NEOTEKTONIK

 Pertengahan Semester

  1. Jelaskan meknaisme gempabumi serta bukti-bukti geologinya dan jenis-jenis gelombang yang terjadi?
  2. Jelaskan hubungan sesar dengan gempabumi termasuk istilah rake, slip rates, total slip, asperity?
  3. Jelaskan mengenai jenis Magnitudo dan Intensitas Gempabumi dan Magnitudo mana yang paling baik untuk menggambarkan kejadian gempa di suatu daerah?
  4. Jelaskan mengenai konsep Tektonik dan keberadaan Gempabumi?
  5. Jelaskan penentuan jenis gerakan (slip) gempabumi (Focal Mechanism) dengan menggunakan kedatangan gelombang gempa (first motion study)?

Jawab:

  1. Gempabumi terjadi dalam kerak bumi sepanjang sesar yang tiba-tiba melepaskan sejumlah besar energi yang tersimpan dalam jangka waktu yang lama. Guncangan selama gempa disebabkan oleh gelombang seismik. Gelombang ini dihasilkan ketika batuan dalam kerak patah, menghasilkan energi yang besar.

Kerak bumi yang berdekatan dengan batas lempeng tektonik mengalami kompresi, tekukan, pelunakan yang berkaitan dengan gaya internal dalam bumi sehingga dapat menghasilkan gempabumi. Ketika dua massa berpindah satu sama lain, energi strain yang dilepaskan yang berkaitan dengan proses tektonik disimpan dan kemudian dilepas sepnajng rupture dari zona peertemuan. Blok-blok batuan yang berinteraksi dengan mudah kembali menuju keseimbangan dan gerakan gempabumi dihasilkan. Proses ini disebut sebagai elastic rebound. Dalam elastic rebound terjadi proses akumulasi strain, kegiatan pesesaran (faulting), energi strain elastic, dan perpindahan,

Selama perpecahan batuan kerak yang brittle, gelombang seismik dihasilkan. Gelombang ini menjalar menjauhi sumber gempabumi sepanjang lapisan luar bumi. Kecepatan gelombang ini bergantung kepada karakteristik material yang dilewati oleh gelombang. Hampir semua gempa bumi terjadi pada batas lempeng. Hal ini menjadi bukti geologi gempabumi pada batas lempeng.1

Lokasi gempabumi di seluruh dunia dan hubungannya dengan batas lempeng (Bolt, 2004).

Dua jenis gelombang yang dihasilkan dari gempabumi yaitu:

  • Body waves yang menyebar dari fokus gempa ke semua arah.
  • Surface waves yang menyebar dari episenter ke permukaan bumi. Gelombang ini dapat memindahkan partikel batuan dengan gerak rolling hingga struktur paling kecil yang dapat bertahan. Surface waves lebih lambat daripada body waves.

Untuk body waves sendiri, ada dua jenis gelombang, yaitu:

  • Gelombang Primer (P wave), gelombang kompresional yang arah penjalaran sama dengan arah gelombang. Gelombang ini memiliki karakteristik sangat cepat (4-7 km/s), dapat melewati fluida (gas atau cairan), dan tiba pada stasiun pengamatan pertama kali.
  • Gelombang Sekunder (S wave), gelombang transversal dengan arah penjalaran tegak lurus dengan pergerakan gelombang. Gelombang ini memiliki karakteristik bergerak dengan kecepatan 2-5 km/s, disebabkan oleh gerak geser (shearing), dan tidak dapat melewati fluida (gas atau fluida).

Sementara itu, untuk surface wave, gelombang ini dihasilkan ketika energi gempabumi menjangkau permukaan bumi. Gelombang permukaan ini memindahkan partikel batuan dengan gerak rolling dan berayun sehingga material bumi berpindah dalam arah yang berbeda. Meskipun merupakan gelombang yang berpindahnya paling lambat, tetapi gelombang ini adalah gelombang yang paling destruktif untuk struktur bangunan yang didirikan di atas permukaan tanah.

2

3

Diagram yang menunjukkan gerak rolling, maju mundur yang bersifat merusak (SCGS, 2005).

Referensi:

South Carolina Geological Survey, 2005, Earthquakes and Seismic Waves, South Caarolina Department of Education, Science Academic Standards.

Bolt, B. A., 2004, Earthquakes, Fifth Edition, W. H. Freeman and Company, New York.

Elnashai, A. S. Dan Di Sarno, L., 2008, Fundamentals of Earthquake Engineering, John Wiley & Sons Ltd, UK, hal. 6 dan 10-11.

  1. Sesar adalah rekahan di kerak bumi yang menyebabkan hilangnya kohesi dan disertai oleh pegeseran sepanjang rekahan tersebut. Di permukaan bumi, batuan akan patah/hancur ketika berada di bawah pengaruh sejumlah stress yang besar. Di dalam bumi, batuan akan ’mengalir’ secara plastis. Stress yang mendesak batuan akan menyebabkan perubahan bentuk atau volume batuan. Kondisi batuan yang dapat bersifat plastis ini menyebabkan batuan akan bersifat ductile. Ketika batuan melewati keadaan ductile dan berubah menjadi kondisi brittle, batuan akan patah sepanjang permukaan yang disebut sesar. Energi secara tiba-tiba yang dihasilkan atau disimpan menyebabkan gempabumi.

Permukaan sesar adalah permukaan sepanjang batuan yang bergerak di bawah, di atas, atau bergesekan satu sama lain. Batuan bisa jadi tidak bergerak sepanjang permukaan sesar (stuck) sehingga menyebabkan energi strain dan menghasilkan gempabumi ketika batuan patah satu sama lain.

Karakteristik gerakan gempabumi dipengaruhi oleh mekanisme slip dari sesar aktif. Parameter yang digunakan untuk menjelaskan gerakan sesar dan dimensinya adalah sebagi berikut:

  1. Azimuth: sudut di antara pergerakan sesar yaitu perpotongan bidang sesar dengan horizontal dan arah utara. Sudut diukur mengikuti kemiringan bidang sesar sesuai aturan tangan kanan.
  2. Dip: sudut antara sesar dan bidang horizontal.
  3. Slip atau rake: sudut antara arah relatif perpindahan dan arah horizontal yang diukur dari bidang sesar.
  4. Relative displacement: jarak yang ditempuh oleh sebuah titik pada sisi lain dari bidang sesar.
  5. Area: daerah permukaan yang mengalami stress paling besar dalam bidang sesar.
  6. Net slip: pergeseran relatif suatu titik yang semula berimpit pada bidang sesar akibat adanya sesar.
  7. Rake: sudut yang dibentuk oleh net slip dengan strike slip (pergeseran horisontal searah jurus) pada bidang sesar.

Slip vectors dari gempabumi pada batas lemepng menunjukkan pergerakan pada bidang sesar yang merefleksikan arah pergerakan relatif di antara dua lempeng. Di dalam sesar juga terdapat istilah asperity yang secara literal berarti kekasaran, sebuah area di atas sesar yang terkunci atau tidak ada pergeseran. Sejenis kekasaran permukaan yang muncul di sepanjang pertemuan dua blok sesar. Secara fisik, asperity merupakan sebuah area kompresi dengan kontak antara dua permukaan yang disebabkan oleh gaya normal. Di bumi, gempabumi tektonik disebabkan oleh pergerakan bidang sesar yang mana dua tubuh batuan mengalami kontak secara rigid.

4

Beberapa mekanisme sesar yang hadir bergantung kepada bagaimana lempeng berpindah satu sama lain (Housner, 1973). Mekanisme paling umum untuk sumber gempabumi dijelaskan sebagai berikut:

  1. Dip slip faults: satu blok berpindah secara vertikal satu sama lain. Jenis ini bisa sebagai normal faults dan reverse faults. Gaya regangan menyebabkan keruntuhan geser untuk sesar normal, sedangkan gaya kompresif mengontrol reverse faults. Sesar naik merupakan reverse faults yang dicirikan oleh kemiringan (dip) yang kecil.
  2. Strike-slip faults: Blok yang berdekatan berpindah secara horizontal satu sama lain. Strike-slip dapat berarah ke kanan atau ke kiri bergantung pada gerakan relatif dari blok untuk pengamat yang berlokasi di satu sisi garis sesar. Slip secara esensial merupakan bidang sesar vertikal dan dapat disebabkan oleh stress kompresi atau regangan. Sesar ini disebut juga tipikal zona transform.

Beberapa sesar menunjukkan kombinasi dari pergerakan strike-slip dan dip-slip yang disebut sebagai oblique slip. Slip ini dapat menjadi normal atau naik dan kanan atau kiri.

5

Referensi:

Elnashai, A. S. Dan Di Sarno, L., 2008, Fundamentals of Earthquake Engineering, John Wiley & Sons Ltd, UK, hal. 7.

IRIS Animations, Asperities, Link to P.2 Vocabulary.

South Carolina Geological Survey, 2005, Earthquakes and Seismic Waves, South Caarolina Department of Education, Science Academic Standards.

Stein, S. Dan Klosko, E., Earthquake Mechanisms and Plate Tectonics, Northwestern University, Illinois, USA.

 

  1. Cara paling berguna dan paling klasik untuk mengukur gempabumi adalah melalui Intensitas Gempabumi. Intensitas adalah ukuran kerusakan yang bekerja terhadap manusia, permukaan tanah dan reaksi manusia terhadap guncangan. Penentuan intensitas gempabumi yang tidak bergantung peralatan, tetapi pengamatan aktual efek dari zona meizoseismik maka intensitas dapat ditentukan melalui rekaman gempa-gempa sebelumnya (sejarah gempa). Dalam hal ini, rekaman sejarah gempabumi menjadi sangat penting di masa kini untuk mengestimasi resiko seismologi.

Skala intensitas pertama dikembangkan oleh de Rossi dari Italia dan Forel dari Swiss pada tahun 1880. Skala ini, dengan nilai dari I hingga X, digunakan untuk laporan intensitas gempabumi Fransisko tahun 1906. Sebuah skala yang dimodifikasi dibuat tahun 1902 oleh Vulkanologis dan Seismologis Italia, Mercalli dengan kisaran I hingga XII.

6

Skala Mercalli tersebut juga memperkenankan kerusakan tempat yang dipengaruhi oleh gempabumi untuk dinilai secara numerik. Skala intensitas bersifat subjektif dan bergantung kepada kondisi sosial dan konstruksi sebuah negara, sehingga dibutuhkan perbaikan dari waktu ke waktu. Efek regional harus dihitung, dalam hal ini menarik untuk membandingkan Skala Jepang (0 hingga VII) dengan Skala Mercalli yang Dimodifikasi.

7

Skala kuantitatif diterapkan untuk gempabumi pada wilayah berpenghuni dan tak berpenghuni yang dibuat pada tahun 1931 oleh Wadati di Jepang dan dikembangkan oleh Charles Richter tahun 1935 di California.

8

Definisi Magnitudo Ritcher Lokal.

Ritcher mendefinisikan magnitudo gempa lokal sebagai logaritma berbasis 10 dari amflitudo gelombang seismik maksimal dalam mikron (10-4 cm) yang direkam dalam seismograf Wood-Anderson dan berlokasi pada jarak 100 km dari pusat gempabumi. Hal ini mengandung arti bahwa setiap waktu magnitudo muncul satu unit, amplitudo gelombang gempabumi naik 10 kali. Saat periode fundamental seismograf Wood-Anderson bernilai 0,8 sekon, secara selektif itu menguatkan gelombang seismik dengan periode berkisar dari 0,5 hingga 1,5 sekon. Periode alami dari banyak struktur bangunan berada dalam kisaran ini sehingga magnitudo Ritcher lokal memberikan nilai bagi para engineer.

Mengikuti definisi di atas, bahwa magnitudo ini tidak memiliki batasan atas dan bawah secara teoritis. Bagaimanapun, ukuran gempabumi dibatasi pada batas akhir kekuatan batuan dalam kerak bumi. Sejak tahun 1935, sedikit gempabumi yang terekam dalam seismograf dengan magnitudo melebihi 8,0. Pada kasus ekstrimnya, seismograf sensitivitas tinggi dapat merekam gempabumi dengan magnitudo kurang dari -2.

Pada permulaannya, ide di belakang Skala Magnitudo Ritcher bersifat sederhana. Skala ini didefinisikan untuk California Selatan, gempabumi dangkal, dan jarak episenter kurang dari 600 km. Adapun, skala yang paling baik untuk menggambarkan kejadian gempabumi pada suatu daerah adalah Skala Intensitas Mercalli karena penentuan intensitas berdasarkan pengamatan kerusakan yang terjadi di lokasi.

Referensi:

Bolt, B. A., 2004, The Nature of Earthquake Ground Motion, University of California, Chapter 1.

 

  1. Gempabumi dimanifestasikan oleh guncangan tanah yang disebabkan oleh energi yang lepas secara tiba-tiba dalam kerak bumi. Energi ini mungkin berasal dari sumber yang berbeda seperti dislokasi kerak, erupsi vulkanik, atau bahkan ledakan dan runtuhan pertambangan akibat aktivitas manusia.

Gempabumi saat ini dikenal sebagai gejala dari perpindahan tektonik aktif (Scholz, 1990) yang didukung oleh pengamatan aktivitas seismik secara intens yang terjadi sebagian besar pada batas lempeng.

Lempeng memiliki dimensi yang besar dan terdiri dari batuan rigid yang stabil dengan ketebalan sekitar 100 km membentuk kerak atau litosfer dan bagian atas dari mantel bumi. Perpindahan horizontal dari litosfer disebabkan oleh arus konveksi dalam mantel dengan kecepatan sekitar 1 – 10 cm/tahun. Litosfer memiliki kekuatan dan perilaku brittle terhadap rekahan yang dapat menyebabkan sebuah gempabumi.

Batas lempeng yang menjadi tempat terjadinya gempabumi secara intens disebut sebagai sabuk seismik (Kanai, 1981). Hampir seluruh gempabumi berkaitan dengan tektonik lempeng. Batas lempeng dibagi ke dalam tiga tipe, yaitu lempeng samudera yang dibentuk pada spreading centers atau punggungan tengah samudera (mid oceanic ridges), kemudian dileburkan dalam zona subduksi atau tunjaman, sehingga pada spreading centers, lempeng berpindah dari batas dan pada zona subduksi lempeng yang menunjam berpindah menuju batas. Tipe ketiga, transform faults, gerak lempeng dengan arah paralel terhadap batas.

9

Peregangan (straining) dan rekahan (fracturing) yang tinggi dari kerak bumi disebabkan oleh proses subduksi. Rupture brittle dari permukaan dihasilkan sepanjang slip friksi dalam rekahan. Strain dihilangkan dan energi seismik dalam bentuk gempabumi dilepaskan. Gempabumi secara normal terjadi pada kedalaman beberapa puluh kilometer, dengan beberapa di antaranya terjadi pada kedalaman beberapa ratus kilometer. Batas lempeng divergen membentuk gempabumi dangkal pada mid oceanic ridges dengan magnitudo sedang. Gempabumi dangkal dan sedang terjadi pada zona konvergen dalam rentang ratusan kilometer. Gempabumi konvergen kontinental dapat menjadi sangat besar. Gempabumi dalam antara kedalaman 300 dan 700 km umumnya berlokasi di zona subduksi yang berkembang hingga ribuan kilometer. Gempabumi menjadi lebih dalam seiring jarak dari palung samudera semakin jauh.

10

Bagaimanapun, zona seismik Wadati-Benioff dibatasi pada bagian atas zona subsuksi, yaitu kedalaman 700 km. Di luar kedalaman ini, lempeng dilebur ke dalam mantel atau propertinya berubah dan pelepasan energi seismik terhambat. Gempabumi dangkal dengan magnitudo besar dapat terjadi sepanjang sesar transform.

Lempeng tektonik menyediakan penjelasan geologi yang sederhana dan umum untuk gempabumi pada batas lempeng atau intra-plate, yang berkontribusi sebesar 95% terhadap pelepasan energi seismik di dunia. Bagaimanapun, gempabumi tidak selalu berkaitan dengan batas lempeng. Gempabumi intraplate yang mungkin terjadi hampir di manapun dapat menyebabkan kerusakan berarti.

Referensi:

Elnashai, A. S. Dan Di Sarno, L., 2008, Fundamentals of Earthquake Engineering, John Wiley & Sons Ltd, UK, hal. 1-5.

  1. Gempabumi merupakan pelepasan energi elastik yang terakumulasi oleh pergerakan dalam sebuah sesar. Untuk mengidentifikasi tipe pergerakan sesar (fault slip) dilakukan first motion study. Dalam perekaman gempabumi, jika seismograf menunjukkan gerakan pertama berupa sebuah dorongan (push) (dari episenter ke stasiun seismograf) maka rekaman seismogram dibelokkan naik, sedangkan jika gerakan pertama adalah tarikan (menjauh dari stasiun) maka defleksi berarah ke bawah.

11

First Motion Study yang direkam oleh seismograf.

Pada kasus strike-slip fault, gerak partikel berkaitan dengan slip sesar:

Kuadran biru menunjukkan gerakan pertama berupa kompresi (push)  = Up, kuadran merah menunjukkan gerakan pertama berupa dilatasi (pull) = Down. Sebagai hasilnya, dapat diperoleh empat kuadran berupa dua kuadran kompresional yaitu gerakan pertamanya adalah ke bawah dan dua kuadran ekstensional dengan gerakan pertama ke atas.

12

Kuadran kompresi dan ekstensional dalam strike-slip fault.

Pada kasus, reverse fault, terdapat kuadran kompresional dan tensional. Kuadran kompresional, permukaan ditarik ke bawah à first motion Down. Kuadran tensional, permukaan didorong ke atas à first motion study Up. Jika dipetakan gerakan pertama, dapat ditentukan dua bidang focal dan sumbu P – T.

13

Kuadran kompresi dan tensional dalam reverse fault.

 Gelombang seismik menjalar menjauhi fokus, setiap gelombang memberikan kuadran baik berupa dilatasi atau kompresi sekitar fokus. Stasiun seismik pada jarak yang berbeda merekam up atau down first motion. Sebagai representasi, focal sphere yang didukung proyeksi stereografi dari bidang focal dan sumbu P – T menghasilkan ”beach balls”.

14

Gelombang gempa memberikan first motion ke stasiun seismik.

Focal Mechanism menjelaskan tipe pensesaran yang terjadi selama gempabumi. Bidang sesar aktualnya sendiri bersifat ambigu. Focal Mechanism dapat menggabungkan tipe-tipe pensesaran, dan di area deformasi aktif menyimpan informasi mengenai rezim strain.

15

Focal Mechanism dengan jenis pergerakan sesar.

Referensi:

web.ics.purdue.edu

Yeats, R. S., Sieh K., dan Allen C.R (1997), The geology of earthquakes, vi, hal 568., Oxford University Press, New York.

Komentar

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s