OPTIMALISASI BANDPASS FILTER UNTUK VARIANCE REDUCTION DALAM PENENTUAN SOLUSI MOMEN TENSOR
DAN MEKANISME FOKUS DENGAN ISOLA-GUI SEQUENCE GEMPA MINAHASA PENINSULA TANGGAL 28 SEPTEMBER
2018 SAMPAI 1 OKTOBER 2018
SKRIPSI
RIO RINALDO TARIGAN 150801005
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
OPTIMALISASI BANDPASS FILTER UNTUK VARIANCE REDUCTION DALAM PENENTUAN SOLUSI MOMEN TENSOR
DAN MEKANISME FOKUS DENGAN ISOLA-GUI SEQUENCE GEMPA MINAHASA PENINSULA TANGGAL 28 SEPTEMBER
2018 SAMPAI 1 OKTOBER 2018
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
RIO RINALDO TARIGAN 150801005
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERNYATAAN ORISINALITAS
OPTIMALISASI BANDPASS FILTER UNTUK VARIANCE REDUCTION DALAM PENENTUAN SOLUSI MOMEN TENSOR
DAN MEKANISME FOKUS DENGAN ISOLA-GUI SEQUENCE GEMPA MINAHASA PENINSULA TANGGAL 28 SEPTEMBER
2018 SAMPAI 1 OKTOBER 2018
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2020 Penulis
Rio Rinaldo Tarigan 150801005
OPTIMALISASI BANDPASS FILTER UNTUK VARIANCE REDUCTION DALAM PENENTUAN SOLUSI MOMEN TENSOR
DAN MEKANISME FOKUS DENGAN ISOLA-GUI SEQUENCE GEMPA MINAHASA PENINSULA TANGGAL 28 SEPTEMBER
2018 SAMPAI 1 OKTOBER 2018
ABSTRAK
Sulawesi merupakan salah satu pulau di Indonesia dengan tingkat seismisitas yang tinggi karena terdapat banyak sesar-sesar aktif khususnya di wilayah Minahasa Peninsula. Pada tanggal 28 september 2018 terjadi gempa di Palu dan Donggala dengan 7.5 Global Centroid Moment Tensor. Gempa tersebut menyebabkan bencana geologis lain yaitu tsunami dan likuifaksi. Penelitian ini membahas tentang solusi momen tensor dan mekanisme fokus di wilayah Minahasa Peninsula pada tanggal 28 september 2018 sampai 1 oktober 2018 dengan menggunakan program ISOLA-GUI. Program ini digunakan untuk mengolah data seismik tiga komponen yang terekam oleh seismogram. Dengan program ISOLA dilakukan pengolahan data yang meliputi: crustal model, event info, memilih stasiun perekam gempa, persiapan data mentah mendefenisikan sumber seismik, melakukan perhiitungan fungsi Green dengan komputasi, melakukan inversi dan plot hasil. Pada inversi dilakukan pemilihan frekuensi bandpass filter untuk mendapatkan variance reduksi yang optimal. Setelah pengolahan, perhitungan dan interpretasi plot hasil maka diperoleh model patahan untuk setiap event gempa yang biasanya digambarkan dengan mekanisme fokus (focal mechanism). Dengan besar momen tensor mainshock gempa (28/09/2018 10:02.44) yaitu -1.068e+19, -3.630e+19, 4.698e+19,
2.460e+19, -2.655e+19, -2.744e+19. Source mechanism strike 205, dip 80, rake -35 dan skalar momen 6.231e+19.
Kata kunci : fungsi Green, mekanisme fokus, momen tensor, Inversi, sesar
BANDPASS FILTER OPTIMALIZATION FOR VARIANCE REDUCTION TO DETERMINING MOMENT TENSOR SOLUTIONS AND FOCAL MECHANISM WITH ISOLA GUI OF
MINAHASA PENINSULA EARTHQUAKE SEQUENCE ON SEPTEMBER 28, 2018 TILL OCTOBER 1, 2018
ABSTRACT
Sulawesi is one of the islands in Indonesia with a high level of seismicity because there are many special active faults in the Minahasa Peninsula region. On September 28, 2018 there was an earthquake in Palu and Donggala with Mw 7.5 Global Centroid Moment Tensor. The earthquake caused other geological disasters namely tsunami and liquefaction. This study discusses of moment tensor solution and focal mechanism on the Minahasa Peninsula on 28 September 2018 to 1 October 2018 using the ISOLA-GUI program. This program is used to process three- component seismic data recorded by seismograms. With the ISOLA program data processing is carried out which includes: scale models, event info, selecting earthquake recording stations, preparing raw data to define seismic sources, calculating Green functions with computation, inversion and plot results. In inversion a bandpass filter frequency is chosen to obtain the optimal variance reduction. After processing, calculating and interpreting the results plot, the fault model for each earthquake event can be understood using focal mechanism. With the main of moment tensor of the mainshock earthquake (28/09/2018 10: 02.44) which is
-1.068e+19, -3.630e+19, 4.698e+19, 2.460e+19, - 2.655e+19, -2.744e+19. Source mechanism strike 205, dip 80, rake -35 and scalar moment 6,231e + 19.
Keywords: fault, focal mechanism, Green function, Inversion, moment tensor
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moral, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar- besarnya kepada :
1. Ibu Dr.Diana Alemin Barus Bapak dan Dr.Titi Anggono M.Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
2. Terimakasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua penulis yang tercinta, kepada Bapak Justianus Tarigan dan Ibu Nurhasnah Sitepu yang telah mendidik dan membesarkan penulis sampai bisa melakukan dan menyelesaikan penulisan skripsi ini serta memberikan inspirasi , dorongan, dana, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis.
3. Terimakasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku Ketua Departemen Fisika, dan Awan Maghfira, S.Si, M.Si selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU,Kak Tini, Bang Jo dan kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
4. Terimakasih kepada Bapak Drs. Takdir Tamba M.Eng.Sc dan Bapak Junedi Ginting M.Si selaku Dosen Penguji penulis atas saran dan masukan dalam penulisan Skripsi ini.
5. Terimakasih kepada Bapak Prof.Dr Timbangen Sembiring M.Sc selaku Dosen pembimbing akademik
6. Terimakasih buat abang penulis Seprima Donanta Tarigan dan Adik penulis Erisa Alvionika Tarigan, Ervia Ratmelia Tarigan yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis.
7. Terimakasih kepada Tigan dan Bulang gang Arihta Kabanjahe, Bitua Rolianna Barus, Kila Naek Sembiring meliala, bang Samuel, bang Jonathan, Tigan Uda dan keluarga, Bulang Cristoper dan keluarga
8. Terima kasih buat keluarga Besar Tarigan Tambun Mergana siTelu Nini ras anak beruna (Tanjung Barus, Berastagi, Medan) yang selalu mendukung mendoakan dan memberi bantuan serta semangat kepada Penulis.
9. Sahabatku,“Physics Unity” (Yoga, Ello, Putra, Berto, Raja, Andreas, Hendy, Samuel, Josua, Yosua, Hanson, Rican, Yoas, Ricky, Ghada, Akbar, Arman, Iyo, Haris, Pardo, Vio, Maria, Sarah, Ayu Monawit, Tingce, Monika, Yolanda, Agustiani, Helena, Meimei, Elyana, Ayu Gulo, Lamhot, Tresy, Dwika, Ira, Amik, Icik, Suwari,) yang telah banyak memberi cerita suka maupun duka, kenangan, kesan, selama masa kuliah penulis. Juga yang sama-sama berjuang dalam setiap kepanitiaan semasa kuliah penulis.
10. Teman teman seperjuangan di LIPI serpong Josua, Matta, Yosua, Hanson, Raja Yoas Zebua Tumanggor Dwika, lamhot, Iyo, Rican, Ijab, Nurul, Vionita khususnya dan yang sudah sama-sama berjuang, saling mendukung dan saling mengingatkan penulis dalam melakukan penelitian.
11. Teman teman seperjuangan yang tertunda satu tahun karena nilai F dan lulus dimasa pandemi corona (Akbar Azhari, Farhan Khalil Sani, Sahrul Azmi, Ayu Monawit Sibuea dan Willy Arti)
12. Adik-adik fisika Stambuk 2016 (Physics Reform), 2017 (Physics Infinity) dan khususnya adik-adik stambuk 2018 (Physics Staunch) yang sudah menemani dan memberi warna dikampus.
13. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan dan kelancaran penelitian ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan skripsi ini.
Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi para pembaca dan kepentingan orang banyak.
Medan, Agustus 2020
Rio Rinaldo Tarigan
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN i
LEMBAR PENGESAHAN ii
PERSETUJUAN iii
ABSTRAK iv
ABSTRACK v
PENGHARGAAN vi
DAFTAR ISI viii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR LAMPIRAN xiii
DAFTAR SINGKATAN xiv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Mamfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penelitian 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gempa Bumi 4
2.2 Tektonik Sulawesi 5
2.3 Jenis Gempa Bumi Ditinjau dari Penyebabnya 8 2.3.1 Gempa Runtuhan (Collapse Earthquake) 8 2.3.2 Gempa Vulkanik (Volcanic Earthquake) 9 2.3.3 Gempa Ledakan (Explosion Earthquake) 9 2.3.4 Gempa Tektonik (Tectonic Earthquake) 9
2.4 Jenis-Jenis Gempa Tektonik 10
2.5 Gelombang gempa 11
2.5.1 Gelombang Badan (Body Wave) 11
2.5.2 Gelombang Permukaan (Surface Wave) 12 2.5.3 Rambatan Gelombang di Dalam Bumi 13
2.6 Mekanisme Fokus 15
2.6.1 Mekanisme patahan 16
2.6.2 Geometri Sesar 21
2.7 Momen Tensor 21
2.8 Magnitudo Gempa Bumi 25
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Data Penelitian 27
3.2 Lokasi Penelitian 27
3.3 Diagram Alir 28
3.4 Pengolahan Data Dalam ISOLA-GUI 29
3.4.1 Membuat File Poles dan Zeros 30
3.4.2 Import Data SAC 32
3.4.3 Menghitung SNR (Signal to Noise Ratio) 34 3.4.3.1 Bandpass filter pada ISOLA-GUI 35 3.4.4 Model Bumi (Define Crustal model) 36
3.4.5 Informasi Event Gempa 37
3.4.6 Pemilihan Stasiun 37
3.4.7 Raw Data Preparation 38
3.4.8 Seismic Source Defenition 39 3.4.9 Komputasi Fungsi Green 40
3.4.10 Inversi 41
3.4.11 Plot hasil 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data 45
4.2 Hasil Pengolahan 45
4.2.1 Analisa Gempa Foreshock 48
4.2.2 Analisa Gempa Mainshock 51
4.2.3 Analisa Gempa Aftershock pertama 54 4.2.4 Analisa Gempa Aftershock ke-dua 56 4.2.5 Analisa Gempa Aftershock ke-tiga 58
4.3 Momen Tensor Inversi 61
4.4 Sebaran Hiposenter Setiap Event gempa 62 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 63
5.2 Saran 64
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 kategori magnitudo gempa 26
Tabel 3.1 Crustal model 36
Table 4.1 Data event gempa Minahasa Peninsula 28 September 2018
hingga 1 Oktober 2018 (berdasarkan data GFZ Potsdam) 45 Tabel 4.2 Hasil pengolahan data event gempa 28/09/2018 07:00:01.00 50 Tabel 4.3 Hasil pengolahan data event gempa 28/09/2018 10:02:44.00 52 Tabel 4.4 Hasil pengolahan data event gempa 28/09/2018 10:50:26.00 55 Tabel 4.5 Hasil pengolahan data event gempa 28/09/2018 13:35:30.00 57 Tabel 4.6 Hasil pengolahan data event gempa 28/09/2018 05:43:34.00 59
Tabel 4.7 nilai momen tensor setiap event gempa 61
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 skema Elastic Rebound Theory 5
Gambar 2.2 Sesat-sesar Sulawesi 6
Gambar 2.3 Jenis- jenis gempa 10
Gambar 2.4 Gelombang gempa bumi, 13
Gambar 2.5 Penjalaran gelombang primer dan sekunder di dalam bumi 14
Gambar 2.6 sesar naik 16
Gambar 2.7 sesar turun 17
Gambar 2.8 sesar mendatar 17
Gambar 2.9 oblique fault 18
Gambar 2.10 Bentuk-bentuk patahan digambarkan dengan mekanisme
Fokus 18
Gambar 2.11 Stereonet strike-slip 19
Gambar 2.12 Stereonet strike-slip dengan dip-angle ≠ 900 19 Gambar 2.13 Beachball untuk mekanisme dip-slip dengan berbagai rake-
angle 20
Gambar 2.14 Geometri patahan 21
Gambar 2.15 Sistem pasangan kopel ganda yang merepresentasikan
komponen dari Momen tensor Cartesian 23 Gambar 3.1 peta lokasi penelitian di Flinn Engdahl Minahasa Peninsula 27 Gambar 3.2 Diagram alir prosesing waveform tiga komponen dengan ISOLA 28
Gambar 3.3 Program utama ISOLA-GUI dalam MATLAB 29
Gambar 3.4 Tampilan pembutan .pz file 30
Gambar 3.5 Amplitude response dan Phase response 31
Gambar 3.6 tampilan pole zero file dengan notepad++ stasiun BKSI untuk
komponen utara-selatan 32
Gambar 3.7 Menu SAC import 33
Gambar 3.8 Auto SAC import untuk mengimport gelombang tiga komponen 33
Gambar 3.9 pemilihan kedatangan gelombang yang berkaitan dengan first motion
atau gelombang primer (P) 34
Gambar 3.10 Tampilan SNR 35
Gambar 3.11 tampilan event info 36
Gambar 3.12 Pemilihan stasiun Gempa 38
Gambar 3.13 Proses koreksi data setiap stasiun 39
Gambar 3.14 Source on a Line or Plane yang digunakan untuk mencari posisi
optimum sumber seismik 40
Gambar 3.15 Menu fungsi Green pada ISOLA 41
Gambar 3.16 Proses perhitungan fungsi Green pada command prompt 41 Gambar 3.17 menu utama inversi ISOLA yang menggunakan Deviatoric momen
ternsor invertion 42
Gambar 3.18 menu plot hasil ISOLA-GUI 43
Gambar 3.19 Plot momen tensor 44
Gambar 3.20 Plot korelasi dan kedalaman untuk melihat korelasi yang tepat 44 Gambar 4.1 data obsevasi dan sintetik menampilkan nilai varian reduksi setiap
komponen dan stasiun gempa yang digunakan untuk mengolah data 46
Gambar 4.2 plot moment tensor 47
Gambar 4.3 hiposenter setiap event gempa Minahasa Peninsula besar beachball
menunjukka besar magnitudo 62
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Response File salah satu stasiun pencatat gempa Lampiran 2 Prosesing Minahasa Peninsula 20180928070001 Lampiran 3 Hasil mekanisme Fokus GFZ Postdam
DAFTAR SINGKATAN
ASCII = American Standard Code For Information Interchange CLVD = Compensated Linear Vector Dipole
DC = Double Couple
GCMT = Global Centroid Moment Tensor GFZ Postdam = Geo Forschungs Zentrum Postdam GMT = General Mapping Tools
GSHHG = Global Self-consistent Hierarchical Hight resolution Geography Database
RESP = Response
SAC = Seismic Analysis Code SNR = Signal to Noise Ratio
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Sulawesi merupakan pulau terbesar ke-11 di dunia dengan luas wilayah 174.600 km². Secara astronomis Sulawesi terletak pada garis 118º BT- 127º BT dan antara 5º LU - 7º 30 LS. Pulau Sulawesi terletak di antara pertemuan 3 lempeng besar yaitu lempeng Indo-Australia, lempeng Pasifik, dan lempeng Eurasia. Ketiga lempeng tersebut saling bertumbukan di bagian garis khatulistiwa sehingga mengakibatkan wilayah tengah Pulau Sulawesi dan sekitarnya menjadi salah satu wilayah yang memiliki kondisi geologi sangat kompleks.
Sulawesi merupakan salah satu pulau di Indonesia dengan tingkat seismisitas yang tinggi hal ini terjadi karena di Sulawesi terdapat beberapa sesar-sesar aktif yang menimbulkan bencana-bencana geologi. Terdapat beberapa sesar yang tersebar di Pulau Sulawesi yaitu Sesar Walannae (Sulawesi Selatan), Palu Koro (Palu hingga Selat Makassar), Sesar Gorontalo, Sesar Batui (Sulawesi Tengah), Sesar naik Selat Makassar dan Sesar Matano, Lawanopo dan Kolaka (Sulawesi Tenggara).
Sesar Palu Koro salah satu sesar yang paling aktif di wilayah Sulawesi yang menyebabkan sering terjadinya bercana geologi di wilayah ini. Salah satunya gempa bumi yang terjadi Palu dan Donggala pada September 2018 dengan magnitude gempa 7.5 yang diikuti dengan bencana geologi lainya seperti tsunami dan likuifaksi. Gempa bumi memiliki karakateristik yang berbeda-beda dan bergantung pada kondisi geologis daerah tersebut
Karakteristik patahan yang mengakibatkan terjadinya gempa bumi perlu dipahami untuk mengetahui karakter dan mekanisme terjadinya gempa tersebut.
Salah satu cara untuk mengetahui karakteristik gempa adalah dengan mengestimasi momen tensor dan mekanisme fokus gempa bumi. Gempa bumi terjadi karena efek pecahnya massa batuan yang menimbulkan gelombang seismik ini direkam pada stasiun dengan menggunakan seismometer tiga komponen. Seismometer tiga komponen adalah seismometer yang memiliki tiga buah sensor. Sensor pertama merekam gelombang seismik pada komponen vertical (Up Down, Z), sensor kedua
merekam komponen utara-selatan (North-South, NS) dan sensor ketiga merekam komponen timur barat (East-West, EW) misalnya seismometer BBVS dan Trilium.
Pemodelan mekanisme fokus dan momen tensor gempa bumi digunakan untuk menggambarkan arah gaya penyebab gempa bumi yang digambarkan dengan beach ball dan berdasarkan pemilihan banspass filter frekuesi signal noise to ratio dan perhitungan fungsi Green serta inversi waveform pada rekaman tiga komponen.
Dengan menggunakan inversi momen tensor, proses sumber gempa secara detail dapat ditentukan melalui pengamatan data yang terekam oleh seismogram. Hasil analisis ini berupa parameter-parameter gempa bumi yang meliputi; hiposenter, magnitudo, besar momen tensor, energi gempa bumi dan model patahan penyebab gempa bumi.
1.2 Rumusan Masalah
Perumusan masalah tugas akhir ini adalah sebagai berikut.
1. Menentukan frekuensi optimal untuk variance reduction dalam penentuan focal mechanism dan solusi momen tensor sequence gempa Minahasa peninsula tanggal 28 September 2018 sampai 1 Oktober 2018 sebagai foreshock, mainshock dan aftershock gempa bumi Flinn Engdahl region Minahasa Peninsula, Sulawesi
2. Menetukan plot fitting kurva waveform yang terekam seismogram dengan data sintetik yang dihitung dengan komputasi fungsi Green menggunakan program ISOLA-GUI
1.3 Batasan Masalah
Adapun yang menjadi batasan masalah yang ada dalam tugas akhir ini antara lain sebagai berikut
1. Magnitudo gempa yang diteliti lebih besar dari 5 dan sebanyak 5 event gempa Minahasa Peninsula, Sulawesi 28 September 2018 sampai 1 Oktober 2018
2. Menggunakan program utama ISOLA -GUI dengan menggunakan fungsi Green dalam proses inversi untuk mengopimalisasi filtering untuk
variance reduction dalam penentuan focal mechanism dan momen tensor gempa.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukanya penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut.
1. Mendapatkan model patahan pada gempa Minahasa peninsula tanggal 28 September 2018 sampai 1 Oktober 2018
2. Mendapatkan solusi moment tensor gempa berdasarkan ISOLA-GUI yang terjadi di Minahasa Peninsula
3. Mendapatkan frekuensi optimal filtering untuk variance reduction dan fitting kurva waveform dengan data sintetik
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian tugas akhir ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai frekuesi bandpass filter yang digunakan untuk inversi data gempa, pola bidang sesar, focal mechanism,kurva waveform dan nilai variance reduction hasil inversi gempa bumi Minahasa Peninsula, Sulawesi Tengah serta dapat digunakan sebagai referensi kegempaan dan mitigasi bencana di willayah tersebut.
1.6 Sistematika Laporan
Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut.
BAB I Pendahuluan, berisi tentang latar belakang penulisan Tugas Akhir, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan laporan Tugas Akhir.
BAB II Tinjauan Pustaka, berisi tentang teori dasar yang melandasi penelitian serta menjadi referensi penulisan Tugas Akhir tersebut.
BAB III Metode Penelitian, berisi tentang metode yang dilakukan dalam penelitian Tugas Akhir.
BAB IV Analisa Data dan Pembahasan, berisi tentang analisa data dan pembahasan hasil pengolahan data.
BAB V Kesimpulan dan Saran, berisi tentang kesimpulan yang didapat dari penelitian tersebut serta saran untuk penelitian selanjutnya.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gempa Bumi
Banyak peneliti kegempaan mengakui bahwa usaha untuk mendeskripsikan peristiwa gempa bumi telah mulai dari filsuf Yunani kuno Aristotele (Otani, 2004).
Namun deskripsi ini hanya besifat teori. Perburuan terhadap makna gempa bumi juga dilakukan di Asia khususnya di Jepang dan China. Secara modern sejarah berkembangnya studi mengenai fenomena gempa bumi dimulai pada akhir abad ke- 19 dimana Bunjiro Kato mengatakan tentang retak/pecahnya lapisan batuan kerak bumi. Walaupun hal ini masih bersifat fakta (bukan penyebab) tapi hal ini menjadi sebuah kemajuan dalam ilmu kegempaan. Pada umumnya, gempa bumi tektonik disebabkan oleh pergeseran lempeng-lempeng tektonik. Menurut teori lempeng tektonik, kerak bumi akan terepecah-pecah menjadi bagian yang disebut lempeng bumi (plate). Lempeng-lempeng tersebut akan terus bergerak kearah yang berbeda.
Berdasarkan convection theory pergerakan disebabkan oleh arus konveksi. Arthur Holmes dan Harry H. Hess dan dikembangkan lebih lanjut oleh Robert Diesz, menyatakan bahwa di dalam bumi yang masih dalam keadaan panas dan berpijar terjadi arus konveksi ke arah lapisan kulit bumi yang berada di atasnya, sehingga ketika arus konveksi yang membawa materi berupa lava sampai ke permukaan bumi di mid oceanic ridge (punggung tengah samudera), (Widodo, 2012)
Pada tahun 1910 ahli seismologi Amerika H.F Reid mengajukan Elastic Rebound theory yaitu teori yang berhubungan dengan accumulated strain energy, realesed enegy, dan elastic rebound pada sebelum, saat dan setelah kejadian gempa.
Teori ini menjelaskan bagaimana energi menyebar saat gempa bumi terjadi. Ditinjau dari skema sederhana blok batuan. (Gambar 2.1 A), massa tanah/batuan sebelum ada tegangan. Akibat adanya pengaruh gaya gravitasi atau gerakan lempeng tektonik maka mulai timbul tegangan/regangan pada massa tanah/batuan (Gambar 2.1 B).
Teganan yang terjadi dapat berupa tegangan geser horizontal maupun tegangan geser vertkal. Teganan dan regangan terus bertambah hal ini berarti bahwa energi regangan (strain energy) juga berakumulasi. Apabila tegangan maksimum batuan telah
dilampaui, maka massa batuan pecah secara tiba-tiba. Pecahnya batuan secara tiba- tiba mengakibatkan sebagian energi yang terakumulasi dilepaskan (released energy).
Energi yang dilepaskan merambat ke segala arah dan menggetarkan permukaan tanah, yang kemudian dikenal sebagai gempa bumi.
Setelah pecah massa tanah/batuan akan berusaha kembali (rebound) dan bahkan melampaui bentuk semula tetapi belum tentu dapat kembali ke posisi semula.
seluruh proses tersebut berulang kembali pada akhir suatu gempa dengan akumilasi deformasi dekat permukaan yang lambat dan terus menerus mengalami pergeseran pada kedalaman tertentu. Pengulangan yang tak berhingga atas pembebanan yang lambat dan pelepasan stress yang cepat pada zona patahan merupakan proses yang berulang dinamakan siklus gempa bumi.
Gambar 2.1 Skema Elastic Rebound Theory,( A) massa tanah sebelum ada tegangan, (B) mulai timbul tegangan dan regangan, (C) pecahnya massa batuan akibat akumulasi energi (Google/something geology)
2.2 Tektonik sulawesi
Tektonik pulau Sulawesi terbentuk akibat dari peristiwa konvergen dan transform. Kerumitan tektonik digambarkan dengan istilah suture yang terjadi di Indonesia, termasuk di Pulau Sulawesi, dan teridentifikasi adanya lima suture di Indonesia, yaitu suture Sulawesi, Maluku, Sorong, Banda, dan Kalimantan. Suture Sulawesi terbentuk akibat proses tumbukan antara kontinen dan kontinen(Paparan Sunda dan Australia) yang merupakan daerah akresi yang sangat kompleks, tersusun
oleh fragmen ofiolit, busur kepulauan dan kontinen.Pembentukan suture Sulawesi diperkirakan terjadi pada kala Oligosen akhir dan berlanjut hingga Miosen awal.
Hingga saat ini diperkirakan deformasi tersebut masih berlangsung (Hall dan Wilson, 2000). Tatanan geologi pulau Sulawesi yang berada di tengah tiga lempeng besar tersebut mempunyai keunikan tersendiri, mengingat bahwa kawasan ini merupakan pertemuan tiga lempeng besar yang saling mengalami tumbukan. Tumbukan lempeng tersebut menyebabkan terjadinya pergeseran unsur-unsur. Kondisi ini menjadikan Pulau Sulawesi sebagai daerah tektonik aktif dengan tingkat seismisitas yang tinggi (Massinai dkk, 2013).
Interaksi ketiga lempeng memberikan pengaruh cukup besar terhadap kejadian bencana alam geologi di Sulawesi pada umumnya dalam wujud gempa bumi, tsunami, gerakan tanah, gunungapi dan banjir yang senantiasa terjadi seiring dengan berlangsungnya aktivitas tektonik. Di kawasan Pulau Sulawesi terdapat beberapa daerah rawan terhadap bencana terutama masalah gempa dan tsunami, seperti daerah-daerah yang berada pada jalur Sesar Walanae, Palu Koro, Selat Makassar terutama bagian tengah dan utara, perpotongan antara sesar Kolaka dan Palu Koro, sesar Gorontalo, Batui, Matano dan sesar Kolaka. Daerah daerah yang harus mendapat perhatian dan harus diwaspadai adalah daerah perpotongan atau persinggungan di antara sesar, karena di daerah ini gempa dapat bergenerasi dan berpotensi menimbulkan bencana geologi.
Gambar 2.2 Sesat-sesar Sulawesi; patahan Walanae, Palu Koro, matano. Lawanoppo, kolaka, Paternoster, Gorontalo, patahan naik Batui-Balantak Subduksi lempeng laut Sulawesi dan subduksi lempeng laut Maluku (Hall)
1. Patahan Walanae
Patahan Walanae berada di bagian selatan Sulawesi Selatan membentang dari selatan (sebelah timur Pulau Selayar) ke utara melalui Bulukumba, Sinjai, Bone, Soppeng, Sidrap, Pinrang dan Majene - Mamuju dan berakhir di Selat Makassar.
Sifat pergerakan adalah sinistral atau mengiri. Patahan Walanae merupakan percabangan dari lanjutan patahan Palu-Koro yang melalui Teluk Bone dan di ujung barat laut menerus hingga patahan Paternoster di Selat Makassar.
2. Patahan Palu-Koro
Patahan Palu-Koro memanjang dari utara (Palu) ke selatan (Malili) hingga teluk Bone sepanjang ± 240 km. Bersifat sinistral dan aktif dengan kecepatan sekitar 25-30 mm/tahun. Patahan Palu-Koro berhubungan dengan Patahan Matano-Sorong dan Lawanoppo-Kendari, sedang di ujung utara melalui Selat Makassar berpotongan dengan zona subduksi lempeng Laut Sulawesi.
3. Patahan Matano dan Lawanoppo
Patahan Matano dan Lawanoppo berpotongan atau menyatu di ujung utara dengan Patahan Palu-Koro, yang mendapat energi dari perpanjangan patahan Sorong dan Tukang Besi di Laut Banda. Kedua patahan ini bersifat sinistral dan aktif, berhubungan dengan pembentukan danau Matano, Towuti dan beberapa depresi kecil lainnya.
4. Patahan Kolaka
Dampak dari pada perkembangan tektonik Kuarter Laut Banda membentuk patahan geser Kolaka yang bersifat sinistral dan aktif. Patahan ini memanjang dari tenggara ke baratlaut melalui Kolaka hingga Teluk Bone memotong patahan Palu- Koro (bawah laut) berlanjut ke kota Palopo ke arah puncak Palopo-Toraja.
5. Patahan Paternoster
Patahan ini terbentang memanjang dari tenggara ke baratlaut di Selat Makassar bersifat destral (menganan) dan aktif. Patahan ini berhubungan dengan patahan Walanae di daratan Sulawesi. Pada bagian selatannya sejajar dengan patahan Flores Barat yang memotong patahan naik Selat Makassar yang juga sifatnya destral.
6. Patahan Gorontalo
Patahan Gorontalo terbentang melalui kota Gorontalo dari tenggara ke baratlaut. Pembentukannya berhubungan dengan keaktifan subduksi lempeng Laut Sulawesi. Sifatnya destral dan aktif.
7. Patahan naik (thrust) Batui-Balantak
Patahan Batui-Balantak terbentuk oleh pengaruh pergerakan lempeng Pasifik Barat ke barat melalui patahan Sorong dan Matano membentuk patahan naik yang aktif.
8. Subduksi lempeng Laut Sulawesi
Terletak di laut Sulawesi sebelah utara Pulau Sulawesi memanjang dari barat ke timur. Subduksi lempeng ini menunjam masuk ke selatan di bawah Sulawesi Utara dan Gorontalo. Subduksi lempeng laut Sulawesi yang aktif diduga membentuk gunungapi Una-una dan deretan gunungapi Manado-Sangihe.
9. Subduksi lempeng Laut Maluku
Zona subduksi lempeng Laut Maluku terbentang di utara Sulawesi dari utara ke selatan di sebelah timur Manado. Lempeng Laut Maluku menunjam ke barat masuk di bawah busur Manado-Sangihe, berhubungan dengan volkanisme dan gempa di kawasan ini.
2.3 Jenis gempa bumi ditinjau dari penyebabnya
Ada beberapa jenis gempa bumi yang dikategorikan berdasarkan sebab-sebab kejadianya, gempa-gempa tersebut mulai dari gempa yang relative kecil hingga pada gempa yang besar.
2.3.1 Gempa runtuhan (Collapse Earthquake)
Runtuhan lapisan tanah baik runtuhan di dalam gua-gua dan tambang- tambang (mine burst) dalam batas-batas tertentu dapat mengakibatkan getaran pada tanah. Kenapa gua-gua atau tambang menjadi runtuh,semata-mata karena tegangan yang berlebihan akibat gaya gravitasi ataupun perubahan properti tanah,/batuan..
Ledakan pada pekerjaan bawah tanah yang mengakibatkan runtuhnya lapisan batu tanah juga dapat mengakibatkan getaran dalam tanah. Getaran tanah yang terjadi mirip seperti gempa bumi walaupun intensitasnya relatif kecil.
2.3.2 Gempa Vulkanik (Volcanic Earthquake)
Gempa vulkanik terjadi karena adanya aktifitas vulkanik yaitu proses keluar paksanya magma panas ke atas permukaan tanah .Keluar paksa yang dimaksud adalah keluamya magma yang tidak lancar sehingga dapat menimbulkan ledakan.
Gempa vulkanik berhubungan dengan kegiatan ledakan gunung berapi, mulai dari ledakan cukup kecil maupun besar. Keluamya magma panas secara paksa tersebut juga sejalan dengan terjadinya driving force akibat panas yang ada di dalam bumi.
Getaran tanah yang ditimbulkan oleh proses keluarnya magma panas secara paksa (meledak) menyerupai gempa bumi walaupun intensitasnya lebih kecil dari gempa tektonik. Lingkungan vulkanik memiliki sumber panas bumi yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik.
2.3.3 Gempa Ledakan (Explosion Earthquake)
Gempa ledakan terjadi karena adanya ledakan yang sangat besar di dalam tanah misalnya akibat percobaan ledakan nuklir di bawah tanah. Ledakan nuklir di bawah tanah dapat akan menghasilkan energi nuklir, panas dan tekanan yang sangat tinggi. Akibatnya, tanah./batuan dipusat ledakan bahkan dapat menguap/menjadi uap karena begitu tingginya panas dan tekanan. Energi, panas dan tekanan yang sangat besar kemudian merambat dari pusat ledakan ke segala arah termasuk ke permukaan tanah. Rusaknya massa batuan akibat ledakan dapat merambat sebagaimana rusak/pecahnya massa tanah akibat gempa (fault). Rusaknya massa tanah/batuan dapat saja sampai dipermukaan tanah sehingga batuan/massa tanah dapat terlempar ke atmosfer. Begitu besarnya energi getaran yang ditimbulkan sehingga getaran tersebut dapat merambat di permukaan kesegala arah dan dapat dirasakan getaranya seperti gempa bumi.
2.3.4 Gempa Tektonik (Tectonic Earthquake)
Gempa tektonik adalah gempa yang umunmya paling besar dibanding dengan jenis gempa-gempa yang lain. Gempa bumi jenis ini erat sekali hubungannya dingan aktivitas lempeng tektonik baik skala regional maupun global. Gerakan lempeng tektonik dapat saling beradu (convergent), saling menggeser (shear), saling tarik (tension) dan kombinasi diantaranya. Dua lempeng tektonik yang saling beradu atau
menggeser akan mengakibatkan tegangan, deformasi dan akan terjadi akumulasi energi regangan.
Gambar 2.3 Jenis- jenis gempa (google)
2.4 Jenis-jenis gempa tektonik
Bentuk tumbukan antara dua lempeng tektonik ini dapat berupa tumbukan langsung (collision) maupun dalam bentuk plat yang satu menyusup di bawah plat yang lain (subduction).
a. Gempa interplate, merupakan Gempa-gempa yang terjadi disekitar fault dan plate boundaries. Bolt (1975, 1996) menyatakan bahwa gempa interplate mempunyai kontribusi lebih dari 90 % pelepasan energi gempa bumi dangkal di dunia.
b. Gempa Interface slip terjadi karena terjadi slip antara down-going dan overriding palate. Gempa-gempa yang terjadi di daerah megatrush
c. Intraplate/ shallow crustal earthquake adalah gempa-gempa yang terjadi dalam crustal-plate/ overriding plate. Gempa yang terjadi di tengah lempeng tektonik yang stabil.
d. Gempa intraslab adalah gempa-gempa yang berada di daerah Benioff.
e. Mid ocean spreading earthquake terjadi di daerah parit samudra.
Sebagaimana diketahui bahwa di tengah dan dasar Samudra Fasifik, Atlanik, dan Samudra Hindia terdapat mid ocean speading ridge yaitu parit memanjang yang menjadikan pemisahan benua
2.5 Gelombang Gempa
Pada saat terjadi gempa, energi regangan (strain energy) yang diakibatkan pecahnya batuan akibat peristiwa mekanik (desak, geser, tarik) kemudian di transfer menjadi energi gelombang. Dari fokus gempa gelombang gempa akan merambat kesegala arah yang salah satu arahnya adalah mencapai perrmukaan tanah. Sebelum mencapai alat pencatat gelombang gempa akan melewati berbagai macam lapisan batuan/tanah. Sebagian gelombang akan dipantulkan, dibiaskan dan ada yang bergerak sepanjang permukaan tanah.
Secara umum gelombang gempa dapat dibedakan menjadi gelombang badan (body wave) yaitu gelombang yang menjalar di dalam bumi dan gelombang permukaan (surface wave) yaitu gelombang energi gempa yang menjalar di permukaan bumi.
2.5.1 Gelombang Badan (Body Wave)
Gelombang badan adalah gelombang yang menjalar dalam media elastik dan arah perambatannya ke seluruh bagian di dalam bumi. Berdasarkan gerak partikel pada medium dan arah penjalarannya, gelombang badan dapat dibedakan menjadi gelombang P dan gelombang S.
Gelombang P merupakan gelombang kompresi atau gelombang longitudinal, Gelombang ini memiliki kecepatan rambat paling besar apabila dibandingkan dengan gelombang seismik yang lain. Gelombang ini dapat merambat pada medium padat, cair, dan gas.
Gelombang primer merambat dari fokus ke segala arah sampai di permukaan tanah. Gelombang ini mempunyai kecepatan yang bervariasi, akan bergantung pada banyak hal diantaranya adalah mass density,poisson’s ratio, elastic modulus, shear modulus dan bulk modulus.
√ ……….(2.1)
dinyatakan kecepatan gelombang-P, λ adalah konstanta lame, µ adalah rigiditas, ρ adalah densitas.
Gelombang badan yang lebih lambat adalah gelombang geser atau S-wave.
Gelombang ini kadang juga disebur transverse wave. Hal ini terjadi karena arah
gerakan partikel akan tegak lurus dengan arah rambatan gelombang. Gelombang ini menimbulkan efek geser dan gelombang geser tidak dapat merambat pada zat cair.
Efek geser ditunjukkan oleh perubahan bentuk elemen, yang membuat elemen kadang-kadang tegak, miring kekanan, miring kekiri dan seterusnya. Apabila suatu elemen mengalami perubahan bentuk karena geser, maka pada elemen yang bersangkutan akan terjadi regangan geser dan tegangan geser. Dengan memperhatikan sifat gelombang tersebut maka gelombang geser tidak dapat merambat dari dasar hingga permukaan laut. Gelombang geser akan mengakibatkan bangunan menjadi begeser dan bergetar. Kecepatan perambatan gelombang sekunder dinyatakan dalam;
√ ……….……….………(2.2)
dinyatakan sebagai kecepatan gelombang-S, adalah rigiditas dan densitas medium.
2.5.2 Gelombang permukaan (Surface Wave)
Gelombang permukaan merupakan gelombang yang berada pada batas permukaan medium. Berdasarkan pada sifat gerakan partikel gelombang permukaan merupakan gelombang yang kompleks dengan frekuensi yang rendah dan amplitudo yang besar. Gelombang ini menjalar akibat adanya efek free surface dimana terdapat perbedaan sifat. Gelombang permukaan terbagi menjadi dua jenis, yaitu Gelombang Rayleigh dan Gelombang Love.
Gerakan Rayleigh wave adalah rambatan gelombang yang menyerupai gelombangg lautan (menggulung) dan mempunyai efek gerak baik vertical maupun horizontal. Gelombang Rayleigh merupakan gelombang permukaan yang orbit geraknya elips tegak lurus dengan permukaan dan arah penjalarannya. Gelombang jenis ini adalah gelombang permukaan yang terjadi akibat adanya interferensi antara gelombang tekan dengan gelombang geser secara konstruktif.
Gerakan partikel pada gelombang ini merupakan kombinasi antara horizontal dan vertical, gelombang ini dapat merambat pada medium cair. Dengan kondisi seperti itu maka amplifikasi gelombang sering terjadi sehingga hal ini akan semakin menambah kerusakan bangunan akibat gempa. Pengaruh gelombang ini berkurang menurut kedalaman lapisan tanah.
Gelombang Love merupakan gelombang permukaan yang mejalar dalam bentuk gelombang transversal yang merupakan gelombang S horizontal yang penjalarannya parallel dengan permukaannya .Gelombang love merupakan gelombang tercepat untuk jenis surface wave. Efek gelombang ini semakin kecil pada titik yang semakin dalam dari permukaan tanah. Gelombang ini mempunyai efek geser horizontal tegak lurus pada perambatan gelombang di permukaan tanah dan tidak ada gerakan yang sifatnya vertikal. Efek gelombang ini mencapai maksimum pada permukaan tanah dan semakin dalam dari permukaan efeknya semakin kecil. Kombinasi antar gelombang Rayleigh dan Love akan menimbulkan getaran tanah secara 3-dimensi.
Gambar 2.4 Gelombang gempa bumi, gelombang permukaan bodi terdiri dari gelombang primer yang merupakan gelombang kompresi (A) dan gelombang sekunder/gelombang transversal (B). gelombang permukaan yang terdiri dari gelombang Rayleigh (C) dan gelombang love (D) (berbagai sumber)
2.5.3 Rambatan gelombang di dalam Bumi
Dari karakteristik gelombang seismik, maka ada daerah-daerah tertentu yang mana suatu gelombang tidak dapat menembus, Khususnya S-wave. Sementara itu para ahli juga telah menghitung secara cermat bahwa pada fokus gempa tertentu, ada daerah-daerah tertentu baik gelombang P-wave maupun S-wave ke dua-duanya tidak dapat dideteksi/direkam(shadow zone). Hal ini terjadi karena pada daerah tersebut S- wave tidak dapat merambat (karena daerah semi liquid) dan P-wave juga tidak dapat merambat karena memasuki tepi daerah semi liquid core sudut pantul relatif kecil dan kecepatan P-wave menurun drastis. Dengan kondisi seperti ini maka alat
perekam gempa harus ditempatkan di banyak tempat untuk membentuk suatu jaringan. Dengan kondisi seperti ini maka kinerja alat perekam saling melengkapi.
Prinsip Fermat menyatakan bahwa waktu jalar gelombang elastik antara dua titik, misalkan titik A dan B, sama dengan waktu tempuh yang terukur sepanjang lintasan minimum yang menghubungkan titik A dan B. oleh karena itu, prinsip Fermat disebut juga prinsip waktu minimum.
Suatu konsep pemodelan yang digunakan menjelaskan peristiwa penjalaran gelombang elastik yang memenuhi prinsip Fermat adalah model raypath. Konsep raypath dikenal dengan istilah konsep berkas seismik. Suatu berkas seismik digambarkan sebagai sebuah garis yang menunjukkan arah perambatan energi gelombang seismik.
Gambar 2.5 Penjalaran gelombang primer dan sekunder di dalam bumi (Goegle)
Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik-titik pengganggu yang berada didepan muka gelombang utama akan menjadi sumber bagi terbentuknya deretan gelombang yang baru. Jumlah energi total deretan gelombang baru tersebut sama dengan energi utama. Didalam eksplorasi seismik titik-titik diatas dapat berupa patahan, rekahan, pembajian, antiklin, dll. Sedangkan deretan gelombang baru berupa gelombang difraksi. Untuk menghilangkan efek ini dilakukanlah proses migrasi Prinsip Huygens sangat penting dalam memahami penjalaran-gelombang dan sering digunakan untuk menggambarkan posisi muka gelombang. Dalam geometri
seismik, muka gelombang di defenisikan sebagai permukaan yang memiliki travel time yang sama atau mempunyai fase yang sama.
2.6 Mekanisme fokus
Mekanisme fokus (focal mechanism) atau mekanisme sumber gempa adalah istilah yang digunakan untuk menerangkan sifat penjalaran energi gempa bumi yang berpusat di hiposenter atau fokus gempa bumi. Sesar sering dianggap sebagai mekanisme penjalaran energi gelombang elastis pada fokus tersebut, oleh sebab itu dengan memperoleh arah gerakan sesar dan arah bidang sesar maka dapat dianalisa solusi mekanisme gempa bumi tersebut.
Analisa ini biasa disebut dengan mekanisme fokus yang biasa direpresentasikan dalam bentuk bola pantai atau yang disebutdengan beach ball.
Mekanisme fokus atau lebih dikenal sebagai Focal Mechanism dari gempa bumi adalah penggambaran dari deformasi inelastis di kawasan sumber yang menghasilkan gelombang seismik. Dalam banyak kasus, hal ini berhubungan dengan peristiwa patahan yang mengacu pada orientasi bidang sesar yang bergeser dan slip vektornya, hal ini dikenal juga sebagai solusi bidang patahan. Mekanisme fokus berasal dari solusi momen tensor gempa bumi, yang dapat diperkirakan bentuknya dari analisis gelombang seismik teramati Saat terjadi gempa bumi, terjadi pelepasan energi yangmenyebar keseluruh bagian bumi.
Mekanisme fokus dapat diturunkan dengan mengamati pola gerakan pertama first motion gempa bumi. Yaitu, apakah gelombang P yang tiba tercatat pertama kali pada seismometer berupa puncak ataulembah. Dalam hal ini, energi yang tersebar oleh gempa akibat sesar membagi bumi menjadi empat bagian. Yaitu dua bagian compression dan dua bagian tension. Perbedaan first motion ini disebabkan karena posisi stasiun terhadap sumber gempa bumi .Dalam pembuatan mekanisme fokus, Gelombang P yang tercatat dari berbagai stasiun dikumpulkan. Lalu gelombang P dibedakan berdasarkan pola first motion-nya. Dalam contoh ini, gelombang P yang tiba di stasiun sebagai puncak gelombang.
2.6.1 Mekanisme Patahan
Gerakan lempeng tektonik menghasilkan tegangan yang mengakibatkan patahan (fault) pada umumnya diakibatkan oleh pengaruh dua gaya yang saling berlawanan baik vertikal maupun horizontal. Apabila terjadi patahan maka telah terjadi permanent shear displacement antara dua blok massa batuan .
Secara umum patahan mempunyai karakteristik yaitu panjang,dalam dan lebar patahan (displacement).panjang patahan dapat beberapa meter sampai ratusan kilometer, lebar patahan dapat sepanjang puluhan meter,
Patahan atau sesar merupakan struktur rekahan yang telah mengalami pergeseran. Gempa bumi sangat dipengaruhi oleh pergerakan batuan dan lempeng pada sesar ini. Arah pergerakan yang terjadi di sepanjang permukaan suatu sesar dikenal sebagai bidang sesar. Apabila bidang sesarnya tidak tegak, maka batuan yang terletak di atasnya dikenal sebagai dinding gantung (hanging wall), sedangkan bagian bawahnya dikenal sebagai dinding kaki atau footwall.
Sesar dapat dibagi kedalam bebarapa jenis sesar yang bergantung pada arah pergeserannya. Selama sesar dianggap sebagai suatu bidang datar, maka konsep kemiringan dari suatu sesar dapat diukur dan ditentukan.
Berikut ini jenis-jenis sesar.
a. Sesar naik (reverse fault atau thrust fault) yakni apabila hangging wall pada sesar tersebut relatif naik terhadap foot wall. Reverse fault apabila dip angle cukup besar sedangkan thrust fault apabila dip angel relatif kecil. Sesar naik diakibatkan oleh gaya desak compression.
Gambar 2.6 Sesar naik; hangingwall relative naik terhadap footwall
(google.com)
b. Sesar turun (normal fault) merupakan sesar dimana hanging wall relatif turun terhadap footwall. Sesar turun merupakan patahan yang diakibatkan gaya tarik.
Gambar 2.7 Sesar turun; sesar dimana hangingwall relatif turun terhadap footwall (google)
c. Sesar mendatar (strike slip fault) yaitu sesar dengan arah gerakan bergerak mendatar relatif satu sama lain.
Gambar 2.8 Sesar mendatar; sesar dengan arah gerakan relatif mendatar (google)
d. Kombinasi antara sesar mendatar dengan sesar naik atau yang sering disebut dengan oblique fault/dip strike slip fault.
Gambar 2.9 Oblique fault; kombinasi antara sesar mendatar dan naik (google)
Sesar tersebut juga dapat diidentifikasi dengan menggunakan diagram bola atau yang sering disebut dengan beach ball. Mekanisme fokus ini didapatkan berdasarkan solusi dari momen tensor. Pola energi radiasi selama gempa bumi dengan satu arah gerakan pada suatu bidang patahan dapat dimodelkan sebagai pasangan ganda, yang digambarkan secara matematis. Hal penting dalam menentukan diagram atau beach ball tersebut ialah salah satu dari bidang merupakan arah sesar gempa.
Gambar 2.10 Bentuk-bentuk patahan digambarkan dengan mekanisme fokus diantaranya; strike-slip, normal fault, reverse fault dan oblique reverse fault (USGS)
Berikut ini mekanisme beachball gempa strike-slip dan dip-slip (normal fault, reverse fault dan oblique reverse fault).Gambar 2.11 adalah mekanisme fokal yang disajikan dalam stereonet untuk mekanisme gempa strike-slip dengan dip-angle 900.
Gambar 2.11 Stereonet strike-slip (USGS)
Apabila dip-angle ≠ 900 artinya bukan jenis strike-slip dengan patahan tegak lurus vertikal maka penggambaran stereonet agak sedikit berbeda. Pada gambar 2.12 adalah contoh contoh lain pada mekanisme strike-slip dengan dip-angle ≠ 900.
Gambar 2.12 Stereonet strike-slip dengan dip-angle ≠ 900 (USGS)
Gambar 2.13 Beachball untuk mekanisme dip-slip dengan berbagai rake-angle (USGS)
2.6.2 Geometri sesar
Seperti yang sebelumnya telah dijelaskan, sesar atau patahan didefinisikan sebagai retakan pada kerak bumi yang memiliki perpindahan relatif pada dua sisinya.
Orientasi bidang patahan ditentukan oleh parameter bidang patahan tersebut.
Parameternya antara lain yakni strike dip, dan rake.
a. Strike () adalah sudut yang dibentuk oleh jurus sesar dengan arah Utara.
Strike diukur dari arah utara ke arah timur searah dengan jarum jam hingga jurus patahan (0º < < 360º).
b. Dip () adalah sudut yang dibentuk oleh bidang sesar dengan bidang horizontal dan diukur pada bidang vertikal dengan arahnya tegak lurus jurus patahan (0º < < 360º).
c. Rake () merupakan sudut yang dibentuk arah slip dan jurus patahan.
Rake berharga positif pada patahan naik (thrust fault) dan negatif pada patahan turun (-180º < < 180º).
Gambar 2.14 Geometri patahan yang menggambarkan mekanisme patahan berdasarkan sudut strike,dip dan rake
2.7 Moment Tensor
Berdasarkan definisinya momen adalah kecenderungan suatu gaya untuk untuk memutar sebuah benda di sekitar sumbu tertentu dari benda tersebut.
Sedangkan tensor didefinisikan sebagai generalisasi dari besaran skalar dan vektor.
Skalar dan vektor juga merupakan bentuk dari besaran tensor. Tensor memiliki nilai dan dua buah arah. Skalar merupakan tensor yang memiliki orde nol, dan vektor
merupakan tensor yang memiliki orde satu. Untuk tensor dengan orde dua atau lebih memiliki nama yang berbeda-beda (dyad, triad,). Orde pada tensor menentukan jumlah komponen tensor itu sendiri karena dirumuskan secara matematis sebagai , di mana n adalah ordenya.
Momen tensor digunakan untuk menentukan besar energi yang di lepaskan gempa . Dari rekaman gelombang yang tercatat pada beberapa seismogram yang di analisis dan kemudian di rata-rata kan untuk mengurangi ralat yang mungkin terjadi. Hal ini lah yang menjadi alasan mengapa dibutuhkan banyak stasiun pencatat gempa untuk menentukan hiposentrum maupun besar energi yang di lepaskan gempa yang terjadi.
Gelombang yang di terima pada seismogram di analisis berdasarkan original time. Terjadinya gempa bumi disebabkan adanya gerakan suatu sesar dengan karakter gerak tertentu. Model gerak sesar dan karakter sesar penyebab gempa bumi dapat diketahui berdasarkan momen tensor gempa bumi. Momen tensor ini digunakan untuk menggambarkan arah gaya penyebab gempa bumi. Dimana menggunakan persamaan dari gungsi Green.
∫ ……….…..(2.3) Komponen rekaman seismik dari sebuah titik sumber dapat ditulis secara sistematis dengan persamaan
∑ ………...……….(2.4) dengan, Uk = rekaman pergeseran pada komponen ke-i
x = posisi receiver
xs = posisi sumber gempa
= fungsi Green
= 6 komponen dasar momen tensor
Dalam koordinat bola, keenam momen tensor tersebut antara lain adalah sebagai berikut.
f1 = Mrr f4 = Mr
f2 = M f5 = Mr
f3 = M f6 = M = M
Konsep momen tensor dapat memberikan deskripsi yang lengkap tentang gaya dari sumber titik seismik. Pada umumnya momen tensor mempunyai 6 komponen momen tensor dasar independen. Apabila (x, xs, t) adalah fungsi Green yang juga melambangkan seismogram sintetik pada stasiun ke-k dan tensor ke-I; Pusat tekanan yang memberikan energi yang merambat kesegala arah dalam bentuk gelombang terdapat pada titik hiposenter gempa. Pada titik tersebut dapat dilakukan analisa mengenai arah vektor gaya tekan berdasarkan informasi gelombang yang terekam pada berbagai stasiun perekaman gelombang gempa.
Karena adanya suatu arah tertentu yang menekan suatu daerah, maka disisi lain yang berkebalikan akan ada regangan akibat adanya kompresi pada suatu sisi.
Konsep dari momen tensor dapat memberikan deskripsi yang lengkap tentang gaya yang berasal dari sumber titik seismik. Momen tensor memiliki sembilan komponen momen tensor yang ditunjukkan pada Gambar
Gambar 2.15 Sistem pasangan gaya (kopel gamda) yang merepresentasikan komponen dari momen tensor cartesian
Komponen momen tensor pada medium isotrop untuk gaya setara dari kopel ganda diberikan oleh
……….………(2.5)
Dimana adalah koefisien geser, A adalah area dari patahan, u menujukkan slip vector dari permukaan sesar dan v adalah vector normal dari bidang sesar.
Kontribusi dari vector sesar normal u dan slip vector v adalah simetris. Dari kesimetrisan M peran vektor u dan v dapat bertukar tempat tanpa mempengaruhi medan perpindahan; yaitu sesar normal setara dengan slip vektor dan sebaliknya.
Ambiguitas dari bidang sesar-bidang bantu ini tidak dapat diselesaikan oleh radiasi seismik dari titik sumber. Oleh karena itu diperlukan studi dari aftershock, permukaan patahan, penunjukan rupture atau perpindahan statis untuk menyelesaikan ambiguitas ini.
√ , √ ……….……(2.6) Tensor dapat di diagonalisasi (trasformasi sumbu utama), dimana vektor eigen memberikan arah dari sumbu utama. Vektor eigen b sebanding dengan nilai eigen nol dengan sumbu nol, vertor eigen t sebanding dengan nilai positif pada sumbu tegangan T, dan vektor eigen p sebanding dengan nilai eigen negatif pada sumbu tekanan, P pada tensor. Sumbu-sumbu tersebut terkait dengan sumbu-sumbu bidang sesar, karena terfokus pada kopel ganda murni. Sumbu-P berada pada arah gerak kompresi maksimum pada permukaan sesar. Sumbu T adalah arah dari gerakan tegangan maksimum.
Momen tensor selalu bersifat simetris. Momen tensor ini juga dapat dideskripsikan sebagai pasangan ganda atau DC (double couple) yang memiliki solusi sembilan komponen seperti yang terlihat pada Gambar. Momen tensor sumber gempa juga dapat dituliskan ke dalam matriks orde 3 3.
= (
)
Karena bersifat simetris, maka Mij sama dengan Mji. Sehingga, dari sembilan komponen momen tensor terdapat enam komponen momen tensor independen. Enam komponen momen tensor tersebut dapat digunakan untuk mengetahui parameter- parameter sesar seperti strike, dip, dan rake. Hubungan parameter-parameter tersebut terhadap momen tensor dapat dirumuskan sebagai berikut.
Selanjutnya, momen tensor ini dapat digunakan untuk menentukan kekuatan gempa bumi menggunakan parameter moment seismik
√ [∑ ] ………...(2.7) Parameter sumber gempa bumi ini digunakan untuk zonasi mikro dan perlakuan resiko seismik. Focal sphere juga digunakan untuk menampilkan mekanism fokus, dimana belahan bumi rendah diplot dan kuadran kompresi dibuat berbayang untuk menghasilkan gambar ”beach ball”.
Berikutnya variance reduction ( dan correlation (C) dihitung dengan persamaan
[| |
| | ] √
Dimana d =data observasi s= data sintetik
2.8 Magnitudo Gempa Bumi
Magnitudo gempa adalah suatu besaran yang menyatakan besarnya energi seismik yang dipancarkan oleh sumber gempa. Besaran ini berharga sama, meskipun diukur dari tempat yang berbeda. Magnitudo gempa merupakan bentuk kuantitafikasi atas kejadian gempa agar masyarakat dapat mengetahui besar kecilnya gempa.
Terdapat dua istilah yang sering mengacaukan pemahaman yaitu antara size/magnitude dan strength suatu gempa. Magnitudo gempa bumi dihitung berdasarkan amplitudo gelombang gempa bumi ataupun properti dan dimensi patahan sedangkan earthquake strength dihitung berdasarkan pelepasan energi (released energy) gelombang seismik. Skala magnitudo gempa relatif berdekatan satu sama lain (1-9) miasalnya skala Richter dan skala MMI, tetapi wave amplitude dan released energy rentang nilainya sangat jauh berbeda
Seismik momen ( ) dianggap sebagai cara terbaik dalam memperoleh ukuran suatu gempa bumi. Hank dan Kanamori (1979) melakukan perhitungan momen seismik untuk menghitung besarnya energy yang dilepaskan oleh gempa dengan memperhitungkan perpindahan yang terjadi di dalam slip di sepanjang sesar dan luas permukaan sesar yang mengalami slip.
Tabel 2.1 kategori magnitudo gempa
No Nama defenisi Aplikasi
1 Local Magnitude Magnitudo gempa lokal,Ts ± 1dt wave length 300m-6000m untuk
jarak episenter R< 1000 km
Untuk gempa dengan
3-7 2
Surface Magnitude
Magnitudo gempa surface wave, R< 1000 km, wave length 60km
T-wave ± 20 detik
Untuk gempa dengan
= 5-7,5 3 Body Magnitude Untuk gempa dalam sehingga
berdasar pada p-wave T-wave ± 1-3 detik
Untuk gempa =5-7
4
Moment
Magnitude Dihitung berdasarkan elastic strain energy released
Untuk
>7,5
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Data Penelitian
Data penelitian yang digunakan adalah data event gempa yang terjadi di flinn Engdahl region Minahasa Peninsula dalam selang waktu tanggal 28 September 2018 hingga 1 Oktober 2018 yang terdiri dari foreshock, mainshock, aftershock gempa.
Data tersebut didapatkan dari institusi seimologi Jerman GFZ postdam.
Perangkat lunak yang digunakan dalam pengolahan data diantaranya;
MATLAB R2012a sebagai program tempat menjalankan program lainya , ISOLA GUI sebagai program utama, General Mapping Tools (GMT)4 untuk plot peta yang dijalanka ISOLA-GUI ditambahkan ke system path, M_map untuk plot peta yang di tambahkan ke MATLAB toolbox, GSHHG (Global Self-consistent Hierarchical Hight resolution Geography Database) ditambahkkan ke M_map, Ghoshcript dan GSview untuk plot solusi momen tensor di tambahkan ke system path dan notepad++
untuk membuat .pz file dan.stn file serta untuk menampilkan hasil copy perhitungan fungsi Green.
3.2 Lokasi penelitian
Lokasi gempa yang di hendak di teliti adalah di Flinn Engdahl Minahasa Peninsula, Sulawesi, yang meliputi patahan Palu Koro dan patahan Gorontalo Seperti yang terlihat pada gembar 3.1
Gambar 3.1 peta lokasi penelitian di Flinn Engdahl Minahasa Peninsula (A) dan letak hiposenter gempa (B) (geofon.GFZpotsdam.de)
3.3 Diagram Alir
Penelitian ini dilakukan berdasarkan mekanisme diagram alir seperti pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Diagram alir prosesing waveform tiga komponen dengan ISOLA START
Input poles zeros(.pz) dari file RESP
Konversi SAC ke ASCII
Input crustal model dan informasi gempa
Pemilihan stasiun
Instrument corection
Komputasi fungsi Green
inversi
Fitting kurva dan 𝑉𝑟
Plot momen tensor
Analisa
FINISH
3.4 Pengolahan Data Dalam ISOLA GUI
Pada dasarnya prinsip pengolahan data ISOLA-GUI adalah pemilihan frekuensi bandpass filter untuk mendapatkan variance reduction yang tepat yaitu perbadingan antara nilai data yang terekam oleh seismometer dengan data sintetik yang dihasilkan dari prosesing ISOLA tersebut.
Setelah semua aplikasi terinstal dengan baik dan dapat dijalankan maka selanjutnya ialah menggunakan program ISOLA-GUI di dalam MATLAB untuk mengolah data seismik. Berikut ini adalah tampilan utama dari program ISOLA-GUI dalam MATLAB.
Gambar 3.3 Program utama ISOLA-GUI dalam MATLAB
Dari gambar 3.3 diatas langkah-langkah mengolah data seismik yaitu create pole zero file → import data→ calculate SNR→ crustal model → event info → memilih stasiun perekam gempa →persiapan data mentah → mendefenisikan sumber seismik → melakukan perhiitungan fungsi Green dengan komputasi → melakukan inversi→ plot hasil.
3.4.1 Membuat file poles dan zeros
Pengolahan data seismik tiga komponen dimulai dengan membuat file .pz (file poles zeros) merupakan salah satu file yang dibutuhkan untuk mengolah data seismogram tiga komponen yang dibuat dari file RESP yang digunakan juga untuk membuat file .stn. Data pole zero digunakan untuk menghilangkan respon instrumen agar sinyal yang di terima merupakan sinyal yang sebenarnya. File ini berhubungan dengan posisi dan karakteristik seismogram pencatat gelombang seismik. Dalam penelitian ini perekam yang digunakan yaitu jenis trillium 120 dan BBVS 60. Jika tidak terdapat file ini maka pengolahan data seismik tiga komponen tidak biasa dilakukan.
.Pz file terdiri dari titik kutup (poles) dan titik nol (zeros) dalam rad/s, normalisasi konstan, digitalisasi sensitivitas (count/s) dan sensitivitas seismometer yang merekam gelombang seismik setiap stasiun pencatat gempa.
Gambar 3.4 Tampilan pembutan .pz file yang terdiri dari titik nol, titik kutup, nama stasiun pencatat gelombang seismik, nilai normalisasi konstan, digitizer sensitivity, sensitivitas seismometer, data yang diperoleh dari response file.
Setelah data diisi dengan tepat maka diplot grafik respon untuk melihat amplitude response seismometer dan phase response seismometer. Jika plot grafik
respon amplitudo seismometer mendatar di angka 1 maka .pz file telah benar. .pz file dibuat tiga file untuk setiap stasiun pencatat gelombang seismik karena data yang diolah juga tiga komponen untuk setiap stasiun yaitu komponen vertikal(up down, Z), komponen utara-selatan (north-south, NS) dan komponen timur-barat (east-west, EW). Misalnya untuk stasiun BKSI maka filenya BKSIBHE.pz, BKSIBHN.pz dan BKSIBHZ.pz. selanjutnya semua file ini disimpan kedalam satu folder untuk semua stasiun pencatat gelombang seismik. Pole zero flile dapat dibuka dan dibuat dengan notepad tetapi tidak dapat melihat amplitude response.
Gambar 3.5 Amplitude response dan Phase response dari pembuatan pole zero file yang menunjukkan data pole zero telah terisi dengan tepat sehingga Amplitude rensponse
menunjukkan grafik yang mendatar pada angka 1
Gambar 3.6 Tampilan pole zero file dengan notepad++ stasiun BKSI untuk komponen utara-selatan
3.4.2 Import Data SAC
Setelah file pole zero dibuat maka pengolaha data dapat dilakukan. lakukan import data SAC/ Seismic Analysi Code ke dalam program ISOLA yang akan dikonversi ke ASCII dan disimpan dalam file data ISOLA-GUI dalam bentuk DAT file untuk setiap stasiun yang merupakan data seismik tiga komponen. Jika komponen gelombang dimasukkan salah maka harus dimasukkan ulang komponen gelombang yang benar.
Import data SAC tujuanya yaitu menyeleksi gelombang yang paling bagus untuk diolah karena tidak semua data rekaman stasiun dapat diolah diakibatkan gelombang seismik tidak terekam dengan baik kemudian data tersebut disimpan yang nantinya diseleksi lagi untuk memaksimalkan hasil pengolahan data gelombang tersebut. Selain file SAC isola juga dapat mengolah data seismik dalam file SEISAN, GCF dan PITSA.
Pada menu ISOLA seperti yang ditampilkan pada gambar 3.7, maka untuk mengimport file SAC maka digunakan menu SAC Import. Selanjutnya akan muncul kotak dialog seperti yang terlihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Menu SAC import, ada dua pilihan untuk mengimport data SAC yaitu dengan SACimport (ketiga komponen harus dimasukkan satu per satu) dan autoSAC import (ketiga komponen akan terimport secara otomatis jika komponen data seismik yang di import benar)
Gambar 3.8 Auto SAC import untuk mengimport gelombang tiga komponen secara otomatis, setelah diimport maka diklik common start time untuk menyimpan origin time dari kejadian gempa berdasarkan rekaman gelombang tersebut yang akan digunakan untuk penyetaraan waktu pada raw data preparation, lebar waktu gelombang juga dapat di potong sesuai kebutuhan pengolahan data
3.4.3 Menghitung SNR (Signal to Noise Ratio)
Setelah melekukan import data SAC dan menyeleksi gelombang tiga komponen yang akan diolah yang disimpan dalam bentuk ASCII. Selanjutnya adalah mengkalkulasikan Signal to Noise Ratio dimana pada tahap ini kita dapat melihat perbandingan spektrum gelombang sinyal seismik dengan noise yang ikut terekam oleh instrumen pencatat gempa dan memilih rentang frekuensi yang akan dipilih sebagai bandpass filter pada saat inversi. Dimana akan dipilih frekuensi rata-rata untuk semua setasiun yang digunakan untuk mengolah data seismik tersebut.
Sebelum mengkalkulasi terlebih dahulu memilih kedatangan gelombang primer dan window length. Pemilihan gelombang P berkaitan dengan first motion maka gelombang P dipilih pada komponen vertikal gelombang seismik. Tampilan calculate SNR seperti pada Gambar 3.9
Gambar 3.9 Pemilihan kedatangan gelombang yang berkaitan dengan first motion
atau gelombang primer (P)
![Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia nomor 424/MENKES/SK/VI/2006 tentang Pedoman pengendalian cacingan - [PERATURAN]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)