ANALISIS MEKANISME PUSATGEMPASOROAKO
15 FEBRUARI 2011
Skripsi
MEGA UTAMI 107097000167
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
ANALISIS MEKANISME PUSAT GEMPASOROAKO
15 FEBRUARI 2011
Skripsi
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) Oleh:
MEGA UTAMI 107097000167
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
LEMBAR PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI BENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN.
Jakarta, November 2011
Mega Utami
i ABSTRAK
Pada tanggal 15 Februari 2011 terjadi gempa besar di Soroako dengan koordinat episenter 2.56 LS- 121.56 BT. Dengan kedalaman 20.6 km dan berkekuatan 6.1 SR. Wilayah Soroako, Sulawesi Selatan termasuk dapat dikategorikan dalam wilayah kawasan aktif gempa bumi karena merupakan batas pertemuan antara Lempeng Hindia-Australia dan Eurasia. Gempa bumi tektonik, dominan disebabkan oleh sesar atau patahan. Mekanisme pusat gempa merupakan metode yang digunakan untuk menentukkan jenis sesar dengan cara menentukan parameter sesar yang terjadi berupa, penentuan nilai strike, dip, dan rake . Penelitian ini menggunakan polaritas awal gelombang P untuk menentukan arah gerakan pertama gelombang P yang selanjutnya dikonversikan ke dalam data kompresi dan dilatasi serta di input ke program azmtak lalu didapatkan parameter dan jenis sesarnya. Hasil yang diperoleh dari analisis mekanisme pusat gempa di Soroako ini berupa sesar naik, atau reverse/thrust fault, berorientasi Timur Laut-Barat Laut dengan arah bidang sesar (strike) 1110/200 dan kemiringan bidang sesar (dip) 700/870 dan sudut pergeserannya (rake) 30/1590.
ii ABSTRACT
On February 15, 20 11 a large earthquake occurred in Soroako, South Sulawesi with epicenter coordinates 2.56 S-121.56E, with a depth of 20.6 km and Magnitude 6.1 SR. Soroako, South Sulawesi can be categorized in the region that including and active earthquake area because it is a attendance of boundary between the Hindia-australian Plate and the Eurasian Plate. Tectonic earthquake, mostly caused by the faulth or fracture. Earthquake focus mechanism is a method used to determine the type of fault by determining the value of the strike, dip, and rake. This study uses the initial wave polarity P to determine the direction of P wave first motion which was subsequently converted to a data compression and dilatation as well as the input to the program azmtak then obtained parameters and the type of fault. Result obtained from analysis of the focus mechanism of the earthquake in Soroako is a reverse fault of thrust faults, Oriented on North East - North West with direction of the fault plane (strike) 1110/200 and dip of the fault plane (dip) 700/870 and angle shift (rake) 30/1590.
iii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya yang senantiasa dicurahkan kepada umat-Nya khususnya penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat serta salam semoga selalu tercurah kepada Nabi Muhammad SAW selaku suri tauladan yang baik dan kepada para sahabat, keluarga dan pengikutnya hingga akhir zaman.
Dengan selesainya penulisan tugas akhir ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis, serta adik yang selalu memberikan dukungan moril maupun materiil, yang luar biasa. Semoga dapat dipertemukan kembali dalam Jannah-Nya.
2. Bapak DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatulah Jakarta. 3. Bapak Sutrisno, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
4. Ibu Tati Zera, M.Si selaku pembimbing pertama yang senantiasa sabar dalam memberikan bimbingan ilmu dan semangat kepada penulis.
iv
6. Bapak Bayu Pranata, S.Si selaku pembimbing lapangan yang dengan sabar meluangkan waktunya untuk memotivasi dan memberikan petunjuk tentang apa yang penulis perlukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 7. Bapak dan Ibu di Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika Pusat,
yang turut membantu untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Seluruh teman-teman Fisika angkatan 2007 yang telah melewatkan bersama-sama masa kuliah yang menyenangkan.
9. Kakak-kakak Fisika 2006, yang banyak memberikan ide baru untuk penulis.
10.Dan semua pihak yang belum disebutkan diatas, yang telah membantu terlaksananya pembuatan tugas akhir ini.
Penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan juga pembaca,tidak lupa penulis memohon maaf yang sebesar-besarnya atas segala kekurangan yang ada pada tugas akhir ini. Terima kasih.
v
1.6. Sistematika Penelitian ... 5
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Teori Tektonika Lempeng ... 6
2.1.1. Lempeng-lempeng Utama ... 11
2.1.2. Kondisi Geologi Dinamis Indonesia ... 13
2.1.3. Jenis Batas Lempeng ... 16
2.2 Gempa Bumi ... 17
2.2.1. Deskripsi Terjadinya Gempa Bumi ... 17
2.2.2. Klasifikasi Gempa Bumi ... 18
2.2.3. Parameter Sumber Gempa Bumi ... 21
2.3Gelombang Seismik ... 24
2.3.1. Gelombang Badan (Body Wave) ... 24
2.3.2. Gelombang Permukaan ... 25
vi
2.5Mekanisme Pusat Gempa Bumi ... 27
2.5.1. Sesar Bumi (Earth Fault) dan Orientasinya ... 28
2.5.2. Penentuan Mekanisme Sumber Gempa Bumi Menggunakan Polaritas Gerakan Pertama Gelombang ... 36
2.5.3. Deskripsi Matematis Bidang Sesar dan Kemiringan (SlipVector) ... 38
2.6Teori Pegas Elastis ... 39
2.7Teori Dasar Mekanisme Sumber Gempa ... 41
2.7.1. Teori Kopel Tunggal dan Kopel Ganda ... 42
2.7.2. Polaritas Gerakan Pertama Gelombang Primer ... 43
2.7.3. Teori Mekanisme Dengan Metode Impuls Pertama Gelombang Primer (P) ... 45
2.7.4. Diagram Mekanisme Sumber ... 47
2.8Pola Tektonik Daerah Sulawesi ... 55
2.9Seismisitas ... 61
2.9.1. Faktor Yang Mempengaruhi Seismisitas ... 61
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 63
3.2. Karakteristik Gempa Bumi Soroako – Sulawesi Selatan ... 63
3.3. Spesifikasi Alat dan Bahan Penelitian ... 64
3.3.1. Perangkat Keras (Hardware) ... 64
3.3.2. Perangkat Lunak (Software) ... 64
3.4. Bahan Data ... 64
3.5. Tahapan Penelitian ... 66
3.6. Pengolahan Data ... 67
3.7. Interpretasi Data ... 69
vii
4.2. Mekanisme Pusat Gempa Utama ... 72 4.3. Mekanisme Pusat Gempa Susulan ... 76 4.4. Perbandingan Mekanisme Pusat Gempa dengan Penelitian Dari
Instansi Lain ... 81 4.5. Penyebaran Pusat Gempa Bumi (Seismisitas) ... 83 4.6. Penampang Melintang ... 84
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 90 5.2. Saran ... 91
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Peta Tatanan Tektonik Aktif Kawasan Indonesia ... 7
Gambar 2.2 Peta Benua-benua di dunia ... 11
Gambar 2.3 Pertemuan 3 Lempeng Besar ... 12
Gambar 2.4 Batas Pertemuan antar Lempeng ... 13
Gambar 2.5 Peta Tektonik Kepulauan Indonesia ... 15
Gambar 2.6 Pergerakan Lempeng Tektonik ( Divergen, Konvergen, dan Transform) ... 17
Gambar 2.7 Deskripsi Terjadinya Gempa Bumi ... 18
Gambar 2.8 Klasifikasi Gempa Bumi oleh Pergeseran Lempeng Tektonik ... 21
Gambar 2.9 Parameter Sumber Gempa Bumi dengan Magnitude di wilayah Indonesia pada Tahun 1900-1996 ... 23
Gambar 2.10 Penjalaran Gelombang S (Shear Wave) dan Gelombang P(Pressure Wave) ... 25
Gambar 2.11 Penjalaran Gelombang Badan (Body Wave) dan Gelombang Permukaan (Surface Wave) ... 26
Gambar 2.12 Proses Deformasi Batuan ... 27
Gambar 2.13 Parameter Bidang Sesar Mekanisme Sumber Gempa ... 31
Gambar 2.14 Arah Bidang Pergerakan Sesar ... 31
Gambar 2.15 Slip Direction dan Strike Direction Parameter ... 34
Gambar 2.16 Tipe-tipe Arah Pergerakan Sesar ... 36
Gambar 2.17 Polaritas Gerak Pertama gelombang P ... 37
Gambar 2.18 Orientasi bidang sesar yang terdiri dari strike, dip, dan rake ... 38
Gambar 2.19 Teori Pegas Elastis ... 40
Gambar 2.20 Lokasi Daerah yang akan mengalami Tarikan dan Tekanan pada Sesar Tegak dengan Pergeseran Mendatar ... 41
Gambar 2.21 Pola untuk Sistem Gaya Kopel ... 42
Gambar 2.22 Pola Radiasi untuk Sistem Gaya Kopel Tunggal dan Model Elastik Rebound ... 43
Gambar 2.23 Penjalaran Gerakan Awal Primary dan Secondary Wave di dalam bumi ... 44
ix
Gambar 2.25 Gambaran 3 Dimensi Radiasi Gelombang Gempa Model Kopel
Ganda ... 48
Gambar 2.26 Proyeksi Bola Pusat Gempa ke Bidang Ekuatorial ... 49
Gambar 2.27 Orthogonalitas Dua Bidang Nodal ... 50
Gambar 2.28 Bidang Proyeksi Luasan Sama (Bidang Stereografis) ... 51
Gambar 2.29 Pengukuran Sudut Strike dan Dip Pada Diagram dan Penampang ... 52
Gambar 2.30 Penentuan Sumbu P dan T dari Kutub Pada Garis Nodal ... 53
Gambar 2.31 Penentuan Sudut Rake pada Reverse Fault dan Normal Fault ... 54
Gambar 2.32 Penentuan Tipe Sesar dengan Sudut Rake ... 55
Gambar 2.33 (a) Kepulauan Sulawesi (b) Wilayah Sulawesi Selatan ... 57
Gambar 2.34 Persebaran Gempa pada Lempeng Subduksi ... 62
Gambar 3.1 Peta Lokasi Episenter Gempa Bumi Soroako – Sulawesi Selatan ... 63
Gambar 3.2 Diagram Alir Prosedur Penentuan Solusi Mekanisme Sumber Gempa Bumi ... 66
Gambar 4.1 Format data gempa untuk input ke program Azmtak (Gempa Utama) 71 Gambar 4.2 Bola Fokus Gempa Bumi Soroako 15 Februari 2011 dengan Hasil Olahan Program Azmtak ... 74
Gambar 4.3 Format data gempa untuk input ke program Azmtak (Gempa Susulan) ... 77
Gambar 4.4 Bola Fokus Gempa Susulan dengan Hasil Olahan Program Azmtak .. 80
Gambar 4.5 Hasil Analisis Mekanisme Fokus Gempa Soroako (Sumber International Seismology Center) ... 82
Gambar 4.6 Penyebaran Pusat Gempa Bumi di Sulawesi Selatan dan Sekitarnya .. 83
Gambar 4.7 Penampang Melintang Seismisitas Bidang A-A’ ... 85
Gambar 4.8 Penampang Melintang Seismisitas Bidang B-B’ ... 86
Gambar 4.9 Penampang Melintang Seismisitas Bidang C-C’ ... 87
Gambar 4.10 Penampang Melintang Seismisitas Bidang D-D’ ... 88
x
DAFTAR TABEL
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Maha Suci Alloh SWT yang telah menciptakan semua makhluk dengan begitu
cermat dalam membuat dan membentuk seindah-indahnya. Dia menciptakan
sempurna segala sesuatu. Sungguh, Dia Maha teliti apa yang kamu kerjakan. Dia
letakkan segala sesuatu, dan untuk segala sesuatu ada suatu tanda yang
mengisyaratkan keberadaan dan keesaan-Nya, serta menunjukan pada bukti-bukti
kebijaksaan dan rahmat-Nya. “Dan engkau akan melihat gunung-gunung, yang
engkau kira tetap di tempatnya, padahal ia berjalan (seperti) awan berjalan. (Itulah)
Alloh yang menciptakan dengan sempurna segala sesuatu. Sungguh, Dia Maha teliti
apa yang kamu kerjakan” (An-Naml. 27:88).
Kepulauan Indonesia merupakan zona geodinamika yang kompleks sebagai
akibat dari tumbukan dan konvergensi tiga lempeng utama yang ada di bumi kita
(triple junction), yaitu Lempeng Eurasia, Lempeng Samudera Hindia-Australia, dan
Lempeng Pasifik. Lempeng-lempeng tersebut selalu bergerak dan memiliki
pergerakan yang berbeda, yaitu Lempeng Eurasia bergerak dari utara ke arah selatan
tenggara, Lempeng Samudera Hindia-Australia bergerak dari selatan menuju ke
utara, Lempeng Pasifik bergerak dari timur ke arah barat. Akibat dari gerakan ketiga
2 lipatan, tanah turun dan sebagainya. Kondisi ini menjadikan wilayah Indonesia
sebagai daerah tektonik aktif dengan tingkat seismisitas atau kegempaan yang tinggi.
Salah satunya termasuk di daerah Sulawesi Selatan.
Wilayah Sulawesi Selatan dan sekitarnya merupakan daerah yang rentan terhadap
bencana alam gempabumi karena wilayah ini dilalui patahan Palu Koro yang
memanjang dari Palu ke arah Selatan Tenggara melalui Sulawesi Selatan bagian
utara menuju keselatan Kabupaten Bone sampai di laut Banda, patahan Saddang
mulai dari Mamuju memotong diagonal melintasi daerah Sulawesi Selatan bagian
Tengah, Sulawesi Selatan bagian Selatan, Bulukumba menuju Pulau Selayar bagian
Timur. Dimana keduanya bertumbukan dan terhimpit oleh adanya pemekaran
samudra di Selat Makassar dan Selat Bone.
Kompleksnya proses tektonik dan tingginya tingkat seismisitas di Sulawesi
Selatan, maka perlu dilakukan penelitian. Penelitian yang dilakukan adalah
menganalisis seismotektonik di Sulawesi Selatan dan sekitarnya berdasarkan pola
penyebaran hiposenter dan mekanisme sumber gempa bumi. Bentuk atau pola
penunjaman serta mekanisme dari lempeng dapat diestimasi dari penyebaran
hiposenter dan analisis mekanisme sumber gempa bumi. Metode yang dilakukan
adalah mengeplot hiposenter dan membuat penampang melintang (cross section)
hiposenter yang arahnya tegak lurus trench, dari rangkaian penampang melintang
akan diketahui pola penyebaran hiposenter dan gambaran model tektonik serta
3 gerakan pertama gelombang P. Mekanisme sumber gempa bumi merupakan metode
yang digunakan untuk mengidentifikasi sesar dan pergerakannya dengan cara
menentukan parameter-parameter sesar berupa strike, dip, dan rake.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian pada latar belakang di atas dapat dirumuskan masalah
sebagai berikut :
1. Bagaimana mengetahui cara penentuan mekanisme pusat gempa dengan
menggunakan data arah gerakan awal gelombang primer di Soroako-
Sulawesi Selatan.
2. Bagaimana mengetahui cara penentuan parameter-parameter bidang sesar
dengan menggunakan data arah gerakan awal gelombang primer di
Soroako- Sulawesi Selatan.
3. Bagaimana menganalisis zona Sulawesi Selatan dan sekitarnya,
berdasarkan penampang melintang dan seismisitas.
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini dilakukan dengan membatasi permasalahan pada:
1. Parameter-parameter bidang sesar/patahan yang dicari berupa nilai strike,
4 2. Penggunaan data dalam penentuan mekanisme pusat gempa bumi yang
terjadi di Soroako-Sulawesi Selatan, 15 Februari 2011. Data yang
digunakan dikeluarkan oleh Pusat Gempa Nasional-BMKG.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah:
1. Mengetahui cara penentuan mekanisme pusat gempa dengan
menggunakan data arah gerakan awal gelombang primer di Soroako-
Sulawesi Selatan.
2. Mengetahui cara penentuan parameter-parameter bidang sesar dengan
menggunakan data arah gerakan awal gelombang primer di Soroako-
Sulawesi Selatan.
3. Menganalisis zona Sulawesi Selatan dan sekitarnya, berdasarkan
penampang melintang dan seismisitas.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian tugas akhir ini adalah:
1. Sebagai informasi awal untuk mitigasi bencana gempa di daerah
Soroako- Sulawesi Selatan dan sekitarnya.
2. Membuat pemetaan tektonik dari suatu daerah dengan informasi
5
1.6 Sistematika Penelitian
Sistematika penulisan dalam penelitian yang dilakukan dalam tugas akhir ini
adalah sebagai berikut :
BAB 1 : PENDAHULUAN
Merupakan pendahuluan yang menjelaskan latar belakang, tujuan, manfaat,
permasalahan, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Merupakan landasan teori yang menjelaskan teori tektonika lempeng, terjadinya
gempa bumi, mekanisme pusat gempa bumi, teori dasar mekanisme pusat, pola
tektonik daerah Sulawesi.
BAB III : METODE PENELITIAN
Merupakan penjelasan tentang waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan metode
pengambilan data, dan pengolahan data.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Merupakan penjelasan tentang hasil pengolahan data, pembahasan dan hasil dari
analisis data.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Merupakan penjelasan tentang kesimpulan yang diambil dari hasil analisa serta
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Teori Tektonika Lempeng
Teori tektonika lempeng adalah teori dalam bidang geologi yang
dikembangkan untuk memberi penjelasan terhadap adanya bukti-bukti
pergerakan skala besar yang dilakukan oleh litosfer bumi. Teori ini telah
mencakup dan juga menggantikan Teori Pergeseran Benua yang lebih dahulu
dikemukakan pada paruh pertama abad ke-20 dan konsep seafloor spreading
yang dikembangkan pada tahun 1960. Bagian terluar dari interior bumi
terbentuk dari dua lapisan. Di bagian atas terdapat litosfer yang terdiri atas
kerak dan bagian teratas mantel bumi yang kaku dan padat. Di bawah lapisan
litosfer terdapat astenosfer yang berbentuk padat tetapi bisa mengalir seperti
cairan dengan sangat lambat dan dalam skala waktu geologis yang sangat
lama karena viskositas dan kekuatan geser (shear strength) yang rendah.
Lebih dalam lagi, bagian mantel di bawah astenosfer sifatnya menjadi lebih
kaku lagi. Penyebabnya bukanlah suhu yang lebih dingin, melainkan tekanan
yang tinggi.
Lapisan litosfer dibagi menjadi lempeng-lempeng tektonik (tectonic
plates). Di bumi, terdapat tujuh lempeng utama dan banyak lempeng-lempeng
yang lebih kecil. Lempeng-lempeng litosfer ini menumpang di atas astenosfer.
Mereka bergerak relatif satu dengan yang lainnya di batas-batas lempeng, baik
(menyamping). G
. Gempa bumi, aktivitas vulkanik, pembentuka
palung samudera semuanya umumnya ter
s lempeng. Pergerakan lateral lempeng lazimn
2.1 Peta Tatanan Tektonik Aktif Kawasan Indon
ggapan lama pada abad-abad yang lampau, bahw
atau kaku sementara benua-benua berada pada
berpindah-pindah. Setelah ditemukannya benua
n pantai di Amerika dan Eropa ternyata terda
ntai-pantai yang dipisahkan oleh Samudera A
k dari konsep-konsep yang menerangkan bahw
tapi selalu bergerak. Konsep-konsep ini diba
8
1. Konsep yang menerangkan bahwa terpisahnya benua disebabkan oleh
peristiwa yang katastrofik dalam sejarah bumi (Owen dan
Snider,1857).
2. Konsep apungan benua atau continental drift yang mengemukakan
bahwa benua-benua bergerak secara lambat melalui dasar samudera
(Alfred Wegener, 1912). Akan tetapi teori ini tidak bisa menerangkan
adanya dua sabuk gunung api di bumi.
3. Konsep paling mutakhir yang dianut oleh para ilmuwan sekarang,
yaitu Teori Tektonik Lempeng. Teori ini lahir pada pertengahan tahun
1960. Teori ini terutama didukung oleh adanya Pemekaran Tengah
disebut Panthalassa (270 jt th yll). Dari supercontinent ini kemudian terpecah lagi
menjadi Gondwana dan Laurasia (150 jt th yll) dan akhirnya terbagi-bagi menjadi
lima benua seperti yang dikenal dan ditempati oleh manusia sekarang.
Terpecah-pecahnya benua ini menghasilkan dua sabuk gunung api yaitu Sirkum Pasifik dan
Sirkum Mediteranean yang keduanya melewati Indonesia. Mekanisme penyebab
terpecahnya benua ini bisa diterangkan oleh Teori Tektonik Lempeng sebagai
9
1. Penyebab dari pergerakan benua-benua dimulai oleh adanya arus
konveksi ( convection current) dari mantel (lapisan di bawah kulit
bumi yang berupa lelehan). Arah arus ini tidak teratur, bisa
dibayangkan seperti pergerakan udara/awan atau pergerakan dari air
yang direbus. Terjadinya arus konveksi terutama disebabkan oleh
aktivitas radioaktif yang menimbulkan panas.
2. Dalam kondisi tertentu dua arah arus yang saling bertemu bisa
menghasilkan arus interferensi yang arahnya ke atas. Arus interferensi
ini akan menembus kulit bumi yang berada di atasnya. Magma yang
menembus ke atas karena adanya arus konveksi ini akan membentuk
gugusan pegunungan yang sangat panjang dan bercabang-cabang di
bawah permukaan laut yang dapat diikuti sepanjang
samudera-samudera yang saling berhubungan di muka bumi. Lajur pegunungan
yang berbentuk linear ini disebut dengan MOR (Pematang Tengah
Samudera) dan merupakan tempat keluarnya material dari mantel ke
dasar samudera. MOR mempunyai ketinggian melebihi 3000 m dan
lebarnya lebih dari 2000 km, atau melebihi ukuran Pegunungan Alpen
dan Himalaya yang letaknya di daerah benua. MOR Atlantik
membentang dengan arah utara-selatan dari lautan Arktik melalui poros
tengah samudera Atlantik ke sebelah barat Benua Afrika dan
melingkari benua itu di selatannya menerus ke arah timur ke Samudera
Hindia lalu di selatan Benua Australia dan sampai di Samudera
10
3. Kerak (kulit) samudera yang baru, terbentuk di pematang-pematang ini
karena aliran material dari mantel. Batuan dasar samudera yang baru
terbentuk itu lalu menyebar ke arah kedua sisi dari MOR karena
desakan dari magma mantel yang terus-menerus dan juga tarikan dari
gaya gesek arus mantel yang horisontal terhadap material di atasnya.
Lambat laun kerak samudera yang terbentuk di pematang itu akan
bergerak terus menjauh dari daerah poros pematang dan mengarungi
samudera. Gejala ini disebut dengan Pemekaran Lantai Samudera (Sea
Floor Spreading).
4. Keberadaan busur kepulauan dan juga busur gunung api serta palung
Samudera yang memanjang di tepi-tepi benua merupakan fenomena
yang dapat dijelaskan oleh Teori Tektonik Lempeng yaitu dengan
adanya proses penujaman (subduksi). Oleh karena peristiwa Sea Floor
Spreading maka suatu saat kerak samudera akan bertemu dengan kerak
benua, sehingga kerak samudera yang mempunyai densitas lebih besar
akan menunjam ke arah bawah kerak benua. Dengan adanya zona
penunjaman ini maka akan terbentuk palung pada sepanjang tepi
paparan benua, dan juga akan terbentuk kepulauan sepanjang paparan
benua oleh karena proses pengangkatan. Kerak samudera yang
menunjam ke bawah ini akan kembali ke mantel atau jika bertemu
dengan batuan benua yang mempunyai densitas sama atau lebih besar
maka akan terjadi mixing antara material kerak samudera dengan
11
terjadi pada kerak benua sehingga tidak akan lebih dalam dari 30 km
di bawah permukaan bumi). Karena sea floor spreading terus
berlangsung maka magma hasil mixing yang terbentuk akan semakin
besar sehingga akan menerobos batuan-batuan di atasnya sampai
akhirnya muncul ke permukaan bumi membentuk deretan gunung api.
5. Kerak bumi tersusun atas beberapa lempeng tektonik besar. Lempeng
tektonik adalah litosfer bumi yang terdiri dari mantel dan kerak bumi
yang mengapung di atas astenosfer yang cair dan panas. Adanya gaya
tektonik yang timbul akibat arus konveksi di dalam mantel bumi, maka
lempeng tektonik akan saling bergerak, bertumbukan, serta bergeser
satu sama lain. Oleh karena itu timbul tekanan yang menyebabkan
lempeng tersebut terpecah-pecah atau patah menjadi lempeng tektonik
yang lebih kecil.
Gambar 2.2 Peta Benua-benua di dunia
2.1.1 Lempeng-lempeng Utama
Lempeng-lempeng tektonik utama yaitu :
12
2. Lempeng Antarktika, meliputi Antarktika - Lempeng benua.
3. Lempeng Australia, meliputi Australia (tergabung dengan
Lempeng India antara 50 sampai 55 juta tahun yang lalu)-
Lempeng benua.
4. Lempeng Eurasia, meliputi Asia dan Eropa - Lempeng benua.
5. Lempeng Amerika Utara, meliputi Amerika Utara dan Siberia
timur laut - Lempeng benua.
6. Lempeng Amerika Selatan, meliputi Amerika Selatan -
Lempeng benua.
7. Lempeng Pasifik, meliputi Samudera Pasifik - Lempeng
samudera
Gambar 2.3 Pertemuan 3 Lempeng Besar
Lempeng-lempeng penting lain yang lebih kecil mencakup Lempeng
India, Lempeng Arabia, Lempeng Karibia, Lempeng Juan de Fuca, Lempeng
Cocos, Lempeng Nazca, Lempeng Filipina, dan Lempeng Scotia. Pergerakan
lempeng telah menyebabkan pembentukan dan pemecahan benua seiring
13
hampir semua atau semua benua. Superkontinen Rodinia diperkirakan terbentuk 1
miliar tahun yang lalu dan mencakup hampir semua atau semua benua di Bumi
dan terpecah menjadi delapan benua sekitar 600 juta tahun yang lalu. Delapan
benua ini selanjutnya tersusun kembali menjadi superkontinen lain yang disebut
Pangaea yang pada akhirnya juga terpecah menjadi Laurasia (yang menjadi
Amerika Utara dan Eurasia), dan Gondwana (yang menjadi benua sisanya).
Gambar 2.4Batas Pertemuan antar Lempeng
2.1.2 Kondisi Geologi Dinamis Indonesia
Kepulauan Indonesia terbentuk karena proses pengangkatan sebagai akibat
dari penujaman (subduksi). Lempeng (kerak) yang saling berinteraksi adalah
Kerak Samudera Pasifik dan Hindia yang bergerak sekitar 2-5 cm per tahun
terhadap Kerak Benua Eurasia. Jadi Indonesia merupakan tempat pertemuan 3
lempeng besar sehingga Indonesia merupakan salah satu daerah yang memiliki
aktivitas kegempaan yang tertinggi di dunia. Terdapat dua sabuk gunung api yang
14
Samudera Hindia ke dalam Kerak Benua Eurasia, dan Sirkum Pasifik sebagai
akibat penunjaman Kerak Samudera Pasifik ke dalam Kerak Benua Eurasia.
Dari uraian di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai pelajaran
bagi kita:
1. Gunung api selalu bergerak (dalam skala waktu geologi) mengikuti
pergerakan benua-benua karena adanya dinamisme mantel bumi (arus
konveksi). Fenomena ini sebagaimana yang telah disebutkan dalam
Al-Qur’an, “Dan kamu lihat gunung-gunung itu, kamu sangka dia tetap di
tempatnya, padahal ia berjalan sebagai jalannya awan. (Begitulah)
perbuatan Allah yang membuat dengan kokoh tiap-tiap sesuatu;
sesungguhnya Allah Maha Mengetahui apa yang kamu kerjakan.” (QS.
27:88)
2. Gunung api muncul karena tekanan yang tinggi pada magma hasil mixing
sehingga akan menerobos ke atas. Andaikan saja magma ini tidak bisa
menerobos ke atas membentuk gunung-gunung api maka tentulah akan
tersimpan tekanan pada dapur magma yang sangat besar dan akan terus
bertambah karena penunjaman masih terus berlangsung. Dengan
demikian pada kondisi seperti itu apabila batuan sekitar yang menampung
magma tersebut terlampaui batas elastisitasnya maka akan terjadi bencana
gempa bumi vulkanik yang teramat sangat hebatnya. Fenomena ini pun
telah tersurat dalam Al-Qur’an, “Dan Dia menancapkan gunung-gunung
15
menciptakan) sungai-sungai dan jalan-jalan agar kamu mendapat
petunjuk.” (QS. 16:15).
Bumi itu dinamis, tidak statis, didalam perut bumi inti bumi cair (liquid
outer core) yang sangat panas terus berputar mengelilingi inti bumi padat (solid
inner core) yang merupakan metal. Pengaruhnya terhadap magnet bumi membuat
bumi mempunyai 2 kutub magnet bumi. Dibawah lithosfer adalah asthenosfer,
dimana terdapat dapur magma yang sangat panas dan dinamis berputar dengan
siklusnya sendiri. Ini mendorong lithosfer dimana terdapat plate diatasnya untuk
bergerak. Gerakan awal tempat naiknya magma yang mendorong lapisan
diatasnya untuk bergerak (magma yang keluar setelah dingin dan membeku ikut
membentuk lapisan itu sendiri). Daerah itu disebut Divergent margin (atau biasa
dikenal dengan spreading center) bisa juga disebut daerah bukaan. Karena
lempeng-lempeng bergerak, maka ada yang saling bertumbukan atau bertabrakan
yang disebut Convergent Margin. Convergent margin sendiri ada dua jenis, yaitu
subduction (dimana terjadi penunjaman) dan collision (terjadi pengangkatan
seperti Himalaya).
16
2.1.3 Jenis Batas Lempeng
Terdapat tiga jenis batas lempeng yang berbeda, dari cara lempengan
tersebut bergerak relatif terhadap satu sama lain. Tiga jenis ini masing-masing
berhubungan dengan fenomena yang berbeda di permukaan. Tiga jenis batas
lempeng tersebut adalah :
1. Batas transform (transform boundaries) terjadi jika lempeng bergerak dan
mengalami gesekan satu sama lain secara menyamping di sepanjang sesar
transform (transform fault). Gerakan relatif kedua lempeng bisa sinistral
(ke kiri di sisi yang berlawanan dengan pengamat) ataupun dekstral (ke
kanan di sisi yang berlawanan dengan pengamat), atau batas dua lempeng
tektonik yang bergerak saling bergeser, yaitu bergerak sejajar dan
berlawanan arah. Keduanya tidak saling memberi maupun saling
menumpuk.
2. Batas divergen/konstruktif (divergent/constructive boundaries), terjadi
ketika dua lempeng bergerak menjauh. Magma panas menembus di antara
dua lempeng tersebut dan membentuk batuan baru. Pada proses ini
membentuk Punggung Samudera (Oceanic Ridge). Mid-oceanic ridge dan
zona retakan (rifting) yang aktif adalah contoh batas divergen.
3. Batas konvergen/destruktif (convergent/destructive boundaries) terjadi
jika dua lempeng bergesekan mendekati satu sama lain dan menyebabkan
salah satu lempeng menyusup di bawah lempeng yang lain, sehingga
membentuk zona subduksi, atau tabrakan benua (continental collision) jika
17
biasanya berada di zona subduksi, di mana potongan lempeng yang
terhujam mengandung banyak bersifat hidrat (mengandung air), sehingga
kandungan air ini dilepaskan saat pemanasan terjadi bercampur dengan
mantel dan menyebabkan pencairan sehingga menyebabkan aktivitas
vulkanik.
Gambar 2.6 Pergerakan Lempeng Tektonik ( Divergen, Konvergen, dan
Transform)
2.2 Gempa Bumi
Gempa bumi adalah peristiwa pelepasan energi di dalam bumi, secara
tiba-tiba yang ditandai dengan patahnya lapisan batuan pada kerak bumi. Akumulasi
energi penyebab terjadinya gempa bumi dihasilkan dari pergerakan
lempeng-lempeng tektonik. Pelepasan energi tersebut ditransimikan ke segala arah sebagai
gelombang seismik, sehingga efeknya dapat dirasakan sampai ke permukaan
bumi.
2.2.1 Deskripsi Terjadinya Gempa Bumi
Deskripsi mengenai teori terjadinya gempa bumi, tentang teori bingkas
18
proses retakan atau patahan pada kerak bumi sebagai hasil dari pelepasan stress
elastik secara mendadak yang melampaui kekuatan batuan. Ketika sesar terjadi,
sisi yang berseberangan meloncat menuju ke keadaan stabil, dan melepaskan
energi dalam bentuk panas dan vibrasi gelombang elastik. Jadi, menurut teori ini
sesar menyebabkan gempa bumi (Reid, 1911) (Waluyo, 1992).
Gerakan tiba-tiba pada patahan menimbulkan gerak awal gelombang yang
bersifat kompresi dan dilatasi (Waluyo, 1992). Gerak kompresi dan dilatasi ini
akan terdistribusi di sekitar sumber gempa bumi dalam empat kuadran. Dua
bidang yang saling tegak lurus memisahkan daerah kompresi dan dilatasi disebut
sebagai bidang nodal. Salah satu dari bidang nodal ini adalah bidang patahan
(fault plane) dan yang lain adalah bidang bantu (auxiliary plane).
Gambar 2.7 Deskripsi Terjadinya Gempa Bumi
2.2.2 Klasifikasi Gempa Bumi
19
a. Gempa Bumi Tektonik
Adalah gempa yang di sebabkan oleh pergeseran lempeng
tektonik. Lempeng tektonik bumi kita ini terus bergerak, ada yang saling
mendekat di bagi menjadi:
a. Penunjaman antara kedua lempeng samudera.
b. Penunjaman antara lempeng samudra dan lempeng benua.
c. Tumbukan antara kedua lempeng benua saling menjauh, atau
saling menggelangsar. Karena tepian lempeng yang tidak rata, jika
bergesekan maka, timbulah friksi. Friksi inilah yang kemudian
melepaskan energi goncangan.
b. Gempa Vulkanik
Adalah gempa yang disebabkan oleh kegiatan gunung api. Magma
yang berada pada kantong di bawah gunung tersebut mendapat tekanan
dan melepaskan energinya secara tiba-tiba sehingga menimbulkan
getaran tanah.
c. Gempa Runtuhan
Adalah gempa lokal yang terjadi apabila suatu gua di daerah
topografi karst atau di daerah pertambangan runtuh. Sifat gempa bumi
runtuhan : Melalui runtuhan dari lubang-lubang interior bumi.
Sebenarnya mekanisme gempa tektonik dan vulkanik sama.
Naiknya magma ke permukaan juga dipicu oleh pergeseran lempeng
tektonik pada sesar bumi. Biasanya ini terjadi pada batas lempeng
20
gempa vulkanik, efek goncangan lebih ditimbulkan karena desakan
magma, sedangkan pada gempa tektonik, efek goncangan langsung
ditimbulkan oleh benturan kedua lempeng tektonik. Bila lempeng
tektonik yang terlibat adalah lempeng benua dengan lempeng samudra,
sesarnya berada di dasar laut, karena itu biasanya benturan yang terjadi
berpotensi menimbulkan tsunami.
Klasifikasi gempa berdasarkan kedalaman fokus sebagai berikut
(Fowler, 1990):
a. Gempa bumi dangkal (kedalaman 0-60 km)
Gempa bumi dangkal menimbulkan efek goncangan yang
lebih dahsyat dibanding gempa bumi dalam, karena letak
fokus lebih dekat ke permukaan.
b. Gempa menengah (kedalaman 61-300 km)
Gempa bumi menengah terletak pada kedalaman di bawah
kerak bumi, sehingga digolongkan sebagai gempa bumi yang
tidak berasosiasi dengan penampakan retakan atau patahan di
permukaan, namun gempa bumi ini masih dapat diperkirakan
mekanisme terjadinya.
c. Gempa bumi dalam (kedalaman > 300 km)
Gempa bumi dalam, sebenarnya relatif sering terjadi, namun
karena berada pada kedalaman lebih dari 300 km, maka
21
Gambar 2.8 Klasifikasi gempa bumi oleh pergeseran lempeng tektonik
2.2.3 Parameter Sumber Gempa Bumi
Parameter sumber gempa bumi, antara lain :
1. Hiposenter dan Episenter (Focus and Epicenter)
Titik dalam perut bumi yang merupakan sumber gempa dinamakan
hiposenter atau fokus. Proyeksi tegak lurus hiposenter ini ke
permukaan bumi dinamakan episenter. Gelombang gempa merambat
dari hiposenter ke patahan sesarfault rupture. Bila kedalaman fokus
dari permukaan adalah 0 - 70 km, terjadilah gempa dangkal (shallow
earthquake), sedangkan bila kedalamannya antara 70 - 700 km,
terjadilah gempa dalam (deep earthquake). Gempa dangkal
menimbulkan efek goncangan yang lebih dahsyat dibanding gempa
dalam. Ini karena letak fokus lebih dekat ke permukaan, dimana
batu-batuan bersifat lebih keras sehingga melepaskan lebih besar
22
2. Sesar Bumi (Earth Fault)
Sesar bumi (fault) adalah celah pada kerak bumi yang berada di
perbatasan antara dua lempeng tektonik. Gempa sangat dipengaruhi
oleh pergerakan batuan dan lempeng pada sesar ini. Bila batuan yang
menumpu merosot ke bawah akibat batuan penumpu di kedua sisinya
bergerak saling menjauh, sesarnya dinamakan sesar normal (normal
fault). Bila batuan yang menumpu terangkat ke atas akibat batuan
penumpu di kedua sisinya bergerak saling mendorong, sesarnya
dinamakan sesar terbalik (reverse fault). Bila kedua batuan pada
sesar bergerak saling menggelangsar, sesarnya dinamakan sesar
geseran-jurus (strike-slip fault).
Sesar normal dan sesar terbalik, keduanya menghasilkan
perpindahan vertikal (vertical displacement), sedangkan sesar
geseran-jurus menghasilkan perpindahan horizontal (horizontal
displacement).
3. Magnitudo (Magnitude)
Magnitudo adalah sebuah besaran yang menyatakan besarnya energi
seismik yang dipancarkan oleh sumber gempa. Besaran ini akan
berharga sama, meskipun dihitung dari tempat yang berbeda. Ada
bermacam-macam jenis magnitudo gempa, diantaranya adalah:
1. Magnitudo lokal ML (local magnitude)
23
3. Magnitudo gelombang permukaan MS (surface-wave
magnitude)
4. Magnitudo momen MW (moment magnitude)
5. Magnitudo gabungan M (unified magnitude)
Namun yang paling populer adalah magnitudo lokal ML yang tak lain
adalah Magnitudo Skala Richter (SR). Magnitudo ini dikembangkan pertama kali
pada tahun 1935 oleh seorang seismologis Amerika, Charles F. Richter, untuk
mengukur kekuatan gempa di California. Richter mengukur magnitudo gempa
berdasarkan nilai amplitudo maksimum gerakan tanah (gelombang) pada jarak
100 km dari episenter gempa. Besarnya gelombang ini tercatat pada seismograf.
Seismograf dapat mendeteksi gerakan tanah mulai dari 0,00001 mm (1x10-5 mm)
hingga 1 m. Untuk menyederhanakan rentang angka yang terlalu besar dalam
skala ini, Richter menggunakan bilangan logaritma berbasis 10. Ini berarti setiap
kenaikan 1 angka pada skala Richter menunjukan amplitudo 10 kali lebih besar.
Gambar 2.9 Parameter Sumber Gempa Bumi dengan magnitude di wilayah
24
2.3 Gelombang Seismik
Gelombang Seismik adalah gelombang elastik yang menjalar ke seluruh
bagian dalam bumi dan melalui permukaan bumi, akibat ada lapisan batuan yang
patah secara tiba-tiba. Gelombang seismik dapat diklasifikasikan menjadi dua
kelompok, yaitu gelombang badan (body wave) dan gelombang permukaan
(surface wave).
2.3.1 Gelombang Badan (Body Wave)
Gelombang badan adalah gelombang yang menjalar melalui bagian dalam
bumi. Berdasarkan perambatannya gelombang badan dibagi menjadi dua jenis,
yaitu:
1. Gelombang Primer (Gelombang P)
Gelombang P merupakan gelombang longitudinal dimana pergerakan
partikel medium yang melewati searah dengan penjalaran
gelombangnya. Gelombang P dapat menjalar dalam segala medium,
baik padat, cair, maupun gas. Gelombang P mempunyai kecepatan
paling tinggi diantara gelombang lainnya dan tiba paling awal tercatat
pada seismogram.
2. Gelombang Sekunder (Gelombang S)
Gelombang S merupakan gelombang transversal dimana arah
pergerakan partikelnya tegak lurus terhadap arah penjalaran
gelombangnya. Gelombang S tiba kedua setelah gelombang P.
25
a. Gelombang SV adalah gelombang S yang gerakan partikelnya
terpolaritasi pada bidang vertikal.
b. Gelombang SH adalah gelombang S yang gerakan partikelnya
terpolaritasi pada bidang horizontal.
Gambar 2.10 Penjalaran gelombang S (shear wave) dan gelombang P (pressure
wave)
2.3.2 Gelombang Permukaan
Gelombang permukaan adalah gelombang yang menjalar melalui
permukaan bumi. Gelombang ini dibagi menjadi dua jenis, yaitu :
1. Gelombang Rayleigh (R) adalah gelombang permukaan yang gerakan
partikel mediumnya merupakan kombinasi gerakan partikel
2. Gelombang Love (L) adalah gelombang permukaan yang menjalar
dalam bentuk gelombang transversal. Gerakan partikel akibat
26
Gambar 2.11 Penjalaran gelombang badan (body wave) dan gelombang
permukaan (surface wave)
2.4 Teori Bingkas Elastik
Teori yang menjelaskan mekanisme terjadinya gempa bumi, akibat
pensesaran adalah teori bingkas elastik (elastic rebound theory). Konsep teori ini
menyatakan bahwa gempa bumi terjadi akibat proses pensesaran di dalam kerak
bumi sebagai akibat pelepasan mendadak dari strain elastic yang melampaui
kekuatan batuan. Strain elastic ini terakumulasi apabila batuan mengalami
deformasi yang terus-menerus dan semakin besar. Apabila sesar terjadi, bagian
yang berseberangan dengan sesar meloncat ke posisi kesetimbangan yang baru,
dan energi yang dilepaskan akan berbentuk getaran gelombang elastik yang
menjalar dalam bumi dan dirasakan sebagai gempa bumi.
27
(a) (b) (c)
Gambar 2.12 Proses Deformasi Batuan
Gambar 2.4 (a) menunjukan bentuk batuan awal, setelah batuan
mengalami stress geser secara terus-menerus, mengakibatkan batuan mengalami
deformasi, sehingga batuan melengkung seperti ditunjukan pada Gambar 2.4(b).
Arah stress tegak lurus terhadap perambatan gelombang. Jika stress masih terus
bekerja maka batuan akan semakin melengkung sampai suatu saat stress akan
melampaui kekuatan batuan, sehingga batuan akan patah dan bergeser satu sama
lain pada bidang sesar. Proses ini disebut pensesaran yang menyebabkan stress
menghilang dan batuan akan mempunyai posisi kesetimbangan yang baru seperti
ditunjukan pada Gambar 2.4 (c). Apabila stress bekerja lagi, maka batuan akan
mengalami deformasi lagi pada bidang sesar, sehingga batuan akan bergeser
berkali-kali pada bidang sesar disebut sesar aktif.
2.5 Mekanisme Pusat Gempa Bumi
Mekanisme pusat gempa bumi atau focus mechanism adalah istilah yang
digunakan untuk menerangkan sifat penjalaran energi gempa bumi yang berpusat
28
mekanisme penjalaran energi gelombang elastik pada fokus tersebut, sehingga
dengan memperoleh arah gerakan sesar dan arah bidang sesar untuk suatu gempa
bumi diperoleh solusi mekanisme sumber gempa bumi.
2.5.1 Sesar Bumi (Earth Fault) dan Orientasinya
Secara garis besarnya, gerak sesar ini dibedakan menjadi gerak mendatar
(strike slip), gerak vertikal (dip slip) dan gerak miring (oblique slip). Strike slip
terjadi apabila Pembentukan masing-masing jenis gerak sesar ini dipengaruhi oleh
sistem tegasan. Beberapa definisi yang lengkap dari sebagian ahli geologi struktur
tersebut, antara lain :
• (Billing, 1959) :
Sesar didefinisikan sebagai bidang rekahan yang disertai oleh adanya
pergeseran relatif (displacement) satu blok terhadap blok batuan
lainnya. Jarak pergeseran tersebut dapat hanya beberapa milimeter
hingga puluhan kilometer, sedangkan bidang sesarnya mulai dari yang
berukuran beberapa centimeter hingga puluhan kilometer.
• (Ragan, 1973) :
Sesar merupakan suatu bidang rekahan yang telah mengalami
pergeseran.
• (Park,1983) :
Sesar adalah suatu bidang pecah (fracture) yang memotong suatu
tubuh batuan dengan disertai oleh adanya pergeseran yang sejajar
29
Berdasarkan Geometri dan Klasifikasi sesar, terlebih dahulu mengetahui
unsur-unsur geometri dari sesar itu sendiri. Beberapa unsur geometri sesar yang
perlu diketahui, antara lain :
a. Fault Surface (Bidang Sesar) adalah bidang pecah pada batuan yang
disertai oleh adanya pergeseran
b. Fault Line (Garis Sesar) adalah garis yang dibentuk oleh perpotongan
bidang sesar dengan permukaan bumi
c. Fault Trace adalah jejak sesar
d. Fault Outcrop adalah singkapan sesar
e. Fault Scarp adalah gawir sesar
f. Fault Zone adalah zona sesar
g. Fault Wall adalah dinding sesar
h. Hanging Wall adalah blok yang berada di atas bidang sesar
i. Foot Wall adalah blok yang berada di bawah bidang sesar
j. Hade adalah sudut lancip antara bidang sesar dengan bidang vertikal
k. Slip adalah pergeseran relatif antara dua titik yang sebelumnya saling
berimpit
l. Strike Slip Fault adalah pergeseran blok pada bidang sesar yang sejajar
dengan jurus bidang sesarnya
m. Dip Slip Fault adalah pergeseran blok pada bidang sesar yang tegak
lurus terhadap jurus bidang sesarnya atau sejajar dengan arah
kemiringan bidang sesarnya
30
o. Throw adalah jarak pergeseran pada bidang vertikal
p. True Displacement adalah arah dan besarnya jarak pergeseran blok
dekstral, sedangkan untuk dip slip adalah normal atau naik)
t. Separation atau pergeseran semu adalah jarak tegak lurus antara dua
blok yang bergeser dan diukur pada bidang sesar
u. Strike Separation adalah komponen separation yang diukur sejajar
terhadap jurus bidang sesar
v. Dip Separation adalah komponen separation yang diukur sejajar
dengan kemiringan bidang (dip) sesar
w. Slicken Side atau cermin sesar adalah bidang sesar yang permukaannya
licin
x. Slicke Line atau gores garis adalah jejak pergeseran berupa garis-garis
lurus (kadang melengkung) yang disebabkan oleh gerusan antar blok
yang saling bergesekan
y. Pitch adalah sudut lancip yang dibentuk antara gores garis dengan
31
.
Gambar 2.13 Parameter Bidang Sesar Mekanisme Sumber Gempa
Sesar dapat diklasifikasikan berdasarkan :
a. Orientasi pola tegasan utama
b. Gerak relatifnya (Sense of displacement) dan unsur geometrinya
c. Rake dari net slip
d. Separation dan slip
e. Dip of fault dan pitch of net slip
f. Tipe gerakannya.
Gambar 2.14 Arah Bidang Pergerakan Sesar
Di bawah ini akan dibahas beberapa pendapat ahli geologi struktur dalam
membuat klasifikasi sesar, yaitu antara lain :
32
Membuat klasifikasi sesar berdasarkan pada pola tegasan utama sebagai
penyebab terbentuknya sesar. Berdasarkan pola tegasannya ada 3 (tiga)
jenis sesar, yaitu sesar naik (thrust fault), sesar normal (normal fault) dan
sesar mendatar (wrench fault).
Normal fault, jika tegasan utama atau tegasan maksimum, posisinya
vertical
Wrench fault, jika tegasan menengah atau intermediate, posisinya
vertical
Thrust fault, jika tegasan minimum, posisinya vertical
• (Angelier, 1979)
Membuat klasifikasi sesar berdasarkan gerak relatifnya (Sense of
displacement) dan unsur geometrinya, berupa gores-garis (R), pitch (i),
sudut kemiringan (dip) bidang sesar, pergeseran vertikal atu throw (RV),
pergeseran transversal atau heave (RHT) dan pergeseran longitudinal
(RHL). Jenis sesar di dalam klasifikasi ini tergantung pada besarnya nilai
RHL dan RHT. RHL dan RHT ditentukan berdasarkan besarnya pitch dan
33
b. Sesar mendatar naik/normal, apabila RHL > RHT
c. Sesar naik atau normal murni, apabila RHT > 90% (Pitch > 80)
d. Sesar mendatar murni , apabila RHL > 90% (Pitch < 10)
• (Billing, 1977)
Ada 5 (lima) aspek dalam membuat klasifikasi sesar, yaitu :
1. Rake dari net slip
Berdasarkan kedudukan sesar relatif terhadap kedudukan batuan yang ada
di sekitar, terdapat 6 jenis sesar, yaitu Sesar jurus (Strike fault), Sesar perlapisan
(Bedding fault), Sesar kemiringan (Dip fault), Sesar diagonal (Oblique or
diagonal fault), Sesar Longitudinal (Longitudinal fault) dan Sesar transversal
(Transverse fault).
• Sesar jurus (Strike fault) adalah sesar yang arah jurusnya sejajar
dengan arah jurus batuan di sekitarnya.
• Sesar perlapisan (Bedding fault) adalah sesar yang jurusnya sejajar
dengan bidang perlapisan batuan.
• Sesar kemiringan (Dip fault) adalah sesar yang jurusnya tegak lurus
34
• Sesar diagonal (Oblique or diagonal fault) adalah sesar yang jurusnya
membentuk sudut lancip dengan jurus lapisan batuan yang ada di
sekitarnya.
• Sesar Longitudinal (Longitudinal fault) adalah sesar yang jurusnya
sejajar dengan jurus struktur regional di daerah tersebut.
• Sesar transversal (Transverse fault) adalah sesar yang arah jurusnya
membentuk sudut atau tegak lurus terhadap arah umum jurus lapisan
batuan di daerah dimana sesar tersebut berada.
Gambar 2.15 Slip Direction dan Strike Direction Parameter
Berdasarkan Separation, sesar dikelompokan mejadi 3 (tiga), yaitu Dip
separation fault, Strike separation fault dan Combined separation fault :
• Dip separation fault, terdiri atas Normal separation fault, reverse
separation fault dan Thrust separation fault
• Strike separation fault, terdiri atas Left lateral separation fault dan
Right separation fault
• Combined dip and strike separation fault, merupakan kombinasi dip
dan strike separation, misalnya Normal left lateral separation fault,
35
Berdasarkan genetis atau gaya yang bekerja padanya, jenis bidang sesar
dibedakan menjadi :
1. Sesar Naik (Thrust fault/Reserve fault)
Terjadi apabila hanging wall relatif bergerak naik terhadap foot wall.
Berdasarkan sistem tegasan pembentuk sesarnya, posisi tegasan
utama dan tegasan minimum adalah horizontal dan tegasan menengah
adalah vertikal. Umumnya sesar naik tidak pernah berdiri sendiri atau
berkembang tunggal. Sesar selalu membentuk suatu zona (fault zone),
sehingga pada zona sesar dijumpai sejumlah bidang sesar.
Masing-masing bidang sesar tersebut membentuk pola yang sama, yaitu
bidang sesar umumnya memiliki arah kemiringan yang sama dan arah
jalur sesarnya relatif sama. Sejumlah sesar naik (Thrust zone) yang
terbentuk pada periode tektonik yang sama dinamakan sebagai Thrust
Systems. (Boyer dan Elliott, 1982)
2. Sesar Mendatar (Strike slip fault/Transcurent fault/Wrench fault)
Sesar mendatar (Strike slip fault atau Transcurent fault atau Wrench
fault) adalah sesar yang pembentukannya dipengaruhi oleh tegasan
kompresi. Posisi tegasan utama pembentuk sesar ini adalah
horizontal, sama dengan posisi tegasan minimumnya, sedangkan
posisi tegasan menengah adalah vertikal. Umumnya bidang sesar
mendatar digambarkan sebagai bidang vertikal, sehingga istilah
hanging wall dan foot wall tidak lazim digunakan di dalam sistem
36
3. Sesar Turun (Ekstensional fault/Normal fault)
Sesar Turun (Ekstensional fault/Normal fault) terbentuk akibat
adanya tegasan ekstensional (gaya tarikan), sehingga pada bagian
tertentu gaya gravitasi lebih dominan. Kondisi ini mengakibatkan
dibeberapa bagian tubuh batuan akan bergerak turun yang selanjutnya
lazim dikenal sebagai proses pembentukan sesar normal.
Gambar 2.16 Tipe-tipe Arah Pergerakan Sesar
Sesar normal terjadi apabila Hanging wall relatif bergerak ke bawah
terhadap foot wall. Gerak sesar normal ini dapat murni tegak atau disertai oleh
gerak lateral (sinistral atau dekstral). Sistem tegasan pembentuk sesar normal
adalah ekstensional, dimana posisi tegasan utamanya vertikal sedangkan
kedudukan tegasan menengah dan minimum adalah lateral.
2.5.2 Penentuan Mekanisme Sumber Gempa Bumi Menggunakan Polaritas
Gerakan Pertama Gelombang P
Mekanisme sumber gempa bumi merupakan metode yang digunakan
untuk menentukan jenis sesar dengan cara menentukan parameter-parameter sesar
yang terdiri dari strike, dip, dan rake. Mekanisme sumber gempa bumi dapat
ditentukan dengan beberapa cara, antara lain dengan menggunakan polaritas
gerakan pertama gelombang P. Berdasarkan sifat radiasi gelombang P, polaritas
37
dilatasi. Gerakan kompresi ditandai arah gerakan pertama naik, sedangkan
gerakan dilatasi ditandai arah gerakan pertama turun.
Gambar 2.8 menunjukan contoh polaritas gerakan pertama gelombang P.
Lingkaran penuh menggambarkan gerakan pertama gelombang P ke atas
(kompresi) dan lingkaran kosong menggambarkan gerakan pertama gelombang P
ke bawah (dilatasi). Dua garis putus-putus yang saling tegak lurus memisahkan
kelompok gerakan kompresi dan dilatasi. Kedua garis tersebut dinamakan garis
nodal dimana tidak terdapat gerakan gelombang P disepanjang garis tersebut.
Kelompok gerakan kompresi dan dilatasi yang dipisahkan oleh garis nodal
dinamakan kuadran yang letaknya saling berhadapan, saling tegak lurus dan
luasnya sama besar.
Gambar 2.17 Polaritas gerak pertama gelombang P
Sejak model ini ditemukan tahun 1917 banyak sekali analisis telah
dilakukan terhadap gempa bumi yang hampir semuanya menggambarkan
pola-pola sistematis gerakan pertama gelombang P. Pengamatan ini menunjukkan
bahwa hampir semua mekanisme pergerakan sumber gempa bumi dapat
dijelaskan dengan sistem gaya sederhana. Sejak tahun 1960-an model kopel ganda
38
sistem gaya yang dapat menjelaskan polarisasi gerakan pertama gelombang P
secara ilmiah.
2.5.3 Deskripsi Matematis Bidang Sesar dan Kemiringan (Slip Vector)
Bidang sesar dan kemiringan (Slip Vektor) dapat dideskripsikan secara
matematis dengan ilustrasi bidang sesar berikut :
Gambar 2.18 Orientasi bidang sesar yang terdiri dari strike, dip, dan rake
Dalam sistem koordinat (x, y, z) = (North, East, Down) dengan nilai n sebagai
berikut :
n = − sin δ cos s + sin δcos s − cos δ (2.1)
Sedangkan nilai strike-nya adalah:
= cos s + sin (2.2)
Vektor e adalah bidang vertikal antara dua bidang sesar yang saling
berpotongan, terletak pada:
= = cos δ sin s + cos δ cos s – sin δ (2.3)
Vektor e dan c merupakan bidang sesar yang saling tegak lurus, sehingga
nilai sudut rake ditentukan dengan:
39
Dari persamaan di atas diperoleh nilai vektor kemiringan (slip) antara dua
bidang sesar yang saling tegak lurus sebagai berikut:
=
cos λ cos s + sin λ cos δ sin s + cos λ sin s – sin λ cos δ cos s −
cos λ sin δ ! (2.5)
2.6 Teori Pegas Elastis
Proses terjadinya gempa bumi tektonik dapat didefinisikan sebagai
berikut. Misalkan dua lempeng yang saling bergerak relatif terhadap sesamanya,
pergerakan ini menimbulkan gesekan di sepanjang bidang batas kedua lempeng
tersebut. Gesekan kedua lempeng tersebut di asumsikan bersifat elastik, dapat
menimbulkan suatu energi yang disebut energi elastik.
Bila hal ini terjadi terus-menerus, maka terjadi akumulasi energi yang
besar, pada saat kondisi tertentu dimana batuan tersebut tidak mampu menahan
lagi stress/gaya/tekanan yang ditimbulkan oleh gerakan relatif tersebut, energi
elastik yang terakumulasi akan dilepaskan secara tiba-tiba dalam bentuk
gelombang elastik yang menjalar ke segala arah, maka gempa bumi tersebut
terjadi dan dirasakan sebagai suatu getaran. Terjadinya gempa bumi dapat
dijelaskan dengan teori pegas elastis ( Elastic Rebound Theory) pada Gambar
40
Gambar 2.19 Teori Pegas Elastis
Garis tebal vertikal menunjukan pecahan atau sesar pada bagian bumi
yang padat. Pada keadaan I menunjukan suatu lapisan yang belum terjadi
perubahan bentuk geologi. Karena di dalam bumi terjadi gerakan yang
terus-menerus, maka akan terdapat stress yang lama kelamaan akan terakumulasi dan
mampu merubah bentuk geologi dari lapisan batuan.
Keadaan II menunjukan suatu lapisan batuan telah mendapat dan
mengandung stress dimana telah terjadi perubahan bentuk geologi. Untuk daerah
A mendapat stress ke atas, sedang daerah B mendapat stress ke bawah. Proses ini
berjalan terus sampai stress yang terjadi di daerah ini cukup besar untuk
merubahnya menjadi gesekan antara daerah A dan daerah B. Lama kelamaan
karena lapisan batuan sudah tidak mampu lagi untuk menahan stress, maka akan
terjadi suatu pergerakan atau perpindahan yang tiba-tiba sehingga terjadilah
patahan. Peristiwa pergerakan secara tiba-tiba ini disebut gempa bumi.
Pada keadaan III menunjukan lapisan batuan yang sudah patah, karena
adanya pergerakkan yang tiba-tiba dari batuan tersebut. Gerakan perlahan-lahan
41
dan sebuah gempa akan terjadi lagi setelah beberapa waktu lamanya, demikian
seterusnya.
2.7 Teori Dasar Mekanisme Sumber Gempa
Gempa bumi disebabkan oleh sesar, oleh karena itu energi yang
dirambatkan menghasilkan pola gelombang seismik yang dapat berlawanan pula.
Gambar 2.20 menunjukkan bahwa jika terjadi sesar mendatar dextral (geser kiri),
stasiun pada lokasi kuadran II dan IV akan menerima tarikan dan ke atas untuk
tekanan (Santoso, 2002).
Cara mengidentifikasi sifat macam gempa semacam ini disebut mekanisme
sumber gempa. Dengan teknik semacam ini setiap gempa yang terjadi dapat
dianalisa sebagai hasil dari sesar normal, sesar naik maupun sesar mendatar.
Masing-masing arah jurus dan kemiringannya dapat juga ditentukan (Santoso,
2002).
\
Gambar 2.20 Lokasi Daerah Yang Akan Mengalami Tarikan Dan Tekanan Pada
42
2.7.1 Teori Kopel Tunggal dan Kopel Ganda
Untuk menerangkan mekanisme fokus gempa, terdapat dua hipotesa
model gaya yang dipakai, yakni yang dikenal sebagai sistem gaya tipe 1 yang
berupa kopel tunggal dan sistem gaya tipe 2 yang berupa kopel ganda. Hipotesa
model gaya ini diperkenalkan oleh Honda pada tahun 1957. Menurut Honda,
untuk gempa bumi pada dasarnya disebabkan oleh sistem gaya tipe II (Sianturi,
1997).
Teori kopel tunggal menyatakan bahwa di dalam sumber gempa bekerja
dua gaya yang sama dan berlawanan arah, berlaku sebagai momen. Sedangkan
teori kopel ganda menyatakan bahwa pada sumber gempa bumi bekerja empat
gaya yang sama besar dan yang berlawanan arah yang berlaku sebagai sepasang
momen gaya yang saling tegak lurus.
43
Gambar 2.22 Pola Radiasi Untuk Sistem Gaya Kopel Tunggal Dan Model
Elastik Rebound
Konsep mengenai solisi mekanisme sumber gempa dengan menggunakan
gerakan awal gelombang P dibangun dari Teori Bingkas Elastis oleh Reid pada
tahun 1910 (Waluyo, 1992).
2.7.2 Polaritas Gerakan Pertama Gelombang Primer
Mekanisme sumber gempa merupakan metode peninjauan bidang sesar
yang meliputi Strike, Dip, Rake, dan Slip (Suetsugu, 1995). Mekanisme sumber
gempa dapat ditentukan dengan beberapa cara, antara lain dengan menggunakan
polaritas gerakan pertama gelombang P (longitudinal).
Polaritas pertama gelombang P menggambarkan dua kutub yang
berlawanan, yaitu kutub kompresi (arah gerakan naik atau dorongan) dan dilatasi
( arah gerakan turun atau tarikan) tergantung pada arah gerakan tersebut
menjauhi atau mendekati hiposenter. Arah gerakan pertama gelombang P tersebut
dapat dilihat pada seismogram dari masing-masing stasiun seismograf. Secara
sistematis polarisasi gerakan tersebut ditentukan oleh azimuth dan jarak dari
44
Gambar 2.23 menunjukkan contoh polarisasi gelombang P. Lingkaran
perlu menggambarkan gerakan pertama gelombang P ke atas (kompresi) dan
lingkaran kosong menggambarkan gelombang P ke bawah (dilatasi). Dua garis
patah-patah yang saling tegak lurus memisahkan kelompok gerakan kompresi dan
gerakan dilatasi. Kedua garis itu dinamakan garis nodal dimana tidak terdapat
gerakan gelombang P di sepanjang garis tersebut. Kelompok-kelompok gerakan
kompresi dan dilatasi yang dipisahkan oleh garis nodal dinamakan yang letaknya
saling berhadapan, saling tegak lurus dan luasnya sama besar.
Gambar 2.23 Penjalaran Gerakan Awal Primary dan Secondary Wave di dalam
bumi
Sejak model ini ditemukan tahun 1917 banyak sekali analisis telah
dilakukan terhadap gempa bumi yang hampir semua hasilnya menggambarkan
pola-pola sistematis gerakan awal gelombang P seperti tersebut di atas.
Pengamatan ini menunjukan bahwa hampir semua mekanisme pergerakan pusat
gempa dapat dijelaskan dengan sistem gaya sederhana. Sejak tahun
1960-an`model kopel ganda telah ditetapkan dan banyak digunakan oleh para pakar di
bidang seismologi sebagai sistem gaya yang dapat menjelaskan polarisasi gerakan
45
2.7.3 Teori Mekanisme Dengan Metode Impuls Pertama Gelombang Primer
(P)
Ketika gempa bumi terjadi, maka gelombang gempa bumi akan
terpancarkan ke segala arah berbentuk fase gelombang. Fase awal yang tercatat
lebih dahulu ialah gelombang P, karena memiliki kecepatan terbesar dari pada
gelombang yang lainnya.
Arah gerakan pertama impuls dari gelombang P inilah yang kemudian di
amati untuk mempelajari sumber mekanisme. Hal ini dapat disebabkan karena
gelombang P yang paling jelas pembacaannya. Alat yang digunakan pada
umumnya ialah seismograf tipe vertikal, sehingga pembacaan gelombang S
menjadi sulit. Selain untuk menentukan gerakan awal gempa dan studi solusi
bidang sesar, metode ini penting untuk menentukan gerakan dari plate tektonik
dan penting untuk menentukan gerakan relatif dari litosfer.
Solusi untuk menentukan arah dan orientasi menyebabkan terjadinya
bidang sesar yang disebut sebagai Fault Plane Solution. Ada beberapa ketentuan
dalam mempelajari solusi bidang sesar ini :
1. Arah gerak awal gelombang P harus dianggap sama atau sesuai
dengan arah gaya atau kopel yang bekerja di sumber gempa.
Dalam mekanisme gempa bumi terdapat dua hipotesa yang berlaku.
Pertama adalah teori kopel tunggal yang menyatakan bahwa di dalam
sumber gempa bekerja dua gaya yang sama besar dan berlawanan
46
menyatakan bahwa pada sumber bekerja empat gaya yang sama besar
dan berlaku sebagai pasangan momen gaya yang saling tegak lurus.
2. Sumber harus dianggap berbentuk bola di dalam bumi, dimana bumi
dianggap homogen isotropik.
Pada dasarnya solusi bidang sesar adalah mencari dua bidang nodal
orthogonal (orthogonal nodal plane) yang memisahkan gerakan
pertama gelombang dalam kuadran kompresi dan dilatasi pada bola
sumbernya.
Bola sumber adalah suatu ilustrasi dari sebuah bola yang berpusat di
sumber gempa. Bola sumber meliputi jejak seismik yang menjalar dari sumber
gempa sampai ke stasiun penerima. Untuk menentukan posisi suatu titik pada bola
sumber yang memuat informasi impuls pertama gelombang primer (P) kompresi
atau dilatasi, maka yang dipergunakan koordinat sudut sinar (I,(d), I menyatakan
sudut keberangkatan gelombang yang lazim, dimana bisa disebut incident angel.
