem istasyon sayısının arttırılması gerekir. Farklı firmalarca 35 civarında jeotermal elektrik santrali kurulan Büyük Menderes Havzasında (Söke-Sarayköy arası) firmaların bir konsorsiyum yoluyla deprem izleme ağı kurdurmaları ve veri analizleri yapmaları gerekir. Bu tür çalışmaların ilgili jeotermal elektrik üretim şirketleri tarafından zorunlu olarak yapılmasını sağlayacak mevzuat düzenlemesi bir an önce yapılmalıdır.

2014 yılında İtalya Ekonomik Gelişme Bakanlığı hidrokarbon (petrol-doğal gaz) üretimi, yeraltına su/sıvı basma ve doğal gaz depolama ile ilgili olarak bir izleme yönetmeliği yayınlamıştır. Yönetmelik tetiklenen depremlerin, yer ortamının yamulmasının (deformasyon) ve sıvı gözenek basıncının değişiminin izlenmesi ile ilgili standartları belirlemiştir. Bu yönetmeliğin temel aldığı kurallar, yukarıda sıraladığımız türde endüstriyel projelerle ilgili olarak a) tetiklenmiş ve doğal depremleri kaydetmek, b) tetiklenmiş ve doğal depremleri ayırt etmek, c) trafik ışığı (bir izleme yöntemi) anlayışına uygun olarak kullanılabilir bir karar verme düzeni oluşturmak ve d) sanayi şirketinin izleme şeffaflığı ve bağımsızlığına müdahale etmemesinin sağlanması olarak özetlenebilir.

Çevreyi daha az kirleten alternatif enerji kaynakları üretimi sırasında oluşan ve halkı rahatsız eden tetiklenmiş depremsellik olayları nedeniyle durumun uzmanlar ve yöneticiler tarafından gözden geçirilmesi gerekmektedir. Tetiklenmiş depremsellik ve diğer çevre etkileri konusunda projelerden önce, sırasında ve sonrasında kamuya ve yetkililere gerekli bilgilerin verilmesi sağlanmalıdır. Ayrıca yerel ve merkezi yöneticiler olası deprem riskini denetim altına almak için, yeraltına basılan akışkanların basıncını veya yerini sınırlamak gibi önlem stratejileri geliştirmelidir. Olası riskler ve hasarlara karşı sigortalama işlemlerinin nasıl olacağı düşünülmelidir. Bu süreç bilim adamları, politikacılar ve halkın katıldığı ortamlarda tartışmayı gerektirir. Aksi durumda, toplum bilgilenemediği için gelecekte umut verici alternatif ve yenilenebilir enerji teknolojilerine tepkisini artarak sürdürecektir.

Kaynaklar

1. Wilson, M. P., Foulger, G. R., Gluyas, J. G., Davies, R. J. & Julian, B. R., 2017. The Human-Induced Earthquake Database, HiQuake. Department of Earth Sciences, Durham University, UK. Dataset. http://inducedearthquakes.org/reports/

2. McGarr, A., Simpson, D. & Seeber, L., 2002. Case histories of induced and triggered seismicity, in International geophysics series, international handbook of earthquake and engineering seismology, pp. 647-664.

3. https://www.epa.gov/hw/proper-management-oil-and-gas-exploration-and-production-waste

4. https://www.epa.gov/hydraulicfracturing

5. Lucia van Geuns, 2013. Induced seismicity in the Groningen Gas Field, NL: challenges and lessons learnt, Netherlands Induced Seismicity Potential in Energy Technologies, 262 pages.

6. Eyidoğan, H., 2017. İnsan marifetiyle deprem tetiklenir mi?, Bölüm-1,2,3, Bilim ve Gelecek Dergisi, Sayılar 162, 163, 164.

7. Eyidoğan, H., 2017. Atatu¨rk Barajı deprem tetiklemeyi su¨rdu¨ru¨yor, Bilim ve Gelecek Dergisi, Sayı 167, 1-4.

8. Eyidoğan, H., 2018. Aydın-Denizli Jeotermal Kus¸agˆında jeotermal enerji üretimi ve tetiklenmis¸ depremsellik ilis¸kisi, Bilim ve Gelecek Dergisi, Sayı 174, 1-8.

9. Gürbüz, C., Serpen, Ü, Öngür, T., Aksoy, N. & Dinçer, Ç., 2011. Tracing reinjected water by seismic monitoring, Proceedings, Thirty-Sixth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford.