Modul Seismologi 2018 [PDF]

Citation preview

MODUL PRAKTIKUM SEISMOLOGI



TEKNIK GEOFISIKA FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2018 i



PERATURAN UMUM PRAKTIKUM



1. Pada saat praktikum dan ujian, praktikan wajib berpakaian rapih dan berkerah serta tidak dibenarkan memakai sandal, makan dan merokok. 2. Praktikan yang terlambat lebih dari 15 menit tidak diperkenankan mengumpulkan tugas pendahuluan (TP) dan TP merupakan syarat untuk mengikuti praktikum. 3. Tugas pendahuluan diserahkan ke asisten yang bersangkutan sebelum praktikum dimulai dan tidak dibenarkan mengerjakan serta mengumpulkan TP pada saat praktikum. 4. Keterlambatan lebih dari 15 menit tidak diperkenankan untuk mengikuti praktikum. 5. Tes awal atau tes akhir ( tergantung masing-masing asisten ) dilaksanakan kurang lebih 15 menit atau sesuai dengan materi yang diberikan. 6. Tidak ada praktikum susulan bagi praktikan yang tidak mengikuti praktikum yang bersangkutan. 7. Penilaian hasil praktikum untuk masing-masing praktikan sepenuhnya dilakukan oleh asisten yang bersangkutan. 8. Ketidakpuasan atau kesalahan atas hasil penilaian praktikum dapat disampaikan kepada koordinator praktikum melalui asisten yang bersangkutan paling lambat satu minggu setelah hasil penilaian praktikum diumumkan. 9. Praktikum dilaksanakan satu kali dalam satu minggu, masing-masing praktikum di ruangan praktikum di Ruang Kuliah Gedung Energi. Untuk kegiatan praktikum di laboratorium, disesuaikan dengan modul yang bersangkutan.



ATURAN LAPORAN PRAKTIKUM 1. Laporan praktikum diketik rapih pada kertas HVS ukuran A4. 2. Batas waktu pengumpulan laporan praktikum maksimal satu minggu setelah praktikum modul yang bersangkutan selesai. 3. Tidak ada keterlambatan pengumpulan laporan praktikum. Bagi praktikan yang terlambat mengumpulkan laporan akan diberikan bonus pemotongan nilai tergantung masing-masing asisten.



FORMAT LAPORAN Laporan praktikum dibuat dengan menggunakan format karya ilmiah dengan sistematika berikut : 1. Judul Judul ditulis sesuai dengan modul praktikum. 2. Nama Praktikan Ditulis tepat di bawah judul yang disertai dengan alamat institusi praktikan. 3. Abstrak Abstrak berisi tidak lebih dari 250 kata dan merupakan intisari seluruh laporan. Ditulis dalam dua bahasa yaitu Bahasa Indonesia dan Bahasa Inggris.



ii



4. Pendahuluan Pendahuluan merupakan gambaran umum dari hal-hal yang melatarbelakangi pelaksanaan praktikum yang bersangkutan. Dalam pendahuluan dicantumkan pula tujuan dari praktikum. 5. Teori Dasar Umumnya berisi teori-teori yang mendasari metode-metode yang dilakukan dalam praktikum. 6. Pengolahan Data Menjelaskan tentang urutan pengolahan data sesuai dengan modul praktikum yang bersangkutan. Pengolahan data harus jelas dari awal sampai diperoleh hasil akhir. 7. Diskusi dan Pembahasan Umumnya berisi uraian dan analisis dari hasil akhir yang diperoleh dalam pengolahan data yang dihubungkan dengan teori dasar. 8. Kesimpulan Kesimpulan harus didasarkan pada diskusi dan pembahasan. Secara umum kesimpulan menunjukkan jawaban atas tujuan praktikum. 9. Ucapan Terima Kasih Apabila memang ada pihak yang telah membantu dalam pembuatan laporan praktikum, maka ucapan terima kasih dapat disampaikan di sini. 10. Daftar Pustaka Daftar pustaka berisi informasi tentang sumber pustaka yang telah dirujuak dalam pembuatan laporan praktikum. 11. Lampiran Berisi data dan hasil akhir dari praktikum dapat berupa grafik, tabel, gambar, dan lain sebagainya seusai dengan praktikum yang bersangkutan.



SISTEM PENILAIAN 1. Nilai Akhir Praktikum ( NAP ) untuk syarat kelulusan mata kuliah Seismologi adalah lebih besar atau sama dengan 60 ( NAP ≥ 60 ) 2. Sistem penilai praktikum meliputi : a. Nilai Praktikum (NP) tiap modul adalah 25% tes awal/akhir + 75% laporan akhir. b. Nilai Akhir Praktikum ( NAP ) adalah 75% Nilai Praktikum (NP) + 25% Nilai Ujian Praktikum ( NUP ).



iii



CONTOH FORMAT PENULISAN LAPORAN



ELASTISITAS DAN GELOMBANG GEMPA Nama , NIM Laboratorium Seismologi, Program Studi Teknik Geofisika, Institut Teknologi Bandung



ABSTRAK Seismologi melibatkan analisis gerakan tanah yang disebabkan oleh sumber energi di dalam bumi seperti gempa bumi atau ledakan. Kata kunci : seismologi ABSTRACT Seismology involves ground motion analysis that is generated by the source of energy inside the earth, such as earthquakes or explosions. Key words : seismology



PENDAHULUAN



DISKUSI DAN PEMBAHASAN



Gejala gelombang dalam media bumi padat akan menyebabkan adanya peristiwa vibrasi ( getaran ) terhadap medium yang dilalui gelombang.



Umumnya berisi uraian dan analisis dari hasil akhir yang diperoleh dalam pengolahan data yang dihubungkan dengan teori dasar.



LATAR BELAKANG



KESIMPULAN



Deformasi yang disebutkan di atas akan kita bahas selanjutnya berdasarkan teori elastisitas ( stress dan strain ).



Tulis kesimpulan berdasarkan pengamatan selama pengerjaan praktikum.



TEORI DASAR Modulus Bulk / inkompresibilitas yaitu ketahanan suatu material terhadap perubahan volume akibat adanya suatu gaya padanya. PENGOLAHAN DATA Tuliskan semua langkah-langkah yang Anda lakukan saat mengolah data. Sertakan pula hasilnya.



DAFTAR PUSTAKA Petunjuk Praktikum GF-321 “Seismologi” 2001 Diktat Kuliah Fisika Interior Bumi Ucapan Terima Kasih Rasa syukur saya panjatkan kepada Allah SWT yang telah menganugerahkan nikmat dan kesehatan sehingga saya dapat menyelesaikan penulisan laporan ini. iv



MODUL I GELOMBANG SEISMIK DAN ANALISIS SEISMOGRAM



Asisten [….] [….]



Tujuan Praktikum I.



Dapat menggambarkan fasa-fasa gelombang seismik



II.



Dapat membedakan antara sinyal dengan noise



III.



Dapat menentukan fasa gelombang (P dan S) pada seismogram dan menentukan waktu tiba gelombang tersebut



IV.



Dapat menggunakan tabel dan kurva Jeffreys-Bullen untuk menetukan berbagai fasa gelombang yang mungkin muncul dalam seismogram



5



PENDAHULUAN Bagi seseorang yang mempelajari seismologi, seismogram adalah hal yang sangat penting. Dalam seismogram terekam segala getaran yang disebabkan oleh penjalaran gelombang seismik dari pusat gempa di dalam bumi dan kemungkinana sumber-sumber lain seperti angin, dsb. Getarangetaran tersebut bisa kuat atau lemah tergantung dari besar kecilnya energi gempa yang dilepaskan dan jauhnya dekatnya pusat gempa dengan seismograf. Setiap seismogram mengandung informasi penting tentang sumber seismik dan medium yang dilewati oleh gelombang. Karena itu dari seismogram, kita dapat mengestimasi struktur interior bumi dan sifat dari sumber seismic. Dalam modul ini, pembahasan akan difokuskan pada investigasi seismik pada skala global. Investigasi global dilakukan dengan memanfaatkan gelombang tubuh (body), yang meliputi gelombang langsung P dan S dan gelombang-gelombang refleksi dan transmisinya. Seismogram merupakan hasil dari rekaman getaran yang disebabkan oleh penjalaran gelombang seismik dari suatu sumber di dalam bumi, seperti gempa. Kekuatan getaran yang terekam dipengaruihi oleh :  Besar magnitudo gempa.  Jarak pusat gempa dengan stasiun seismograf Seismogram mengandung beberapa informasi penting , antara lain mengenai :  Struktur interior bumi.  Gelombang seismik dari pusat gempa.  Karakteristik parameter gempa. Dengan menganalisis seismogram dapat ditentukan hal-hal berikut, antara lain :    



Waktu datang gelombang seismik Arah datang gelombang gempa. Sudut keluar gelombang gempa. Kedalaman pusat gempa.



TEORI DASAR A. GELOMBANG SEISMIK Secara garis besar gelombang seismik yang dipancarkan dari pusat gempa dan terekam dalam seismogram terdiri dari gelombang body dan gelombang permukaan. Gelombang yang biasanya mudah terlihat dalam seismogram adalah gelombang body jenis longitudinal (Gelombang Primer, P) dan jenis transversal (Gelombang sekunder, S) serta refleksi dan transmisinya. Ditinjau dari kecepatan gelombangnya, maka mula-mula akan tercatat gelombang P, baru kemudian disusul oleh gelombang S dan akhirnya gelombang permukaan.



6



Waktu tempuh tiap fasa gelombang gempa untuk setiap kombinasi jarak episenter dan kedalaman pusat gempa tertentu telah ditabelkan dalam jeffreys-Bullen. Tabel disusun berdasarkan model struktur kecepatan Jeffreys-Bullen yang berasumsi bahwa kecepatan gelombang gempa semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Berikut simbol-simbol berbagai jenis fasa:           



P adalah gelombang longitudinal yang melalui mantel S adalah gelombang transversal yang melalui mantel K adalah gelombang P yang melalui inti luar I adalah gelombang P yang melalui inti dalam J adalah gelombang S yang melalui inti dalam p adalah gelombang P yang terpantul di permukaan bumi di dekat episenter s adalah gelombang S yang terpantul di permukaan bumi di dekat episenter c adalah refleksi baik dari gelombang P maupun S pada batas antar mantle dan inti luar i adalah refleksi dari gelombang P pada batas inti luar dan inti dalam PP adalah multipel dari gelombang P SS adalah multipel dari gelombang S



Catatan: Fasa-fasa terkait dengan c, i dan multipel mempresentasikan jenis gelombang refleksi, sedangkan fasa yang lain adalah gelombang refraksi. Jejak sinar dari gelombang di atas mengikuti hukum Snell yang menyatakan bahwa rasio dari sinus sudut datang dengan sudut keluar sama dengan rasio antara kecepatan rambat gelombang seismik pada kedua medium yang bersesuaian dengan kedua sudut tersebut. B. ANALISIS SEISMOGRAM Gelombang seismik menjalar dari pusat gempa ke segala arah, dengan arah penjalaran berbentuk seperti bola yang bergerak dalam bidang tiga dimensi. Untuk itu dibuat seismograf yang dapat mencatat komponen getaran dalam arah vertikal dan horizontal. Getaran dalam arah vertikal direkam pada seismogram komponen vertikal atau UD ( up-down atau kompresi-dilatasi), getaran dalam arah horizontal direkam dalam seismogram komponen N-S ( utara selatan) dan E-W ( timur barat). Rekaman pada tiga komponen ini dapat digunakan untuk analisis penjalaran gelombang dalam arah tiga dimensi.



7



[http://www.mgm.monschau/de/seismic/english/artikel/artikel_6.php]



Gambar 1. Seismograf tiga Komponen Secara garis besar gelombang seismik yang dipancarkan dari pusat gempa dan terekam dalam seismogram terdiri dari gelombang badan (body wave) dan gelombang permukaan (surface wave). Dalam seismogram, gelombang yang biasanya mudah terlihat adalah gelombang badan jenis longitudinal (gelombang primer, P), jenis transversal (gelombang sekunder, S), atau refleksi dan transmisi dari gelombang-gelombang tersebut. Gelombang permukaan (surface wave) tidak selalu mudah terlihat dalam seismogram, namun biasanya akan mudah terlihat pada kasus gempa jauh dan dangkal yang bergantung pada kekuatan gempa. Gelombang P menjalar dengan osilasi yang searah dengan arah penjalaran, sedang gelombang S menjalar dengan osilasi yang tegak lurus terhadap arah penjalaran. Berdasarkan teori kecepatan gelombang, maka seismogram mula-mula akan mencatat gelombang P, disusul gelombang S, dan akhirnya gelombang permukaan. Waktu tempuh tiap fasa gelombang untuk setiap kombinasi jarak episenter dan hiposenter tertentu telah disusun dalam tabel Jeffreys – Bullen. Tabel ini disusun berdasarkan model struktur kecapatan 1D Jeffreys – Bullen yang mengasumsikan bahwa kecepatan rambat gelombang seismik semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Pada tabel ini, fasa-fasa gelombang seismik diberi simbol-simbol khusus berdasarkan penjalarannya (misalnya melalui kulit bumi, mantel, atau inti bumi). Di bawah ini adalah beberapa fasa gelombang seismik yang akan memberikan gambaran penjalaran gelombang di dalam bumi : 1. Kasus gempa dangkal-dekat ( d ≤ 60 km dan ∆ < 10 ° ) Pg, Sg : gelombang langsung ( direct wave ) Pn, Sn : gelombang melalui bidang Mohorovisic Pb, Sb : gelombang melalui bidang conrad. 2. Kasus gempa dangkal-jauh (d ≤ 60 km dan ∆ > 10 ° ) P,S : gelombang langsung melalui mantel 8



Pcp,ScS : gelombang direfleksikan pada inti luar PP,SS : gelombang direfleksikan pada permukaan PKP : gelombang melalui mantel-inti luar-mantel PKIKP : gelombang melalui mantel-inti luar-inti dalam-inti luar-mantel. Pdif : gelombang mengalami difraksi pada bidang batas mantel-inti luar dengan jarak lebih dari 100° PcS : gelombang P direfleksikan pada inti luar dan berubah menjadi gelombang S. 3. Kasus gempa dalam ( d ≥ 300 km ) pP : gelombang direfleksikan di permukaan dekat dengan episenter pp : gelombang direfleksikan di permukaan dengan jarak episenter ke titik refleksi sama dengan jarak dari stasiun ke titik refleksi. 4. Gelombang permukaan L : gelombang panjang, merupakan permulaan dari gelombang permukaan. G : gelombang mantel T = 1 – 4 menit dari amplitudo besar. Lq : gelombang Love Lr : gelombang Rayleigh Diagram Waktu Tempuh Diagram waktu tempuh digunakan untuk mengidentifikasi berbagai fasa gelombang dalam seismogram. Diagram ini menyajikan hubungan antara waktu tempuh ( T ) berbagai gelombang seismik dan jarak episentrum (∆ ). Waktu tempuh adalah waktu yang diperlukan suatu gelombang seismik yang menjalar dari sumber untuk mencapai stasiun pengamat. Waktu tempuh dari suatu gelombang seismik bergantung pada : -



Jarak sudut episentrum (∆ ) Kedalaman fokus gempa.



Pada praktikum modul ini akan diperkenalkan diagram dan kurva waktu tempuh JeffreysBullen, yaitu diagram dan kurva waktu tempuh pada permukaan ( kedalamannya sama dengan nol ).



9



PENGOLAHAN DATA I.



Membuat berita seismo Isi tabel di bawah ini dengan data seismogram dan gempa minimal 2 sinyal dan 2 noise.



Tanggal



A



B



C



D



E



Jam



Menit



Detik



Amp(mm)



Periode



Keterangan : A: Bentuk impuls pertama



e: tumpul i : lancip B: Jenis gelombang P: gelombang P S: gelombang S C: Arah impuls pertama dalam komponen Z C: kompresi (↑) D: dilatasi (↓) D: Arah impuls pertama dalam komponen N-S N: North(↑) S: South (↓) E: Arah impuls pertama dalam komponen E-W E: East(↑) W: West (↓) Sta Lem



Date 100193



Comp SpZ



Phase iP



Time 17’03.36”



Dir cNE



∆ -



A 1mm



T 2 dt



Remark



Keterangan : Sta : Stasiun pengamatan Date : Tanggal terjadinya gempa. Comp : Komponen seismograf pencatat gempa. - Sp : Short period. - Lp : Long period. - Z : Vertical seismograph. - N : North-south seismograph. - E : East-west seismograph. Phase : Jenis gelombang yang tercatat di stasiun, terdiri dari fasa - i : Bentuk impuls pertama lancip. - e : Bentuk impuls pertama tumpul. - P : Gelombang P. - S : Gelombang S. - F : Akhir pencatatan dari suatu gelombang gempa. Time



: jam, menit, detik terjadinya gempa; dalam WIB ( GMT+7)



Dir



: Direction ( arah ) fasa gelombang yang terbaca - c : kompresi - d : dilatasi - N ( North ), S ( South), E ( East) , W ( West)



∆



: Jarak episenter ke stasiun pencatat, dalam satuan derajat ( 1° = 111 km)



A



: amplitudo ( dalam mm)



T



: periode ( dalam detik) 10



II.



Menggunakan Kurva dan Tabel Jeffreys-Bullen  Kurva Jeffreys – Bullen Menentukan fasa-fasa gelombang yang mungkin muncul pada pias seismogram dengan menggunakan kurva Travel Time Jeffreys-Bullen ( minimal 6 fasa pertama ), dengan cara : a. Tarik garis lurus vertikal berdasarkan ∆ yang telah diberikan. b. Kurva fasa-fasa gelombang yang dilalui garis vertikal ini adalah fasa-fasa gelombang yang mungkin muncul pada pias. c. Tentukan waktu tempuhnya. d. Plot waktu tempuhnya pada pias seismogram.  Tabel Jeffreys-Bullen Menentukan waktu tiba setiap fasa yang mungkin muncul dengan data ∆ dan h. a. Cari waktu tempuh gelombang P (𝑡𝑝 ) dari tabel times of P, dengan melakukan interpolasi. b. Tentukan waktu kejadian gempa di fokus ( origin time  waktu tiba gelombang P di stasiun - 𝑡𝑝 ). c. Cari waktu tempuh fasa gelombang S dari tabel time of S dengan cara yang sama dengan gelombang P. d. Cari waktu tempuh fasa gelombang body yang lain dengan memperhitungkan faktor kedalaman ( sebagai faktor koreksi). Tabel yang digunakan adalah tabel surface reflection dan depth allowance. Dari tabel surface reflection didapat t’ ( t sebelum dikoreksi ) Dari tabel depth allowance didapat k ( faktor koreksi ) Maka t ( waktu tempuh gelombang ) = t’ – k e. Untuk gelombang permukaan waktu tempuhnya dapat dilihat dari kurva Jeffreys-Bullen. f. Plot waktu tempuhnya pada pias seismogram.



DAFTAR PUSTAKA  Petunjuk Praktikum GF-321 “Seismologi” 2001  Diktat Kuliah Fisika Interior Bumi  K.E Bullen and Bouce A. Bolt (1863), An Introduction to The Theory of Seismology, Comridge University Press.  Jeffreys,H. And K.E. Bullen (1940), Seismological Tables, British Association for The Advancement of Science, London.  Tsujiura, Masaru (1988), Characteristic Seismograms, University of Tokyo.  www.seismo.com/msop/msop79/rec/rec.html  www.seismo.com/msop/msop79/par/par.html



11



12



MODUL II PICKING DATA SEISMIC



Asisten [……] […...]



Tujuan Praktikum I.



Memahami konsep besaran magnitude dan intensitas gempa



II.



Memahami hubungan empiris antara parameter-parameter gempa



III.



Dapat menentukan fasa gelombang (P dan S) pada seismogram dan menentukan waktu tiba gelombang tersebut pada data microseismic



IV.



Dapat melakukan picking amplitude untuk penentuan nilai magnitudo



13



PICKING DATA SEISMIC PENDAHULUAN Pada pengolahan data microseismic yang perlu dilakukan adalah picking arrival time gelombang p dan gelombang s untuk bisa menentukan lokasi hiposenter dari sumber gelombang tersebut. Selain itu diperlukan juga picking peak to peak amplitude gelombang p untuk bisa menentukan besaran magnitude dari sumber gempa. PENGOLAHAN DATA



1. Tampilkan raw data dari semua stasiun



2. Lakukan filtering data



14



3. Urutkan berdasar kemunculan grup fasa gelombang yang “menonjol” 4. Pick waktu tiba gelombang P dan S pada setiap stasiun 5. Pick waktu tiba gelombang S pada setiap stasiun



Note: a. Pada umumnya nilai ts-tp gempa akan semakin besar pada stasiun yang waktu tiba gelombang P lebih lambat. b. Pada umumnya fasa gelombang P lebih jelas pada komponen vertikal dan S pada komponen horizontal (NS atau EW). Tetapi pada kasus tertentu bisa terjadi hal sebaliknya 6. Pick amplitude maximum pada komponen Z di setiap stasiun Note: a. Sebelum melakukan picking harus dilakukan remove mean dan integrate agar hasil pickingan berupa amplitude displacement b. Gunakan 0-p max untuk melakukan picking amplitude maximum



15



7. Untuk melihat waktu hasil pick akan bisa dibuka pada file *.pick



PEMBUATAN BERITA SEISMOLOGI Event



Stasiun



tp



ts



∆t



A



tp= arrival time gelombang p (s) ts= arrival time gelombang s (s) A= amplitude displacement (10−6 𝑚)



16



MODUL III EPISENTER, HIPOSENTER DAN MAGNITUDO LOKAL



Asisten [………] [………]



Tujuan Praktikum I.



Mampu menentukan episenter dan hiposenter gempa bumi dengan metode dasar yang sederhana yakni metode lingkaran



II.



Mampu menentukan episenter dan hiposenter dengan metode bola



III.



Mampu menentukan episenter dan hiposenter dengan menggunakan metode inversi



IV.



Mampu menentukan nilai magnitudo gempa



17



TEORI DASAR Hiposenter adalah titik kejadian gempa bumi di fokus (bagian dalam bumi), sementara episenter adalah proyeksi dari hiposenter di permukaan bumi. Definisi tersebut dapat diilustrasikan sebagai berikut :



E



Δ



h



S



D



Keterangan : S : Stasiun pengamatan E : Episentrum F : Hiposenter D : Jarak Hiposentral h : Kedalaman gempa Δ : Jarak episentral



F Metode yang digunakan untuk menentukan posisi episenter dan hiposenter gempa bumi bermacam – macam dan terus berkembang sampai saat ini. Pada praktikum ini metode yang dipelajari merupakan metode yang cukup sederhana dalam menentukan hiposenter dan episenter gempa yakni metode lingkaran, baik untuk kasus dua atau tiga stasiun dean metode bola. Kedua metode ini didasarkan pada satu asumsi atau anggapan bahwa gelombang seismik merambat pada lapisan homogen isotropik sehingga dianggap kecepatan gelombang dalam perambatannya. 1. Metode Lingkaran Merupakan metode paling sederhana dalam menentukan episenter, yakni hanya menggunakan selisih waktu tiba gelombang P dan gelombang S yang terekam pada masing – masing stasiun gempa. Penentuan Hiposenter a. Metode Lokus (DL) Data – data yang diperlukan : Vp : Kecepatan rambat gelombang P Vs : Kecepatan rambat gelombang S Tp : Waktu tiba gelombang P Ts : Waktu tiba gelombang S D = Vp . Ts D = Vs . Ts Karena Ts>Tp maka : 𝑇𝑠 − 𝑇𝑝 = 𝐷𝑙 = 𝐷 =



𝐷(𝑉𝑝−𝑉𝑠) 𝑉𝑝𝑉𝑠



𝑉𝑝𝑉𝑠 (𝑇𝑠 − 𝑇𝑝) = 𝐾(𝑡𝑠 − 𝑡𝑝) 𝑉𝑝 − 𝑉𝑠



Dimana K adalah Konstanta Omori, maka penentuan konstanta omori :



18



b. Metode Wadati (Dw) Data yang diperlukan adalah tp, ts – tp. Diagram didapatkan dengan mengeplotkan K(ts – tp) sebagai sumbu x dan tp sebagai sumbu Y. data dari jumlah stasiun akan memberikan garis optimasi 𝑙 yang dicari dengan metode least square. 1 𝑡𝑝 = 𝐾 (𝑡𝑠 − 𝑡𝑝 ) + 𝑡0 𝑉𝑝 atau 1 𝑡0 = 𝑡𝑝 − (𝑡𝑠 − 𝑡𝑝 ) (𝑉𝑝/𝑉𝑠) − 𝑙 perpotongan antara garis 𝑙 dengan sumbu Y akan memberikan Origin time (𝑡0 ). Origin time adalah waktu terjadinya gempa di titik fokus. Kemiringan garis tersebut adalah 𝑙/𝑉𝑝. 𝑡𝑝



𝒕𝟎 𝐾 (𝑡𝑠 − 𝑡𝑝 ) Sehingga Dw dapat dicari dengan rumus : Dw = (tp – t0) Vp Penentuan Episenter  Metode Lingkaran (kasus dua stasiun) Buat lingkaran dengan pusat posisi masing – masing stasiun pengamatan dengan jari – jari D (DL atau DW). Tarik garis lurus antara kedua perpotongan lingkaran tersebut. Kemudian hubungkan kedua stasiun. Perpotongannya adalah episentrum gempa bumi. E adalah episenter gempa



S1



S2 E



D1



D2



19



Kasus Dua Stasiun 



Metode Lingkaran (kasus tiga stasiun) Buat lingkaran dengan pusat posisi masing – masing stasiun dengan jari – jari D (DL atau DW). Pada daerah yang dibatasi oleh perpotongan ketiga lingkaran, tarik ketiga garis dari titik – titik perpotongannya sehingga diperoleh suatu segitiga. Perpotongan garis bagi ketiga sisi segitiga tersebut adalah episenter gempa yang dicari.



D1 S1 E S2



S3 D3



D2



Kasus Tiga Stasiun Penentuan Kedalaman 



Metode Ques Vain h2 = D2 – Δ2 dengan melakukan substitusi persamaan D dalam metode lokus ke persamaan di atas, diperoleh : 1/2 2



𝑉𝑠(𝑡𝑠 − 𝑡𝑝) ℎ = [( ) − ∆2 ] 𝑉𝑠 1 − (𝑉𝑝) atau dengan memakai hubungan : Δ = D cos α Cos α = Δ/D Tan α = h/D h = Δ tan α dengan α adalah arah sudut datang gempa.



20



PENGOLAHAN DATA 1. Menentukan hiposenter dengan metode Wadati (DW) Tentukan nilai DL dengan persamaan yang telah diberikan 2. Menentukan episenter dengan metode lingkaran kasus dua stasiun  Tentukan titik episenter dengan metode yang telah diberikan, tabelkan.  Plot semua koordinat titik episenter pada peta.  Dibuat dengan metode Wadati (DW) 3. Menentukan episenter dan hiposenter dengan metode lingkaran kasus tiga stasiun  Tentukan titik episenter dengan metode yang telah diberikan, tabelkan.  Plot semua koordinat titik episenter pada peta.  Dibuat dengan metode Wadati (DW)  Tentukan kedalaman yang dengan data wadati dan episenter yang didapatkan METODE INVERSI Metode inversi dapat digunakan dalam penentuan lokasi gempa dengan menggunakan data dari banyak stasiun. Untuk melakukannya, struktur kecepatan dimana waktu tempuhnya dihitung, harus diketahui. Dalam metode inversi, kita harus menentukan dulu data observasi yang kita pakai dan parameter yang kita inginkan. Dalam kasus penentuan lokasi gempa, data yang digunakan adalah data waktu tempuh gelombang, misalnya gelombang P. Data ini bisa ditulis sebagai suatu kumpulan data observasi 𝑑⃑ = (t1obs, t2obs, .... , tnobs) dari n stasiun gempa. Parameter yang ingin kita tentukan (biasa disebut parameterisasi model) adalah lokasi gempa 𝑚 ⃑⃑⃑ = (x, y, z). Sekarang bagaimana kita menentukan parameter tersebut dari data observasi. Ide dasar dari masalah inversi adalah perhitungan secara modeling (t1cal, t2cal, .... , tncal) sebagai fungsi dari parameter 𝑚 ⃑⃑⃑, mendekati data observasi 𝑑⃑. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut. tical (x, y, z) ≈ tiobs



(3.1)



Perhitungan waktu tempuh gelombang modeling ini tentu saja membutuhkan struktur kecepatan, dalam hal ini kecepatan gelombang P. Untuk kasus medium homogen dengan kecepatan konstan α, tcal dapat dirumuskan sebagai berikut.xi yi zi 2 tical = fi (𝑚 ⃑⃑⃑) =



√(𝑥𝑖 − 𝑥)2 +(𝑦𝑖 − 𝑦)2 (𝑧𝑖 − 𝑧)2 α



(3.2)



Dengan (xi , yi , zi) adalah koordinat stasiun ke i. Perhitungan ini disebut proses permodelan ke depan. Prosedur dasar dalam pemecahan masalah non-linier ini adalah dengan cara linierisasi dan perhitungan m secara inversi. Langkah-langkah dalam perhitungan m sebagai berikut.



21



1. Tentukan nilai awal 𝑚 ⃑⃑⃑ 0 = (x0, y0, z0) yang bisa diperkirakan dari kondisi geologi dan sebagainya. 2. Proses linierisasi dilakukan dengan cara ekspansi Taylor di sekitar nilai awal di atas dari hasil subtitusi persamaan (3.1) dan (3.2), maka akan didapat persamaan fi0 +



𝜕𝑓𝑖



| 𝑜 𝜕𝑚𝑗 𝑚𝑗 𝜕𝑓𝑖



| 𝑜 𝜕𝑚𝑗 𝑚𝑗



= tiobs = tiobs – fi0 = ∆di



(3.3)



Turunan fungsi terhadap semua parameter dengan mudah dilakukan dari persamaan (3.2). Dalam bentuk matriks dapat ditulis sebagai berikut. 𝜕𝑓1 𝜕𝑥 ⋮ 𝜕𝑓𝑛 ( 𝜕𝑥



𝜕𝑓1 𝜕𝑦 ⋮ 𝜕𝑓𝑛 𝜕𝑦



𝜕𝑓1 ∆𝑑1 𝜕𝑧 ∆𝑥 0 (∆𝑦 0 ) = ( ⋮ ) ⋮ 𝜕𝑓𝑛 ∆𝑑𝑛 ∆𝑧 0 𝜕𝑧 ) (3.4)



Solusi inversi nya m = (GT G)-1 GT d (3.5) 3. Lakukan koreksi atau pembaruan nilai awal di langkah (1) dari solusi persamaan (3.5) x1 = x0 + ∆x0 y1 = y0 + ∆y0 z1 = z0 + ∆z0 (3.6) 4. Jadikan hasil langkah (3) sebagai nilai awal baru dan ulangi langkah (1) sampai (3) secara iterasi sehingga didapat jumlah selisih data observasi dengan kalkulasi menjadi sangat kecil sesuai dengan kriteria yang ditentukan terlebih dahulu. Hasil iterasi terakhir merupakan lokasi gempa yang sebenarnya. MAGNITUDO LOKAL



Persamaan magnitude gempa skala richter : 𝑀𝐿 = 𝑙𝑜𝑔10 𝐴 + 2.76𝑙𝑜𝑔10 ∆ − 2.48 𝐴 = 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 (10−6 𝑚) ∆= 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟



22



MODUL IV MEKANISME FOKUS



Asisten [……..] [……..] [……..] [……..]



Tujuan Praktikum Praktikan memahami konsep mekanisme fokus dan metoda penentuannya



23



PENDAHULUAN Lokasi aktivitas gempa secara sepintas sudah dapat dipastikan berada di perbatasan lempeng tektonik. Namun, persoalan kemudian adalah efeknya yang dapat dirasakan pada radius tertentu bergantu pada peluruhan energy dan factor geology setempat. Gempa bumi adalah fenomena pergeseran secara tiba-tiba materi di bawah permukaan bumi. Titik tertentu atau tempat dimulainya gempa bumi disebut focus atau hiposenter dan titik di bawah permukaan bumi yang tepat di atas focus/hiposenter disebut episenter. Parameter gempa bumi adalah waktu kejadian, tempat/lokasi kejadian (lintang, bujur, dan kedalaman) serta magnitudonya. Gempa bumi terjadi diawali dengan akumulasi stress di sekitar batas lempeng, sehingga aktifitas gempa banyak terjadi disini. Akumulasi stress ini kemudian dilepaskan dalam bentuk gempa. Walaupun konsentrasi akumulasi stress akibat tabrakan lempeng berada di sekitar batas lempenge, akibatnya bias sampai jauh sampai beberapa ratus kilometer dari batas lempeng karena ada pelimpahan stress di kerak bumi, sehingga ada daerah aktif gempa di luar daerah pertemuan antar lempeng. Mekanisme terjadinya suatu gempat sering dikaitkan dengan adanya kombinasi gaya atau stress yang bekerja pada batuan. Kombinasi stress, kompresi, dan dilatasi yang menyebabkan terjadinya suatu gempa dapat dimodelkan dengan mempelajari polarisasi gelombang gempa yang terekam pada seismogram komponen vertical. Mekanisme focus adalah suatu model yang menerangkan polarisasi gelombang gempa dan system stress yang bekerja dalam konsep sesar. Dengan mempelajari mekanisme focus dari sekumpulan gempa yang terjadi dapat dianalisis system gaya-gaya tektonik yang bekerja di suatu daerah. 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 ergei akibat perpindahan tiba-tiba dinyatakan sebagai penyebab terjadinya gempa bumi. Seteleh terjadi perpindahan maka gaya yang bekerja akan seperti keadaan semula.



24



TEORI MEKANISME FOKUS Pada mekanisme suatu gempa, terdapat 2 hipotesa yang menerangkan system gaya yang bekerja pada focus :  Sistem gaya kopel yang tunggal (Tipe I). Sistem ini tidak dapat menjelaskan focus suatu gempa  Sistem gaya kopel ganda (Tipe II), yaitu dua pasang sama besar, berlawanan arah dan saling tegak lurus. Sistem gaya kopel ini dapat menerangkan posisi gaya yang bekerja pada akhir proses patahan atau bergesernya suatu lapisan menurut Teori Bingkai Elastik.



GELOMBANG P Dari suatu event gempa, gelombang P merupakan gelombang yang palingmudah dianalisis karena gelombang P merupakan gelombang yang pertama kali tercatat di seismograf. Sistematika gelombang P dapat diringkas sebagai berikut :  Gerakan tanah yang menyebabkan gempa dipolarisasikan sebagai gerakan repulsive (kompresi/up/tekanan) dan gerakan atraktif (dilatasi/down/tarikan) pada hiposenter.  Distribusi yang sistematik mengakibatkan ruang di sekeliling 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 seismic 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. Proyeksi Stereografi Focal Sphere Masalah yang timbul pada teknik proyeksi geografis adalah karena bumi tidak homogeny melainkan terdiri dari lapisan-lapisan yang dianggap homogeny isotropic sehingga garis penjalaran 25



gelombang seismic akan membentuk kurva lengkung. Hal ini mengakibatkan bidang nodal pada focus gempa tidak dapat diperoleh dengan proyeksi langsung dari pola gerak awal gelombang P yang datang di permukaan bumi. Teknik proyeksi bola focus mentransformasikan bumi yang sebenarnya menjadi medium homogeny. Dasar dari metode ini adalah konsep bola focus yang diartikan sebagai lingkaran kutub yang mengelilingi focus gempa, yang pada permukaannya ditransformasikan posisi dari stasiun sesimik dan pergerakan tanah yang diasosiasikan dengan kedatangan gelombang P dan S pada stasiun tersebut. Karena lingkaran tersebut kecil, maka dianggap homogen sehingga penjalaran gelombang dapat dianggap garis lurus. Jenis metoda proyeksi bola focus yang banyak digunakan para ahli adalah proyeksi sama luas (equal area projection technique). Teori Solusi Bidang Sesar Seperti yang telah dijelaskan di atas, pada teori ini kita akan menggunakan metoda proyeksi sama luas atau Schmidt Net¸yang merupakan jarring 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 orthogonal, yang memisahkan kuadran kompresi dan dilatasi pada bola focus. Titik pada bola focus ditentukan oleh parameter r, α, dan β, dimana r adalah radius, α adalah azimuth (diukur searah jarum jam dari Utara) ,β adalah sudut take-off penjalaran gelombang seismic dari hiposenter terhadap stasiun. Untuk proyeksi equal area, parameter ( r, α, β) ditransformasikan ke dalam koordinat polar (r,ϴ), dengan rumus : 𝛃 𝐫 = 𝟐𝐫 𝐬𝐢𝐧 ( ) ; 𝚹 = 𝛂 𝟐 Apabila radius lingkaran besarnya sembarang dan radius maksimum dianggap berharga satu, maka persamaan di atas menjadi: 𝛃 𝐫 = √𝟐𝐫 𝐬𝐢𝐧 ( ) ; 𝚹 = 𝛂 𝟐 Bentuk persamaan ini digunakan untuk pengeplotan gerakan awal gelombang P pada Schmidt Net. Setelah ditentukan bidang-bidang nodal dan bidang bantunya, 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. SESAR Parameter Sesar Bila terdapat sesar maka perlu kita tentukan parameter-parameter sesar tersebut, kemudian kita tentukan jenisnya. Orientasi sesar ditentukan dengan strike(jurus) Φ, dan dip (kemiringan)δ. Kemudian salah satu dari plunge atau rake digunakan untuk menentukan arah slip, sesar memiliki 26



dua permukaan yaitu footwall dan hanging wall, dimana slip sebagai arah hanging wall relative terhadap footwall.Rake ( λ) sudut antara arah strike dan slip.



Beberapa Definisi Parameter Sesar      



Jurus (strike) sesar adalah arah dari garis horizontal yang terletak pada bidang miring, yang diukur dari arah utara. Arah 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. Plunge adalah besar sudut pada bidang vertical, antara garis dengan bidang horizontal. Rake adalah besar sudut antara garis dengan garis horizontal yang dikuur pada bidang dimana garis tersebut terdapat Slip adalah pergeseran relative pada sesar



Klasifikasi Sesar Dalam seismologi, pembagian jenis sesar berdasarkan gerak relative sepanjang batas sesar atau arah slip. Jenis-jenis sesar tersebut adalah :  Sesar mendatar (strike-slip fault), terbagi atas dua ; right strike-slip, dan left strike-slip  Sesar turun ( Normal fault)  Sesar naik ( Reverse fault)



27



SOLUSI MEKANISME FOKUS (SMF) Solusi Mekanisme Fokus (SMF) merupakan cara menunjukkan orientasi dan pergerakan pada sesar selama gempa. Disebut juga solusi bidang sesar atau momen tensor. Simbol dari SMF adalah beachball diagram, yaitu bola yang dibagi menjadi 4 diagram.



Dua irisan melalu beachball merepresentasikan dua orientasi yang mungkin dari bidang sesar. Kuadran merepresentasikan medan stress di sekitar hiposenter. Pada setiap seismogram dicatat bentuk gelombang dan arah pergerakan tanah yang pertama kali. Kuadran merah: Sumbu Tension (strain bertambah, stress minimum) Kuadran putih: Sumbu Pressure (strain berkurang, stress maksimum) Solusi Mekanisme Fokus (SMF) adalah hasil dari suatu analisis bentuk gelombang yang dibangkitkan oleh suatu gempa dan terekam oleh sejumlah seismograf. Untuk memperoleh SMF yang dapat diterima diperlukan minimal 10 rekaman dan hanya jika stasiun seismograf tersebar secara geografi mengelilingi episenter. Berdasarkan moment tensor dapat dicari orientasi dan sense dari slip sesar. Momen seismik adalah suatu ukuran langsung dari energi yang dipancarkan oleh suatu gempa. Pola radiasi energi yang dipancarkan oleh gempa dapat dimodelkan menggunakan proses yang lebih mudah yang secara eksplisit tidak melibatkan diskontinuitas sesar, double force couple atau singkatnya double couple. Double couple secara matematis digambarkan dalam 3D oleh tensor simteris dengan 9 komponen dikenal sebagai momen tensor. Momen tensor digambarkan dalam bentuk 3 sumbu ortogonal: P (Pressure, sumbu kompresif) T (Tension) N (Null) METODA Beachball diagram SMF adalah proyeksi stereografi belahan bola bawah yang menunjukkan dua kuadran hitam dan dua kuadran putih dipisahkan oleh busur lingkaran besar berorientasi 900 terhadap yang lainnya.



28



Strike dari sesar diindikasikan oleh suatu garis yang menghubungkan dua titik pada tempat dimana lingkaran besar bersesuaian dengan sesar yang memotong tepi terluar dari beachball diagram (tempat lingkaran besar sesar memotong lingkaran primitif – garis putus-putus). Arah dip adalah 900 dari strike (arah yang diindikasikan oleh garis panah tebal dari pusat plot ke tengah busur lingkaran besar).



Strike Slip



a) Beachball diatas mempunyai bidang bantu vertikal yang memiliki strike utara-selatan atau timur-barat. b) Sesaat gempa terjadi, pergerakan gelombang P melewati material di sekeliling fokus menyebabkan partikel dalam kuadran hitam bergerak menjauhi fokus, sedangkan partikel di kuadran putih bergerak mendekati fokus. c) Ini dapat dihasilkan dari right-lateral slip sepanjang sesat timur-barat. d) Atau ini dapat dihasilkan dari left-lateral slip sepanjang sesar utara-selatan. Pure Dip-Slip Fault



Hanya 3 dari 4 kuadran dapat diamati dalam beachball diagram untuk pure dip-slip fault, seperti: a) Pusat dari beachball plot adalah putih untuk mekanisme sesar turun (normal fault). b) Pusat adalah hitam untuk mekanisme sesar naik (reverse fault). 29



Oblique-Slip Fault



a) Jika pusat beachball plot berada dalam kuadran putih, sesar mempunyai komponen slip turun, tanpa memperhatikan mana bidang nodal yang merupakan bidang sesar. b) Jika pusat berada dalam kuadran hitam, sesar mempunyai komponen slip naik.



PENGOLAHAN DATA Prosedur Pembuatan Solusi Bidang Sesar 1. Tentukan azimuth ϕ dan jarak Δ masing-masing terhadap sumber gempa. 2. Tentukan sudut take-off ih(Δ) dari formula di bawah ini: 𝑑𝑇 𝑟𝑠 𝑠𝑖𝑛(𝑖ℎ) 𝑝= = 𝑑Δ 𝑉𝑠 3. Gunakan nilai ϕ dan ih untuk memproyeksikan ray ke setiap stasiun, dengan cara mengeplot ϕ dan ih pada schmidt net. Nilai ϕ diplot dengan cara dihitung dari arah utara searah jarum jam dan nilai ih dihitung dari titik pusat lingkaran ke arah luar. Beri tanda yang membedakan antara kompresi dengan dilatasi. 4. Plot semua data ϕ dan ih pada schmidt net, untuk keabsahan data, minimal diperlukan data ϕ dan ih dari sepuluh stasiun. 5. Setelah semua data ϕ dan ih di plot pada schmidt net, putar sedemikian rupa kertas transparan yang telah berisi hasil plot sehingga blok kompresi dan dilatasi terpisah dengan baik satu sama lain. 6. Tarik garis meridian yang memisahkan kedua zona kompresi dan dilatasi tersebut. Garis meridian ini merupakan bidang nodal pertama. “Lempar” sebesar 900 dari pusat bidang nodal pertama dalam arah barat-timur untuk menentukan titik kutub dari bidang nodal pertama. 7. Putar kembali kertas transparan sedimikian rupa sehingga diperoleh bidang nodal kedua yang memisahkan zona kompresi dan dilatasi. Garis dari bidang nodal kedia ini harus melewati titik kutub bidang nodal pertama. 8. Pemilihan kedua bidang nodal dapat dikatakan benar apabila kesalahannya < 30%. 9. “Lempar” sebesar 900 dari pusat bidang nodal kedua dalam arah barat-timur untuk menentukan titik kutub dari bidang nodal kedua. Jika langkah ini benar, maka titik kutub dari bidang nodal kedua akan berada pada bidang nodal pertama. 10.Tarik garis meridian yang melalui kutub nodal pertama dan kutub nodal kedua. Garis ini disebut garis bantu. 11.Tentukan sumbu P dan sumbu T pada garis bantu tersebut dengan menambah 450 ke kiri dan ke kanan dari salah satu titik kutub yang memungkinkan. Sumbu P berada pada daerah dilatasi dan sumbu T berada pada daerah kompresi. 12.Tentukan bidang sesar dengan memperhatikan referensi arah penunjaman. Jika arah penunjaman ke barat, maka kemiringan (dip) juga harus ke barat. Tentukan arah strike sesar (φ). 13.Tentukan dip atau kemiringan (δ) sesar. Titik 0 dihitung dari luar menuju ke pusat lingkaran. 14.Tentukan slip dengan menarik garis dari titik pusat lingkaran ke salah satu titik kutub dimana terdapat perpotongan antara bidang sesar dan garis bantu. Tentukan arah slip. 15.Tentukan plunge yaitu perpanjangan dari slip. 30



16.Tentukan jenis sesar. Jika titik pusat berada pada daerah dilatasi maka jenis sesarnya adalah sesaru turun dan jika titik pusat berada pada daerah kompresi maka jenis sesarnya adalah sesar naik. 17.Tentukan rake sesar (λ). Jika sesar naik, harga rake diambil yang searah jarum jam dihitung dari arah slip ke arah garis strike (positif). Jika sesar turun, harga rake yang diambil adalah berlawanan arah denga arah jarum jam.



31



32