Dalam analisa resiko gempa, parameter resiko gempa merupakan faktor yang sangat penting yang digunakan untuk mendeskripsikan adanya aktifitas gempa dalam suatu wilayah atau region tertentu. Suatu model sumber gempa dapat digunakan untuk memprediksikan adanya gempa yang mempunyai potensi untuk terjadi di masa yang akan datang, dalam kaitannya dengan variasi pada jarak, besarnya gempa, frekuensi terjadinya, serta kedalamannya yang ditentukan oleh analisis probabilitas, sehingga diperoleh nilai percepatan gempa di batuan dasar. Percepatan gelombang gempa di batuan dasar dihitung berdasarkan fungsi atenuasi berdasarkan mekanisme gempa yang pernah terjadi.
Pengaruh setiap kejadian gempa di batuan dasar pada lokasi yang ditinjau, ditentukan dalam bentuk percepatan menggunakan fungsi atenuasi dengan asumsi masing- masing kejadian gempa independen terhadap titik tersebut. Distribusi pengaruh kejadian gempa tersebut terhadap lokasi yang ditinjau, ditentukan dengan menggunakan teorema probabilitas total dari model Gumbel Tipe I dan fungsi atenuasi dari Crouse (1991) dan Joyner and Boore (1988). Percepatan gelombang gempa di batuan dasar merupakan input bagi program aplikasi Shake2000 guna menentukan percepatan rambat gelombang gempa di lapisan permukaan tanah.
Percepatan gelombang gempa pada batuan dasar terdiri dari 325 lokasi yang tersebar di wilayah Sumatera Utara. Hasil perhitungan kemudian digunakan dalam menghasilkan kontur percepatan gelombang gempa batuan dasar di Kota Medan, Sekitar Kota Medan dan di Provinsi Sumatera Utara, yakni akibat dari pra dan pasca gempa Nias.
Berdasarkan hasil penelitian dalam tesis ini bahwa kota Medan dan sekitarnya, serta di daerah Sumatera Utara sebagian besar akibat terjadinya gempa Nias, percepatan gelombang gempa pada batuan dasar dan di permukaan tanah bertambah besar. Bila hasil penelitian dalam tesis ini, baik sebelum maupun sesudah gempa Nias dibandingkan menurut SNI 03-1726-2003, untuk kota Medan dan sekitarnya nilai percepatan gelombang gempa di batuan dasar lebih besar yang diberikan oleh SNI 03-1726-2003. Untuk daerah Sumatera Utara ada beberapa kota yakni Siborong- borong, Aek Silubung dan Desa Buntu Buyu hasil penelitian lebih besar nilai Percepatan gelombang gempa di batuan dasar. Sedangkan untuk Kota Tebing Tinggi akibat adanya gempa Nias nilai percepatan gelombang gempa di batuan dasar lebih besar hasil penelitan dari pada SNI 03-1726-2003.
Kata Kunci : analisa resiko gempa, percepatan gelombang gempa, mikrozonasi.
The risk of earthquake parameter is the most important factor to describe the existence of earthquake activities in one area. A model of earthquake source can be used to predict the potential occurrence of earthquake in the future, in relation to distance variation, scale, frequency, and the depth of earthquake which determined by probability analysis, so that the value of earthquake velocity on basement rock can be obtained. The earthquake wave velocity on basement rock is calculated based on attenuation function considering the mechanism of the earthquake.
The influence caused by every earthquake on basement rock at the observed location, was determined in velocity form, using attenuation function with assumption of each independent earthquake to the point. Distribution of the earthquake influence to the observed location was determined by using total probability theory of Type I Gumbel model and attenuation function from Crouse (1991) and Joyner and Boore (1988).
The earthquake wave velocity on basement rock was the input for Shake 2000 application program to determine the propagation velocity of earthquake on soil layer surface.
The earthquake wave velocity of earthquake on basement rock consisted of 325 locations spread out of North Sumatera. The calculation result was then used to produce contour of earthquake wave velocity on basement rock in Medan City, surrounding Medan City area and North Sumatera Province as the result of pre and pasca earthquake of Nias.
Based on the research result in this thesis, the earthquake wave velocity on basement rock and soil surface became greater, particularly as the effect of Nias earthquake in Medan City and the surrounding area as well as North Sumatera. If the result of this thesis, either before or after the Nias earthquake, compared to SNI 03-1726-2003, the value of earthquake wave velocity on basement rock was greater than the SNI 03- 1726-2003 itself for Medan city and surrounding area. For North Sumatera area, i.e.
Siborong-borong, Aek Silubung and Desa Buntu Buyu, the earthquake wave velocity on basement rock was greater. For Tebing Tinggi City, referred to research result, the value of earthquake wave velocity on basement rock was greater than SNI 03- 1726-2003.
Key words : earthquake risk analysis, earthquake wave velocity, microzonation.
Penyusunan tesis merupakan persyaratan wajib dalam menyelesaikan studi S2, untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan studi pada Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara (USU), Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Penyayang atas rahmat dan KaruniaNya, penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis dengan judul ”Rekonturing Zona Percepatan Gempa Di Permukaan Tanah Provinsi Sumatera Utara Dengan Program Aplikasi Shake2000”.
Penyusunan tesis ini tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof, dr Chairuddin P. Lubis, DTM&H, SpA(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
2. Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang di jabat oleh Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc. atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Ir. Indra Sati Harahap, MSCE, sebagai Ketua Komisi Pembimbing.
4. Bapak Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, selaku Ketua Program Studi Magister Teknik
Sipil Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, sekaligus sebagai
Sipil Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, sekaligus sebagai Anggota Komisi Pembimbing dan Penguji, yang telah memberikan ilmu dan pemahaman yang sangat diperlukan dalam penulisan tesis ini.
6. Bapak Dr. Ir. Sofyan A. Silalahi, M.Sc, sebagai Penguji yang telah memberikan masukan yang berarti dalam penulisan tesis ini.
7. Bapak Dr. Ir. Fachri Panusunan Nasution, MT, sebagai Penguji.
8. Bapak-bapak Dosen (Staff Pengajar) pada Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani masa perkuliahan.
9. Kedua orang tuaku tercinta, Bapak Nurman Effendi, Ibu Yusnani dan adik-adikku yang telah memberikan dorongan dan pengertiannya selama ini.
10. Secara khusus, penulis mengucapkan terimakasih kepada istri tercinta Budi Aprillisa dan anak tersayang Reflis Marshella, selalu senantiasa menemani penulis dalam penyusunan tesis ini.
11. Seluruh mahasiswa Sekolah Pascasarjana Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara angkatan 2004, khususnya Bapak Ir. Ependi Napitu, MT yang telah memberikan dorongan, semangat dan motivasi sehingga terselesainya tesis ini.
12. Seluruh teman-teman yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu atas
bantuannya yang sangat berharga.
masa-masa mendatang. Akhir kata penulis berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Agustus 2008
R a z a l i .
047016011
Razali lahir di Medan pada tanggal 1 Desember 1971 dari pasangan Nurman Effendi dan Yusnani, anak pertama dari tujuh bersaudara.
Pendidikan akademis untuk pertama kali di peroleh pada Sekolah Dasar pada tahun 1979 di SD Negeri 060793/40 Medan. Setamat Sekolah Dasar pada tahun 1985, penulis melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 2 Medan dari tahun 1985 s.d 1988, kemudian pada tahun 1988 s.d 1991 melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMA UISU Medan. Penulis melanjutkan pendidikan komputer selama satu tahun, setelah tamat dari Sekolah Menengah Atas di Yayasan Ani Idrus ”Eria”. Untuk memperoleh pendidikan di perguruan tinggi (S1), penulis berkesempatan menimba ilmu di Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara pada tahun 1992 dengan bidang ilmu yang didalami adalah Teknik Sipil. Pendidikan S1 ini ditekuni oleh penulis sampai dengan tahun 1998 dengan memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST). Tahun 2004 penulis memperoleh kesempatan untuk dapat melanjutkan pendidikan S2 di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara pada program studi Magister Teknik Sipil dengan bidang keahlian Geoteknik. Pendidikan S2 ini penulis selesaikan pada bulan Agustus 2008.
Sejak tahun 1998 sampai dengan saat ini penulis telah mengajar di Universitas
Muhammadiyah Sumatera Utara pada jurusan Teknik Sipil. Disamping mengajar
penulis juga bekerja di beberapa perusahaan jasa konsultansi bersifat lepas
(freelance) yang merupakan perusahaan swasta bergerak di bidang keteknik sipilan.
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR... iii
RIWAYAT HIDUP ... vi
DAFTAR ISI... vii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR... xii
DAFTAR NOTASI... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Permasalahan ... 6
1.3. Tujuan Penelitian ... 9
1.4. Pembatasan Masalah ... 10
1.5. Sistematika Pembahasan ... 11
BAB II STUDI PUSTAKA ... 13
2.1. Teori Pergerakan Benua dan Lempeng Tektonik... 13
2.2. Patahan ... 19
2.2.1. Bentuk geometri dari patahan ... 20
2.2.2. Pergerakan menghunjam (dip slip movement) ... 20
2.2.3. Pergerakan tabrakan (strike-slip movement) ... 22
2.4.2. Magnitude gempa... 29
2.4.2.1. Richter local magnitude. ... 29
2.4.2.2. Magnitude gelombang permukaan... 29
2.4.2.3. Magnitude gelombang badan. ... 30
2.4.2.4. Moment magnitude. ... 31
2.4.3. Energi gempa ... 32
2.5. Resiko Gempa ... 32
2.6. Analisa Resiko Gempa... 35
2.6.1. Deterministic Seismic Hazard Analysis (DSHA) ... 35
2.6.2. Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) ... 37
2.7. Model Matematika Probabilitas Resiko Gempa ... 39
2.7.1. Model USGS (McGuire, 1976)... 40
2.7.2. Model gumbel (point sources) ... 46
2.8. Fungsi Atenuasi dan Faktor yang Mempengaruhinya ... 48
2.8.1. Atenuasi Fukushima dan Tanaka (1990)... 51
2.8.2. Atenuasi Crouse (1991) ... 51
2.8.3. Atenuasi Joyner dan Boore (1981, 1988)... 52
2.8.4. Atenuasi Youngs et al. (1997)... 53
2.9. Spektrum Respon ... 54
2.10. Pengaruh Tanah Terhadap Percepatan Gempa ... 56
2.10.1. Rambat gelombang satu dimensi ... 57
2.10.2. Perpindahan harmonik ... 59
2.10.3. Pergerakan transien ... 64
2.10.4. Properti dinamik tanah ... 66
2.11. Kondisi Umum Geologi Wilayah Sumatera Utara... 69
BAB III PEMILIHAN LOKASI STUDI ... 73
3.1. Pendahuluan ... 73
3.2. Kondisi Seismisitasi Sumatera Utara ... 73
3.3. Kondisi Geologi Sumatera Utara ... 78
3.3.1. Topografi Kota Medan... 78
3.3.2. Kondisi geologi Kota Brastagi... 81
3.3.3. Kondisi geologi daerah Tebing Tinggi ... 81
3.3.4. Kondisi geologi daerah Tapanuli Selatan ... 81
3.4. Gempa Nias dan Gempa Aceh ... 82
3.4.1. Gempa Nias... 82
3.4.2. Gempa Aceh... 83
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 85
4.1. Umum... 85
4.2. Identifikasi Episenter dan Sumber-sumber Gempa ... 89
4.3. Fungsi Atenuasi Gerakan Tanah ... 90
4.4. Percepatan Gempa di Batuan Dasar... 91
4.5. Model Matematika Probabilistik Resiko Gempa pada Distribusi Gumbel ... 92
4.6. Pengaruh Magnitude dan Jarak Terhadap Intensitas Gerakan Tanah ... 94
4.7. Data Digitasi Yang Dipilih ... 96
4.8. Efek Skala ... 97
4.9. Percepatan Gempa Di Permukaan Tanah... 97
5.2.1. Percepatan gempa di batuan dasar pada Kota Medan... 104
5.2.2. Percepatan gempa di batuan dasar pada Provinsi Sumatera Utara ... 110
5.3. Percepatan Maksimum di Permukaan Tanah... 120
5.3.1. Percepatan gempa di permukaan tanah pada Kota Medan... 120
5.3.2. Percepatan gempa di permukaan tanah pada Provinsi Sumatera Utara ... 126
5.4. Pembahasan dan Diskusi... 130
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 137
6.1. Kesimpulan ... 137
6.2. Saran – Saran ... 138
DAFTAR PUSTAKA ... 140
Nomor Judul Halaman
1.1 Jenis - jenis Tanah Berdasarkan SNI 03-1726-2003...7 1.2 Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah Untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia, (SNI 03-1726-2003) ... 9 2.1 Perbandingan Beberapa Skala Intensitas Terhadap Modified Mercalli
Intensity (MMI), (Chen & Scawthorn, 2003) ... 28 2.2 Hubungan Antara Resiko Gempa Untuk Periode Ulang Tertentu
Terhadap Masa Layan Bangunan, (Sibero, 2004)... 33 2.3 Perbandingan Penentuan Perioda Ulang Gempa, (Sibero, 2004) ... 34 5.1 Skala Horizontal, Vertikal dan Magnitude Gempa, (Perhitungan, 2008).... 101
5.2 Perbandingan Percepatan Gempa di Batuan Dasar dengan SNI 03-1726-2003 dan Kenaikan Percepatan Gempa Akibat Gempa Nias pada Kota Medan dan Sekitarnya, (Perhitungan, 2008)... 104
5.3 Perbandingan Percepatan Gempa di Batuan Dasar dengan SNI 03-1726-2003 dan Kenaikan Percepatan Gempa Akibat Gempa Nias pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) ... 111 5.4 Perbandingan Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Kota Medan
dan Sekitarnya dengan SNI 03-1726-2003, (Perhitungan, 2008) ... 121 5.5 Perbandingan Percepatan Gempa di Permukaan Tanah
Provinsi Sumatera Utara dengan SNI 03-1726-2003... 126
Nomor Judul Halaman
1.1 Hypocenter dan Epicenter... 2
1.2 Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia, (Sibero, 2004)... 3
1.3 Lokasi Episenter Gempa di Sekitar Sumatera Utara Tahun 1907 – 2007, (http://neic.usgs.gov /neis/epic/) ... 5
1.4 Wilayah Gempa di Provinsi Sumatera Utara, (SNI 03-1726-2003) ... 8
2.1 Lempeng Tektonik Utama, Bubungan Tengah Lautan dan Transformasi Patahan dari Bumi, (Kramer, 1996) ... 15
2.2 Interrelasi di Antara Bubungan Melebar, Zona Subduksi dan Batas Patahan Lempeng, (Kramer, 1996) ... 19
2.3 Notasi Geometri Untuk Pendeskripsian dari Orientasi Bidang Patahan, (Kramer, 1996)... 20
2.4 Pematahan Normal, (Kramer, 1996) ... 21
2.5 Pematahan Terbalik, (Kramer, 1996)... 21
2.6 Pematahan Strike-Slip Lateral Arah ke Kiri, (Kramer, 1996) ... 22
2.7 Deformasi yang Diakibatkan Oleh Gelombang Badan; (a) P-Waves dan (b) SV-Waves, (Kramer, 1996) ... 23
2.8 Deformasi Yang Diakibatkan Oleh Gelombang Permukaan (a) Gelombang Rayleigh dan (b) Gelombang Love, (Kramer, 1996) ... 24
2.9 Empat Tahapan Analisa Resiko Gempa dengan Metode Deterministic Seismic Hazard Analysis (DSHA), (Kramer, 1996) ... 37
2.10 Empat Tahapan Analisa Resiko Gempa dengan Metode Probabilistic
Seismic Hazard Analysis (PSHA), (Kramer, 1996)... 39
2.14 Fungsi Percepatan yang Mempengaruhi Struktur pada Gerak Bolak-balik dari Suatu Sistem Berderajad Kebebasan Tunggal ... 56 2.15 Rambat Gelombang Sistem Satu Dimensi, (Schanabel Et, al, 1972)... 62 2.16 (a) Penentuan Gsec dan Gmax dari Hubungan Tegangan-Regangan
(b) Grafik Reduksi Modulus ... 67 3.1 Patahan di Wilayah Daratan dan Laut Sumatera Utara Selain Patahan
Antara Lempeng Australia dan Lempeng Eurasia, (Natawidjaja, 2002). ... 75 3.3 Peta Lokasi Pengeboran ... 80 4.1 Bagan Alir Perhitungan Percepatan Gempa di Suatu Lokasi... 87 4.2 Parameter dan Tahapan Dalam Menganalisa Resiko Gempa pada Suatu Lokasi ... 88 4.3 Nilai Predominant Period Untuk Berbagai Percepatan Maksimum
(Kramer, 1996)... 95 5.1 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pra Gempa Nias pada
Kota Medan, (Perhitungan, 2008)... 107
5.2 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias pada Kota Medan, (Perhitungan, 2008)... 108
5.3 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias dengan SNI 03-1726-2003 pada Kota Medan dan Sekitarnya... 109 5.4 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pra Gempa Nias pada
Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) ... 113 5.5 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pra Gempa Nias pada
Provinsi Sumatera Utara dengan SNI 03-1726-2003 (Perhitungan, 2008).. 114 5.6 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias pada
Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008) ... 115
SNI 03-1726-2003 (Perhitungan, 2008)... 117 5.9 Kontur Percepatan Gempa di Batuan Dasar Pasca Gempa Nias pada
Provinsi Sumatera Utara yang Kurang Aman dengan SNI 03-1726-2003, (Perhitungan, 2008)... 118 5.10 Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pra Gempa Nias pada
Kota Medan, (Perhitungan, 2008)... 123 5.11 Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pasca Gempa Nias
pada Kota Medan (Perhitungan, 2008) ... 124 5.12 Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pasca Gempa Nias
pada Kota Medan dengan SNI 03-1726-2003, (Perhitungan, 2008)... 125 5.13 Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pra Gempa Nias
pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008)... 128
5.14 Peta Kontur Percepatan Gempa di Permukaan Tanah Pasca Gempa Nias
pada Provinsi Sumatera Utara, (Perhitungan, 2008)... 129
α : Jumlah terjadinya gempa rata-rata per tahun
αm : Complex impedance ratio, rasio impendansi kompleks % β : Parameter hubungan antara distribusi gempa dengan magnetude
Δ : Jarak episentral terhadap seismometer
oD : Damping ratio, rasio redaman tanah %
Dmax : Maximum damping ratio, rasio redaman tanah maksimum % E : Energi yang dilepaskan selama berlangsungnya gempa ergs e : Angka pori lapisan tanah
φ : Sudut geser dalam lapisan tanah
f
M: Density function dari suatu kekuatan gempa f
R: Density function dari jarak hiposenter gempa
γ : Berat isi tanah gr/cm
3γdry : Berat isi tanah kering gr/cm
3γsat : Berat isi tanah jenuh gr/cm
3G : Modulus geser tanah kN/m
2Gmax : Modulus geser tanah maksimum kN/m
2K
0: Koefisien tekanan tanah pasif
LL : Liquid limit, batas cair dari suatu lapisan tanah %
Mw : Moment magnetude gempa dyne-cm mb : Magnitude gelombang badan gempa
N : Nilai hasil test penetrasi standar rata-rata pada tanah OCR : Over consolidated ratio, rasio tanah terkonsolidasi lebih
PBA : Peak baserock acceleration, percepatan puncak gempa
di batuan dasar g
PGA : Peak ground acceleration, percepatan puncak gempa
di permukaan tanah g
PI : Plasticity Index, indeks plastis dari suatu lapisan tanah (LL – PL) % PL : Plastic limit, batas plastis dari suatu lapisan tanah %
ρ : Rapat massa tanah kg/m
3R
A :Resiko tahunan dari suatu intensitas gempa % R
N :Resiko gempa dengan suatu masa layan dan intensitas tertentu %
σ’
0: Tegangan effektif tanah kN/m
2σ’
v :Tegangan effektif vertikal tanah kN/m
2S u : Kuat geser niralir rata-rata pada tanah kPa
T : Perioda ulang rata-rata gempa detik
V s : Kecepatan rambat gelombang geser rata-rata pada tanah m/detik
Nomor Judul Halaman 1 Data Kejadian Gempa Dengan Hiposenter di Laut
Sekitar Pulau Sumatera (http://neic.usgs.gov /neis/epic/)... 141
2 Data Kejadian Gempa Dengan Hiposenter di Darat Sekitar Pulau Sumatera (http://neic.usgs.gov /neis/epic/)... 173
3 Data tanah Jln. SM. Raja (Kantor PT. Astra Graphia)... 180
4 Data tanah Jln. Gandhi ... 181
5 Data tanah Jln. Maulana Lbs... 182
6 Data tanah Jln. Setia Budi (Kampus UMI) ... 183
7 Data tanah Jln. Yos Sudarso (PT. Berlian Eka Sakti) ... 184
8 Data tanah KIM (Mabar)... 185
9 Data tanah Jln. Jamin Ginting / Perumahan Ciputra (Pancur Batu)... 186
10 Data tanah Tanjung Morawa... 187
11 Data tanah Percut Sei Tuan... 188
12 Data tanah Namoranbe... 189
13 Data tanah Kuala Namu ... 190
14 Data tanah Pangkalan Susu ... 191
15 Data tanah Siborong-Borong (Kab. Tapanuli Utara) ... 192
16 Data tanah Batang Lenggunai (Kab. Tapanuli Selatan)... 193
17 Data tanah Besitang ... 194
18 Data tanah Aek Silubung (Kab. Tapanuli Utara)... 195
22 Data tanah Aek Kun-Kun... 199 23 Data tanah Tebing Tinggi ... 200 24 Data tanah Sei Berumun ... 201 25 Data tanah Tanjung Tiram ... 202 26 Data tanah Gunung Sitoli (Kab. Nias) ... 204 27 Data tanah Rantau Prapat... 205 28 Data tanah Jln. Imam Bonjol (Kab. Sibolga) ... 206 29 Data tanah Desa Buntu Buyu (Kab. Simalungun) ... 207 30 Data tanah Perdagangan... 208 31 Data tanah Negeri Lama (Kab. Labuhan Batu)... 209 32 Data tanah Torgamba (Kab. Labuhan Batu) ... 210 33 Data tanah Huta Harapan Tiurindu ... 211 34 Data tanah Patogu Janji (Kab. Tapanuli Selatan)... 212 35 Data tanah Manduamas ... 213 36 Percepatan Gempa di Batuan Dasar Metode Crouse 1991 dan
Joyner – Boore 1988, (Perhitungan, 2008) ... 214
Dalam analisa resiko gempa, parameter resiko gempa merupakan faktor yang sangat penting yang digunakan untuk mendeskripsikan adanya aktifitas gempa dalam suatu wilayah atau region tertentu. Suatu model sumber gempa dapat digunakan untuk memprediksikan adanya gempa yang mempunyai potensi untuk terjadi di masa yang akan datang, dalam kaitannya dengan variasi pada jarak, besarnya gempa, frekuensi terjadinya, serta kedalamannya yang ditentukan oleh analisis probabilitas, sehingga diperoleh nilai percepatan gempa di batuan dasar. Percepatan gelombang gempa di batuan dasar dihitung berdasarkan fungsi atenuasi berdasarkan mekanisme gempa yang pernah terjadi.
Pengaruh setiap kejadian gempa di batuan dasar pada lokasi yang ditinjau, ditentukan dalam bentuk percepatan menggunakan fungsi atenuasi dengan asumsi masing- masing kejadian gempa independen terhadap titik tersebut. Distribusi pengaruh kejadian gempa tersebut terhadap lokasi yang ditinjau, ditentukan dengan menggunakan teorema probabilitas total dari model Gumbel Tipe I dan fungsi atenuasi dari Crouse (1991) dan Joyner and Boore (1988). Percepatan gelombang gempa di batuan dasar merupakan input bagi program aplikasi Shake2000 guna menentukan percepatan rambat gelombang gempa di lapisan permukaan tanah.
Percepatan gelombang gempa pada batuan dasar terdiri dari 325 lokasi yang tersebar di wilayah Sumatera Utara. Hasil perhitungan kemudian digunakan dalam menghasilkan kontur percepatan gelombang gempa batuan dasar di Kota Medan, Sekitar Kota Medan dan di Provinsi Sumatera Utara, yakni akibat dari pra dan pasca gempa Nias.
Berdasarkan hasil penelitian dalam tesis ini bahwa kota Medan dan sekitarnya, serta di daerah Sumatera Utara sebagian besar akibat terjadinya gempa Nias, percepatan gelombang gempa pada batuan dasar dan di permukaan tanah bertambah besar. Bila hasil penelitian dalam tesis ini, baik sebelum maupun sesudah gempa Nias dibandingkan menurut SNI 03-1726-2003, untuk kota Medan dan sekitarnya nilai percepatan gelombang gempa di batuan dasar lebih besar yang diberikan oleh SNI 03-1726-2003. Untuk daerah Sumatera Utara ada beberapa kota yakni Siborong- borong, Aek Silubung dan Desa Buntu Buyu hasil penelitian lebih besar nilai Percepatan gelombang gempa di batuan dasar. Sedangkan untuk Kota Tebing Tinggi akibat adanya gempa Nias nilai percepatan gelombang gempa di batuan dasar lebih besar hasil penelitan dari pada SNI 03-1726-2003.
Kata Kunci : analisa resiko gempa, percepatan gelombang gempa, mikrozonasi.
The risk of earthquake parameter is the most important factor to describe the existence of earthquake activities in one area. A model of earthquake source can be used to predict the potential occurrence of earthquake in the future, in relation to distance variation, scale, frequency, and the depth of earthquake which determined by probability analysis, so that the value of earthquake velocity on basement rock can be obtained. The earthquake wave velocity on basement rock is calculated based on attenuation function considering the mechanism of the earthquake.
The influence caused by every earthquake on basement rock at the observed location, was determined in velocity form, using attenuation function with assumption of each independent earthquake to the point. Distribution of the earthquake influence to the observed location was determined by using total probability theory of Type I Gumbel model and attenuation function from Crouse (1991) and Joyner and Boore (1988).
The earthquake wave velocity on basement rock was the input for Shake 2000 application program to determine the propagation velocity of earthquake on soil layer surface.
The earthquake wave velocity of earthquake on basement rock consisted of 325 locations spread out of North Sumatera. The calculation result was then used to produce contour of earthquake wave velocity on basement rock in Medan City, surrounding Medan City area and North Sumatera Province as the result of pre and pasca earthquake of Nias.
Based on the research result in this thesis, the earthquake wave velocity on basement rock and soil surface became greater, particularly as the effect of Nias earthquake in Medan City and the surrounding area as well as North Sumatera. If the result of this thesis, either before or after the Nias earthquake, compared to SNI 03-1726-2003, the value of earthquake wave velocity on basement rock was greater than the SNI 03- 1726-2003 itself for Medan city and surrounding area. For North Sumatera area, i.e.
Siborong-borong, Aek Silubung and Desa Buntu Buyu, the earthquake wave velocity on basement rock was greater. For Tebing Tinggi City, referred to research result, the value of earthquake wave velocity on basement rock was greater than SNI 03- 1726-2003.
Key words : earthquake risk analysis, earthquake wave velocity, microzonation.
1.1. Latar Belakang
Rekayasa gempa berhubungan dengan pengaruh gempa bumi terhadap manusia, lingkungan dan metode yang dapat digunakan untuk mengurangi pengaruhnya. Gempa bumi merupakan fenomena dan problem global di dunia, tidak mungkin melakukan pencegahan terhadap kejadian gempa, namun dimungkinkan untuk memitigasi pengaruhnya terhadap manusia.
Penyebab gempa, jenis gelombang dan jenis batuan dasar akan menentukan fungsi atenuasi (perambatan gelombang gempa di batuan dasar) yang digunakan.
Dengan analisa probabilitas dapat diperoleh percepatan maksimum gempa di batuan dasar untuk perioda ulang tertentu. Data digitasi gempa dan jenis material tanah akan menentukan perambatan gelombang gempa pada lapisan tanah, sehingga diperoleh percepatan maksimum gempa di permukaan tanah dan faktor amplifikasi. Faktor amplifikasi gempa adalah perbandingan percepatan maksimum gempa di permukaan tanah dengan batuan dasar. Jika tidak diperoleh data digitasi gempa untuk daerah yang akan ditinjau, maka dapat digunakan beberapa data digitasi daerah lain.
Kemudian harus dianalisa percepatan maksimum gempa di permukaan tanah yang
akan digunakan. Umur rencana bangunan dan resiko gempa yang disyaratkan akan
menentukan perioda ulang gempa.
Gempa itu sebenarnya adalah adanya pergeseran lempengan di dalam bumi, akibat pergeseran lempengan tentu akan menyebabkan getaran ke permukaan bumi.
Kapan terjadi pergeseran itu tidak bisa diketahui secara pasti. Tempat terjadinya pergeseran itu disebut juga hypocenter atau focus atau pun pusat gempa, sedangkan proyeksi hypocenter terhadap permukaan bumi disebut juga epicenter (dapat dilihat pada gambar di bawah ini). Pusat gempa di Sumatera terletak di sebelah barat pulau Sumatera termasuk Lautan Hindia.
h
Epicenter
Hypocenter / Focus / Pusat Gempa
s
KOTA
Gambar 1.1 Hypocenter dan Epicenter
Ada tiga mekanisme terjadinya patahan yaitu normal fault (sesar turun), reserve
fault (sesar naik) dan strike slip (sesar horizontal). Sesar horizontal adalah
bergesernya lempeng-lempeng tektonik secara horizontal, sedangkan dua sesar
lainnya secara vertikal, dua sesar inilah yang mampu mendeformasikan dasar laut ke
arah bawah dan atas.
Wegener, Ahli Geologi Bangsa Jerman : dulunya (dua ratus juta tahun yang lalu), bumi hanya satu benua dan sangat luas yang disebut Pangaea. Akibat adanya aktifitas magma dan perputaran bumi itu sendiri, maka lapisan bumi bagian atas pecah menjadi lempeng-lempeng benua dan lempeng samudera. Pergerakan lempeng mangakibatkan daratan terpencar seperti kondisi saat ini.
Java Trench
Gambar 1.2 Pertemuan 4 Lempeng Tektonik di Wilayah Indonesia, (Sibero, 2004)
Kepulauan Indonesia merupakan tempat pertemuan 4 (empat) lempeng yaitu : 1. Lempeng benua eurasia (eropah-asia), pulau sumatera, jawa dan kalimantan,
terdapat di lempeng ini.
2. Lempeng pasific, sulawesi, maluku dan irian jaya terdapat pada lempeng ini.
3. Lempeng samudra hindia - australia, terdapat di samudra hindia dan hanya
terdapat pada pulau-pulau kecil.
4. Lempeng philiphina dekat dengan kepulauan irian. Lempeng hindia - australia bergerak ke arah utara. Lempeng pasific bergerak ke arah barat dan keduanya menghujam ke arah lempeng eurasia (subduction zone).
Fungsi atenuasi yang digunakan untuk menentukan percepatan gempa yang terjadi pada batuan dasar di bawah daerah yang ditinjau adalah fungsi Crouse (1991) dan fungsi Joyner & Boore (1988). Percepatan gempa maksimum pada batuan dasar ditentukan dengan teori probabilitas dengan Model Point Source (Gumbel Tipe I), sedangkan untuk menentukan percepatan gempa maksimum di permukaan tanah pada daerah yang ditinjau, digunakan program SHAKE2000. Program SHAKE2000 yaitu program untuk menghitung respons lapisan horizontal deposit tanah yang semi- infinite dan terletak di atas material half-space yang seragam akibat penjalaran gelombang geser secara vertikal.
Wilayah Sumatera Utara sebelah barat merupakan daerah lintasan pertemuan
Lempeng Eurasia dan Lempeng Australia. Patahan-patahan (fault) yang terdapat di
daerah pantai barat Sumatera Utara, seperti yang diungkapkan oleh Dany Hilman
Natawidjaya (Natawidjaya, 2002), adalah patahan Renun, Angkola, Toru, Barumun
dan Sianok. Dari data-data pencatatan gempa dan fakta keberadaan berapa patahan
yang beraktifitas dapat disimpulkan, bahwa wilayah Sumatera Utara terutama daerah
pantai baratnya merupakan daerah dengan potensi gempa yang tinggi. Gempa yang
terjadi umumnya adalah gempa dangkal dengan kedalaman berkisar 7 – 100 km
dengan magnitude antara 3.0 – 8.3 dalam skala Richter.
Gambar 1.3 Lokasi Episenter Gempa di Sekitar Sumatera Utara Tahun 1907 - 2007 (http://neic.usgs.gov /neis/epic/)
! ! !
! !
!
!
! !
!
!!
!
!
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
! ! !
!
!
! ! !
!!
!
!
!
!
!
!
!
! ! !
!
! !
!
! !
!!
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
! !
!
!
!
!
! !
!
! !
!
!
!
!
! !
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
! !
! !
!
! ! !
!
!
!
!
!
! !
!
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!!
!
! !
!
!
!
! !
!
!
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
!!
! !
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
! !
! ! !
!
!
!
! ! !
! !
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!!
!
!
! !
!
!
! !
! !
!
!
!
!
!
!
! !
!
!
!
)!
) )
)
Kota Medan
Kab.
Tapteng Kab.
Taput
Kab.
Nias
Kdy.
Sibolga Kab.
Simalungun Kdy.
P. Siantar
Kab.
Dairi
Kab.
Labuhan Batu Kdy.
Tg. Balai
Kab.
Toba Samosir Kdy.
T. Tinggi
Kab.
Asahan Kab.
Karo
Kab.
Tapsel
Kab.
Mandailing Natal Kab.
Langkat
Kab.
Serdang Bedagai Kab.
Deli Serdang
2°N
1°N 3°N
0°N 4°N
97°E 98°E 99°E 100°E
!
KETERANGAN :
Mekanisme gempa subduksi
Mekanisme gempa strike slip
)!
) )
Gempa Nias28 Maret 2005 Radius gempa Nias 300 kmNamun demikian ada beberapa kejadian gempa berkategori gempa dalam, dengan magnetude dalam skala Richter antara 4.0 – 7.0. Mekanisme gempa yang terjadi merupakan mekanisme subduksi, dimana Lempeng Australia menghunjam ke arah Lempeng Eurasia. Sebaran lokasi episenter gempa yang pernah terjadi antara tahun 1907 hingga tahun 2007 di sekitar wilayah Sumatera Utara, dapat dilihat pada Gambar 1.3 diatas.
1.2. Permasalahan
Perencanaan suatu bangunan tahan gempa di Indonesia harus berdasarkan rekomendasi yang terdapat pada Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2003), yang dikeluarkan oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN) pada tahun 2003. Tata cara ini secara umum membagi Indonesia menjadi 6 (enam) zona percepatan puncak gempa dan mengklasifikasikan kondisi tanah menjadi 3 (tiga) kategori, yaitu tanah keras, tanah sedang, dan tanah lunak. Hal ini menyebabkan koefisien geser gempa di tanah dasar yang direkomendasikan untuk bangunan, tidak mempertimbangkan kondisi geologi dan seismologi, atenuasi rambatan gelombang gempa di batuan dasar, spesifik time histories percepatan dan kondisi tanah lokal.
SNI 03-1726-2003 menetapkan jenis tanah sebagai tanah keras, tanah sedang
dan tanah lunak untuk lapisan tanah setebal maksimum 30 m dengan kriteria seperti
pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Jenis - jenis Tanah Berdasarkan SNI 03-1726-2003
Jenis Tanah
Kecepatan Rambat Gelombang Geser Rata-rata, V s (m/det)
Nilai Hasil Test Penetrasi Standar Rata-rata, N
Kuat Geser Niralir Rata-rata S u (kPa)
Tanah Keras V s ≥ 350 N ≥ 50 S u ≥ 100
Tanah Sedang 175 ≤ V s < 350 15 ≤ N < 50 50 ≤ S u < 100 V s < 175 N < 15 S u < 50 Tanah Lunak atau, setiap jenis tanah lempung lunak dengan total tebal lebih dari 3 m
dengan Indeks Plastis > 20, kadar air alami tanah (wn) ≥ 40 % dan kuat geser niralir (Su) < 25 kPa
Tanah Khusus Diperlukan evaluasi khusus disetiap lokasi
Tata cara ini juga menerapkan aturan, apabila lapisan tanah di atas batuan dasar tidak memenuhi syarat seperti pada Tabel 1.1, maka pengaruh gempa rencana di permukaan tanah harus ditentukan dari hasil analisis perambatan gelombang gempa dari kedalaman batuan dasar ke permukaan tanah, menggunakan gerakan gempa masukan dengan percepatan puncak untuk batuan dasar menurut Tabel 1.2.
Akselerogram gempa masukan yang ditinjau dalam analisis ini, harus diambil dari rekaman gerakan tanah akibat gempa yang didapat di suatu lokasi, yang mirip kondisi geologi, topografi dan seismotektoniknya dengan lokasi yang ditinjau tempat struktur bangunan berada. Untuk mengurangi ketidakpastian mengenai kondisi lokasi tersebut, paling sedikit harus ditinjau 4 (empat) akselerogram dari 4 (empat) gempa berbeda, salah satunya harus diambil gempa El-Centro N-S yang telah direkam pada tanggal 15 Mei 1940.
Menurut SNI 03-1726-2003, wilayah Provinsi Sumatera Utara, berdasarkan
pembagian wilayah gempa di Indonesia, adalah seperti pada Gambar 1.4 dibawah ini.
Gambar 1.4 Wilayah Gempa di Provinsi Sumatera Utara, (SNI 03-1726-2003)
Kab.
Tapsel Kab.
Labuhan Batu Kab.
Asahan Kab.
Karo
Kab.
Nias
Kdy.
Sibolga Kab.
Tapteng Kab.
Taput Kab.
Dairi
Kab.
Mandailing Natal Kab.
Toba Samosir Kab.
Simalungun Kdy.
Tg. Balai Kdy.
P. Siantar Kab.
Deli Serdang Kab.
Langkat
Kab.
Serdang Bedagai
Kdy.
T. Tinggi Kota
Medan
2°N 3°N
1°N
0°N
98°E 100°E
99°E
4°N
KETERANGAN :
Wil. 2 : 0,10 g Wil. 3 : 0,15 g Wil. 4 : 0,20 g Wil. 5 : 0,25 g Wil. 6 : 0,30 g Wil. 1 : 0.03 g
Tabel 1.2 Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah Untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia, (SNI 03-1726-2003)
Percepatan Puncak Muka Tanah Ao (g) Wilayah
Gempa
Percepatan Puncak
Batuan Dasar (g) Tanah Keras
Tanah Sedang
Tanah Lunak
Tanah Khusus
1 0.03 0.03 0.04 0.08
2 0.10 0.12 0.15 0.23
3 0.15 0.18 0.22 0.30
4 0.20 0.24 0.28 0.34
5 0.25 0.29 0.33 0.36
6 0.30 0.33 0.36 0.36
Diperlukan evaluasi khusus di setiap lokasi
Sehingga, berdasarkan hal tersebut di atas, perlu kiranya diupayakan suatu analisa potensi gempa yang terdapat di daerah Sumatera Utara, terutama dalam hal akselerasi gelombang permukaan yang muncul akibat terjadinya gempa dengan kondisi tanah geologi setempat. Mengingat wilayahnya yang luas, maka dibutuhkan program Shake2000 yang dapat memprediksi kemungkinan besarnya akselerasi gelombang permukaan dan respon spektrum desain pada suatu lokasi di wilayah Sumatera Utara berdasarkan data-data gempa yang ada dan kondisi geologi setempat.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan yang diharapkan dari penulisan tesis ini adalah untuk :
1. Menentukan Percepatan gempa di batuan dasar dan di permukaan tanah.
2. Membuat peta kontur mikrozonasi percepatan gempa di batuan dasar dan
permukaan tanah untuk Kota Medan, sekitar Kota Medan dan Provinsi Sumatera Utara.
1.4. Pembatasan Masalah
Penulis membatasi hanya menganalisa percepatan gempa di permukaan tanah (dengan menggunakan aplikasi program SHAKE2000) di Provinsi Sumatera Utara, yang hasil analisisnya ditampilkan dalam bentuk peta kontur mikrozonasi, untuk menampilkan percepatan gempa di permukaan tanah pada lokasi tersebut. Untuk menganalisa percepatan gempa di permukaan batuan dasar, ditetapkan dengan :
1. Fungsi atenuasi yang digunakan adalah fungsi atenuasi dari Crouse (1991), untuk data gempa dengan mekanisme subduction (Hypocenter gempa di Laut) dan fungsi atenuasi dari Joyner and Boore (1988) untuk data gempa dengan mekanisme strike slip (hypocenter gempa di darat).
2. Pemodelan matematika untuk probabilitas resiko gempa dari episenter ke batuan dasar menggunakan model Distribusi Gumbel Tipe I (Point Souce Method), tanpa mempertimbangkan model dari Metode USGS dari McGuire.
3. Perioda ulang gempa yang diambil 500 tahun dengan data digitasi El Centro.
4. Kontur mikrozonasi pada tesis ini tidak mencakup seluruh Sumatera Utara, karena penulis kesulitan memperoleh data lapisan tanah.
5. Data-data kejadian gempa di wilayah Sumatera Utara diambil pada rentang antara
tahun 1907 sampai 2007 di sekitar wilayah Sumatera Utara, yang diperoleh dari situs internet USGS Earthquake Hazard Programs (http//neic.usgs.gov/neis/epic).
6. Data-data pada lapisan tanah diambil dari tesis Jupriah Sarifah 2004
“Mikrozonasi Percepatan Gempa Sumatera Utara” dan Joyke Sibero 2004
“Program Komputasi Analisa Resiko Gempa Pada Daerah Sumatera Utara”, serta berdasarkan data hasil penyelidikan tanah di wilayah Sumatera Utara.
1.5. Sistematika Pembahasan
BAB I : PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang, permasalahan, tujuan penelitian, dan pembatasan masalah.
BAB II : STUDI PUSTAKA
Berisi tentang teori sebab terjadinya gempa, gelombang gempa, ukuran gempa, uraian tentang resiko dan analisa resiko gempa. Bab ini juga menguraikan tentang parameter gerakan tanah pada batuan dasar, pengaruh tanah terhadap percepatan gempa, spektrum respon gelombang gempa dan kondisi umum geologi wilayah Sumatera Utara.
BAB III : PEMILIHAN LOKASI STUDI
Berisi tentang menentukan lokasi studi penelitian daerah Sumatera Utara,
kondisi patahan-patahan yang terdapat dan zona wilayah kegempaan di
sekitar Sumatera Utara, kondisi geologi Sumatera Utara, ciri khas kerusakan bangunan akibat gempa Nias dan gempa Aceh.
BAB IV : METODOLOGI PENELITIAN
Berisi tentang langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian, mengindentifikasi episenter dan sumber-sumber gempa, fungsi atenuasi gerakan tanah yang menggambarkan korelasi antara intensitas gerakan tanah setempat (i) dan magnitude (M) serta jarak (R) dari suatu sumber titik dalam daerah sumber gempa.
BAB V : ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan tentang besar percepatan gempa batuan dasar dan permukaan tanah sebelum dan sesudah gempa Nias, pembahasan dan diskusi hasil perhitungan percepatan gempa di Kota Medan, sekitar Kota Medan dan Provinsi Sumatera Utara.
BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN,
Pada akhir penulisan tesis ini berisikan tentang kesimpulan dan saran dari
hasil penelitian yang dilakukan, yang merupakan bahan pertimbangan
dalam menggunakan SNI 03-1726-2003 untuk Provinsi Sumatera Utara.
2.1. Teori Pergerakan Benua dan Lempeng Tektonik
Teori yang membahas perihal pergerakan benua diajukan pada awal abad dua puluh. Menurut Kramer (1996), Wagener (1915) misalnya, yakin bahwa bumi dua ratus juta tahun yang lalu hanya terdiri dari satu benua yang disebut dengan Pangaea.
Dia mengatakan bahwa Pangaea pecah menjadi kepingan-kepingan dan bergerak secara lambat sekali membentuk format benua dan pulau seperti sekarang ini. Teori tentang pergerakan benua tidak mendapat banyak perhatian sampai dengan sekitar tahun 1960, saat jaringan peralatan seismograf dunia mampu menentukan lokasi gempa secara akurat, dan mengkonfirmasikan bahwa deformasi jangka panjang terkonsentrasi relatif di sekitar zona antara blok-blok kerak bumi. Dalam waktu sepuluh tahun berikutnya, teori pergerakan benua sudah dapat lebih diterima secara meluas dan diakui sebagai kemajuan terbesar dalam ilmu pengetahuan tentang bumi.
Menurut Gubbins (1990), kondisi geologi lantai samudera masih relatif sederhana
dan berusia muda, yaitu hanya sekitar 5% dari usia bumi, dimana beberapa studi
yang cukup detail memberikan dukungan bukti kuat terhadap sejarah pergerakan
benua seperti yang diasumsikan pada teori pergerakan benua.
Teori orisinil pergerakan benua memberikan gambaran benua yang sangat besar mendesak melalui lautan dan melintasi lantai samudera. Diketahui bahwa lantai samudera terlampau kokoh untuk dapat mengijinkan pergerakan, dan teori ini semula ditolak oleh para ilmuwan. Dari latar belakang inilah sesungguhnya teori lempeng tektonik mulai berkembang. Hipotesa dasar dari lempeng tektonik adalah bahwa permukaan bumi terdiri dari sejumlah blok utuh yang besar disebut lempeng, dan lempeng-lempeng ini bergerak saling bersenggolan satu dengan lainnya. Kulit bumi dibagi atas enam lempeng yang seukuran benua (Afrika, Amerika, Antartika, Australia, Eurasia, dan Pasifik) serta terdiri atas empat belas lempeng sub-benua (Caribean, Cocos, Nazca, Phillipine, dan lain-lain) seperti pada Gambar 2.1.
Lempeng yang lebih kecil, disebut lempeng mikro, juga sangat banyak bertebaran di sekitar lempeng yang lebih besar. Deformasi antara lempeng-lempeng tersebut terjadi hanya pada area di sekitar tepian atau batasnya. Deformasi dari lempeng ini dapat terjadi secara lambat dan terus-menerus (a seismic deformation) atau dapat pula terjadi secara tidak teratur dalam bentuk gempa bumi (seismic deformation).
Apabila deformasi terjadi terutama pada batas-batas antara lempeng, dapat dipastikan bahwa lokasi-lokasi gempa terkonsentrasi di sekitar batas lempeng.
Teori lempeng tektonik merupakan suatu teori kinematik yang menjelaskan
mengenai pergerakan gempa tanpa membahas penyebab dari pergerakan itu. Sesuatu
seharusnya menjadi penyebab pergerakan tersebut untuk menggerakkan massa yang
sangat besar dengan tenaga yang sangat besar pula.
Tanda Panah Menunjuk kan Arah da ri Pergerakan Lempeng. Gambar 2.1 Lempeng Tektonik Utama, Bubungan Tengah Lautan dan Transfo rmasi Patahan dari Bumi (Kramer, 1996 )
PHILLIPINE PLATESouthEastIndianrise
EURASIAPLATE AUSTRALIA PLATE
J a v a t r ench Ahlecnuetiantr
Juan DeFuca Plate Marianas trench
Japan trench
Kurli trench Macqua ridge
Mexico Trench Cocos Plate
PACIFIC PLATE ANTARCTICPLATE
ac P icif n -A rt ta ic d ri eg
Kermadec-Tonga Trench rie
st Ea Pac cr ifi e is
Nazca Plate Chille
rise Pe
i h -C u r
tre lle h nc
NORTH AMERICA PLATE SOUTH AMERICA PLATE
CARIBBEAN PLATE Mid-A
tlanticridge
yk Re ne ja
s ge rid
ANTARCTICPLATE
AFRICA PLATE EURASIA PLATE
tlA n a c- ti d In g
ia d
ri n e Carlsberg
ridge
Subductionzone Strike-slip(transform)faults Uncertainplateboundary Ridgeaxis
Penjelasan yang paling dapat diterima secara meluas tentang sumber pergerakan lempeng bersandar kepada hukum keseimbangan termomekanika material bumi.
Lapis teratas dari kulit bumi bersentuhan dengan kerak bumi yang relatif dingin, sementara lapis terbawah bersentuhan dengan lapis luar inti panas.
Jelas peningkatan temperatur pasti terjadi pada lapisan. Variasi kepadatan lapisan dan temperatur menghasilkan situasi tidak stabil pada ketebalan material (yang lebih dingin) di atas material lebih tipis (yang lebih panas) dibawahnya.
Akhirnya, material tebal yang lebih dingin mulai tenggelam akibat gravitasi dan pemanasan, dan material yang lebih tipis mulai naik. Material yang tenggelam tersebut berangsur-angsur dipanaskan dan menjadi lebih tipis, sehingga akhirnya bergerak menyamping dan dapat naik lagi yang kemudian sebagai material didinginkan yang akan tenggelam lagi. Proses ini biasa disebut sebagai konveksi.
Arus konveksi pada batuan setengah lebur pada lapisan mengakibatkan tegangan geser di bawah lempeng, yang menggeser lempeng tersebut ke arah yang bervariasi melalui permukaan bumi. Fenomena lain, seperti tarikan bubungan atau tarikan irisan dapat juga menjadi penyebab pergerakan lempeng.
Karakteristik batas lempeng juga mempengaruhi sifat dasar dari gempa yang
terjadi sepanjang batas lempeng tersebut. Pada beberapa area tertentu, lempeng
bergerak menjauh satu dengan lainnya pada batas lempeng, yang dikenal sebagai
bubungan melebar atau celah melebar. Batuan lebur dari lapisan dasar muncul ke
permukaan dimana akan mendingin dan menjadi bahagian lempeng yang
merenggang. Dengan demikian, lempeng ”mengembang” pada bubungan yang melebar. Tingkat pelebaran berkisar dari 2 hingga 18 cm/tahun; tingkat tertinggi ditemukan pada Lautan Pasifik, dan terendah ditemukan sepanjang Bubungan Mid- Atlantic. Telah diestimasi bahwa kerak bumi yang baru di lautan terbentuk pada tingkatan sekitar 3,1 km
2/tahun di seluruh dunia. Kerak bumi yang masih berusia muda ini, disebut basal baru, terbentuk tipis di sekitar bubungan yang melebar. Hal ini juga dapat terbentuk oleh pergerakan ke atas magma yang relatif lambat, atau dapat pula oleh semburan yang cepat saat terjadinya aktivitas kegempaan.
Lapisan material mendingin setelah mencapai permukaan pada celah lempeng yang melebar. Lapisan akan menjadi bersifat magnet sejalan dengan pendinginannya dengan kutub tergantung arah bidang magnet bumi saat itu. Bidang magnet bumi tidak konstan terhadap skala waktu geologi, karena berfluktuasi dan berbalik pada interval waktu yang tidak tentu, sehingga penyimpangan sifat magnetik yang tidak biasa pada bebatuan terbentuk pada pinggiran bubungan yang melebar.
Karena ukuran bumi tetap konstan, maka pembentukan material lempeng baru pada bubungan melebar harus seimbang dengan berkurangnya material lempeng di lokasi yang lain. Hal ini terjadi pada batas zona subduksi dimana pergerakan relatif dari dua lempeng saling menghunjam satu dengan lainnya. Saat bersentuhan, salah satu lempeng menyusup ke bawah lempeng yang satunya.
Batas zona subduksi sering ditemukan di sekitar pinggiran benua. Karena kerak
lautan biasanya dingin dan tebal, maka zona subduksi akan tenggelam akibat berat
sendirinya di bawah kerak benua yang lebih ringan. Saat tingkat konvergensi lempeng tinggi, semacam saluran terbentuk pada batas antara lempeng. Sehingga batas zona subduksi biasa juga disebut sebagai batas saluran. Saat tingkat konvergensinya pelan, endapan terakumulasi pada suatu pertambahan irisan di atas perpotongan dari pengkerakan batuan, sehingga membuat saluran tertutup.
Apabila lempeng mengakibatkan benua bertubrukan, maka dapat menjadi formasi jajaran pegunungan. Himalaya terbentuk dari dua pengkerakan lapisan yang dibentuk ketika lempeng Australia bertubrukan dengan lempeng Eurasia. Tubrukan antar benua dari lempeng Afrika dan lempeng Eropa mengakibatkan berkurangnya luas Laut Mediterania dan pada akhirnya nanti akan menjadi jajaran pegunungan.
Transformasi patahan terjadi ketika lempeng bergerak dan berselisihan satu dengan yang lainnya tanpa menciptakan kerak bumi yang baru atau mengurangi kerak bumi yang sudah ada. Transformasi patahan ini biasanya ditemukan pada kelengkungan bubungan melebar, dan diidentifikasi berdasarkan penyimpangan sifat magnetiknya dan torehan yang terdapat pada permukaan kerak bumi. Kelengkungan penyimpangan magnetik memperlihatkan zona retakan yang dapat terjadi sepanjang ribuan kilometer.
Lempeng tektonik memberikan suatu kerangka yang sangat berguna untuk
dapat menjelaskan pergerakan dari permukaan bumi dan melokaliser gempa dan
vulkanik. Lempeng tektonik juga menggambarkan pembentukan dari material kerak
bumi yang baru serta pengurangan material kerak bumi yang lama sesuai dengan
ketiga jenis pergerakan lempeng seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Batas transformasi patahan
Batas bubungan
melebar
Batas bubungan
melebar
Batas zona subduksi
Zona retakan
Lempeng subduksi Batuan
pendorong lapisan
Lempeng subduksi
