estimasi pola bidang sesar dan momen tensor ...repository.its.ac.id/50539/1/01111340000039...i...

i

TUGAS AKHIR – SF 141501

ESTIMASI POLA BIDANG SESAR DAN MOMEN TENSOR GEMPA BUMI WILAYAH FUKUSHIMA JEPANG PADA TAHUN 2016 Meindy Fortunawati Grania NRP 1113100039 Dosen Pembimbing Prof. Dr. rer.nat. Bagus Jaya Santosa, S.U NIP.19620802 198701.1.001

DEPARTEMEN FISIKA Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

i

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR – SF 141501

ESTIMASI POLA BIDANG SESAR DAN MOMEN TENSOR GEMPA BUMI WILAYAH FUKUSHIMA JEPANG PADA TAHUN 2016 Meindy Fortunawati Grania NRP 1113100039 Dosen Pembimbing Prof. Dr. rer.nat. Bagus Jaya Santosa, S.U NIP.19620802 198701.1.001

DEPARTEMEN FISIKA Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

ii

COVER

FINAL PROJECT – SF 141501

ESTIMATED PATTERNS OF SESAR AND MOMENT

TENSOR EARTHQUAKE OF JAPANESE

FUKUSHIMA REGION IN 2016

Meindy Fortunawati Grania

NRP 1113100039

Advisors

Prof. Dr. rer.nat .Bagus Jaya Santosa, S.U NIP.19620802 198701.1.001

Department of Physics

Faculty of Mathematics and Science

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2017

iii

ESTIMASI POLA BIDANG SESAR DAN MOMEN

TENSOR GEMPA BUMI WILAYAH FUKUSHIMA

JEPANG PADA TAHUN 2016

HALAMAN PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan

Program S-1

Pada

Bidang Studi Fisika Bumi

Program Studi S-1 Departemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh:

Meindy Fortunawati Grania

NRP. 1113 100 039

Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir:

Prof. Dr.rer.nat. Bagus Jaya Santosa, S.U (……...…….…..)

Surabaya, Juni 2017

iv

ESTIMASI POLA BIDANG SESAR DAN MOMEN


JEPANG PADA TAHUN 2016

Penulis : Meindy Fortunawati Grania

NRP : 1113100039

Jurusan : Fisika FMIPA ITS

Dosen Pembimbing : Prof. Dr.rer.nat. Bagus Jaya Santosa,S.U

ABSTRAK

Abstrak

Jepang merupakan negara yang wilayahnya terdapat empat

lempeng tektonik aktif yang bertemu satu sama lain sehingga

dilakukan penelitian mengenai mekanisme fokus pada gempa bumi

Fukushima, Jepang yang bertujuan untuk menentukan nilai momen

tensor, jenis pola bidang sesar dan besar slip dengan menggunakan

9 event gempa bumi dengan magnitudo diatas 4.7 SR. Penenetuan

nilai momen tensor dilakukan dengan menggunakan inversi tiga

waveform komponen dengan metode iterasi dekonvolusi

menggunakan program ISOLA-GUI yang dijalankan oleh Matlab.

Dari hasil inversi didapatkan parameter sesar yaitu strike, dip dan

rake untuk dua nodal yang akan dianalisa untuk menentukan

bidang patahan. Hasil dari inversi momen tensor direpresentasikan

dengan menggunakan beachball yang menggambarkan daerah

kompresi dan dilatasi. Dari pengolahan data diperoleh bahwa

gempa Fukushima disebabkan oleh patahan yang terdapat pada

litosfer benua yang menyebabkan terjadinya gempa bumi. Pola

bidang sesar yang terjadi didominasi sesar normal (normal fault)

dan sesar naik (reverse fault) dengan rentang nilai momen tensor

Mrr = 0.055 exp15 sampai 9.522 exp17, Mtt = 0.116 exp15 sampai

2.345 exp17, Mpp= 0.035 exp15 sampai 5.735 exp17, Mrt= 0.165

exp15 sampai 2.268 exp17, Mrp = 0.222 exp15 sampai 5.640

exp17, Mtp = 0.086 exp15 sampai 4.585 exp17. Sedangkan untuk

besarnya slip maksimum yaitu mencapai 1100 m.

Kata kunci: Gempa Fukushima, mekanisme fokus, momen tensor

v

“ halaman ini sengaja dikosongkan ”

vi

ESTIMATED PATTERNS OF SESAR AND MOMENT

TENSOR EARTHQUAKE OF JAPANESE FUKUSHIMA

REGION IN 2016

Name : Meindy Fortunawati Grania

NRP : 1113100039

Department : Physics FMIPA ITS

Supervisior : Prof. Dr.rer.nat. Bagus Jaya Santosa,S.U

ABSTRAK

Abstract

Japan is a country where there are four active tectonic plates

that meet each other so that research is conducted on the

mechanism of focus on the earthquake Fukushima, Japan which

aims to determine the value of tensor moment, type of pattern of

fault and large slip by using 9 earthquake events with magnitude

above 4.7 SR. The identification of tensor moment values is

performed by inversion of three component waveforms by

deconvolution iteration method using ISOLA-GUI program run by

Matlab. From the inversion result, the parameters of fault are strike,

dip and rake for two nodes that will be analyzed to determine the

fault area. The result of a tensor moment inversion is represented

by using a beachball depicting the compression and dilatation

areas. From the data processing it was found that the Fukushima

earthquake was caused by a fracture found in the continental

lithosphere that caused the earthquake. The pattern of cesarean

field that occurs is dominated by normal fault and reverse fault with

tensor moment value range of Mrr = 0.055 exp15 to 9,522 exp17,

Mtt = 0.116 exp15 to 2,345 exp17, Mpp = 0.035 exp15 to 5,735

exp17, 0.165 exp15 to 2,268 exp17, Mrp = 0.222 exp15 to 5,640

exp17, Mtp = 0.086 exp15 to 4,585 exp17. As for the maximum

slip that reaches 1100 m.

Keywords: Focal mechanism, Fukushima earthquake, moment

tensor

vii

“ halaman ini sengaja dikosongkan ”

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat serta hidayah-Nya, sehingga dapat

menyelesaikan Laporan Tugas Akhir di Jurusan Fisika FMIPA ITS

dengan judul:

“ESTIMASI POLA BIDANG SESAR DAN MOMEN


JEPANG PADA TAHUN 2016”

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini

tidak terlepas dari bantuan dukungan dari berbagai pihak, oleh

sebab itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. rer. nat. Bagus Jaya Santosa, S.U selaku dosen

pembimbing Tugas Akhir dalam memberi bimbingan dan

wawasan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir

ini.

2. Keluarga tercinta, Mama Nur Isnaeni, Papa Matrai Faridhin,

Kakak Mandra Farandy Janitra beserta Istri Kakak Alivia

Rizky Nuriyanto, Kakek dan Nenek yang telah memberikan

doa, bantuan sebagai penyemangat yang luar biasa bagi penulis

sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini

3. Bapak Dr. Yono Hadi P., M. Eng dan Dr. rer. nat. Eko Minarto,

selaku Ketua Jurusan dan Seketaris Jurusan Fisika FMIPA ITS

yang telah memberikan kemudahan sarana selama kuliah

sampai terselesainnya Tugas Akhir ini.

4. Kepada sahabat-sahabat, Wildatun Islamiyah, Aulia’ur

Rohman, Aditya Yossita Rahadini, Rayhan Syauqiya Haf,

Shona Arum Fajartika, Devi Nurulfa terima kasih telah

menjadi sahabat yang memberikan bantuan, canda tawa,

semangat selama belajar di Fisika ITS dalam menyelesaikan

Tugas Akhir ini

5. Kepada CIWI sahabat-sahabat tercinta, Calista Saraswati,

Dyah Ayu Permata Sari, Latifa Wahyu Lestari dan Rosalya

Setyowati Utami terima kasih telah memberikan doa,

ix

dukungan, canda tawa, semangat dalam menyelesaikan Tugas

Akhir ini.

6. Segenap teman-teman Fisika 2013 yang telah memberikan

dukungan terbaik untuk penulis dan mengisi keseharian

penulis dengan keceriaan dan kerjasama selama masa belajar

di Fisika ITS.

7. Keluarga Geofisika Jurusan Fisika ITS terima kasih atas

fasilitas dan sharing ilmunya.

8. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan

Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam proses penyusunan laporan

ini jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu penulis meminta kritik

dan saran pembaca yang dapat membantu untuk menyempurnakan

laporan ini sehingga dapat berguna untuk kedepannya. Akhir kata

semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi semua pihak. Aamiin Ya

Rabbal Alamiin.

Surabaya, Juni 2017

Penulis

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

COVER ............................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN ......................................... iii

ABSTRAK ...................................................................... iv

KATA PENGANTAR ..................................................... vi

DAFTAR ISI .................................................................... x

DAFTAR GAMBAR .................................................... xiii

DAFTAR TABEL ......................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................ 1

1.1 Latar Belakang.................................................. 1

1.2 Perumusan Masalah .......................................... 3

1.3 Tujuan Penelitian .............................................. 3

1.4 Batasan masalah ............................................... 3

1.5 Manfaat penelitian ............................................ 3

1.6 Sistematika Penulisan ....................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................... 5

2.1 Gempa Bumi ..................................................... 5

2.2 Gelombang Seismik.......................................... 7

2.2.1 Gelombang Badan (Body Wave) .............. 7

2.2.2 Gelombang Permukaan (Surface Wave) .. 9

2.3 Sesar ................................................................. 9

2.3.1 Sesar Mendatar (Strike-slip Fault) ......... 10

2.3.2 Sesar Tidak Mendatar ............................ 11

2.4 Seismik Momen Tensor .................................. 13

xi

2.5 Fungsi Green .................................................. 16

2.6 Mekanisme Fokus (Focal Mechanism) .......... 17

2.7 Program ISOLA-GUI ..................................... 19

2.8 Inversi Waveform Tiga Komponen ................. 20

2.9 Geologi Tektonik Jepang ................................ 21

BAB III METODOLOGI ............................................... 23

3.1 Peralatan Penelitian ........................................ 23

3.2 Penentuan Lokasi Penelitian ........................... 23

3.3 Diagram Alir Penelitian .................................. 23

3.4 Proses Pengolahan Data ................................. 25

3.4.1 Pre-Processing Data ............................... 25

3.4.2 Pengolahan Data dengan ISOLA ........... 25

3.4.3 Perhitungan Data .................................... 34

3.4.3.1 Perhitungan Dimensi Sesar .................... 34

3.4.4.2 Perhitungan Displacement/Slip Gempa.. 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................ 37

4.1 Analisis Data .................................................. 37

4.1.1 Data Penelitian ....................................... 37

4.2 Hasil Pengolahan Data ................................... 37

4.2.1 Hasil Momen Skalar .............................. 37

4.2.2 Hasil Momen Tensor .............................. 39

4.2.3 Hasil Mekanisme Fokus Gempa ............ 40

4.2.4 Hasil Slip Sesar Gempa .......................... 50

4.3 Pembahasan .................................................... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................... 59

4.1 Kesimpulan ..................................................... 59

xii

4.2 Saran ............................................................... 59

DAFTAR PUSTAKA ..................................................... 61

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Mekanisme Terjadinya Gempa (Noor, 2006) ........... 6 Gambar 2. 2 Ilustrasi Gerak Gelombang P (Elnashai and Sarno,

2015) ........................................................................ 8 Gambar 2. 4 (a) Left-lateral Strike-slip fault (b) Right-lateral

Strike-slip fault (Noor, 2006) ................................. 11 Gambar 2. 5 Sesar Turun (Normal Fault) (Ramsay and Huber,

1987) ...................................................................... 11 Gambar 2. 6 Sesar Naik (Reverse Fault) (Ramsay and Huber,

1987) ..................................................................... 12 Gambar 2. 7 Geometri Sesar (Stein and Wysession, 2002) ......... 13 Gambar 2. 8 Sistem pasangan gaya yang menyatakan komponen

momen tensor dalam koordinat kartesian (Sokos and

Zahradnik, 2008) .................................................... 15 Gambar 2. 9 Skematik diagram Mekanisme Fokus (USGS, 1996)

.............................................................................. 18 Gambar 2. 10 Peta aktivitas tektonik Jepang (Kikuchi and

Kanamori, 1991) ................................................... 22

Gambar 3. 1 Peta Lokassi Penelitian ........................................... 23 Gambar 3. 2 Tampilan awal program ISOLA-GUI ..................... 26 Gambar 3. 3 Tampilan Import Data SAC ................................... 26 Gambar 3. 4 Kecepatan Model bumi Jepang ............................... 27 Gambar 3. 5 Hasil plot model bumi Jepang ................................ 28 Gambar 3. 6 Tampilan tahap penentuan event info ..................... 28 Gambar 3. 7 Tampilan tahap pemilihan stasiun perekam gempa 29 Gambar 3. 8 Tampilan tahap raw data preparation .................... 30 Gambar 3. 9 Tampilan tahap penentuan lokasi sumber seismik . 30 Gambar 3. 10 Tampilan perhitungan fungsi Green ..................... 31 Gambar 3. 11 Tampilan perhitungan inversi waveform .............. 32 Gambar 3. 12 Tampilan tahap plotting hasil inversi ................... 33 Gambar 3. 13 Hasil solusi CMT (Centroid Moment Tensor) pada

gempa.................................................................... 33

xiv

Gambar 3. 14 Plotting bidang patahan dan auxiliary plane

menggunakan program hcplot .............................. 34

Gambar 4. 1 (a) Bentuk beachball. (b) Orientasi bidang patahan.

(c) Bentuk beachball dari NIED gempa tanggal

13/04/2016 pukul 04:46:37.12 ............................... 41 Gambar 4. 2 (a) Bentuk beachball. (b) Orientasi bidang patahan.
















30/12/2016 pukul 20:08:27.65 ............................... 49 Gambar 4. 10 Hasil inversi waveform data seismogram dengan

data sintetik pada event gempa tanggal 26/06/2016

pukul 22:57:04.32 ................................................. 51 Gambar 4. 11 Hasil solusi momen tensor untuk gempa bumi pada

tanggal 26/06/2016 pukul 22:57:04.32 ................. 53

xv

Gambar 4. 12 Patahan aktif di wilayah Fukushima berdasarkan

garis merah (http://www.aist.go.jp) ............................................. 55 Gambar 4. 13 Peta beachball yang merepresentasikan mekanisme

fokus pada peta geologi Fukushima ............................................ 56

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1 Data event Fukushima yang digunakan dalam penelitian

...................................................................... 37 Tabel 4. 2 Hasil perhitungan momen skalar gempa Fukushima

Jepang ........................................................... 38 Tabel 4. 3 Perbandingan hasil momen skalar data gempa

Fukushima Jepang ........................................ 39 Tabel 4. 4 Momen tensor gempa untuk gempa Fukushima Jepang

...................................................................... 40 Tabel 4. 5 Bidang sesar dan auxiliary plane untuk gempa

Fukushima Jepang ........................................ 41 Tabel 4. 6 Hasil perhitungan displacement gempa bumi Fukushima

Jepang ........................................................... 50

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

1

Data

Penelitian……………………………...

63

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Jepang merupakan negara yang wilayahnya terdiri dari pulau-

pulau yang berada di sebelah timur Benua Asia. Secara astronomis,

Jepang terletak pada 30o - 47o LU dan 128o – 146o BT dengan luas

wilayah yang membentang seluas 377.643 km2 dari utara ke

selatan. Apabila dilihat dari segi pengaturan tektonik, Jepang

terletak pada zona gunung berapi yakni diatas lingkaran api Pasifik

dan juga terletak pada wilayah yang terdapat empat lempeng

tektonik aktif yang bertemu satu sama lain. Lempeng-lempeng

tersebut diantaranya yaitu lempeng Eurasia, lempeng Amerika

Utara, lempeng Pasifik serta lempeng Philipina. Sedangkan

wilayah daratan Jepang berada diatas dua lempeng tektonik, yakni

lempeng Amerika Utara dan lempeng Eurasia. Pertemuan kedua

lempeng tersebut berada di tengah Kepulauan Honshu. Hal inilah

yang menjadikan Jepang sangat akrab dengan peristiwa gempa

bumi. Selain itu, struktur tanah atau pegunungan vulkanis di dasar

samudra Pasifik sering menjadi pemicu gempa dasar laut hingga

dapat memunculkan gelombang Tsunami.

Gempa bumi merupakan peristiwa bergetarnya bumi akibat

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. Energi yang dihasilkan dipancarkan ke

segala arah berupa gelombang gempa bumi sehingga efeknya dapat

dirasakan sampai ke permukaan bumi. Parameter dari gempa bumi

yaitu dapat ditinjau dari waktu terjadinya gempa bumi (Origin

Time-OT), lokasi pusat gempa bumi (Epicenter), kedalaman pusat

gempa bumi (Depth), kekuatan gempa bumi (Magnitudo).

Karakteristik dari gempa bumi yaitu terjadi dalam waktu yang

sangat singkat dengan titik lokasi kejadian yang tertentu, akibatnya

dapat dikatakan timbulnya bencana yang dapat berpotensi terulang

lagi. Untuk saat ini, gempa bumi sendiri belum dapat diprediksi

kapan terjadinya dan juga tidak dapat dicegah, akan tetapi akibat

2

yang ditimbulkan dapat dikurangi dengan pemahaman yang baik

mengenai gempa bumi sebagai upaya mitigasi bencana. Di dalam

gempa bumi terdapat gelombang gempa yang disebut dengan

gelombang seismik yang tercatat didalam seismogram yang dapat

ditentukan karakteristik sesar atau patahannya. Untuk mengetahui

karakteristik tersebut diperlukan analisa tentang mekanisme fokus

gempa bumi yaitu penentuan pola bidang sesar atau patahan. Sesar

atau patahan terjadi karena tekanan yang sangat kuat, terlebih jika

berlangsung sangat cepat. Telah banyak studi yang dikembangkan

untuk memahami struktur dinamika dalam bumi serta

mekanismenya memalui estimasi parameter sumber gempa. Dalam

memahami karakteristik suatu sesar yang ditimbulkan oleh gempa

bumi perlu dilakukan dengan pemodelan momen tensor gempa

bumi (Shearer, 2009). Pemodelan momen tensor ini dapat

dilakukan dengan menggunakan metode analisis inversi waveform

tiga komponen yang memanfaatkan waktu tiba gelombang P dan

diestimasi dengan menggunakan fungsi Green tiga komponen.

Dari hasil analisis yang didapat berupa parameter-parameter

gempa bumi diantaranya yaitu; kedalaman dan energi dari gempa

bumi tersebut serta model patahannya.

Pemodelan momen tensor ditentukan dengan menggunakan

program ISOLA-GUI sehingga dapat diketahui besar dan arah gaya

penyebab gempa bumi serta parameter sesar yaitu strike, dip dan

rake yang digunakan sebagai data masukan untuk menentukan

mekanisme fokus dan penggambaran pola bidang sesar. Program

ISOLA-GUI merupakan salah satu perangkat lunak Fortran yang

digunakan untuk menghitung momen tensor yang dijalankan

melalui Matlab. Kelebihan menggunakan program ISOLA-GUI ini

dapat digunakan untuk gempa dengan kekuatan yang kecil hingga

lebih dari 9 SR. Dan juga dalam pengolahannya program ini

terdapat koreksi instrumen dari seismogram yang digunakan

dengan menyediakan tools untuk melakukan filter data dalam

menghilangkan noise sehingga data yang diperoleh cukup baik

(Sokos and Zahradnik, 2008).

3

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan pada penelitian tugas akhir ini dapat dirumuskan

sebagai berikut:

1. Bagaimana menentukan besarnya momen tensor dari data

gempa yang terjadi menggunakan inversi waveform tiga

komponen?

2. Bagaimana menentukan pola bidang sesar dari mekanisme

sumber gempa?

3. Bagaimana menentukan besarnya slip dari sesar yang

dihasilkan dari data gempa bumi yang terjadi?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Menentukan besarnya momen tensor dari data gempa yang

terjadi menggunakan inversi waveform tiga komponen.

2. Menentukan pola bidang sesar dari mekanisme sumber gempa.

3. Menentukan besarnya slip dari sesar yang dihasilkan dari data

gempa bumi yang terjadi.

1.4 Batasan masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Penentuan mekanisme fokus dari gempa bumi Fukushima pada

tahun 2016 di wilayah Negara Jepang.

2. Program yang digunakan yaitu ISOLA-GUI yang dijalankan

melalui Matlab.

1.5 Manfaat penelitian

Manfaat dari hasil penelitian ini adalah untuk memberikan

informasi mengenai pola bidang sesar dan mekanisme fokus gempa

bumi di Fukushima, Jepang.

4

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika laporan penelitian ini adalah sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan, yang berisi latar belakang, rumusan

masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat sesrta

sistematika laporan dari penelitian ini.

BAB II Tinjauan Pustaka, yang berisi landasan teori yang

merupakan materi-materi yang berkaitan dengan penelitian ini.

BAB III Metodologi Penelitian, yang berisi tentang langkah

kerja, proses pelaksanaan penelitian.

BAB IV Analisa Data dan Pembahasan, yang berisi tentang

analisa data dan pembahasan dari hasil penelitian yang

dilakukan.

BAB V Penutup, yang berisi tentang kesimpulan yang

diperoleh serta saran untuk penelitian yang dilakukan.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gempa Bumi

Gempa bumi merupakan peristiwa timbulnya getaran pada

bumi akibat adanya perambatan gelombang karena pergeseran

lempeng bumi. Gempa bumi merupakan suatu peristiwa

bergetarnya bumi yang disebabkan karena terjadinya pelepasan

energi yang terjadi didalam bumi. Gempa bumi sering kali ditandai

dengan adanya patahan lapisan batuan yang berada pada kerak

bumi. Energi yang menyebabkan terjadinya gempa bumi adalah

dikarenakan adanya pergerakan lempeng-lempeng tektonik.

Pergerakan lempeng lempeng raksasa akan dapat menyebabkan

adanya suatu tekanan pada bidang pertemuannya. Tekanan tersebut

timbul karena adanya pergerakkan lempeng-lempeng yang terus

membesar. Sehingga jika suatu saat tekanan tersebut sudah tidak

mampu lagi ditahan maka yang akan terjadi akan pecah dan

terangkatnya batuan. Untuk pelepasan tekanan tersebut akan

menimbulkan getaran atau gelombang yang akan menjalar

kesegala arah, batuan yang pecah tersebutlah yang menimbulkan

suatu getaran atau goncangan yang sering kali disebut dengan

gempa bumi. Menurut Noor (2006), gempa bumi adalah getaran

dalam bumi yang terjadi sebagai aibat dari terlepasnya energi yang

terkumpul secara tiba-tiba dalam batuan yang mengalami

deformasi. Jadi gempa bumi dapat diartikan sebagai rambatan

gelombang didalam tanah karena pelepasan energi kinetik dari

dalam bumi. Sumber energi yang dilepaskan dapat berasal dari

hasil tumbukan lempeng, letusan gunung api atau longsoran masa

batuan atau tanah. Sepanjang batas-batas lempeng terdapat sebaran

pusat-pusat gempa (episenter) (Noor, 2006). Selain gempa tektonik

terdapat gempa minor. Gempa minor merupakan gempa yang

disebabkan oleh longsoran tanah, letusan gunung api, dan aktivitas

manusia. Gempa minor biasanya hanya dirasakan secara lokal dan

getarannya tidak menimbulkan kerusakan dan kerugian yang

signifikan (Noor, 2006).

6

Berdasarkan penyebab terjadinya gempa bumi dibagi menjadi

tiga kelompok, yaitu (Bowler, 2003):

1. Gempa Bumi Tektonik

Gempa bumi tektonik terjadi akibat adanya perpindahan atau

dislokasi karena pergeseran lapisan bumi secara tiba-tiba. Hal

tersebut dapat berupa tarikan atau tekanan.

2. Gempa Bumi Vulkanik

Gempa bumi vulkanik merupakan gempa bumi yang

disebabkan oleh aktivitas gunung api atau letusan gunung api.

Terdapat energi yang mendesak lapisan bumi pada saat dapur

magma bergejolak. Energi yang mendesak lapisan bumi sampai ke

permukaan disertai getaran.

3. Gempa Bumi Runtuhan

Gempa bumi runtuhan merupakan gempa bumi yang etrjadi

akibat dari runtuhnya atap gua atau terowongan tambang di bawah

tanah. Runtuhnya gua dan terowongan yang besar dapat

mengakibatkan getaran yang kuat.

Pergeseran di sepanjang jalur patahan yang terjadi pada jalur

patahan aktif mengakibatkan gaya yang bekerja dengan arah yang

Gambar 2. 1 Mekanisme Terjadinya Gempa (Noor, 2006)

7

berlawanan dan energi yang terhimpun didalam batuan akan

dilepas dan merambat ke segala arah sebagai gelombang

longitudinal (gelombang P) dan gelombang transversal

(gelombang S). Gelombang yang merambat didalam batuan inilah

yang dapat menghancurkan bangunan yang ada dipermukaan bumi

(Noor, 2006).

2.2 Gelombang Seismik

Gelombang seismik adalah gelombang yang merambat naik di

dalam ataupun di permukaan bumi yang berasal dari sumber

seismik seperti sumber gempa bumi, letusan gunung berapi,

ledakan dan lain sebagainya (Afnimar, 2009). Gelombang seismik

juga disebut dengan gelombang elastik karena osilasi partikel-

partikel yang ada di dalam suatu medium akibat adanya interaksi

antara gaya stress dengan gaya regangan. Dari interaksi inilah

muncul gelombang transversal, gelombang longitudinal dan

kombinasi dari kedua gelombang tersebut (Putri, 2012).

Batuan akan menunjukkan sifatnya sebagai padatan elastik

pada saat terjadi gempa bumi. Padatan elastik ini akan menjalar

menjadi beberapa fase gelombang. Ada dua tipe gelombang elastik

dasar, yaitu gelombang yang menyebabkan kompresi dan

peregangan material elastik yang searah dengan perambatan

gelombang, kemudian tipe kedua merupakan gelombang yang

mengakibatkan pergeseran material elastik akan tetapi tegak lurus

dengan arah perambatan gelombang (Gencalves dan Abry, 1993).

Gelombang seismik dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok

yaitu gelombang badan (body wave) dan gelombang permukaan

(surface wave).

2.2.1 Gelombang Badan (Body Wave)

Gelombang badan adalah gelombang seismik yang merambat

hingga ke dalam bumi (Putri, 2012). Gelombang badan merambat

dalam medium yang dilaluinya. Berdasarkan gerak partikel pada

media dan arah penjalarannya gelombang badan dapat dibedakan

menjadi gelombang P dan gelombang S.

1. Gelombang Primer (P-wave)

8

Gelombang P atau disebut juga gelombang primer yaitu gelombang

yang muncul pertama kali tercatat oleh seismometer. Hal tersebut

dikarenakan gelombang ini memiliki kecepatan yang paling cepat

dibandingkan gelombang seismik lainnya (Putri, 2012).

Gelombang P merupakan gelombang longitudinal yang arah osilasi

partikelnya searah dengan arah rambat gelombang. Gelombang P

dapat menjalar disemua medium baik padat, cair maupun gas

(Ismawati, 2011) . Kecepatan gelombang P sekitar 1,8 km/s hingga

7 km/s dan periodenya berkisar antara 5-7 detik. Persamaan dari

kecepatan gelombang P adalah sebagai berikut:

2Vp

2.1

Dimana Vp adalah kecepatan gelombang P, λ adalah parameter

lame, µ adalah modulus geser dan ρ adalah densitas batuan (Putri,

2012).

2. Gelombang Sekunder (S-wave)

Gelombang S atau gelombang sekunder adalah gelombang seismik

yang hanya merambat di permukaan bumi. Gelombang S

merupakan gelombang transversal yang gerak partikelnya tegak

lurus dengan arah rambatnya. Gelombang ini memiliki waktu

perambatan yang lebih lama daripada gelombang P sehingga akan

tercatat pada alat seismogram setelah gelombang P sehingga akan

tercatat pada alat seismometer setelah gelombang P (Putri, 2012).

Berbeda dengan gelombang P, gelombang S hanya dapat menjalar

Gambar 2. 2 Ilustrasi Gerak Gelombang P (Elnashai and Sarno, 2015)

9

pada medium padat. Ada dua tipe gelombang S yaitu gelombang

SH (shear horizontal) dan gelombang SV (shear vertical)

(Ismawati, 2011). Gelombang S memiliki periode 10-13 detik.

Persamaan kecepatan gelombang S adalah sebagai berikut:

Vs

2.2

dimana Vs adalah kecepatan gelombang S, adalah modulus geser

dan ρ adalah densitas batuan (Putri, 2012).

2.2.2 Gelombang Permukaan (Surface Wave)

Gelombang permukaan adalah gelombang seismik yang hanya

merambat di permukaan bumi. Gelombang permukaan merambat

sejajar dengan medium yang dilaluinya. Amplitudo gelombang

akan semakin lemah apabila semakin masuk ke dalam bumi (Putri,

2012). Gelombang permukaan merupakan gelombang yang

kompleks dengan frekuensi yang rendah dan amplitudo yang besar

yang menjalar di permukaan bumi tetapi mengecil secara

eksponensial terhadap kedalaman (Susilawati, 2008).

2.3 Sesar

Sesar (fault) merupakan rekahan atau retakan yang diakibatkan

oleh pergeseran (displacement) pada batuan penyusun bumi. Sesar

sering dijumpai di daerah tumbukan antar lempeng benua dan

lempeng samudra. Bidang sesar (fault plane) merupakan

Gambar 2. 3 Ilustrasi Gerak Gelombang S (Elnashai and Sarno, 2015)

10

permukaan tempat terjadinya slip ketika gempa bumi terjadi (Putri,

2012). Sesar yang timbul ketika gempa bumi terjadi dapat

diestimasi dengan menggunakan metode waktu tiba pertama (first

motion) dari gelombang P (Lay and Wallace, 1995). Dua blok yang

bersinggungan dapat dikatakan hanging wall dan foot wall, dimana

hanging wall merupakan blok yang berada di bagian atas bidang

sesar. Sedangkan foot wall merupakan blok yang berada di bagian

bawah bidang sesar (Putri, 2012). Dip adalah sudut kemiringan

sesar dari blok yang tegak (foot-wall block) diukur dari bidang

mendatar horizontal. Ukuran sudut nilainya dari 0°–90°.

Sedangkan rake atau slip adalah arah pergerakan sesar tersebut

diukur dari penampang muka sesar dengan arah diukur dari arah

strike ke arah mana slip bergerak (berlawanan arah strike dan dip)

ukuran sudutnya dari arah -90°–90°. Jarak pergeseran slip atau

dislocation dinyatakan dalam besaran m (meter).

Dalam keadaan yang sebenarnya permukaan sesar (patahan)

atau fault dapat mempunyai keadaan yang berbeda dan demikian

pula dengan gerakannya dapat mempunyai arah yang berlainan

sepanjang permukaannya. Dapat dibedakan atas tiga bentuk

gerakan dasar dari sesar, yaitu: sesar mendatar, turun, dan naik.

Gerakan sejajar jurus sesar, disebut sesar mendatar atau strike slip

fault. Stress yang terbesar adalah stress horisontal dan stress

vertikal kecil sekali. Sesar relatif ke bawah terhadap blok dasar,

disebut sesar turun (rake-) atau normal fault. Gerakan relatif ke atas

terhadap blok dasar, disebut sesar naik (rake+) atau reverse fault.

Sesar atau patahan terjadi karena tekanan yang sangat kuat,

terlebih bila berlangsung sangat cepat. Batuan tidak hanya retak

akan tetapi akan terjadi pergeseran posisi. Bidang patahan

merupakan bidang miring. Jenis-jenis sesar yaitu:

2.3.1 Sesar Mendatar (Strike-slip Fault)

Sesar mendatar merupakan sesar yang memiliki arah gerak

secara horizontal. Sesar mendatar ditentukan berdasarkan arah

gerak sesar. Terdapat dua macam sesar mendatar, yaitu:

1. Right lateral yaitu gerak sesar mendatar yang searah dengan

jarum jam.

11

2. Left lateral yaitu gerak sesar mendatar yang berlawanan

dengan arah jarum jam.

2.3.2 Sesar Tidak Mendatar

Sesar tidak mendatar merupakan sesar yang memiliki arah

gerak secara vertikal atau miring, sesar ini ada tiga macam seperti

diperlihatkan pada gambar, yaitu:

1. Sesar Turun (Normal Fault)

Sesar turun dapat disebut juga sesar normal. Sesar ini memiliki

karakteristik hanging wall akan relatif turun terhadap foot wall.

Bidang sesar memiliki kemiringan yang sangat besar. Sesar normal

terjadi apabila nilai δ (dip) ≠ 0 dan δ ≠ 𝜋

2 serta nilai λ (rake) dalam

rentang 90o ≤ λ ≤ 0o.

(a) (b)

Gambar 2. 3 (a) Left-lateral Strike-slip fault (b) Right-lateral Strike-

slip fault (Noor, 2006)

Gambar 2. 4 Sesar Turun (Normal Fault) (Ramsay and Huber, 1987)

12

2. Sesar Naik (Reverse Fault)

Sesar naik memiliki karakteristik hanging wall akan relatif naik

terhadap foot wall. Sesar naik terjadi apabila nilai δ (dip) ≠ 0 dan δ

≠ 𝜋

2 serta nilai λ (rake) dalam rentang 0o ≥ λ ≤ 90o.

3. Sesar Miring (Oblique Fault)

Pergerakan dari sesar ini merupakan gabungan antara horizontal

dan vertikal sehingga membentuk arah diagonal. Gaya-gaya yang

bekerja menyebabkan sesar mendatar dan sesar normal apabila δ

(dip) = 90o dan λ (rake) = 0o maka akan bergeser ke kiri serta

apabila λ = 180o maka bergeser ke kanan.

Bentuk dari sesar dapat ditinjau dari parameter-parameter

sesar, yaitu:

1. Strike (Φ)

Garis strike merupakan perpotongan antara bidang horizontal dan

bidang sesar, sedangkan sudut strike merupakan sudut yang

digunakan untuk menentukan orientasi fault dan diukur searah

jarum jam dari arah utara geografis ke arah strike (Afnimar, 2009).

Misalnya apabila strike 0o atau 180o menunjukkan orientasi fault

pada arah utara-selatan, sedangkan strike 90o atau 270o

menunjukkan orientasi fault pada arah timur-barat. Besar strike

mulai dari 0o sampai dengan 360o (Madlazim, 2011).

2. Dip (δ)

Dip merupakan sudut antara permukaan atau bidang horizontal dan

bidang sesar. Sudut ini memiliki variasi antara 0o sampai 90o

(Afnimar, 2009). Sudut ini diukur dari permukaan bumi atau

paralel bidang sesar ke permukaan bumi. Kemiringan fault

Gambar 2. 5 Sesar Naik (Reverse Fault) (Ramsay and Huber, 1987)

13

horizontal adalah 0o, sedangkan kemiringan fault vertikal adalah

90o (Madlazim, 2011).

3. Slip

Slip memiliki dua komponen pergeseran yang dapat

menggambarkan seberapa jauh batuan bergerak dan kemana arah

pergerakan fault. Jauh pergeseran slip bergantung pada besar kecil

gempanya, apabila gempa kecil maka pergeserannya hanya

beberapa sentimeter, sedangkan apabila gempa besar maka dapat

bergeser beberapa meter. Untuk arah slip dapat dihitung dari

permukaan sesar (Madlazim, 2011).

2.4 Seismik Momen Tensor

Gempa bumi disebabkan adanya suatu gerakan sesar dengan

karakteristik tertentu. Jenis dari gerak dan karakteristik sesar

penyebab gempa bumi tersebut dapat ditinjau berdasarkan momen

tensor gempa bumi. Momen tensor ini digunakan untuk

menggambarkan arah gaya penyebab gempa bumi (Setyowidodo

and Santosa, 2011). Ketika gempa bumi terjadi, pada gelombang

Gambar 2. 6 Geometri Sesar (Stein and Wysession, 2002)

14

seismik terjadi penyebaran hiposenter yang membawa informasi

dari mekanisme sumber gempa bumi tersebut. Dari gelombang

seismik dapat diketahui bahwa suatu retakan yang berlangsung

secara tiba-tiba sepanjang sesar. Momen tensor seismik berisi tidak

hanya informasi dari suatu ukuran gempa bumi akan tetapi juga

informasi suatu keadaan dari tekanan permukaan tektonik dan

lokasi suatu zona sesar (Suardi, 2006). Seismik momen tensor

memiliki 9 komponen momen tensor, namun diantaranya terdapat

momen tensor yang simetris sehingga seismik momen tensor hanya

memiliki 6 komponen dasar yang independen (Lay and Wallace,

1995). Seismik momen tensor dalam bentuk tiga dimensi dapat

dituliskan sebagai berikut:

Mxx Mxy Mxz

M Myx Myy Myz

Mzx Mzy Mzz

2.4

Momen tensor yang disimbolkan dengan Mxy dapat dikatakan

memiliki komponen gaya yang bekerja pada bidang normal

terhadap sumbu x dan yang bergerak kearah sumbu x begitu pula

dengan momen tensor untuk komponen gaya yang lain (Afnimar,

2009). Momen tensor sendiri memiliki sifat simetris yang berarti

Mxy sama dengan Myz. Nilai dari komponen Mxy dapat digunakan

untuk mengetahui parameter strike, dip dan rake penyebab gempa

bumi. Kemudian momen tensor ini juga dapat digunakan untuk

mengukur kekuatan gempa bumi dengan menggunakan parameter

momen seismik (Mo).

15

Untuk lebih memahami karakteristik gempa dilakukan

dengan memodelkan momen tensor gempa bumi (Lay and

Wallace, 1995; Kayal, 2008). Dalam memodelkan momen tensor

dapat dilakukan dengan menggunakan metode inversi yang

memanfaatkan waveform ataupun waktu tiba gelombang P (Kayal,

2008). Pada analisis ini, digunakan inversi waveform lokal tiga

komponen. Parameter-parameter sumber gempa bumi ini

diestimasi dengan menggunakan model inversi untuk mencapai

fiiting waveform tiga komponen dengan baik. Proses inversi yang

baik didasarkan hasil pencocokan data observasi dan data sintetik

hasil inversi. Dari hasil proses inversi tersebut dapat dikatakan baik

apabila terjadi ketika data observasi dan data sintetik saling

tumpang tindih (Sokos and Zahradnik, 2008).

Gambar 2. 7 Sistem pasangan gaya yang menyatakan komponen momen

tensor dalam koordinat kartesian (Sokos and Zahradnik, 2008)

16

2.5 Fungsi Green

Fungsi Green merupakan salah metode yang penting dalam

dunia fisika baik ditinjau dari fisika klasik dan fisika kuantum.

Pada umumnya, fungsi Green digunakan untuk mengkonstruksikan

solusi persamaan diferensial tak homogen.

Cara yang telah banyak digunakan untuk merumuskan fungsi

Green adalah dengan menggunakan transformasi Fourier, akan

tetapi metode tersebut kurang sesuai apabila diterapkan ke dalam

masalah mekanika kuantum yang kompleks. Namun terdapat cara

lain untuk menyelesaikan yaitu dengan menggunakan metode

integral lintasan. Integral lintasan merupakan salah satu metode

yang banyak digunakan untuk menyelesaikan berbagai masalah

kuantum. Konsep fungsi Green ini digunakan untuk menghitung

momen tensor dari data gempa yang terjadi. Secara matematis,

fungsi Green dapat dituliskan sebagai berikut;

3, , , ,r t G r c t f c t d c

2.5

Sehingga komponen rekaman seismik dari sebuah sumber gempa

dapat dinyatakan dengan;

6

6, , , * ,k i ki iU r t G r c t f c t 2.6

dimana Uk merupakan rekaman pergeseran pada komponen ke-k,r

merupakan posisi receiver, c merupakan posisi sumber gempa

(centroid), Gki merupakan fungsi Green, f(c,t) menyatakan 6

komponen independent momen tensor. Apabila fungsi Green

diekspansikan dengan menggunakan deret Taylor dengan posisi

sumber c, maka dapat diperoleh persamaan untuk momen tensor

yaitu:

3,jk k nM C f c t d c 2.7

dimana Mjk merupakan komponen momen tensor pada arah k

dengan bidang normal j (Aki dan Richard, 1980). Dari hasil

menggunakan fungsi Green diatas akan diperoleh besar dan arah

momen tensor pada masing-masing komponen. Besarnya momen

tensor kemudian digunakan untuk memperoleh parameter sesar

17

diantaranya strike, dip dan slip. Adapun secara matematis dapat

dituliskan sebagai:

0 sin .cos .sin 2 sin 2 .cos .sin 2xxM M 2.8

0 sin .cos .sin 2 0,5.sin 2 .cos .sin 2xy yxM M M 2.9

0 cos .cos .cos 0,5.cos 2 .sin .sinxz zxM M M 2.10

0 sin .cos .sin 2 sin 2 .sin .cos 2yyM M 2.11

0 cos .cos .sin cos 2 .sin .sinyz zyM M M 2.12

0 sin 2 sinzz zzM M M 2.13

Karena bumi ini berbentuk spherical maka komponen

momen tensor pada umumnya dapat diubah menjadi komponen

radian dan transversal. Komponen momen tensor dalam koordinat

bola adalah r, θ (t) dan φ (p) (Lay and Wallace, 1995), yaitu:

Mtt = Mxx Mpp = Myy Mrr = Mzz

Mtp = -Mxy Mrt = Mxz Mrp = Myz 2.14

2.6 Mekanisme Fokus (Focal Mechanism)

Mekanisme fokus gempa merupakan istilah yang biasanya

digunakan untuk menjelaskan tentang karakteristik dari penjalaran

energi gempa bumi yang berasal dari pusat gempa pada hiposenter.

Ketika gempa bumi terjadi maka gelombang seismik akibat gempa

bumi akan terpancarkan ke segala arah yang berupa fase

gelombang. Fase awal yang tercatat lebih awal pada seismogram

adalah gelombang P yang memiliki kecepatan yang besar

dibandingkan dengan gelombang lainnya dimana gelombang inilah

yang dimanfaatkan untuk mempelajari mekanisme fokus

dikarenakan gelombang P lebih mudah teramati dalam

pembacaannya. Selain itu juga digunakan polaritas dan amplitudo

gelombang S serta inversi momen tensor dalam penentuan

mekanisme fokus (Harmadhoni, 2011). Gelombang P yang

pertama kali terekam oleh seismogram dapat memberikan

informasi mengenai arah gaya yang bekerja pada saat gempa bumi

dan juga penjalaran gelombang P yang sangat bergantung pada

mekanisme fokus sumber gempa bumi. Sehingga data yang

diperoleh tentunya hanya waktu tiba gelombang P yang diperoleh

18

dari data gempa bumi yang tercatat oleh seismogram. Untuk

mengetahui mekanisme fokus dari suatu gempa dapat dilakukan

dengan menggunakan metode inversi gelombang P. Solusi dari

mekanisme fokus sumber gempa dijelaskan dalam penggambaran

model beachball, dimana dapat diketahui karakteristik atau jenis

pola bidang sesar apa yang terjadi selama gempa bumi dan arah

gaya penyebab gempa bumi dalam solusi momen tensor (Merdiani

et al., 2010).

Gambar 2. 8 Skematik diagram Mekanisme Fokus (USGS, 1996)

19

2.7 Program ISOLA-GUI

Program ISOLA-GUI merupakan program yang dijalankan

oleh Matlab dimana bertujuan untuk mempermudah menghitung

dengan Fortran dengan cepat seperti persiapan data, perhitungan

fungsi Green dan proses inversi serta hasil yang diperoleh berupa

gambar grafis dari mekanisme fokus (Sokos and Zahradnik, 2008).

Menurut Sokos (2008), menjelaskan bahwa program ISOLA

berdasarkan pada representasi multiple point-source dan metode

iterasi dekonvolusi seperti yang digunakan oleh (Kikuchi and

Kanamori, 1991) untuk data gempa teleseismik serta untuk

menghitung fungsi Green menggunakan metode discrete

wavenumber oleh Bouchon. Metode ini cukup baik untuk

digunakan pada gempa lokal dan regional. Inversi yang digunakan

untuk mendapatkan solusi momen tensor adalah jenis inversi linier

yang bersifat over determined dimana jumlah data jauh lebih

banyak dibandingkan dengan jumlah parameter. Dari hubungan

keduanya dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut,

d Gm 2.15

yang dapat diselesaikan dengan metode least-square

1

T Tm G G G d

2.16

ISOLA-GUI dapat digunakan untuk menjelaskan mekanisme

fokus dari momen tensor gempa. Dari proses inversi dapat

diketahui besar nilai eigen dan vektor eigennya. Pada vektor eigen

dapat memperoleh nilai strike, dip dan rake (slip). Nilai eigen

memberikan besar momen skalar M0. Untuk mendapatkan hasil

yang bagus, maka dilakukan fitting kurva displacement untuk data

sintetik dengan data observasi. Dimisalkan, d merupakan data

observasi dan s merupakan data sintetik. Kecocokan (fit) dari kedua

data tersebut dapat diukur dengan variance reduction (varred)

dengan persamaan berikut, (Sokos and Zahradnik, 2008). 2

2varred 1

d s

d

2.17

Nilai 1 pada persamaan tersebut menunjukkan kurva data

sintetik berimpit dengan kurva data observasi, apabila kurang dari

20

satu, maka terjadi perbedaan pada kurvanya sehingga akan

menghasilkan ketidakcocokan perhitungan antara besar event yang

ada dengan hasil pengolahan. Ketidakcocokan ini dipengaruhi oleh

penentuan jumlah subevent, proses filtering berpengaruh pada

periode yang akan digunakan oleh program ISOLA-GUI dari data

seismogram dalam perhitungan inversi (Sokos and Zahradnik,

2008).

2.8 Inversi Waveform Tiga Komponen

Inversi merupakan teori matematika yang mempelajari tentang

bagaimana informasi tentang suatu sistem fisik terparameterisasi

yang dapat diturunkan dari kumpulan data hasil pengamatan

(Grandis, 2009). Pemanfaatan teori inversi pada bidang geofisika

sendiri telah dikembangkan secara luas dalam pemodelan interior

bumi dari kumpulan data fisika yang diamati di permukaan.

Pemecahan inversi biasanya dilakukan dengan mencari suatu

model yang mendekati dengan data hasil pengamatan dari respon

yang diperoleh. Hal ini dilakukan dengan meminimumkan suatu

fungsi obyektif tertentu yang menggambarkan seberapa mendekati

dengan data hasil pengamatan (observasi) dengan respon hasil

perhitungan (sintesis) suatu model. Untuk mengetahui berapa besar

resiko yang diakibatkan oleh gempa di suatu permukaan bumi,

dapat diketahui terkait dengan informasi parameter gempa yakni,

hiposenter, momen seismik, magnitude, moment tensor, pola dan

orientasi bidang sesar serta luas pada bidang sesar. Parameter-

parameter tersebut didapatkan dengan melakukan inversi

waveform tiga komponen yaitu proses inversi yaitu komponen

vertikal dan komponen horizontal utara-selatan serta barat-timur.

Dengan menggunakan inversi momen tensor, proses sumber

gempa secara detail dapat didapatkan dari data hasil pengamatan

yang dapat menghasilkan pengetahuan penting sekitar sumber

gempa (Kikuchi and Kanamori, 1991).

21

2.9 Geologi Tektonik Jepang

Aktivitas tektonik Jepang dapat diketahui dari pergerakan oleh

empat lempeng tektonik yakni lempeng Philiphina, Eurasia,

Amerika Utara dan Pasifik yang mengelilingi Jepang. Aktivitas

tektonik di bagian selatan Jepang dipengaruhi oleh interaksi

lempeng Philipina dan Eurasia. Dimana lempeng Philipina

mensubduksi lempeng Eurasia sehingga terbentuk Kyushu dan

Ryukyu trench. Aktivitas tektonik di barat daya (Kyushu, Shikoku,

barat daya Honshu) dipengaruhi oleh interaksi lempeng Philipina

dan lempeng minor Amur. Dan di sebelah timur laut Jepang

(bagian utara Honshu dan Hokkaido) aktivitas tektoniknya

dipengaruhi oleh interaksi antar lempeng minor Amur dan Okhotsk

dengan lempeng Pasifik.

Salah satu penyebab terjadinya gempa bumi dengan intensitas

yang sering dikarenakan Jepang terletak di zona subduksi. Zona

subduksi disebabkan oleh penunjaman lempeng pasifik di daratan

Jepang, oleh karena itu terbentuklah trench. Pertemuan lempeng

Amerika Utara dan Eurasia ditengah-tengah pulau Honshu dimana

lempeng Eurasia bergerak ke arah lempeng Amerika Utara yang

menjadi zona subduksi di daratan Jepang. Sehingga dapat

disimpulkan apabila Jepang didominasi oleh zona subduksi akibat

pertemuan lempeng tektonik

Pergerakan keempat lempeng tersebut diantaranya lempeng

Pasifik bergerak ke arah barat laut dan mensubduksi di daratan

Jepang yang berada di Hokkaido dan Utara Honshu dan

menyebabkan terbentuknya palung Jepang (Japan trench).

Sedangkan pada lempeng Philipina bergerak ke arah barat daya

membentuk batas lempeng konvergen dengan lempeng Eurasia dan

menyebabkan terbentuknya palung Nankai. Dan pada lempeng

Eurasia bergerak ke arah tenggara menuju daratan Jepang. Interaksi

yang kuat antara keempat lempeng ialah yang menyebabkan

aktivitas seismik dan vulkanik tinggi di sekitar Jepang (Kikuchi

and Kanamori, 1991)

22

Gambar 2. 9 Peta aktivitas tektonik Jepang (Kikuchi and

Kanamori, 1991)

23

BAB III

METODOLOGI

3.1 Peralatan Penelitian

Peralatan yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah data

gempa wilayah Fukushima, Jepang selama tahun 2016, model

bumi Jepang, program Matlab 2009, program ISOLA-GUI, serta

program hc-plot.

3.2 Penentuan Lokasi Penelitian

Lokasi yang digunakan pada penelitian ini berada pada wilayah

Fukushima, Jepang selama tahun 2016. Data yang digunakan

diperoleh dari website NIED (National Research Institute for Earth

Science and Disaster Prevention) www.fnet.bosai.go.jp

3.3 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan berdasarkan diagram alir berikut.

Gambar 3. 1 Peta Lokassi Penelitian

http://www.fnet.bosai.go.jp/

24

Mulai

Ditentukan data gempa yang digunakan

Dikonversi .SEED ke dalam .SAC

Ditentukan model kecepatan bumi

Ditentukan informasi event

Pemilihan stasiun

Perhitungan fungsi Green

Inversi Centroid Momen Tensor (CMT)

Var Red?

Plot Centroid Momen Tensor (CMT)

Plot bidang sesar

Perhitungan slip

Selesai

Tidak

Ya

25

3.4 Proses Pengolahan Data

Adapun langkah-langkah proses pengolahan data pada

penelitian ini ada sebagai berikut.

3.4.1 Pre-Processing Data

Pada tahap persiapan ini sebelum dilakukan pengolahan data

perlu dilakukan menyiapkan file PLSTA.stn pada notepad++ yang

berisi informasi mengenai nama stasiun, lattitude dan longitude.

Dimana informasi tersebut pada masing-masing stasiun didapatkan

dengan menggunakan software Winquake. Untuk selanjutnya perlu

dilakukan menyiapkan pzfiles yang disesuaikan dengan respon file

untuk tiap komponen.

Untuk dapat diolah pada program ISOLA-GUI yang dijalankan

oleh Matlab maka perlu dilakukan reformatting. Reformatting

merupakan proses konversi format data waveform dari .SEED

menjadi .SAC. Proses ini bertujuan agar data dapat dibaca oleh

software ISOLA dan dapat dilakukan pada tahap pengolahan

selanjutnya. Proses ini menggunakan Jrdseed yang dijalankan

dengan command prompt OS windows. Pada penelitian ini SEED

channel berupa Broadband High gain untuk 3 komponen

seismogram. Hasil keluaran dari proses ini adalah data dengan

format .SAC yang memiliki tiga komponen yaitu komponen

horizontal (BHN dan BHE) serta komponen vertikal (BHZ).

3.4.2 Pengolahan Data dengan ISOLA

Langkah selanjutnya yaitu pengolahan data menggunakan

ISOLA untuk mengetahui momen tensor data gempa, jenis sesar

serta parameter gempa yakni strike, dip dan rake. Untuk

menjalankan program ISOLA dilakukan dengan memanggil di

Matlab. Adapun tampilan program ISOLA seperti pada gambar 3.2

berikut ini;

26

Pada program ISOLA terdapat beberapa proses tahapan yakni

sebagai berikut:

1. Import Data SAC

Pada tahap ini ialah langkah untuk memasukkan waveform tiga

komponen dalam format SAC.

Gambar 3. 2 Tampilan awal program ISOLA-GUI

Gambar 3. 3 Tampilan Import Data SAC

27

Untuk mendapatkan hasil momen tensor yang baik dan sesuai

dengan kondisi sebenarnya maka stasiun perekam gempa yang

digunakan berada disekitar mata angin (empat kuadran) dimana

yang dapat merekam kompresi dan dilatasi episenter gempa.

Kemudian data stasiun 3 komponen disave dalam bentuk data

ASCII untuk tahap pengolahan data berikutnya.

2. Define Crustal Model

Pada tahap ini merupakan menentukan model bumi yang tepat

dimana lokasi penelitian yang terdiri dari kedalaman, kecepatan

gelombang P, kecepatan gelombang S, densitas, Qp dan Qs.

Gambar 3. 4 Kecepatan Model bumi Jepang

28

3. Event Info

Pada tahap ini ialah mengenai parameter gempa yang terdiri

dari lattitude, longitude, depth, magnitude dan waktu terjadinya

gempa tersebut.

Gambar 3. 5 Hasil plot model bumi Jepang

Gambar 3. 6 Tampilan tahap penentuan event info

29

4. Station Selection

Pada tahap ini ditentukan stasiun yang akan digunakan dalam

pengolahan dimana pada program ISOLA penggunaan stasiun

minimal 3 untuk keperluan keakuratan hasil yang diperoleh.

5. Raw Data Preparation

Pada tahap ini dilakukan persiapan data gempa berupa ASCII

dimana pada proses ini dilakukan pengolahan yang melibatkan

seismogram yang melakukan koreksi instrumen, origin alignment

yang merupakan penyetaran waktu awal dari gempa.

Gambar 3. 7 Tampilan tahap pemilihan stasiun perekam

gempa

30

6. Seismic Source Definition

Pada tahap ini dilakukan untuk menentukan awal kedalaman,

range kedalaman serta jumlah sumber seismik yang akan

digunakan untuk proses inversi. Menurut Sokos and Zahradnik

(2008) proses ini digunakan untuk mencari posisi sumber yang

Gambar 3. 8 Tampilan tahap raw data preparation

Gambar 3. 9 Tampilan tahap penentuan lokasi sumber seismik

31

optimum dengan ditandai adanya kecocokan data waveform dan

sintetik sebagai perkiraan pertama untuk centroid.

7. Green Function Computation

Pada tahap ini dilakukan perhitungan fungsi Green untuk

memperoleh besar momen tensor dan parameter sumber gempa

yang lain. Proses ini dimonitor melalui command prompt.

8. Inversion

Langkah selanjutnya setelah dilakukan perhitungan fungsi

Green ialah tahap inversi. Dimana pada proses ini data waveform

tiga komponen dilakukan dengan metode iterasi dekonvolusi. Pada

tahap ini dilakukan pemilihan frekuensi filter yang disesuaikan

dengan filter pada lokasi penelitian. Parameter sumber gempa bumi

diestimasi dengan menggunakan model inversi untuk mencapai

fitting waveform 3 komponen dengan baik. Proses inversi yang

baik didasarkan hasil pencocokan data observasi dengan data

sintetik yang saling tumpang tindih yang dapat dilihat pada gambar

3.11 berikut ini;

Gambar 3. 10 Tampilan perhitungan fungsi Green

32

9. Plot Result

Pada tahap ini hasil dari perhitungan fungsi Green ditampilkan

dalam bentuk gambar momen tensor disertai dengan informasi

parameter sumber gempa. Untuk mengetahui kesesuaian hasil

dengan kondisi sebenarnya dapat dilihat dari nilai var reduction

>0,5 maka dapat dikatakan hasil yang didapat sesuai karena

memiliki ketelitian yang besar yakni >50%. Berikut merupakan

hasil solusi CMT yang disajikan pada gambar 3.13.

Gambar 3. 11 Tampilan perhitungan inversi waveform

33

Gambar 3. 12 Tampilan tahap plotting hasil inversi

Gambar 3. 13 Hasil solusi CMT (Centroid Moment Tensor) pada

gempa

34

Langkah selanjutnya setelah didapatkan solusi momen tensor

adalah penggambaran bidang patahan dan auxiliary plane suatu

event gempa menggunakan program hcplot seperti pada gambar

berikut,

3.4.3 Perhitungan Data

Setelah didapatkan hasil inversi solusi momen tensor

beserta hcplot. Kemudian dilakukan perhitungan panjang, lebar,

luas sesar dan besarnya displacement/slip gempa.

3.4.3.1 Perhitungan Dimensi Sesar

Perhitungan dimensi sesar disesuaikan berdasarkan pola sesar

yang ditunjukkan oleh beachball dari hasil inversi. Parameter yang

dicari dalam perhitungan dimensi sesar yaitu panjang sesar (L),

lebar sesar (W) dalam satuan km. Sedangkan untuk luas sesar (A)

dalam satuan km2. Persamaan yang digunakan dalam perhitungan

dimensi sesar ialah sebagai berikut (Papazachos et al., 2004),

1. Sesar Strike Slip

Log L = 0.59 Mw – 2.30 3.1

Gambar 3. 14 Plotting bidang patahan dan auxiliary plane

menggunakan program hcplot

35

Log A = 0.82 Mw – 2.79 3.2

Log W = 0.23 Mw – 0.49 3.3

2. Sesar Dip Slip di Continental

Log L = 0.50 Mw – 1.86 3.4

Log A = 0.78 Mw – 2.56 3.5

Log W = 0.28 Mw – 0.70 3.6

3. Sesar Dip Slip di Zona Subduksi

Log L = 0.55 Mw – 2.19 3.7

Log A = 0.86 Mw – 2.82 3.8

Log W = 0.31 Mw – 0.63 3.9

3.4.4.2 Perhitungan Displacement/Slip Gempa

Perhitungan slip gempa dilakukan dengan menggunakan

hubungan displacement dengan momen seismik gempa yaitu

dengan menggunakan persamaan (Madlazim, 2011):

. .Mo A D 3.10

Sehingga besarnya slip yang menyebabkan gempa dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan (Madlazim, 2011):

0

.

MD

A 3.11

36

“halaman ini sengaja dikosongkan”

37

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Data

4.1.1 Data Penelitian

Dalam penelitian ini telah dilakukan analisis mekanisme fokus

gempa bumi Jepang yang terjadi di pesisir Fukushima yang

memiliki kekuatan rentang 4.5-6.2 SR. pada penelitian ini

digunakan data gempa bumi pada tahun 2016 yang terletak di

wilayah Fukushima. Adapun data dan parameter gempa yang

digunakan seperti pada tabel 4.1 berikut ini;

Tabel 4. 1 Data event Fukushima yang digunakan dalam penelitian

No Tanggal Waktu Lat Long Mag Depth

(km) Lokasi

1. 2016/04

/13

04:46:

37.12

37.0

945

142.0

633 4.7 41

Timur Laut

Fukushima

2. 2016/04

/20

12:19:

43.63

37.7

715

142.6

888 5.8 19.20

Timur Laut

Fukushima

3. 2016/06

/26

22:57:

04.32

36.9

898

142.4

020 5.9 19.20

Timur Laut

Fukushima

4. 2016/08

/15

07:04:

40.22

37.3

795

141.7

498 5.6 46.86

Timur Laut

Fukushima

5. 2016/09

/29

11:57:

35.42

37.4

080

141.8

717 4.8 28.80

Timur Laut

Fukushima

6. 2016/11

/23

21:23:

36.30

37.1

745

141.3

457 6.2 23.79

Timur Laut

Fukushima

7. 2016/12

/08

08:15:

48.52

37.3

865

141.5

622 5.0 29.47

Timur Laut

Fukushima

8. 2016/12

/19

16:41:

11.45

37.3

092

141.6

390 5.5 32.55

Timur Laut

Fukushima

9. 2016/12

/30

20:08:

27.65

37.3

550

141.4

098 5.4 27.35

Timur Laut

Fukushima

4.2 Hasil Pengolahan Data

4.2.1 Hasil Momen Skalar

Dari hasil pengolahan menggunakan program ISOLA-GUI

didapatkan besarnya momen skalar (M0) untuk tiap event. Momen

skalar atau momen seismik merupakan solusi yang

38

menggambarkan besarnya energi yang dilepaskan oleh sumber

gempa bumi. Secara matematis, momen seismik sebanding dengan

modulus geser (µ), slip antara kedua sesar (D) dan luas bidang sesar

(A) (Madlazim, 2011). Adapun hasil perhitungan yang diperoleh

seperti pada tabel 4.2 berikut;

Tabel 4. 2 Hasil perhitungan momen skalar gempa Fukushima Jepang

No. Tanggal Waktu Mag

Momen Skalar (Nm)

ISOLA NIED

Jepang

1 2016/04

/13

04:46:3

7.12 4.7 6,264.1015 6,79.1015

2 2016/04

/20

12:19:4

3.63 5.8 7,088.1017 7,56.1017

3 2016/06

/26

22:57:0

4.32 5.9 4,518.1017 3,32.1017

4 2016/08

/15

07:04:4

0.22 5.6 1,485.1017 1,73.1017

5 2016/09

/29

11:57:3

5.42 4.8 4,663.1015 5,14.1015

6 2016/11

/23

21:23:3

6.30 6.2 5,258.1017 6,42.1017

7 2016/12

/08

08:15:4

8.52 5.0 9,130.1015 9,10.1015

8 2016/12

/19

16:41:1

1.45 5.5 4,984.1016 3,99.1016

9 2016/12

/30

20:08:2

7.65 5.4 3,688.1016 4,55.1016

Tabel 4.2 diatas merupakan hasil perhitungan dari momen skalar.

Dapat dilihat bahwa yang memiliki hasil momen skalar tertinggi

terdapat pada data gempa tanggal 20 April 2016 waktu 12:19:43.63

dengan magnitude gempa 5.8 yakni 7,088.1017 Nm. Sedangkan

hasil momen skalar yang terendah terdapat pada data gempa

tanggal 29 September 2016 waktu 11:57:35.42 dengan magnitude

gempa 4.8 yakni 4,663.1015 Nm. Momen magnitude atau lebih

dikenal dengan magnitudo merupakan parameter yang dapat

39

memberikan informasi seberapa besar kekuatan suatu gempa bumi

tersebut. Magnitudo sendiri memiliki hubungan yang sebanding

dengan logaritmik dari M0 dengan momen skalar. Sehingga dapat

dipastikan apabila M0 semakin besar maka Mw juga akan semakin

besar. M0 dapat mempengaruhi besarnya slip dan luas bidang sesar,

dimana semakin besar M0 maka slip dan luas bidang sesarnya akan

semakin besar juga.

Hasil perhitungan momen skalar dengan menggunakan

program ISOLA-GUI akan dibandingkan dengan dengan momen

skalar hasil NIED Jepang. Dimana selisih yang diperoleh tidak jauh

berbeda. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada tabel 4.3 berikut;

Tabel 4. 3 Perbandingan hasil momen skalar data gempa Fukushima

Jepang

No. Momen Skalar (Nm)

Δ ISOLA NIED Jepang

1 6,264.1015 6,79.1015 0,526.1015

2 7,088.1017 7,56.1017 0,552.1017

3 4,518.1017 3,32.1017 1,198.1017

4 1,485.1017 1,73.1017 0,245.1017

5 4,663.1015 5,14.1015 0,477.1015

6 5,258.1017 6,42.1017 1,162.1017

7 9,130.1015 9,10.1015 0,03.1015

8 4,984.1016 3,99.1016 0,994.1016

9 3,688.1016 4,55.1016 0,862.1016

4.2.2 Hasil Momen Tensor

Karakter sesar penyebab gempa bumi dapat diketahui

berdasarkan momen tensor gempa bumi. Momen tensor ini dapat

digunakan untuk menggambarkan arah gaya penyebab gempa

bumi. Pemodelan momen tensor sendiri dilakukan menggunakan

metode inversi yang memanfaatkan waveform dan waktu tiba

gelombang P.

Momen tensor menggambarkan besar dan arah gaya penyebab

gempa bumi. Pada katalog GCMT (Global Centroid Momen

Tensor) solusi momen tensor tersedia dalam koordinat bola yaitu

40

r, t (θ) dan p (ф). Secara umum, momen tensor dapat ditulis dengan

Mrt yang memiliki arti dimana komponen gaya yang bergerak ke

arah sumbuh r dan bekerja pada bidang normal terhadap sumbu t.

Adapun hasil perhitungan momen tensor yang didapatkan pada

tabel 4.4 sebagai berikut;

Tabel 4. 4 Momen tensor gempa untuk gempa Fukushima Jepang

Event Mrr Mtt Mpp Mrt Mrp Mtp Exp Var

13/04_04:

46:37.12 0.345 1.816 1.059 2.268 5.640

-

0.086 15 0.75

20/04_12:

19:43.63 4.308 0.116

-

2.841 2.341 5.492

-

1.132 17 0.9

26/06_22:

57:04.32 3.713 1.128 0.035 1.200 3.335

-

0.566 17 0.91

15/08_07:

04:40.22 0.055 0.191

-

0.462

-

0.165 1.311

-

0.577 17 0.81

29/09_11:

57:35.42

-

1.244 2.345 0.382

-

1.673 1.137 3.753 15 0.79

23/11_21:

23:36.30

-

2.833 1.479 5.271 0.858 2.440 1.400 17 0.83

08/12_08:

15:48.52

-

9.522 0.938 5.735 0.245 0.222 4.585 15 0.8

19/12_16:

41:11.45

-

5.545 1.479 0.725

-

1.293

-

0.704 2.438 16 0.84

30/12_20:

08:27.65

-

3.180 0.305 3.851

-

0.166 0.250 0.995 16 0.8

4.2.3 Hasil Mekanisme Fokus Gempa

Dari hasil solusi inversi momen tensor akan memperoleh nilai

strike, dip dan rake yang akan digunakan untuk menganalisa

bidang patahan gempa. Dimana momen tensor itu sendiri akan

menghasilkan bidang patahan yang sebenarnya dan bidang patahan

yang lain (auxiliary plane) atau bidang bantu yang saling tegak

lurus. Solusi hasil inversi momen tensor yang berupa nilai strike,

dip dan rake yang telah diperoleh akan digunakan sebagai input

hcplot untuk memperoleh gambaran arah bidang patahan. Adapun

hasil solusi momen tensor yang didapatkan pada tabel 4.5 sebagai

berikut;

41

Tabel 4. 5 Bidang sesar dan auxiliary plane untuk gempa Fukushima

Jepang

Event Nodal Plane I Nodal Plane II

Strike Dip Rake Strike Dip Rake

13/04_04:46:37.12 69 3 -43 202 88 -92

20/04_12:19:43.63 195 16 83 22 74 92

26/06_22:57:04.32 205 15 94 20 76 89

15/08_07:04:40.22 255 26 173 352 87 64

29/09_11:57:35.42 91 70 -31 193 61 -157

23/11_21:23:36.30 18 29 -91 199 61 -89

08/12_08:15:48.52 30 44 -91 212 46 -89

19/12_16:41:11.45 225 36 -96 53 54 -85

30/12_20:08:27.65 19 44 -84 191 47 -95

Event gempa yang pertama terjadi pada tanggal 13/04/2016

pukul 04:46:37.12. Hasil dari solusi inversi momen tensor yang

dihasilkan merupakan pola bidang sesar jenis normal fault (sesar

turun).

Hasil beachball yang diperoleh dengan hasil beachball dari NIED

ialah sama yakni pola bidang sesar jenis normal. Apabila ditinjau

dari nilai momen skalar perbedaannya tidak terlalu jauh yakni

selisih 0,526.1015 Nm. Pada data event ini jumlah stasiun yang

(a) (b) (c)

Gambar 4. 1 (a) Bentuk beachball. (b) Orientasi bidang patahan. (c) Bentuk

beachball dari NIED gempa tanggal 13/04/2016 pukul 04:46:37.12

42

digunakan sebanyak 7 stasiun. Pada gambar 4.1 (b) analisa hcplot,

untuk pola bidang patahan ditunjukkan oleh bidang yang berwarna

hijau dan untuk auxiliary plane ditunjukkan oleh bidang yang

berwarna merah. Dari analisa hcplot dapat diketahui jarak

hiposenter dengan bidang pertama sejauh 21 km dan jarak bidang

kedua 1,23 km. Sedangkan jarak antara hiposenter dan centroid

sejauh 21 km. Apabila dianalisa dari parameter sesar, didapatkan

nilai strike sebesar 69o, dip sebesar 3o menunjukkan bahwa arah

pergerakan sesar berada pada arah 69 dari arah utara dengan

kemiringan patahan sebesar 3 yang terlihat pada nodal plane warna

hijau dan rake bernilai negatif sebesar -43o menunjukkan dominasi

sesar normal fault (sesar turun).

Event gempa kedua terjadi pada tanggal 20/04/2016 pukul

12:19:43.63. Hasil dari solusi inversi momen tensor yang

dihasilkan merupakan pola bidang sesar jenis reverse fault (sesar

naik). Hasil beachball yang diperoleh dengan hasil beachball dari

NIED ialah sama yakni pola bidang sesar jenis reverse. Apabila

ditinjau dari nilai momen skalar perbedaannya tidak terlalu jauh

yakni selisih 0,552.1017 Nm. Pada data event ini jumlah stasiun

yang digunakan sebanyak 9 stasiun. Pada gambar 4.2 (b) analisa

(a) (b) (c)



43

hcplot, untuk pola bidang patahan ditunjukkan oleh bidang yang

berwarna hijau dan untuk auxiliary plane ditunjukkan oleh bidang

yang berwarna merah. Dari analisa hcplot dapat diketahui jarak

hiposenter dengan bidang pertama sejauh 0,51 km dan jarak bidang


sejauh 0,51 km. Apabila dianalisa dari parameter sesar, didapatkan

nilai strike sebesar 195o, dip sebesar 16o menunjukkan bahwa arah

pergerakan sesar berada pada arah 195 dari arah utara dengan

kemiringan patahan sebesar 16 yang terlihat pada nodal plane

warna hijau dan rake bernilai positif sebesar 83o menunjukkan

dominasi sesar reverse fault (sesar naik).

Event gempa ketiga terjadi pada tanggal 26/06/2016 pukul


dihasilkan merupakan pola bidang sesar jenis reverse fault. Hasil

beachball yang diperoleh dengan hasil beachball dari NIED ialah

sama yakni pola bidang sesar jenis reverse. Apabila ditinjau dari

nilai momen skalar perbedaannya tidak terlalu jauh yakni selisih

1,198.1017 Nm. Pada data event ini jumlah stasiun yang digunakan

sebanyak 7 stasiun. Pada gambar 4.3 (b) analisa hcplot, untuk pola

(a) (b) (c)


(c) Bentuk beachball dari NIED gempa tanggal 26/06/2016 pukul

22:57:04.32

44

bidang patahan ditunjukkan oleh bidang yang berwarna hijau dan

untuk auxiliary plane ditunjukkan oleh bidang yang berwarna

merah. Dari analisa hcplot dapat diketahui jarak hiposenter dengan

bidang pertama sejauh 11,02 km dan jarak bidang kedua 2,84 km.

Sedangkan jarak antara hiposenter dan centroid sejauh 11,20 km.

Apabila dianalisa dari parameter sesar, didapatkan nilai strike

sebesar 205o, dip sebesar 15o menunjukkan bahwa arah pergerakan

sesar berada pada arah 205 dari arah utara dengan kemiringan

patahan sebesar 15 yang terlihat pada nodal plane warna hijau dan

rake bernilai positif sebesar 94o menunjukkan dominasi sesar

reverse fault (sesar naik).

Event gempa keempat terjadi pada tanggal 15/08/2016 pukul


dihasilkan merupakan pola bidang sesar jenis oblique. Hasil

beachball yang diperoleh dengan hasil beachball dari NIED ialah

sama yakni pola bidang sesar jenis oblique. Apabila ditinjau dari

nilai momen skalar perbedaannya tidak terlalu jauh yakni selisih

0,245.1017 Nm. Pada data event ini jumlah stasiun yang digunakan

sebanyak 9 stasiun. Pada gambar 4.4 (b) analisa hcplot, untuk pola

bidang patahan ditunjukkan oleh bidang yang berwarna hijau dan

(a) (b) (c)


(c) Bentuk beachball dari NIED gempa tanggal 15/08/2016 pukul

07:04:40.22

45

untuk auxiliary plane ditunjukkan oleh bidang yang berwarna

merah. Dari analisa hcplot dapat diketahui jarak hiposenter dengan

bidang pertama sejauh 2,86 km dan jarak bidang kedua 2,15 km.

Sedangkan jarak antara hiposenter dan centroid sejauh 2,86 km.

Apabila dianalisa dari parameter sesar, didapatkan nilai strike

sebesar 255o, dip sebesar 26o menunjukkan bahwa arah pergerakan

sesar berada pada arah 255 dari arah utara dengan kemiringan

patahan sebesar 26 yang terlihat pada nodal plane warna hijau dan

rake bernilai positif sebesar 173o menunjukkan dominasi sesar

oblique fault (sesar miring).

Event gempa kelima terjadi pada tanggal 29/09/2016 pukul



turun). Hasil beachball yang diperoleh dengan hasil beachball dari

NIED ialah sama yakni pola bidang sesar jenis normal. Apabila






(a) (b) (c)



46


hiposenter dengan bidang pertama sejauh 6,91 km dan jarak bidang


sejauh 19,80 km. Apabila dianalisa dari parameter sesar,

didapatkan nilai strike sebesar 91o, dip sebesar 70o menunjukkan

bahwa arah pergerakan sesar berada pada arah 91 dari arah utara

dengan kemiringan patahan sebesar 70 yang terlihat pada nodal

plane warna hijau dan rake bernilai negatif sebesar -31o

menunjukkan dominasi sesar normal fault (sesar turun).

Event gempa keenam terjadi pada tanggal 23/11/2016 pukul











(a) (b) (c)



47

hiposenter dengan bidang pertama sejauh 15,62 km dan jarak

bidang kedua 8,64 km. Sedangkan jarak antara hiposenter dan

centroid sejauh 17,79 km. Apabila dianalisa dari parameter sesar,






Event gempa ketujuh terjadi pada tanggal 08/12/2016 pukul






yakni selisih 0,03.1015 Nm. Pada data event ini jumlah stasiun yang








(a) (b) (c)



48






Event gempa kedelapan terjadi pada tanggal 19/12/2016 pukul














(a) (b) (c)



49






Event gempa kesembilan terjadi pada tanggal 30/12/2016 pukul






yakni selisih 0,862.1016 Nm. Pada data event ini jumlah stasiun yang









(a) (b) (c)



50




menunjukkan dominasi sesar normal fault (sesar turun). 4.2.4 Hasil Slip Sesar Gempa

Setelah diketahui pola bidang patahan yang terjadi pada data

event gempa wilayah Fukushima, maka dilakukan perhitungan

besar slip yang terjadi saat gempa terjadi. Apabila

direpresentasikan slip merupakan pergeseran/dislokasi bidang

patahan pada saat gempa terjadi. Besar nilai slip yang diperoleh

terdapat dalam tabel 4.6 berikut ini;

Tabel 4. 6 Hasil perhitungan displacement gempa bumi Fukushima

Jepang

Event Mw Depth

(km) L (km) W (km) A (km2) D (m)

13/04_04:

46:37.12 4.7 41 3.090295 4.130475 12.76439 28

20/04_12:

19:43.63 5.8 19.20 10.96478 8.3946 92.04496 1100

26/06_22:

57:04.32 5.9 19.20 12.30269 8.953648 110.1539 802

15/08_07:

04:40.22 5.6 46.86 8.709636 7.379042 64.26877 578

29/09_11:

57:35.42 4.8 28.80 3.404082 4.111497 13.99587 22

23/11_21:

23:36.30 6.2 23.79 17.37801 10.86426 188.7991 662

08/12_08:

15:48.52 5.0 29.47 4.365158 5.011872 21.87762 25

19/12_16:

41:11.45 5.5 32.55 7.762471 6.91831 53.70318 554

30/12_20:

08:27.65 5.4 27.35 6.91831 6.486344 44.87454 521

4.3 Pembahasan

Telah dilakukan analisa mengenai gempa bumi Jepang yang terjadi

di prefektur Fukushima. Pusat gempa bumi dalam penelitian ini

berada dilaut dengan magnitudo <4,7 SR. Data gempa bumi yang

51

digunakan ialah data selama tahun 2016. Data-data tersebut

kemudian digunakan untuk menghitung besarnya momen tensor

gempa. Nilai momen tensor yang diperoleh dari penelitian ini

berasal dari hasil inversi waveform tiga komponen (NS, EW dan

Z). Momen tensor digunakan untuk menggambarkan arah gaya

penyebab gempa bumi yang terjadi. Solusi dari momen tensor yang

berupa 6 komponen atau double couple digunakan untuk

mendapatkan parameter bidang patahan yang digambarkan dalam

bentuk beachball. Sehingga dapat diketahui jenis sesar penyebab

gempa bumi. Parameter sumber gempa bumi diestimasi dengan

menggunakan model inversi untuk mencapai fitting waveform 3

komponen dengan baik. Proses inversi yang baik didasarkan hasil

pencocokan data observasi dengan data sintetik yang saling

tumpang tindih seperti pada gambar berikut;

Pada gambar 4.10, terdapat dua kurva yang berbeda yakni kurva

yang berwarna hitam merupakan data observasi seismogram dan

kurva yang berwarna merah merupakan data sintetik seismogram.

Data sintetik berasal dari perhitungan fungsi Green. Dimana fungsi

Green merupakan penggabungan dari fungsi respon, efek proses

Gambar 4. 10 Hasil inversi waveform data seismogram dengan data sintetik pada

event gempa tanggal 26/06/2016 pukul 22:57:04.32

52

perambatan dengan unit impulsif gaya. Fungsi Green dapat

memberikan estimasi dari fungsi waktu sumber sehingga dapat

diketahui besar momen tensor dari hasil pemodelan. Kecocokan

dari kurva sendiri ditentukan oleh nilai varian reduksi, dimana jika

varian reduksi bernilai satu maka kecocokan kurva seismogram

observasi dengan sintetik adalah sempurnaatau dapat dikatan

kedua kurva saling berhimpit penuh. Semakin kecil nilai varian

reduksinya, maka tingkat kecocokannya juga semakin rendah.

Apabila hal tersebut terjadi maka perlu dilakukan pengolahan data

kembali dengan cara mengubah atau menghapus komponen stasiun

yang menunjukkan respon kurang baik. Selanjutnya dilakukan

perhitungan fungsi Green kembali atau mengubah nilai filter pada

tahap inversi hingga didapatkan hasil yang cukup baik.

Event gempa pada gambar memperoleh nilai varian reduksi

untuk tiap komponen stasiun yang berkisar antara 0.87-0.97 yang

ditunjukkan oleh angka dipojok kanan atas pada tiap komponen.

Secara keseluruhan nilai varian reduksi yang didapat terbilang

cukup baik untuk hasil fitting kurva. Akan tetapi nilai varian

reduksi yang dijadikan sebagai acuan adalah nilai varian reduksi

total yang merupakan akumulasi dari nilai varian reduksi tiap

komponen. Dapat dilihat antara kurva observasi dan sintetik ialah

cocok dan saling berhimpit. Nilai varian reduksi dipengaruhi oleh

proses filtering yang dilakukan pada tahap inversi. Inversi yang

digunakan dalam program ISOLA merupakan Deviatoric Moment

Tensor Inversion yang berarti untuk menghitung komponen dasar

momen tensor dan menggunakan DC (double couple) dan CLDV

(Compensated Linier Vector Dipole). Berikut merupakan solusi

momen tensor yang dilakukan pada proses inversi. Menurut Stein

and Wysession (2002), sifat elastik dan non-elastik dari medium

yang dilewati oleh gelombang sumber gempa dapat mempengaruhi

hasil fitting kurva dalam proses inversi.

53

Berdasarkan gambar 4.11 diatas, diperoleh letak centroid yang

berada pada kedalaman 8 km, berjarak 0,51 dari hiposenter gempa.

CMT terjadi 3,6 sekon setelah terjadinya gempa di hiposenter.

Presentase DC menggambarkan sesar yang menyebabkan

terjadinya gempa bumi ialah kopel ganda. Dari hasil inversi

didapatkan prosentase DC sebesar 63% yang berarti lebih dari 50%

kemungkinan gempa bumi terjadi disebabkan oleh sesar strike slip.

Besar dan arah momen tensor pada event gempa diatas

diketahui dalam koordinat bola r, t (θ) dan p (ф). Didapatkan nilai

momen tensor Mrr = Mzz = 3.713.1017 Nm, Mtt = Mxx =

1.128.1017 Nm, Mpp = Myy = 0.035.1017 Nm, Mrt = Mxz =

1.200.1017 Nm, Mrp = Mxy = 3.335.1017 Nm dan Mtp = Myz = -

0.566.1017 Nm. Dalam keenam komponen tersebut

menggambarkan besar dan arah gaya yang bekerja pada sumber

gempa bumi. Hasil yang didapatkan menunjukkan gaya yang

memiliki gaya terbesar terdapat pada arah t (θ).

Gambar 4. 11 Hasil solusi momen tensor untuk gempa bumi pada tanggal

26/06/2016 pukul 22:57:04.32

54

Kualitas hasil inversi dapat diketahui dari nilai varian reduksi

hasil fitting waveform data observasi seismogram dan sintetikyang

diperoleh, dimana semakin tinggi kecocokan fitting waveform

maka semakin tinggi pula nilai varian reduksi. Nilai VR (varian

reduksi) diperoleh 0.91 atau 91%. Dari event gempa bumi yang lain

digunakan dalam penelitian didapatkan nilai VR sebesar 0.75-0.91.

Nilai varian reduksi lebih dari 0.5 atau 50% dianggap telah

memenuhi syarat yang valid untuk menghasilkan momen tensor

yang akurat. Dari hasil inversi momen tensor juga didapatkan

strike, dip dan rake yang menyatakan arah bidang patahan suatu

gempa. Solusi inversi menghasilkan dua nodal parameter bidang

patahan, satu nodal merupakan bidang patahan yang sebenarnya

sedangkan nodal lainnya merupakan auxiliary plane yang

merupakan bidang bantu. Strike merupakan sudut yang

menyatakan arah lintasan garis sesar dipermukaan yang diukur dari

arah utara. Dip menyatakan sudut kemiringan sesar diukur dari

permukaan bumi. Sedangkan rake merupakan sudut yang

menggambarkan arah pergerakan slip.

Hasil momen tensor gempa bumi yang diperoleh menggunakan

program ISOLA memiliki kelebihan dibandingkan dengan hasil

dari NIED Jepang. Pada NIED Jepang dilakukan pengolahan data

menggunakan 3 stasiun, sedangkan pada program ISOLA

menggunakan lebih dari 3 stasiun untuk inversi waveform. Metode

inversi dengan menggunakan waveform tiga komponen mampu

menghasilkan informasi terkait centroid, dimana waktu terjadinya

gempa saling berkaitan dengan centroid. Sedangkan pengolahan

data menggunakan waktu tempuh belum cukup mampu

menghasilkan informasi terkait centroid. Oleh karena itu dapat

dikatakan pengolahan data menggunakan program ISOLA valid.

Mekanisme fokus gempa bumi dipresentasikan melalui bola

fokus atau yang biasa disebut beachball. Hasil inversi pengolahan

data menggunakan program ISOLA didapatkan pola sesar pada

gempa bumi wilayah Fukushima selama tahun 2016 ialah dip slip

normal, dip slip reverse dan sesar oblique. Bentuk sesar yang

dihasilkan dipengaruhi oleh kondisi geologi Jepang dimana Jepang

55

dikelilingi oleh empat lempeng utama dunia yang menyebabkan

wilayah Jepang didominasi oleh zona subduksi yang mampu

menghasilkan terbentuknya beberapa palung laut. Lokasi gempa

dalam penelitian ini terletak di wilayah prefektur Fukushima,

Tohoku. Gempa Fukushima disebabkan oleh patahan yang terdapat

pada litosfer benua yang menyebabkan terjadinya gempa bumi.

Ditinjau dari geologi regional, wilayah Fukushima memiliki setting

tektonik aktif yang kompleks dimana gempa yang terjadi dapat

disebabkan oleh berbagai tipe jenis sesar. Sesar aktif yang terdapat

pada wilayah Fukushima ditunjukkan oleh gambar 4.12,

Dari peta persebaran patahan aktif apabila dikorelasikan dengan

mekanisme fokus hasil penelitian pada gempa Fukushima Jepang

didapatkan hasil seperti yang ditunjukkan oleh gambar 4.13,

Gambar 4. 12 Patahan aktif di wilayah Fukushima berdasarkan

garis merah (http://www.aist.go.jp)

http://www.aist.go.jp/

56

Hasil inversi momen tensor yang telah dilakukan, gempa bumi

Fukushima memiliki kedalaman centroid yang berbeda yakni

dangkal dan dalam. Pada kedalaman yang dangkal sekitar 6-12 km

sedangkan untuk yang dalam sekitar 46-48 km. Selain itu, waktu

Gambar 4. 13 Peta beachball yang merepresentasikan mekanisme fokus

pada peta geologi Fukushima

57

centroid selisih beberapa detik dari waktu terjadinya gempa. Pada

posisi centroid menggambarkan lokasi dengan pelepasan momen

seismik yang paling tinggi saat gempa terjadi. Untuk hasil slip

maksimum diperoleh pada event gempa tanggal 26/06/2016 pukul

22:57:04 dengan magnitudo 5.9 SR. Berdasarkan hasil perhitungan

slip, diketahui bahwa semakin tinggi kekuatan suatu gempa maka

pergeseran/slip yang ditimbulkan akan semakin besar pula.

58


59

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

Berdasarkan dari penelitian yang telah dilakukan didapatkan

kesimpulan sebagai berikut,

1. Besar momen tensor pada tiap komponen dari 9 event gempa di

Fukushima Jepang pada tahun 2016 diperoleh sebagai berikut,

Mrr = 0.055 exp15 sampai 9.522 exp17

Mtt = 0.116 exp15 sampai 2.345 exp17

Mpp = 0.035 exp15 sampai 5.735 exp17

Mrt = 0.165 exp15 sampai 2.268 exp17

Mrp = 0.222 exp15 sampai 5.640 exp17

Mtp = 0.086 exp15 sampai 4.585 exp17

2. Pola bidang sesar yang terjadi di wilayah Fukushima Jepang

didominasi sesar normal (normal fault) dan sesar naik (reverse

fault).

3. Besar slip rata-rata dari event gempa di Fukushima Jepang tahun

2016 sebesar 476 meter dengan slip minimum 22 meter dan slip

maksimum 1100 meter.

4.2 Saran

Adapun saran yang bisa diberikan mengenai penulis dalam

penelitian ini adalah

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai penentuan

momen tensor dan pola bidang sesar dari mekanisme fokus

terutama dalam hal proses perhitungan fungsi Green, inversi

proses filtering. Sehingga didapatkan hasil yang lebih bagus

dalam fitting kurva displacement dan mendapatkan hasil solusi

CMTnya lebih bagus.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut seperti menghitung

durasi rupture, tegangan coloumb maupun PGA sebagai upaya

mitigasi gempa bumi.

3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai karakteristik

gempa bumi di tiap daerah untuk mengetahui resiko gempa

bumi sedini mungkin.

60


61

DAFTAR PUSTAKA

Afnimar, 2009. Seismologi, Edisi Pertama. ed. ITB, Bandung.

Bowler, S., 2003. Bumi Yang Gelisah. Erlangga, Jakarta.

Grandis, D.H., 2009. Pengantar Pemodelan Inversi Geofisika.

Himpunan Ahli Geofisika Indonesia (HAGI), Jakarta.

Harmadhoni, D., 2011. Analisis Mekanisme Fokus Gempa Di

Blitar Jawa Timur 17 Mei 2011. Univ. Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jkt. 69.

Ismawati, T., 2011. Mekanisme Fokus Gempa Bumi Mentawai 25

Oktober 2010. Univ. Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jkt.

83.

Kayal, J.R., 2008. Microearthquake Seismology and

Seismotectonics of South Asia, 1st ed. Springer

Netherlands, Capital Publishing Company, New Delhi,

India.

Kikuchi, M., Kanamori, H., 1991. Inversion of Complex Body

Waves-III. Ulletin Seismol. Soc. Am. 81 2335-2350.

Lay, T., Wallace, T.C., 1995. Modern Global Seismology, 1st ed.

Academic Press, New York, USA.

Madlazim, 2011. Estimasi CMT, Bidang Sesar dan Durasi Rupture

Gempa Bumi Di Sumatera serta Kemungkinan Peringatan

Dini Tsunami.

Merdiani, R., Niyartama, T.F., Sungkono, A., 2010. Penentuan

Jenis Sesar pada Gempa Bumi Sukabumi 2 September

2009 Berdasarkan Gerak Awal Gelombang P. Semin. Nas.

IV SDM Teknol. Nukl. Yogyak.

Noor, D., 2006. Geologi Lingkungan, 1st ed. Penerbit Graha Ilmu,

Yogyakarta.

Putri, Y.T., 2012. Relokasi Gempa Bumi Utama dan Gempa Bumi

Susulan Menggunakan Metode MJHD (Studi Kasus

Gempa Bumi Mentawai 25 Oktober 2010). Univ. Indones.

Fak. Mat. Dan Ilmu Pengetah. Alam.

62

Setyowidodo, I., Santosa, B.J., 2011. Analisis Seismogram Tiga

Komponen Terhadap Momen Tensor Gempa Bumi di

Manokwari Papua 03 Januari 2009. ITS, Surabaya.

Shearer, P.M., 2009. Introduction to Seismology Second Edition,

2nd ed. Cambridge University Press, New York, USA.

Sokos, E.N., Zahradnik, J., 2008. ISOLA a Fortran Code and a

Matlab GUI to Perform Multiple-Point Source Inversion of

Seismic Data. Computers and Geosciences, Volume 34,

Issue 8, p. 967-977.

Stein, S., Wysession, M., 2002. An Introduction to Seismology,

Earthquakes and Earth Structure. John Wiley & Sens.

Suardi, I., 2006. Penentuan Parameter dan Sumber Gempa Bumi

dengan Cepat yang Terjadi di Daerah Indonesia. BMKG.

Susilawati, 2008. Penerapan Penjalaran Gelombang Seismik

Gempa Pada Penelaahan Struktur Bagian Dalam Bumi.

Univ. Sumat. Utara Medan 51.

63

LAMPIRAN

1. Hasil inversi waveform data seismogram dengan data sintetik

dan hasil solusi momen tensor pada event gempa tanggal

13/04/2016

64



20/04/2016

65



26/04/2016

66



15/08/2016

67



15/08/2016

68



15/08/2016

69



15/08/2016

70



15/08/2016

71



15/08/2016

72


73

BIODATA PENULIS

Penulis dilahirkan di

Surabaya, 9 Juni 1995

merupakan anak bungsu

dari 2 bersaudara. Penulis

telah menempuh pendidikan

formal yaitu SDN Kalijaten,

SMPN 21 Surabaya serta

SMAN 22 Surabaya.

Penulis mengikuti

SNMPTN pada tahun 2013

dan diterima di jurusan

Fisika ITS yang terdaftar dengan NRP 1113100039. Penulis

berdomisili di Taman, Sidoarjo. Di jurusan Fisika FMIPA

ITS ini Penulis mengambil bidang Fisika Bumi. Penulis

sempat menjalani Kerja Praktek di BPPTKG (Balai

Penyelidikan dan Pengembangan Teknologi Kebencanaan

Geologi) pada tahun 2016.

estimasi pola bidang sesar dan momen tensor ...repository.its.ac.id/50539/1/01111340000039...i...

Documents