Gelombang Seismik 3 [PDF]

Citation preview

GELOMBANG SEISMIK



A. Pendahuluan Gelombang seismik adalah gelombang elastis yang menjalar di dalam medium bumi yang berasal dari sumber seismik. Sumber seismik yang dimaksud dapat berupa gempa, ledakan, maupun pukulan. Gelombang seismik dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua) kelompok, yaitu: Gelombang badan, yaitu gelombang yang arah perambatannya adalah ke seluruh bagian dalam bumi. Gelombang badan dapat juga merambat di permukaan medium. Gelombang permukaan, yaitu gelombang yang terpadu oleh suatu permukaan bidang batas medium. Oleh karena itu gelombang permukaan mempunyai amplitudo yang mengecil dengan cepat terhadap kedalaman atau pada jarak yang makin jauh dari permukaan.



B. Gelombang Badan Gelombang badan, yaitu gelombang yang arah perambatannya adalah ke seluruh bagian dalam bumi termasuk merambat di permukaan bumi, dibedakan menjadi dua, yaitu: Gelombang P, disebut juga dengan gelombang primer, gelombang longitudinal, atau gelombang kompresi. Gelombang S, disebut juga dengan gelombang sekunder, gelombang transversal.



1. Gelombang P Gelombang P dinamakan juga sebagai gelombang kompresi yang arah getarnya searah dengan arah jalarnya, dan dikenal dengan gelombang longitudinal. Gelombang ini dapat merambat melalui medium padat, cair, dan gas. Cepat rambat gelombang P dinyatakan dengan: vp = dengan



K + 4µ / 3



ρ



1)



8



K=



Y 1 − 2σ



2)



µ=



Y 2 (1 + σ )



3)



dan



Keterangan: K : modulus bulk



μ



: rigiditas (modulus geser)



ρ



: densitas



Y



: modulus Young



σ



: rasio Poisson



Dengan menggunakan persamaan (2) dan (3), cepat rambat gelombang longitudinal dapat dinyatakan sebagai:



vp =



2σ 2 Y  1 + ρ  1 − σ − 2σ 2



vp =



 1 − 2σ 2 Y   1 + ρ  (1 − 2 σ )(1 + σ ) 



  



4)



atau 5)



Cepat rambat gelombang P adalah sekitar 4 hingga 7 km/s dan periodenya terletak antara 5 hingga 7 detik. Cepat rambat gelombang P dalam air adalah sekitar 1,5 km/s. Jenis gelombang P ini banyak dimanfaatkan untuk penyelidikan karakteristik medium yang dilewatinya, misalnya dalam eksplorasi minyak dan gas bumi. Gambar 1 memperlihatkan model penjalaran gelombang P dengan tanda panah menyatakan arah gerak medium yang terdapat pada muka gelombang. Medium akan mengalami kompresi maksimum di B, dan kompresi minimum di D.



9



Gambar 1. Skema penjalaran gelombang P.



Keadaan gelombang bidang dari gelombang P dapat divisualisasikan dengan cara membayangkan bahwa jari-jari pada gambar 1 adalah sangat besar sedemikian rupa sehingga muka gelombang praktis membentuk permukaan bidang sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.



arah gerak partikel



λ



Gambar 2. Visualisasi gelombang bidang P.



arah rambat gelombang



10



2. Gelombang S Gelombang S mempunyai arah penjalaran yang tegak lurus terhadap arah getaran partikel-partikel mediumnya. Gelombang S hanya dapat menjalar dalam medium padat. Gelombang S merupakan gelombang sekunder, dimana gelombang ini datang setelah gelombang P dan ditandai dengan amplitudo yang lebih besar dari gelombang P dan kandungan frekuensi yang lebih rendah, sedangkan periodenya berada antara 11 hingga 13 detik. Gelombang S tidak dapat merambat melalui medium cair sehingga tidak ada gelombang S yang merambat dalam medium inti bumi luar dan lautan. Visualisasi gelombang bidang S ditunjukkan pada Gambar 3.



arah getar partikel



arah rambat gelombang



Gambar 3. Visualisasi gelombang bidang S.



Gelombang S dapat dibedakan menjadi 2 (dua) komponen, yaitu: Gelombang SV, yaitu gelombang S yang gerakan partikelnya adalah vertikal. Gelombang SH, yaitu gelombang S yang gerakan partikelnya adalah horisontal.



Cepat rambat gelombang S dinyatakan sebagai:



vs =



Y



1 ρ 2 (1 + σ )



6)



11



Berdasarkan persamaan (5) dan (6) diperoleh:



vp vs



=



1−σ = 0,5 − σ



k



µ



+



4 3



7)



Berdasarkan persamaan (7) terlihat bahwa harga perbandingan tersebut akan lebih besar dari 1. Hal ini mengingat bahwa harga k dan μ selalu positif. Dengan demikian jelas bahwa untuk gelombang mekanik yang menjalar dalam medium padat, cepat rambat gelombang longitudinal akan lebih besar dibandingkan dengan cepat rambat gelombang transversal. Ketika σ menurun dari 0,5 menuju 0, vs/vp meningkat dari 0 menuju nilai maksimum, 1 / 2 . Dengan demikian cepat rambat gelombang S memiliki range antara 0 hingga 70% cepat rambat gelombang P.



C. Gelombang Permukaan Pada gelombang seismik, selain gelombang badan juga terdapat gelombang permukaan. Gelombang permukan dibedakan menjadi 3 (tiga), yaitu: Gelombang Rayleigh, yaitu gelombang yang terpadu pada permukaan bebas (free boundary) medium berlapis maupun homogen. Gelombang Love, yaitu gelombang yang terpadu pada permukaan bebas medium berlapis dengan gerakan partikel seperti gelombang SH. Gelombang Stoneley (interface wave), yaitu gelombang yang terpadu pada bidang batas antara dua medium (gelombang antar permukaan) dengan gerakan partikel serupa dengan gelombang SV.



1. Gelombang Rayleigh Gelombang permukaan kedua adalah gelombang Rayleigh, nama untuk John William Strutt, Lord Rayleigh, yang secara matematis meramalkan adanya gelombang semacam ini pada 1885. Sebuah gulungan gelombang Rayleigh merambat pada tanah seperti sebuah gulungan gelombang di danau atau lautan. Karena gulungan, bergerak tanah atas dan bawah, dan sisi-ke-sisi dalam arah yang sama dengan arah gelombang bergerak. Sebagian besar getar yang terasa dari gempa bumi adalah akibat gelombang Rayleigh, yang dapat jauh lebih besar daripada gelombang lainnya.



12



Gelombang Rayleigh menjalar hanya pada batas permukaan suatu medium padat. Gelombang ini terdiri dari campuran gerakan kompresi dan gerakan transversal. Amplitudo pergerakan menurun secara eksponensial terhadap jarak penjalaran gelombang. Cepat rambat gelombang Rayleigh lebih rendah dibandingkan dengan jenis gelombang mekanik lainnya. Visualisasi gelombang Rayleigh ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5.



(a)



(b)



arah rambat gelombang



arah rambat gelombang



(c)



arah rambat gelombang



Gambar 4. Gelombang Rayleigh, (a). Perkiraan gerak partikel pada permukaan, (b). Gerak partikel sesungguhnya di permukaan bumi, (c). Potongan melintang yang menunjukkan gerak partikel di sekitar permukaan.



13



Gambar 5. Gerak partikel dan arah rambat pada gelombang Rayleigh.



2. Gelombang Love Gelombang Love diambil dari nama seorang geofisikawan yang berasal dari Inggris, Augustus Edward Hough Love (1863 – 1940). Gelombang Love adalah gelombang geser yang terpolarisasi secara horizontal dan tidak menghasilkan perpindahan vertikal. Gelombang Love terbentuk karena interferensi konstruktif dari pantulan-pantulan gelombang seismik pada permukaan bebas. Pergerakan partikel gelombang Love sejajar dengan permukaan tetapi tegak lurus dengan arah rambatnya. Pergerakan partikel dan arah gerak rambat pada gelombang Love diilustrasikan pada Gambar 6. Gelombang Love lebih cepat daripada gelombang Rayleigh dan lebih dulu sampai pada seismograf. Kecepatan merambat gelombang permukaan ini selalu lebih kecil daripada kecepatan gelombang P, dan umumnya lebih lambat daripada gelombang S. Gelombang Love teramati hanya jika ada lapisan cepat rambat rendah (lapisan dimana gelombang merambat dengan cepat rambat rendah) menutupi lapisan cepat rambat tinggi (lapisan dimana gelombang merambat dengan cepat rambat tinggi). Gelombang Love bersifat diversif, dimana jika cepat rambat naik maka panjang gelombangnya akan naik.



14



Gambar 6. Gerak partikel dan arah rambat pada gelombang Love.



3. Gelombang Stoneley Gelombang Stoneley merambat pada bidang batas antara dua medium (gelombang antar permukaan). Gelombang ini biasanya merambat pada bidang batas antara lapisan cair-padat, cepat rambatnya lebih kecil daripada cepat rambat gelombang Rayleigh dalam medium padat.