PREDIKSI PERIODE ULANG GEMPA BUMI TAPANULI TENGAH DENGAN MENGGUNAKAN METODE
WEIBULL DAN EXPONENSIAL
Oleh :
Yohana D. Ompusunggu NIM 409240037 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala kasih karuniaNya dan hikmat kepada penulis sehingga penulis dapat
menyelesaikan karya ilmiah ini dengan baik dan indah pada waktunya.
Skripsi yang berjudul “Prediksi Periode Ulang Gempa Bumi Tapanuli Tengah dengan Menggunakan Metode Weibull dan Exponensial”, disusun untuk
memperoleh gelar sarjana sains, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Medan. Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan
ucapan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada berbagai pihak yang telah
membantu menyelesaikan skripsi, mulai dari pengajuan judul proposal penelitian
sampai penyusunan skripsi, antara lain Ibu Rita Juliani, S.Si, M.Si selaku dosen
pembimbing skripsi yang telah banyak membantu dan selalu sabar membimbing
penulis dalam menyelesaikan skripsi, Bapak Drs. Rahmatsyah, M.Si selaku
pembimbing akademik dan Bapak Drs. Juniar Hutahean, M.Si selaku dosen
penguji I, Bapak Muhammad Kadri, M.Sc selaku dosen penguji II dan Bapak Drs.
Eidi Sihombing, M.Si selaku dosen penguji III. Disamping itu penulis juga
mengucapkan terimakasih kepada Mas Yosi (staf BMKG Tuntungan) dan Bang
Arman yang telah membantu peneliti dalam melaksanakan penelitian. Ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya teristimewa penulis sampaikan kepada kedua
orang tua Nelson Ompusunggu dan Ruspita Ruth Sitohang yang telah
membesarkan, mendidik, mendukung serta mendoakan dengan kasih sayang yang
tulus serta Kak Nelvi, Sari, Esra, Daniel dan Carmelita yang memberikan
semangat kepada penulis. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada seseorang
yang spesial Paulus yang selalu memberi semangat saat penulis mulai jenuh serta
setia mendukung dalam doa juga teman-teman seperjuangan Fisika Nondik ’09
yang telah memberikan semangat kepada penulis serta adik-adik Fisika Nondik ’10 yang tak dapat disebutkan satu persatu namanya. Juga buat sanak saudara yang selalu menyemangati, Opung, Tante, Sepupu, teman sepelayanan GKHI
Filipi Medan, terlebih PRG-FM yang selalu mendoakan tiada hentinya serta
Penulis menyadari masih ada kekurangan dalam segi penulisan, tata
bahasa, isi, dll sehingga penulis membutuhkan kritik dan saran demi
kesempurnaan skripsi ini melalui email yohanaompusunggu@gmail.com. Semoga
skripsi ini berguna bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam
iii
PREDIKSI PERIODE ULANG GEMPA BUMI TAPANULI TENGAH DENGAN MENGGUNAKAN METODE
WEIBULL DAN EXPONENSIAL
Yohana D. Ompusunggu (NIM 409240037)
ABSTRAK
Tapanuli Tengah berada pada koordinat 1°11’00” - 2°22’0” LU, dan 98°07’ - 98°12’ BT
merupakan salah satu daerah rawan gempa bumi karena memiliki sumber gempa dangkal yang
disebabkan aktivitas patahan Sumatera. Penelitian bertujuan memprediksi periode ulang gempa
bumi di Tapanuli Tengah menggunakan metode Weibull dan Exponensial.
Data yang digunakan adalah data gempa bumi dari tahun 1997-2014 yang diperoleh dari BMKG
dan USGS dengan magnitudo 5,0 SR. Data diolah menggunakan metode Weibull dan
Exponensial dengan bantuan perangkat lunak Mathematica 8,0.
Hasil analisa data untuk penentuan prediksi periode ulang gempa bumi Tapanuli Tengah
menggunakan metode Weibull diperoleh % kemungkinan terjadinya gempa adalah 74,9% dan
menggunakan metode Exponensial diperoleh 69,5%.
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan i
Riwayat Hidup ii
Abstrak iii
Kata Pengantar iv
Daftar Isi vi
Daftar Gambar ix
Daftar Tabel x
Daftar Lampiran xi
BAB I. PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang Masalah 1
1.2. Batasan Masalah 3
1.3. Rumusan Masalah 3
1.4. Tujuan Penelitian 3
1.5.Manfaat Penelitian 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1. Pergerakan Lempeng 4
2.2. Gempa Bumi 9
2.3. Klasifikasi Gempa Bumi 10
2.3.1. Berdasarkan Penyebabnya 10
2.3.1.1. Gempa Tektonik 10
2.3.1.2. Gempa Vulkanik 12
2.3.1.3. Gempa Guguran (Gempa Runtuhan) 13
2.3.1.4.Gempa Tumbukan 14
2.4. Penyebab Terjadinya Gempa Bumi 14
2.4.1. Hiposenter dan Episenter (Focus and Epicenter) 15
2.4.2. Sesar Bumi (Earth Fault) 15
2.5. Ukuran Kekuatan Gempa 15
vii
2.5.3. Skala Richter 17
2.5.2. Skala Kekuatan Moment 18
2.6. Proses Perambatan Gelombang Gempa Bumi 18
2.6. Seismograf 19
2.7. Metode Weibull Tiga Parameter 20
2.7. Metode Exponensial 22
BAB III. METODE PENELITIAN 24
3.1. Metode Penelitian 24
3.2. Tempat Penelitian 24
3.3. Data Penelitian 24
3.4. Diagram Alir Penelitian 24
3.5.Perancangan Diagram Alir Metode Weibull 25
3.6.Perancangan Diagram Alir Metode Exponensial 26
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 28
4.1. Data Penelitian 28
4.2. Hasil Penelitian 28
4.2.1. Metode Weibull 28
4.2.1.1. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2000 28
4.2.1.2. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2010 29
4.2.1.3. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2011 30
4.2.1.4. Peramalan Gempa Bumi untuk yang akan Datang 31
4.2.2. Metode Exponensial 31
4.2.2.1. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2000 31
4.2.2.2. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2010 32
4.2.2.3. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2011 31
4.2.2.4. Peramalan Gempa Bumi untuk yang akan Datang 32
4.3. Pembahasan 34
4.3.1. Metode Weibull 34
4.3.2. Metode Exponensial 34
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 36
5.1. Kesimpulan 37
5.2. Saran 37
DAFTAR PUSTAKA 38
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Skala Mercalli 16
Tabel 2.2. Skala Richter 17
Tabel 4.1. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2000 29
Tabel 4.2. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2010 29
Tabel 4.3. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2011 30
Tabel 4.4. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk yang akan Datang 31
Tabel 4.5. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2000 31
Tabel 4.2. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2010 32
Tabel 4.3. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2011 33
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Pergerakan Lempeng 4
Gambar 2.2. Lempeng Tektonik 11
Gambar 2.3. Gempa Vulkanik 13
Gambar 2.4. Gempa Runtuhan 13
Gambar 2.5. Gempa Tumbukan 14
Gambar 2.6.Seismograf (Alat Pencatat Gempa Bumi) 20
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian 24
Gambar 3.3. Diagram Alir Peramalan 25
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tabel Data Gempa Bumi Tapanuli Tengah 40
Lampiran 2. Tampilan Pemograman Mathematica 8,0
Metode Weibull dan Exponensial 44
Lampiran 3. Surat Persetujuan Hijau 47
Lampiran 4. Surat Persetujuan Putih 48
Lampiran 5. Surat Izin Penelitian 49
Lampiran 6. Surat Jawaban Izin Penelitian 50
Lampiran 7. Kartu Kendali 51
1 1.1. Latar Belakang
Gempa bumi merupakan fenomena alam yang disebabkan oleh adanya
pelepasan energi regangan elastis batuan pada litosfir. Semakin besar energi yang
dilepas semakin kuat gempa yang terjadi. Gerak tiba-tiba sepanjang sesar
merupakan penyebab yang sering terjadi. Klasifikasi gempa bumi secara umum
berdasarkan sumber kejadian gempa. Setiap bencana alam selalu mengakibatkan
penderitaan bagi masyarakat, korban jiwa dan harta benda kerap melanda
masyarakat yang berada di sekitar lokasi bencana. Kejadian bencana alam tidak
dapat dicegah dan ditentukan kapan dan dimana lokasinya, akan tetapi
pencegahan jatuhnya korban akibat bencana dapat dilakukan bila terdapat cukup
pengetahuan mengenai sifat-sifat bencana tersebut (Sembiring, 2008).
Pulau Sumatera merupakan suatu pulau yang memiliki tingkat kegempaan
tinggi karena aktivitas zona penujaman (subduction) lempeng Indo-Australia
menyusup ke bawah lempeng Eurasia sehingga aktivitas zona penujaman
membentuk jalur-jalur gempa bumi. Jalur-jalur gempa bumi menimbulkan terjadi
patahan besar kerak bumi yang membelah sepanjang pulau Sumatera yang
kemudian dikenal sebagai patahan besar Sumatera (Great Fault Sumatera).
Kedalaman sumber gempa di Sumatera bisa mencapai 300 km di bawah
permukaan bumi dan di Jawa bisa mencapai 700 km, sesuai dengan kedalaman
lempeng Indo-Australia menyusup dibawah lempeng Eurasia. Di daratan
Sumatera mempunyai sumber-sumber gempa dangkal yang disebabkan aktivitas
patahan Sumatera. Hal inilah yang menyebabakan Tapanuli Tengah termasuk
daerah rawan terhadap gempa bumi (Rohadi, dkk. 2010).
Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) Bandar
Lampung menyatakan telah terjadi gempa bumi tektonik berkekuatan 5,3 Skala
Richter di tenggara Sibolga, Sumatra Utara, Kamis, 7 Pebruari 2013 pukul 07.41
WIB. BMKG melalui Kepala Stasiun Geofisika Kotabumi Lampung Yuharman,
2 koordinat 1.45 derajat Lintang Utara (LU) dan 98.82 derajat Bujur Timur (BT)
dengan kedalaman 84 km. Gempa di utara daratan Pulau Sumatera ini berada 29
km tenggara Sibolga; 42 km barat daya Tapanuli Selatan; 46 km barat laut
Padangsidempuan; 241 km tenggara Medan Sumatera Utara; dan 1.224 km barat
laut Jakarta. BMKG menegaskan bahwa gempa tidak berpotensi menimbulkan
tsunami (Newswire, 2013).
Dari hasil penelitian Pratiwi (2011), waktu rata-rata terjadinya gempa
untuk kekuatan gempa 5.0-5.7 SR dengan menggunakan distribusi Weibull
1245.14 hari dengan deviasi waktu gempa sekitar 67.16 hari, dengan distribusi
Gumbel yaitu 78.66 hari dari waktu terakhir gempa terjadi dengan deviasi sekitar
33.82 hari. Waktu rata-rata terjadinya gempa untuk kekuatan gempa 5.8-6.5 SR
dengan menggunakan distribusi Weibull sekitar 52.75 bulan dari gempa bumi
yang terakhir terjadi dengan waktu deviasi gempa yaitu sekitar 29.81 bulan,
dengan distribusi Gumbel yaitu yaitu sekitar 31.25 bulan dari waktu terjadinya
gempa terakahir dengan deviasi waktu sekitar 22.45 bulan. Waktu rata-rata
terjadinya gempa untuk kekuatan gempa ≥ 6.6 SR dengan menggunakan distribusi
Weibull sekitar 9,602 tahun dengan deviasi waktu sekitar 16.34 tahun, dengan
distribusi Gumbel yaitu sekitar yaitu sekitar 8.504 tahun dengan deviasi waktu
sekitar 15.67 tahun.
Prediksi penentuan periode ulang gempa bumi perlu dikembangkan
dengan melakukan berbagai metode seperti Metode Weibull dan Exponensial
sehingga penentuan periode ulang gempa bumi dapat dilakukan secara tepat dan
proporsional.
Berdasarkan pertimbangan di atas, penulis tertarik melakukan penelitian
dengan judul: Prediksi Periode Ulang Gempa Bumi Tapanuli Tengah dengan
3 dalam penelitian ini adalah bagaimana mentukan periode ulang gempa bumi di
Tapanuli Tengah dengan Metode Weibull dan Exponensial.
1.3. Batasan Masalah
Penelitian mengenai peramalan gempa pada daerah Sumatera Utara
dibatasi pada:
a. Prediksi gempa dilakukan dengan Metode Weibull dan Exponensial.
b. Prediksi gempa hanya untuk gempa bumi pada daerah Tapanuli Tengah.
c. Prediksi gempa dilihat untuk gempa berkekuatan ≥ 5 Skala Richter.
d. Variabel-variabel yang diteliti yaitu magnitudo dan waktu terjadinya
gempa.
1.4. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah menentukan periode ulang gempa bumi di
Tapanuli Tengah dengan Metode Weibull dan Exponensial.
1.5. Manfaat
a. Sebagai bahan masukan bagi Badan Meteorologi dan Geofisika.
b. Sebagai bahan referensi kepada peneliti sejenis di masa yang akan
datang.
c. Membantu pemerintah dan masyarakat dalam mempersiapkan diri
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil analisis data penelitian di Tapanuli Tengah diperoleh % nilai
rata-rata ralat untuk metode Weibull diperoleh 25,1% dan untuk metode
Exponensial diperoleh % nilai rata-rata ralat 35%. Terlihat bahwa metode Weibull
lebih mendekati waktu tunggu yang sebenarnya dibanding metode Exponensial.
Prediksi gempa bumi dimasa akan datang terjadi pada 13 September 2014 dengan
menggunakan metode Weibull dan 08 September 2014 dengan menggunakan
metode Exponensial. Nilai % ralat tertinggi didapat saat memprediksi gempa bumi
pada tahun 2000 disebabkan mulai tahun 1997 sampai tahun 2000 jarang sekali
terjadi gempa.
5.2. Saran
Dari hasil penelitian yang diperoleh, maka saran untuk penelitian
selanjutnya yaitu dilakukan penelitian untuk daerah lain yang lebih sering terjadi
38 Ofshore South East Sumatra Indonesia, USA, USGS.
BMKG, (2013), http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/gempabumi.bmkg,
Diakses tanggal 6 Januari 2013
Faisal, A., (2012), Mengenal dan Meramal Gempa. Bahan Kuliah M.K. Vibrasi & Teori
Gempa 2012/2013, UMSU Medan
Geo-Earth, (2010), http://i-aghaporia.blogspot.com/2010/01/gempa-jatuhan.html, Diakses
tanggal 10 Januari 2013
Hindadari, W dan Tangkalalo, D., (1999), Aplikasi Data Seismik 3D Untuk Reassement
Lapangan Minyak Tua Studi Kasus Struktur Rantau, Jakarta, Prosiding Lomba
Karya Tulis, Direktorat Eksplorasi dan Produksi Pertamina
Katel. W., (2012),
http://www.wayankatel.com/2012/08/penjelasan-macam-macam-skala-gempa-bumi.html, Diakses tanggal 2 Pebruari 2013
Khoirunni, (2012), http://khoirunnisaputri.blogspot.com/2012_08_01_archive.html,
Diakses tanggal 5 Januari 2013
Maji, T., (2009),
http://tegarmaji.com/2009/09/ukuran-kekuatan-gempa-skala-richter-dan-skala-mercalli/, Diakses tanggal 2 Pebruari 2013
Malau. Nya, (2012), Peramalan Terjadinya Gempa Bumi Tektonik untuk Wilayah Pulau
Nias Menggunakan Metode Distribusi Weibull, Gumbel dan Ekspnensial., Skripsi,
FMIPA, USU, Medan.
Mozaiksains, (2011), http://mozaiksains.wordpress.com/2011/05/27/skala-gempa-bumi/,
Diakses tanggal 3 Pebruari 2013
Newswire, (2013),
http://www.bisnis-sumatra.com/index.php/2013/02/gempal-melanda-sibolga/, Diakses tanggal 2 Januari 2013
Pratiwi, A., (2011), Peramalan Gempa Bumi Tektonik Untuk Wilayah Sumatera Utara
Dengan Menggunakan Metode Distribusi Weibull dan Distribusi Gumbel, Skripsi,
FMIPA, USU Medan
Rohadi, S., Grandis, H., Ratag,M., (2008), Studi Potensi Seismotektonik Sebagai
Precursor Tingkat Kegempaan Di Wilayah Sumatera, Jurnal Meteorologi Dan
39 Rovicky. (2011),
http://rovicky.wordpress.com/2011/08/26/jenis-jenis-gempa-dan-istilah-istilah-gempa.html, Diakses tanggal 7 Januari 2013
Santai Sejenak, (2012),
http://www.santaisejenak.com/bencana-alam/proses-terjadinya-gempa-bumi-tektonik/html, Diakses tanggal 7 Januari 2013
Sembiring, S., (2008),
http://www.satyasembiring.blogspot.com/2008/1/4/gempa-bumi.html, Diakses tanggal 5 Januari 2013
Soerya, (2005), http://soerya.surabaya.go.id/edukasi.net/Fenomena.Alam/Gempa.htm,
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada 13 Juni 1990, di Medan, Sumatera Utara dari
keluarga Nelson Ompusunggu dan Ruspita Ruth Sitohang. Penulis merupakan
anak ke dua dari enam bersaudara. Pada tahun 1997, penulis masuk SD Katolik
Budi Luhur, dan lulus pada tahun 2003. Pada tahun 2003 penulis melanjutkan
sekolah SMP N 4 Muara, dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2006 penulis
melanjutkan sekolah di SMA N 1 Muara dan lulus pada tahun 2009. Pada tahun
2009, penulis diterima di program Studi Fisika Jurusan Fisika, Fakultas
Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan, dan lulus
ujian pada tahun 2014. Pernah PKL (Praktek Kerja Lapangan) di BMKG (Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika) Stasiun Kelas I Tuntungan Medan
Kegiatan intrakurikuler di Universitas Negeri Medan yang pernah diikuti antara
