Modul Pembelajaran Mata Kuliah Seismologi

Modul Pembelajaran Mata Kuliah Seismologi

MODUL VMEKANISME FOKUSBAB I

PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Gempa bumi tektonik disebabkan adanya proses pergerakan lempeng yitu berupa tumbukan, pelipatan pergeseran dan penyusupan. Di daerah pertempuan terdapat pergeseran antar lempeng akan memimbulkan suatu tegangan-tegangan pada ke dua lempeng tersebut. Tegangan ini akan terkumpul terus menrus hingga melampui batas elastisitas bahan.

Mekanisme terjadinya suatu gempa sering dikaitkan dengan adanya kombinasi gaya atau stress yang dikenakan pada suatu batuan. Kombinasi stress, kompresi (compression) dan dilatasi (tension), yang menyebabkan terjadinya suatu genmpa dapat dimodelkan dengan mempelajari polarisasi ngelombang gempa yang terekam pada seismogram komponen vertikal. Model idealisasi dari mekanisme terjadinya suatu gempa tersebut dalam seismologi dikenal sebagai Mekanisme Fokus (Focal Mechanism). Pada dasarnya mekanisme fokus adalah suatu model yang menerangkan polarisasi gelombang gempa dan sistem stress yang bekerja dalam konsep sesar. Dengan mempelajari mekanisme fokus dari sekumpulan gempa-gempa yang terjadi kita dapat menganlisis sistem gaya-gaya tektonik yang bekerja di suatu daerah.Beberapa hal yag penting dalam penentuan arah grak bidang sesar, antara lain;

1. Sesar bergerak secara mendatar atau secara gerak bidang secara horizontal Arak gerak sesar dapat ke kanan atau searah dengan arah jarum jam dan apabila ke kiri berati sesar bergerak berlawanan dengan arah jarum jam.

2. Sesar bergerak secara naik dan turun, Sesar dikatan sesar naik apabila bidang sesar bergerak naik dan dikatakan sesar turun apabila bidang secara turun dari keadaan normal.

B. Ruang Lingkup Isi :

Batasan pemabahasan pada modul ini antara lain;

Teori Tektonik Lempeng

Teori Bingksi elastic

Teori mekanisme Fokus

Proyeksi Stereografi Focal Sphere

Teori Solusi Bidang Sesar

C. Sasaran BelajarSetelah mengikuti modul ini mahasiswa diharapkan dapat :

1. Mengetahui dan menggunakan Schimdt Net

2. Menggambar bidang modal

3. Menentukan dominasi sumbu-sumbu utama sesar

4. Menentukan parameter sesar5. Menginterpretasi solusi bidang sesar

BAB II

PEMBELAJARAN A.1. Teori Tektonik Lempeng

Teori ini didasarkan pada asumsi bahwa Litosfer (Lapisan terluar bumi yang bersifat kaku dan padat) mengapung di atas Astenosfer (lapisan yang bersifat fluidadan plastis) sehingga Litosfer selalu dalam keadaan tidak stabil dan mudah bergerak. Litosfer pecahmenjadi beberapa lempeng (plate)yang masing-masing bergerak dengan arah dan kecepatan yang berbeda. Batas-batas lempeng yang merupakan tempat pertemuan lempeng-lempeng (terdiri dari tipe konvergen, divergen, dan sesar mendatar), merupakan tempat terjadinya gempa-gempa tektonik.

A.2. Teori Bingkai Elastik

Teori ini menerangkan bahwa gempa bumi terjadi karena adanya akumulasi tegangan pada suatu lapisan batuan yang terus bertambah dan mencapai maksimum. Proses bertambahnya penumpukan tegangan diikuti melengkungnya lapisan batuan tersebut sampai maksimum sehingga akan terjadi perpindahan tiba-tiba (pergeseran). Pelepasan energi akibat perpidahan tiba-tiba dinyatakan sebagai penyebab terjadinya gempa bumi. Setelah terjadi perpindahan maka gaya yang bekerja akan sama seperti keadaan semula.

A.3. Teori Mekanisme Fokus

A.3.1. Sistem Gaya Tipe I dan Tipe II

Pada mekanisme suatu gempa, terdapat 2 hipotesa yang menerangkan sistem gaya yang bekerja pada fokus :1. Sistem gaya kopel (tipe I)Sistem ini tidak dapat menjelaskan mekanisme fokus suatu gempa

2. Sistem gaya kopel ganda (tipe II)

Yaitu dua pasang gaya sama besar, berlawanan arah dan saling tegak lurus.Sistem gaya kopel ganda dapat menerangkan posisi gaya yang bekerja pada akhir proses patahnya atau bergesernya suatu lapisan menurut Teori bingkai Elastik.

A.3.2. Gelombang P

Dari suatu gempa maka gelombang P merupakan gelombang yang paling mudah dianalisis, karena gelombang P yang pertama kali datang.

Sistematika gelombang P dapat diringkar sebagai berikut :

1. Gerakan tanah yang menyebabkan gempa dipolarisasikan sebagai gerakan repulsif (kompresi/ up/ tekanan)dan gerakan atraktif (dilatasi/ down/ tarikan) pada hiposenter.

2. Distribusi yabg sistematik mengakibatkan ruang disekeliling episenter dapat dibagi menjadi empat kuadran oleh dua garis yang disebut garis nodal atau bidang nodal.

Pola radiasi gerak awal gelombang P pada permukaan bumi merepresentasikan geometri dari bidang sesar berdasarkan asumsi bahwa kedatangan (gerak awal) gelombang P pada stasiun seismik mempunyai arah yang sama seperti pada fokusnya. Ini berarti bahwa transmisi gelombang P melalui bumi tidak mengubah gerak awal gelombang. Asumsi ini dikenal sebagai kekekalan dari tanda fasa.A.3.3. Proyeksi Stereografi Focal SphereMasalah yang timbul pada teknik proyeksi geografis adalah karena bumi tidak homogen melainkan terdiri dari lapisan-lapisan yang dianggap homogen isotropik sehingga garis penjalaran gelombang seismik akan membentuk kurva lengkung.

Hal ini mengakibatkan bidang nodal pada fokus gempa tidak dapat diperoleh dengan proyeksi langsung dari pola gerak awal gelombang Pyang datang dipermukaan bumi.Teknik proyeksi bola fokus mntranformasikan bumi yang sebenarnya menjadi medium homogen. Dasar dari metoda ini adalah konsep bola fokus yang diartikan sebagai lingkaran kutub yang mengelilingi fokus gempa, yang pada permukaannya ditransformasikan posisi dari stasiun seismik dan pergerakan tanah yang diasosiasikan dengan kedatangan gelombang P dan S pada stasiun-stasiun tersebut (lihat gambar 4). Karena lingkaran tersebut kecil, maka dianggap homogen sehingga penjalaran gelombang dapat dianggap garis lurus. Jenis metoda proyeksi bola fokus yang banyak digunakan para ahli adalah proyeksi sama luas (equal area projection technique).A.4. Teori Solusi Bidang Sesar

Seperti yang telah dijelaskan di atas, pada teori ini kita akan menggunakan metoda proyeksi sama luas atau Schimdt Net, yang merupakan jaring terdiri dari lingkaran besar dan kecil, dibuat berdasarkan luas yang mendekati kesamaan dari jaring yang dihasilkan oleh perpotongan keduanya., sehingga interval tiap lingkaran akan merata pada setiap kedudukan.

Penentuan solusi bidang sesar didasarkan pada penentuan dua bidang nodal yang ortogonal, yang memisahkan kuadran kompresi dan dilatasi pada bola fokus. Titik pada bola fokus ditentukan oleh parameter r, dan , dimana r adalah radius, adalah sudut azimut (diukur searah jarum jam dari Utara) dari episenter gempa bumi ke stasiun seismogram, dan adalah sudut take off penjalaran gelombang seismik dari hiposenter terhadap stasiun. Untuk proyeksi equal area, parameter (r, , ) ditransformasikan ke dalam koordinat polar (r, ), dengan rumus :

r = 2 r sin (/2) ; =

Apabila radius lingkaran besarnya sembarang dan radius maksimum dianggap berharga 1, maka persamaan di atas menjadi :

r = 2 sin (/2) ; =

Bentuk persamaan ini digunakan untuk pengeplotan gerakan awal gelombang P pada Schmidt Net.

Setelah ditentukan bidang-bidang nodal dan bidang batuannya, kemudian dapat ditentukan arah-arah sumbu stress maksimum (sumbu P) dan sumbu tensil maksimum (sumbu T) dimana keduanya merepresentasikan arah-arah gaya utama yang bekerja pada sesar.

A3.5. Sesar

A.5.1. Parameter sesar

Bila terdapat sesar maka perlu kita tentukan parameter-parameter sesar tersebut, kemudian kita tentukan jenisnya.

Orientasi sesar ditentukan dengan strike (jurus) , dan dip (kemiringan) . Kemudian salah satu dari plunge tatu rake digunakan untuk menentukan arah slip (gambar 5). Sesar memiliki dua permukaan yaitu foot-wall dan hanging-wall, dimana slip sebagai arah hanging-wall relatif terhadap foot-wall. Rake () adalah sudut antara arah strike dan slip : - < < . Beberapa definisi parameter sesar :

Jurus (strike) adalah arah dari garis horizontal yang terletak pada bidang miring (bidang sesar), di ukur dari arah utara. Arah (bearing) adalah sudut horizontal antara garis dengan arah koordinat tertentu.

Kemiringan (dip) adalah kecondongan dengan sudut kemiringan terbesar, dibentuk oleh bidang miring dengan garis horizontal, diukur tegak lurus jurus.

Rake (Pitch) adalah besar sudut antara garis dengan garis horizontal yang diukur pada bidang dimana garis tersebut terdapat.

Penunjaman (plunge) adalah besar sudut pada bidang vertikal, anatar garis dengan bidang horizontal.

Pergeseran relatif (slip) adalah pergeseran relatif pda sesar, diukur dari blok yng satu ke blok yang lain pada bidang sesar dan merupakan pergeseran titik-titik yang sebelumnya berimpit.

A.5.2. Klasifikasi sesar

Dalam seismologi, pembagian jenis sesar brdasarkan gerak relatif sepanjang batas sesar atau arah slip.

Jenis-jenis sesar tersebut adalah :

Sesar mendatar

Jenis sesar, dimana arah gerakannya sejajar dengan jurus sesar. Parameter sesar ini adalah = /2 dan = 0 atau . Jenis sesar ini terbagi du yaitu left lateral slip fault jika = 0 dan right lteral slip fault apabila = . Sesar turun (Normal fault)

Jenis sesar, dimana blok bagian atas (hanging wall) turun terhadap blok bagian bawah (foot wall). Sesar ini mempunyai parameter : 0 atau /2 dan nilai terletak dalam range (-, 0). Sesar naik (reverse fault)

Jenis sesar, dimana blok bagin atas naik terhadap bagian bawah. Parameter sesar ini adalah : 0 atau /2 dan harga terletak dalam range (, 0).

Jenis-jenis sesar di atas dapat dibedakan dengan diagram mekanisme fokus, yaitu melihat posisi dari pusat lingkaran apakah terletak di daerah kompresi (hitam) atau dilatasi (putih).

B. TUGAS1. Hitunglah sudut take off () dari data yang diberikan.

= 180o I

Jika > 90o maka = 180o

Nilai I dapat dicati dengan cara interpolasi terhadap episenter dan kedalaman, dengan menggunakan tabel Emergence Angel.

2. Plot harga episenter () dan sudut take off () kedalam Polar Equal Area Net dengan dihitung dari titik utara searah jarum jam dan dihitung dari titik pusat lingkaran ke arah luar sehingga diperoleh distribusi kompressi dan dilatasi.

3. Dengan menggunakan schimdt Net, putar sedemikian rupa kertas transparan yang telah berisi hasil plot pada polar equal sehingga blok compressi dan dilatasi terpisah dan tarik garis meridian. Garis meridian ini merupakan bidang nodal-1. Tentukan titik kutub-1 dengan menambah 90o dari bidang nodal-1 dalam arah Barat-Timur.

4. Dengan cara yang sama pada no.3, tentukan bidang nodal-2 melewati titik kutub-1 dan tentukan titik kutub-2.

5. Perhitungan letak titik kompressi dan dilatasi pada kuadran yang salah.

Pemilihan kedua bidang nodal dapat dikatakan benar apabila kesalahannya < 30%.

6. Tarik garis meridian yang melalui kutub-1 dan kutub-2 dari bidang nodal. Garis ini disebut garis bantu.

7. Tentikan sumbu P dan sumbu T pada garis bantu tersebut dengan menambah 45o kekiri dan tekanan dari salah satu titik kutub yang memungkinkan.

Sumbu P berada pada daerah dilatasi dan sumbu T berada pada daerah kompressi.

8. Tentukan parameter sesar, dengan :

1. .Gunakan Schmidt Net.

2. Tentukan bidang sesar dengan memperhatikan referensi arah penunjaman. Jika arah penunjaman ke Barat, maka kemiringan (dip0 jiga harus kearah Barat. Tentukan arah strike sesar ().

3. Tentukan dip atau kemiringan () sesar. Titik 0 dihitung dari luar menuju ke pusat lingkaran.

4. Tentukan slip dengan menarik garis dari titik pusat lingkaran kesalah satu titik kutub dimana terdapat perpotongan antara bidang sesar dengan garis bantu. Tentukan arah slip.

5. Tentukan plunge yaitu perpanjangan dari slip.

6. Tentukan jenis sesar. Jika titik pusat berada pada daerah kompressi maka sesarnya sesar naik dan jika titik pusat berada didaerah dilatasi sesar yang terjadi adalah sesar turun.

7. Tentukan rake sesar (). Jika sesar naik, harga rake diambil yang searah jarum jam dihitung dari arah slip ke arah garis strike (positif). Jika sesar turun, harga rake diambil yang berlawanan arah dengan arah jarum jam (negatif).

C. STRATEGI PEMBELAJARAN

C.1 Kuliah Pengantar Kuliah pengantar menggunakan modul ini yang disajikan pada pertemuan ke empat dalam materi pembelajaran mekanisme gempa (focal mechanism) dan arah pergerakan sesar dalam waktu 35 menit.

Diskusi Kelompok Diskusi kelompok dilakukan dengan membentuk kelompok-kelompok kecil beranggotakan 3 4 orang. Tugas setiap kelompok ;

- mendiskusikan topik-topik kuliah yang diuraikan di atas yang ditentukan oleh fasilitator. Sebagai dasar untuk merumuskan pengertian-pengertian yang terkandung di dalamnya, peserta akan diberikan bahan bacaan.

Presentasi Kelompok Presentase setiap kelompok dilaksanakan pada pertemuan ke empat dan ke lima. Setiap kelompok mempresentasikan hasil praktikum untuk berbagi dengan peserta lainnya. Hasil rumusan terhadap topik yang diberikan diharapkan dapat membantu peserta lainnya dalam memahami materi pembelajaran secara komprehensif. Dalam presentasi hasil diskusi kelompok diupayakan menjadi suatu dialog antara presenter dengan audience.

C.2 Tugas Kuliah

Pada pertemuan keenam, mahasiswa mengumpulkan laporan seluruh hasil presentasi yang telah didiskusikan.

C.3 Evaluasi Singkat Evaluasi dalam bentuk uraian yang diberikan kepada mahasiswa untuk menuliskan pemahaman mereka tentang materi kuliah yang telah didiskusikan. Dalam hal ini diharapkan mahasiswa dapat memahami pembangkitan sinyal waktu diskrit.

D. Indikator Penilaian

Indikator penilaian berupa kemuthiran algoritma, kreativitas dan kerjasama tim alam menemukan jawaban dari masalah yang diberikan oleh fasilitator. Komponen penilaian meliputi ;

Aktifitas perkuliahan (15 %), terdiri dari :

- Keaktifan dalam diskusi (10 %)

- Kehadiran (5 %)

Penguasaan materi (50 %), terdiri dari :

- Kemampuan dalam menentukan arah gerak sesar (15 %).

- Kemampuan dalam menentukan mekanisme gempa (15 %)

- Kemampuan dalam mengetahui Rake Strike dan dip (20 %)

Tugas-tugas kuliah (35 %), terdiri dari :

- Ketepatan waktu pengumpulan tugas (10 %)

- Tingkat kebenaran tugas (25 %)

- Kerapian pekerjaan (10 %)

BAB III

PENUTUP

Setelah mengikuti mata kuliah ini, mahasiswa diharapkan mampu mengetahui arah gerak sesar dan mengetahui mekanisme gemapDAFTAR PUSTAKA

Jekti Endro, Gejala Seismik yang Berhubungan dengan Pengisian Ais Waduk Saguling Jawa Barat, Tugas akhir, Jurusan GM ITB, 1986.

Landsberg, H.E., Advances in Geophysics, Academic Press, New York London, 1962.Bath, M., Introduction to Seismology, 2nd edition, Birkhauser Vealog, Stuttgart, 1979.

Program Studi Geofisika Page 51