ANALISIS COULOMB STRESS GEMPABUMI HALMAHERA BARAT MW=7,2 TERHADAP AKTIVITAS VULKANIK GUNUNG SOPUTAN DAN GUNUNG GAMALAMA TESIS.

(1)

ANALISIS COULOMB STRESS GEMPABUMI HALMAHERA

BARAT MW=7,2 TERHADAP AKTIVITAS VULKANIK

GUNUNG SOPUTAN DAN GUNUNG GAMALAMA

TESIS

Oleh

GOLDBERD HARMUDA DUVA SINAGA

137026006/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

(2)

ANALISIS COULOMB STRESS GEMPABUMI HALMAHERA

BARAT MW=7,2 TERHADAP AKTIVITAS VULKANIK

GUNUNG SOPUTAN DAN GUNUNG GAMALAMA

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi

Magister Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh

GOLDBERD HARMUDA DUVA SINAGA

137026006/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

(3)

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis :

ANALISIS

COULOMB STRESS

GEMPABUMI HALMAHERA BARAT

MW=7,2 TERHADAP AKTIVITAS

VULKANIK GUNUNG SOPUTAN DAN

GUNUNG GAMALAMA

Nama Mahasiswa : GOLDBERD HARMUDA DUVA SINAGA Nomor Induk Mahasiswa : 137026006

Program Studi : Magister Ilmu Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

Ketua

Prof. Dr. Mohammad Zarlis, M.Sc

Anggota

Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phil

Ketua Program Studi,

NIP 19550706 198102 1 002 Prof. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc

Dekan,

NIP 19580623 198601 1 001 Dr. Kerista Sebayang, M.S

(4)

PERNYATAAN ORISINALITAS

ANALISIS COULOMB STRESS GEMPABUMI HALMAHERA

BARAT MW=7,2 TERHADAP AKTIVITAS VULKANIK

GUNUNG SOPUTAN DAN GUNUNG GAMALAMA

T E S I S

Dengan saya mengatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali data, kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 18 Oktober 2016

GOLDBERD HARMUDA DUVA SINAGA 137026006/FIS

(5)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Goldberd Harmuda Duva Sinaga

N I M : 137026006

Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :

ANALISIS COULOMB STRESS GEMPABUMI HALMAHERA BARAT MW=7,2 TERHADAP AKTIVITAS VULKANIK GUNUNG

SOPUTAN DAN GUNUNG GAMALAMA

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalty Non- Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 18 Oktober 2016

GOLDBERD HARMUDA DUVA SINAGA 137026006/FIS

(6)

Telah diuji pada

Tanggal : 18 Oktober 2016

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Mohammad Zarlis, M.Sc Anggota : 1. Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phil

2. Dr. Kerista Sebayang, M.S

3. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S

(7)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama lengkap berikut gelar : Goldberd Harmuda Duva Sinaga, M.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Medan, 28 Oktober 1990

Alamat Rumah : Jalan Menteng VII Gang Bahagia No. 4 Medan

Telepon/Faks/HP : 0852 6044 1571

E-mail :

Instansi Tempat Bekerja : Bimbingan Belajar Kita

Alamat Kantor : Jalan Pratun No.80 , Pasar V Medan Estate, Kec. Medan Tembung, Sumatera Utara 20221

Telepon/Faks/HP : -

DATA PENDIDIKAN

SD : SD. St. Antonius VI Medan Tamat : 2002 SMP : SMP Katolik Tri Sakti I Medan Tamat : 2005

SMA : SMA Negeri 14 Medan Tamat : 2008

Strata-1 : Program Studi Fisika Universitas

Negeri Medan Tamat : 2013

Strata-2 : Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Tamat : 2016

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan karuniaNya, sehingga dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan judul : “Analisis Coulomb Stress Gempabumi Halmahera Barat Mw=7,2 Terhadap Aktivitas Vulkanik Gunung Soputan dan Gunung Gamalama”. Penulisan tesis ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Master Fisika pada Program Studi Ilmu Fisika Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara - Medan.

Dalam penyusunan tesis ini banyak masukan, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

- Prof. Dr. Runtung Sitepu, S.H, M.Hum., selaku Rektor Universitas Sumatera Utara – Medan.

- Dr. Kerista Sebayang, M.S, selaku Dekan Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara-Medan sekaligus pembanding I.

- Prof. Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc., selaku Ketua Program Studi Magister Fisika Universitas Sumatera Utara – Medan

- Prof. Dr. Mohammad Zarlis, M.Sc., selaku pembimbing utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberi dorongan, bimbingan, dan motivasi kepada penulis dalam penyelesaian tesis ini.

- Dr Mester Sitepu, M.Si., selaku pembimbing dua yang selalu bersedia meluangkan waktunya dalam mengarahkan dan membimbing, sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.

- Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S (pembanding II) dan Prof. Dr. Nasruddin Noer, M. Eng. Sc (Pembanding II) yang selalu memberikan masukan.

- Retno Agung PK, M.Si., selaku pembimbing lapangan yang bersedia meluangkan waktunya dalam mengarahkan dan membimbing, sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik

- Seluruh staf dan pegawai BMKG Wilayah I Medan yang membantu dalam penelitian dan pengolahan data penelitian.

- Ayahanda Jamer Sinaga, SE dan Ibunda tercinta Robelan Naibaho, SE yang telah sabar memberikan motivasi serta dukungan moril maupun materi kepada penulis untuk dapat menyelesaikan studi Magister Fisika di Universitas Sumatera Utara. Dan terima kasih juga kepada saudaraku Zanry MH Sinaga atas perhatian dan dukungan serta doa yang diberikan kepada penulis.

- Teman-teman seperjuangan angkatan 2013-2015 dan senior Pascasarjana S3 terutama Pak Timbang Pangaribuan, staf Bimbingan Kita, Fetriana, Juita Pasaribu, Martha Tambunan, Heru B. Hermawan dan yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang selalu bersedia membantu dalam proses penelitian.

Tidak ada kata terindah selain ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyusunan tesis. Penulis tidak dapat membalas kebaikan yang telah diberikan tetapi kiranya Tuhan memberikan anugerah dan berkatnya kepada semua pihak yang telah mendukung penulis.

Dalam penulisan tesis ini disadari bahwa masih terdapat kelemahan dan kekurangan. Oleh karena itu, saran dan masukan dari pembaca demi

(9)

kesempurnaan tesis ini sangat diharapkan. Akhir kata, kiranya Tuhan Yang Maha Kuasa yang membalas kebaikan dari semua pihak dan semoga tesis ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan di Indonesia, Amin.

Medan, 18 Oktober 2016 Penulis,

(10)

ANALISIS COULOMB STRESS GEMPABUMI HALMAHERA BARAT MW=7,2 TERHADAP AKTIVITAS VULKANIK GUNUNG SOPUTAN

DAN GUNUNG GAMALAMA

ABSTRAK

Halmahera Barat merupakan tempat pertemuan tiga lempeng utama yaitu lempeng Indo-Australia, lempeng Eurasia, dan lempeng Pasifik. Letak Halmahera Barat di antara ketiga lempeng, sehingga Halmahera Barat berpotensi daerah rawan gempa. Beberapa peristiwa peningkatan aktivitas gunung Soputan dan gunung gamalama didahului oleh gempa besar. Penelitian ini dilakukan di BMKG wilayah I Medan. Penelitian ini menggunakan Model Coulomb Stress. Model Coulomb Stress ini digunakan untuk melihat daerah penyebaran dari peningkatan dan penurunan tegangan di daerah Halmahera Barat. Data gempa seperti magnitudo, kedalaman gempa, dan focal mechanism diperlukan sebagai input model. Data tersebut diperoleh dari BMKG, Global CMT, dan PVMBG. Data tersebut dianalisis dan hasilnya berupa penyebaran dari peningkatan coulomb stress di gunung Soputan sebesar 0,023 bar dan di daerah gunung Gamalama mengalami peningkatan coulomb stress sebesar 0,007 bar. Perubahan coulomb stress ini diikuti peningkatan aktivitas vulkanik gunung Soputan dan gunung Gamalama dengan tipe letusan freatik.

Kata Kunci : Gempabumi, lempeng, coulomb stress, gunung Soputan, gunung Gamalama, freatik

(11)

COULOMB STRESS ANALYSIS OF WEST HALMAHERA EARTHQUAKE MW=7.2 TO MOUNT SOPUTAN AND GAMALAMA

VOLCANIC ACTIVITIES

ABSTRACT

West Halmahera is the meeting place of three plates, namely the Indo-Australian plate, the Eurasian plate, and the Pasific plate. The location of the West Halmahera is located in the thress plates, so the Western Halmahera potentially earthquake-prone areas. Some events increased activity of Mount Soputan and Mount Gamalama preceded by a massive earthquake. This research was conducted in the BMKG Region I Medan. This research uses Coulomb Stress Model. Coulomb Stress Model was used to view the distribution area increasing and decreasing the stress in the area of West Halmahera. Data such as the earthquake magnitude, earthquake depth, and focal mechanism required as input models. The data obtained from BMKG, Global CMT, and PVMBG. Data are analyzed and the result is an increase in the coulomb stress distribution at Mount Soputan 0.023 bar and in mountain Gamalama increase coulomb stress of 0,007 bar. This stress followed by increased volcanic activity of the mountain Soputan and Mount Gamalama with freatic eruption type

Keyword : Earthquake, plates, coulomb stress, mountain Soputan, mountain Gamalama, freatic

(12)

DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ... i ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 4 1.3 Batasan Masalah ... 4 1.4 Tujuan Penelitian ... 5 1.5 Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Gempabumi ... 7

2.2 Jenis-Jenis Gelombang Gempa ... 6

2.2.1 Penentuan Jenis Sesar ... 8

2.2.2 Energi Magnitudo ME 2.3 Laut Maluku ... 11 2.4 Gunung Berapi ... 11 ... 10 2.4.1 Gunung Soputan ... 15 2.4.2 Gunung Gamalama ... 13

2.5 Konsep Perubahan Coulomb Stress (Coulomb Stress Change)... 16

2.6 Gempa Susulan Aceh (26 Desember 2004) terhadap Distribusi Perubahan Tekanan Coulomb Stress Change ... 19

2.7 Aktifitas Vulkanik Gunung Merapi Maret 2014 yang Diperngaruhi Gempa Tektonik ... 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 23

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 23

3.2 Metode Penelitian ... 23

3.3 Peralatan dan Bahan ... 23

3.4 Diagram Alir Penelitian ... 24

3.5 Prosedur Penelitian ... 25 3.5.1 Studi Literatur ... 25 3.6 Data Validasi ... 26 3.7 Pengumpulan Data ... 26 3.8 Proses Data ... 27 3.9 Coulomb 3.3 ... 28

3.10 Proses Analisis dan Pemetaan ... 30

(13)

3.10.2 Pemograman Coulomb 3.4 ... 33

3.10.3 Proses Analisis data dengan ArcGis ... 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 36

4.1 Parameter Gempabumi dalam Coulomb Stress ... 37

4.2 Distribusi Perubahan Coulomb Stress Gempa 7,2 Mw Halmahera Barat 15 Nopember 2014 ... 37

4.2.1 Perubahan Coulomb Stress Gunung Soputan dan Gunung Gamalama pada Gempa 7,2 Mw 15 Nopember 2014 ... 39

4.3 Perubahan Coulomb Stress Halmahera Barat Desember .... 2004- 2005 ... 40

4.3.1 Distribusi Perubahan Coulomb Stress di Halmahera Barat Periode Nopember 2004-2005 ... 41

4.3.2 Perubahan Coulomb Stress Gunung Soputan dan Gunung Gamalama Periode Nopember 2004- Desember 2005 ... 42

4.4 Perubahan Coulomb Stress Halmahera Barat tahun 2006 ... 43

4.4.1 Distribusi Perubahan Coulomb Stress di Halmahera Barat Tahun 2006 ... 44

4.4.2 Perubahan Coulomb Stress Gunung Soputan dan Gunung Gamalama Tahun 2006 ... 45

4.5 Perubahan Coulomb Stress Halmahera Barat tahun 2007.... 46

(14)

4.10.1 Distribusi Perubahan Coulomb Stress di Halmahera

Barat Tahun 2012 ... 59

4.12 Perubahan Coulomb Stress Halmahera Barat Tahun 2014 . 64 4.12.1 Distribusi Perubahan Coulomb Stress di Halmahera Barat Tahun 2014 ... 65

4.13 Hubungan Nilai Coulomb Stress terhadap Aktivitas Vulkanik Gunung Soputan dan Gunung Gamalama ... 68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 72

5.1 Kesimpulan ... 72

5.2 Saran ... 73 DAFTAR PUSTAKA

(15)

DAFTAR GAMBAR

No. Gambar Judul Halaman

2.1 Gelombang P dan Gelombang S 7

2.2 Parameter orientasi bidang sesar 9

2.3 Tiga jenis sesar utama beserta mekanisme fokusnya. Berturut- turut dari atas ke bawah sesar turun (a), sesar naik (b), dan sesar geser (c)

10

2.4 Coulomb Stress Failure gempa Aceh 26 Desember 2004 dan susulannya

20 2.5 Distribusi akumulasi ΔCFS setelah gempabumi 25

januari 2014, (a) crossline distribusi horizontal; (b)Distribusi vertikal hingga 100 km

22

3.1 Diagram alir penelitian 25

3.2 Perubahan coulomb stress 29

3.3 Tampilan Coulomb 3.3 dengan berbasis MATLAB 31

3.4 Input data Coulomb 31

3.5 Hasil input data gempa dengan coastline 31

3.6 Hasil Coulomb Stress Halmahera Barat 32

3.7 Hasil perhitungan Coulomb Stress Halmahera Barat 32 4.1 a) Distribusi perubahan tegangan coulomb

gempabumi Halmahera Barat 7,2 Mw 15 Nopember 2014 pada kedalaman 60 km, b)Kondisi patahan 3D

38

4.2 Cross section A-B perubahan tegangan coulomb gempabumi Halmahera Barat 7,2 Mw 15 Nopember 2014 terhadap kedalaman 10 km

38

4.3 a) Peta irisan daerah gunung Soputan, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Soputan pada gempabumi Halmahera Barat 7,2 Mw 15 Nopember 2014 di kedalaman 10 km

39

4.4 a) Peta irisan daerah gunung Gamalama, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Gamalama pada gempabumi Halmahera Barat 7,2 Mw 15 Nopember 2014 di kedalaman 10 km

40

4.5 Grafik Gempabumi Halmahera Barat Nopember 2004 – Desember 2005

41 4.6 Distribusi perubahan tegangan coulomb gempabumi

Halmahera Barat Nopember 2004 - Desember 2005 pada kedalaman 10 km

41

4.7 a) Peta irisan daerah gunung Soputan, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Soputan Nopember 2004-Desember 2005 di kedalaman 10 km

42

4.8 a) Peta irisan daerah gunung Gamalama, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah

(16)

di kedalaman 10 km

4.9 Grafik gempabumi Halmahera Barat tahun 2004-2006

Halmahera Barat tahun 2004 - 2006 pada kedalaman 10 km

44

4.11 a) Peta irisan daerah gunung Soputan, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Soputan tahun 2004-2006 di kedalaman 10 km

45

4.12 a) Peta irisan daerah gunung Gamalama, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Gamalama tahun 2004-2006 di kedalaman 10 km

45

4.13 Grafik gempabumi Halmahera Barat Tahun 2004-2007

Halmahera Barat tahun 2004-2007 pada kedalaman 10 km

47

4.15 a) Peta irisan daerah gunung Soputan tahun 2004-2007, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Soputan tahun 2007 di kedalaman 10 km

47

4.16 a) Peta irisan daerah gunung Gamalama, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Gamalama Tahun 2004 - 2007 di kedalaman 10 km

48

4.17 Grafik gempabumi Halmahera Barat tahun 2004 - 2008

49

4.19 a) Peta irisan daerah gunung Soputan, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Soputan tahun 2004 - 2008 di kedalaman 10 km

50

4.20 a) Peta irisan daerah gunung Gamalama, b) Cross section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Gamalama tahun 2004 - 2008 di kedalaman 10 km

50

4.21 Grafik gempa Halmahera Barat tahun 2004 - 2009 51 4.22 Distribusi perubahan tegangan coulomb gempabumi

52

(17)

53

54

55

56

4.29 Grafik gempa Halmahera Barat Tahun 2004 - 2011 56 4.30 Distribusi perubahan tegangan coulomb gempabumi

Halmahera Barat pada kedalaman 10 km

57 4.31 a) Peta irisan daerah gunung Soputan, b) Cross

section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Soputan tahun 2004 - 2011 di kedalaman 10 km

58

60

61

62

(18)

section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Gamalama tahun 2004 - 2013 di kedalaman 10 km

65

4.43 Cross section A-B perubahan tegangan coulomb gempabumi Halmahera Barat tahun 2004 - 2014 terhadap kedalaman 10 km

66

4.44 Vektor Patahan dari gempabumi Halmahera Barat periode 2004-2014

66 4.45 Kerangka Patahan dari gempabumi Halmahera Barat

periode 2004-2014

66 4.46 a) Peta irisan daerah gunung Soputan, b) Cross

section A-B perubahan tegangan coulomb di bawah gunung Soputan tahun2004 - 2014 di kedalaman 10 km

67

68

4.48 Grafik perubahan coulomb stress pada gunung Soputan dan gunung Gamalama periode 2004-2014

(19)

DAFTAR LAMPIRAN Nomor

Lampiran Judul Halaman

A Perhitungan Matematika Coulomb Stress 79

B Data Gempabumi BMKG 82