ANALISIS KEAKTIFAN DAN RESIKO GEMPA BUMI PADA ZONA SUBDUKSI DAERAH PULAU SUMATERA DAN SEKITARNYA DENGAN METODE LEAST SQUARE
Disusun Oleh : ABDILLAH NIM : 104097003102
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2010 M/1431 H
i
ANALISIS KEAKTIFAN DAN RESIKO GEMPA BUMI PADA ZONA SUBDUKSI DAERAH PULAU SUMATERA DAN SEKITARNYA DENGAN METODE LEAST SQUARE
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Disusun Oleh : ABDILLAH 104097003102 Menyetujui, Pembimbing I
Drs. Sutrisno, M.Si Nip. : 195902021982031005 mbimbing 2
Nip. : 150 321 586 Mengetahui, Ketua Program Studi Fisika
Drs. Sutrisno, M.Si Nip. : 195902021982031005
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi yang berjudul “Analisis Keaktifan Dan Resiko Gempa Bumi Pada Zona Subduksi Daerah Pulau Sumatera Dan Sekitarnya Dengan Metode Least Square” telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Selasa, 17 Maret 2010. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Jurusan Fisika.
Jakarta, Maret 2010
Tim Penguji ,
Penguji I
Penguji II
Tati Zera, M.Si M.T.
Dr. Ir. Agus Budiono,
NIP. 196906082005012002 196202201990031002
NIP.
Menge tahui,
Dekan Fak. Sains dan Teknologi
Ketua Jurusan Fisika
Dr. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis
Drs. Sutrisno, M.Si
NIP. 150 317 956 195902021982031005
NIP.
i v
PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI BENARBENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANAPUN.
Jakarta,
Maret 2010
Abdillah 104097003102
v
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim Alhamdulillah, penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas seluruh rahmat dan karunia-Nya yang diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat melaksanakan penelitian skripsi ini dan menyelesaikan penulisannya dengan lancar. Shalawat serta salam selalu tersampaikan kepada Rasulullah Shalallahu’Alaihi Wasallam, keluarganya, sahabatnya, serta pengikutnya yang setia hingga akhir zaman. Skripsi ini berjudul “Analisis Keaktifan dan Resiko Gempa Bumi Pada Zona Subduksi
Daerah Pulau Sumatera Dan Sekitarnya Dengan
Metode Least Square”, yang disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan program S1 pada Program Studi Fisika di Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. 2. Bapak Drs. Sutrisno, M.Si sebagai Pembimbing I penulis yang telah memberi banyak masukan bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Edi Sanjaya, M.Si sebagai pembimbing II penulis yang juga telah memberikan banyak bantuan bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
viii
4. Ayahanda dan Ibunda tercinta serta keluargaku tersayang yang telah memberikan perhatian, dukungan, dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 5. Kawan-kawan seperjuanganku : Abdul Rozak, Dewi, Ikeu, Anto, Fian, Ade, Barqun, Chaerul, Hari, Yana, Iid, Dijah, Heru, Topan, Azwar, Fathullah, Meta, Sony, Rijal, Afham. 6. Artadi dan Fadli Yusuf yang telah memberikan banyak informasi dan bantuan dalam proses pengerjaan skripsi. 7. Teman-teman Kostan telah membantu menghilangkan kejenuhan penulis ketika menyusun skripsi, terutama Ade, Iid dan Aphank. 8. Adik – adik kelasku angkatan 2004 – 2009, terutama Taufik, Adang serta tim Futsal HIMAFI, semoga kita selalu sukses. Akhir kata tiada gading yang tak retak, begitu juga dengan skripsi ini dan penulis mengharapkan kritik serta saran yang membangun dari pembaca untuk penulisan laporan yang lebih baik lagi. Kritik dan saran dapat disampaikan ke penulis melalui e-mail:
[email protected] semoga skripsi ini dengan izin Allah dapat bermanfaat bagi semua pembaca. Amin.
Ciputat, Maret 2009
Abdul Rojak
ix
DAFTAR ISI
Halaman Sampul ..................................................................................................... i Halaman Judul ........................................................................................................ ii Halaman Persetujuan Pembimbing ....................................................................... iii Halaman Pengesahan Ujian ................................................................................... iv Halaman Pernyataan ................................................................................................v Abstrak .................................................................................................................. vi Kata Pengantar .................................................................................................... viii Daftar Isi ..................................................................................................................x Daftar Gambar ..................................................................................................... xiii Daftar Tabel ......................................................................................................... xv Daftar Lampiran .................................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................
1
1.1
Latar Belakang Masalah ..............................................................
1
1.2
Perumusan Masalah ....................................................................
3
1.3
Batasan Masalah ..........................................................................
4
1.4
Tujuan Penelitian ........................................................................
4
1.5
Manfaat Penelitian ......................................................................
4
1.6
Sistematika Penulisan ..................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................
6
2.1
Gempa Bumi ...............................................................................
6
2.2
Gelombang Gempa Bumi ..........................................................
10
2.3
Parameter Gempa Bumi dan Penentuannya ................................ 12
2.4
Mitigasi ....................................................................................... 13
2.5
Persamaan Hubungan Gutenberg dan Richter ............................ 16
2.6
Metode Perhitungan Nilai a dan b ............................................... 17 2.6.1
Metode Kuadrat Terkecil (Least Square) ........................ 17
2.6.2
Metode Likelihood Maksimum ....................................... 19
2.7
Standar Deviasi ………………………………………………… 20
2.8
Indeks Seimisitas ………………………………………………. 21
2.9
Probabilitas kejadian Gempa Bumi …………………………….
22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 24 3.1
Tempat Dan Waktu .................................................................... 24
3.2
Ruang Lingkup Penelitian .............................................................24
3.2
Pengumpulan Data ...................................................................... 25
3.3
Pengolahan Data .......................................................................... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 29 4.1
Hasil Penelitian ........................................................................... 29
4.2
Pembahasan ................................................................................. 65
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 68 5.1
Kesimpulan ................................................................................. 68
5.2
Saran ............................................................................................ 69
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................71 LAMPIRAN ..........................................................................................................73
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Terjadinya Gempa Tektonik .................................................. 7 Gambar 2.2 Jenis-jenis Pergerakan Lempeng ....................................................... 8 Gambar 2.3 Grafity Fault ...................................................................................... 8 Gambar 2.4 Trust Fault ......................................................................................... 9 Gambar 2.5 Strike Slip Fault ................................................................................. 9 Gambar 2.6 Oblique Slip Fault ........................................................................... 10 Gambar 2.7 Gelombang P dan S ......................................................................... 11 Gambar 2.8 Gelombang Love dan Rayleigh .........................................................12 Gambar 2.9 Jaringan Pengamatan Gempa Bumi Di Indonesia ........................... 15 Gambar 3.1 Peta Pembagian Wilayah Penelitian ……………………………
25
Gambar 4.1 Peta Seismisitas Daerah Pulau Sumatera ........................................ 28 Gambar 4.2 Distribusi Magnitude Berdasarkan Frekuensi Kejadian Wilayah I
29
Gambar 4.3 Distribusi Magnitude Berdasarkan Kedalaman Gempa Wilayah I . 30 Gambar 4.4 Distribusi Magnitude Berdasarkan Frekuensi Kejadian Wilayah II 31 Gambar 4.5 Distribusi Magnitude Berdasarkan Kedalaman Gempa Wilayah II. 32 Gambar 4.6 Distribusi Magnitude Berdasarkan Frekuensi Kejadian Wilayah III 33 Gambar 4.7 Distribusi Magnitude Berdasarkan Kedalaman Gempa Wilayah III 33 Gambar 4.8 Distribusi Magnitude Berdasarkan Frekuensi Kejadian Wilayah IV 34 Gambar 4.9 Distribusi Magnitude Berdasarkan Kedalaman Gempa Wilayah IV 34
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Perhitungan Standar Deviasi Wilayah I .............................................. 40 Tabel 4.2 Perhitungan Standar Deviasi Wilayah II.............................................. 43 Tabel 4.3 Perhitungan Standar Deviasi Wilayah III ............................................ 46 Tabel 4.4 Perhitungan Standar Deviasi Wilayah IV ............................................ 59 Tabel 4.6 Perbandingan Hasil Perhitungan b value dan Stándar Deviasi Pada Tiaptiap Wilayah ....................................................................................... 50 Tabel 4.7 Perbandingan Parameter Aktivitas Gempa dan Nilai Indeks Seismisitas Tiap-tiap Wilayah................................................................................................. 52 Tabel 4.8 Perbandingan Kemungkinan kejadian Gempa berdasarkan T (Tahun) dan Nilai Rata-Rata Periode Ulang Pada Tiap-Tiap Wilayah............ 58
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel Data Gempa Bumi Wilayah I ................................................ 66 Lampiran 2. Tabel Data Gempa Bumi Wilayah II ............................................... 77 Lampiran 3. Tabel Data Gempa Bumi Wilayah III.............................................. 85 Lampiran 4. Tabel Data Gempa Bumi Wilayah IV ............................................. 97 Lampiran 5. Tabel Peta Seismisitas Gempa Bumi Wilayah Sumatera Dan Sekitrnya Periode Tahun 1970-2008 ........................................... 103
64
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar belakang Kepulauan Indonesia termasuk salah satu negara yang rawan terhadap bencana gempa bumi, karena didorong oleh dua lempeng tektonik Samudera yang sangat aktif yakni lempeng tektonik Samudera Hindia-Australia dari sebelah selatan dan lempeng tektonik Samudera Pasifik dari sebelah timur. Lempeng tektonik Samudera Hindia-Australia tersebut di atas bergerak mendorong Kepulauan Indonesia yang merupakan bagian dari lempeng tektonik benua Eropa –Asia ke arah timur dengan kecepatan rata-rata 7.5 mm/tahun, sedangkan lempeng tektonik Samudera Pasifik mendorong Kepulauan Indonesia ke arah barat dengan kecepatan rata-rata 10,5 mm/tahun. Sebagai akibat tumbukan kedua mandala tektonik tersebut, Kepulauan Indonesia mempunyai tatanan keseismotektonikan yang komplek dengan ciri kerawanan bencana gempa bumi yang cukup tinggi. Hal tersebut di atas dicerminkan dengan dikenal adanya patahan-patahan aktif seperti patahan aktif Sumatera dan patahan aktif Mentawai (Sumatera), Cimandiri, Citandui, Unggaran, Lasem (Jawa), Meratus (Kalimantan), Walanai-Paternoster, Palu-Koro, Gorontalo (Sulawesi), Sorong dan Tarera-Aiduna (Papua) serta patahan aktif busur belakang Flores (Nusa Tenggara). Patahan-patahan aktif ini merupakan lajur sumber gempa bumi yang sangat potensial, beberapa diantaranya melewati kota-kota besar seperti Banda Aceh, Tarutung, Bukit Tinggi, Kerinci, Liwa (Sumatera).
2
Sedangkan di Sulawesi patahan aktif dijumpai melalui kota Palu, Gorontalo dan Kendari. Penunjaman mengakibatkan terjadinya evolusi tatanan kerak bumi dan terbentuknya zona rawan gempa. Salah satunya daerah pulau Sumatera, dari tinjauan tektonik dan distribusi kegempaan dapat dilihat secara umum daerah pulau Sumatera memiliki resiko tinggi terhadap gempa bumi, namun dengan metode statistic dapat diketahui secara numeric tingkat kegempaan, indeks seismisitas, tingkat resiko gempa dan periode ulang gempa untuk magnitude tertentu pada suatu daerah. Peta distribusi gempa bumi dan peta tektonik hanya memberikan gambaran tingkat resiko gempa suatu daerah secara kualitatif. Untuk mengetahui tingkat resiko gempa secara kuantitatif digunakan metode statistik. Resiko gempa yang dimaksud dalam penelitian ini hanya mempertimbangkan tingkat seismisitas suatu daerah tanpa menyertakan faktor lain seperti geologis, kualitas infrastruktur, kepadatan penduduk dan sebagainya. Sebagai salah satu wilayah yang paling rawan terhadap bencana gempa bumi, maka diperlukan metode yang tepat guna memperkirakan daerah-daerah di pulau Sumatera yang rawan terhadap gempa bumi khususnya gempa bumi besar. Studi untuk mengetahui distribusi ruang (space distribution) daerah rawan akan menjadi penting jika dihubungkan dengan berbagai kepentingan baik yang berhubungan langsung dengan kehidupan manusia maupun penelitian. Suatu daerah dapat dikatakan memiliki tingkat aktivitas gempa bumi yang tinggi jika b value nya besar, dimana b value dipengaruhi oleh magnitudo dan
3
frekuensi gempa yang terjadi. b value berkaitan langsung dengan karakteristik tektonik dari setiap daerah dan menunjukkan parameter seismotektonik pada daerah tersebut. Estimasi b value dengan cara penerapan radius konstan, di Indonesia memberikan hasil yang kurang refresentatif. Hal ini dikarenakan relatif pendeknya periode pengamatan atau sangat minimnya data katalog gempa yang dimiliki. Disamping
itu, sangat jarang dilakukan
pencatatan gempa-gempa
yang
bermagnitudo kecil sehingga sebaran data dalam ruang akan cenderung mengalami clustering jika magnitudo yang relatif kecil ini diikut sertakan dalam perhitungan b value. Berdasarkan asumsi diatas maka perlu untuk diteliti hubungan b value dengan magnitudo besar (biasanya magnitude tersebut di atas 5 skala ricther) dengan frekuensi gempa bumi agar diketahui tingkat keaktifan gempa secara nyata dengan menggunakan metode least square.
1.2 Perumusan Masalah Adapun permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana tingkat seismisitas (resiko gempa bumi) di daerah pulau Sumatera dan sekitarnya? 2. Seberapa besarkah probabilitas gempa di daerah tersebut? 3. Bagaimana perbandingan keaktifan gempa bumi untuk setiap wilayah penelitian di daerah pulau Sumatera dan sekitarnya?
4
1.3. Batasan Masalah Penulisan ini difokuskan pada penentuan b value dengan menggunakan metode Least Square, indeks seismisitas, periodisitas dan probabilitas gempa bumi di daerah pulau Sumatera dan sekitarnya yang dibatasi oleh koordinat 5.00 LU – 6.00 LS dan 96.00 BT – 106.00 BT. Data yang digunakan adalah data gempa selama 38 tahun dari tahun 1970-2008 dengan Magnitudo ≥5.0 dan kedalaman ≤100 km
yang didapat dari situs http://neic.usgs.gov/neis/epic_rect
dan
International Seismological Center (ISC) serta Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG).
I.4. Tujuan Penelitian Tujuan yang akan dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Mengetahui tingkat seismisitas di daerah pulau Sumatera dan sekitarnya 2. Mengetahui probabilitas terjadinya gempa bumi di zona tersebut 3. Mengetahui perbandingan keaktifan gempa untuk setiap wilayah penelitian yang berada di daerah pulau Sumatera dan sekitarnya
1.5. Manfaat Penelitian 1. Mitigasi bencana gempa khususnya di daerah pulau Sumatera dan sekitarnya 2. Info resiko kegempaan untuk pembangunan khususnya bagi Dinas Pekerjaan Umum di daerah tersebut 3. Bagi lembaga Asuransi dalam hal asuransi gedung-gedung bertingkat
5
4. Sebagai bahan rujukan untuk penelitian selanjutnya
1.6. Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan skripsi ini dibagi menjadi lima bab, secara singkat akan diuraikan sebagai berikut : BAB I : PENDAHULUAN, yang berisi tentang latar belakang penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan. BAB II : TINJAUAN PUSTAKA, berisi tentang gempa bumi dan mitigasi bencana, hubungan frekuensi dan magnitude, fungsi metode least square, model penentuan indeks, seismisitas dan probabilitas gempa. BAB III : METODE PENELITIAN, berisi tentang data yang diperlukan dalam penelitian dan tahapan-tahapan dalam mengolah data tersebut. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN, berisi tentang hasil penelitian dan pembahasannya. BAB V : PENUTUP, Pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil uraian permasalahan yang dikemukakan serta saran yang bermanfaat untuk hasil yang didapat dari penelitian dan dibagian akhir dilengkapi dengan daftar pustaka dan lampiran.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gempa Bumi Gempa bumi dalam arti umum adalah peristiwa bergetarnya permukaan bumi yang ditimbulkan oleh pelepasan energi dalam bentuk gelombang pada lapisan kerak bumi seperti patahan permukaan, gerakan tanah, goncangan tanah, pelulukan dan bentuk lain dari retakan tanah serta tsunami. Ketika gelombang ini mencapai permukaan bumi, getarannya dapat merusak atau tidak tergantung pada: kekuatan sumber (magnitude), posisi dan kedalaman sumber gempa, kondisi geologi setempat serta kualitas bangunan yang ada di daerah tersebut. Gempa bumi dapat diakibatkan oleh beberapa sebab, yaitu : 1. Letusan gunung berapi (gempa vulkanik) merupakan gempa bumi yang disebabkan oleh aktivitas magma dan gas di dalam dapur magma (Batholit) gunung api tersebut. Pada umumnya intensitasnya relatif kecil dengan radius getaran tidak akan melebihi 30 km. 2. Runtuhan gua kapur atau daerah tambang (gempa runtuhan) merupakan gempa bumi yang disebabkan oleh terjadinya runtuhan di dalam bumi (biasanya dari daerah kapur, gua kapur dan tempat pertambangan lainnya), kekuatannya biasanya kecil.
7
3. Ledakan nuklir (gempa buatan) merupakan gempa bumi yang disebabkan oleh ledakan nuklir, kekuatannya tergantung kuat atau tidaknya ledakan nuklir tersebut. 4. Patahnya struktur lapisan batuan (gempa tektonik) merupakan gempa bumi yang disebabkan oleh patahnya suatu struktur lapisan batuan akibat adanya stress yang bekerja terus menerus, kekuatannya relatif lebih besar dan pada beberapa kondisi dapat mengakibatkan kerusakan yang serius di permukaan bumi. Gempa bumi tektonik pada dasarnya merupakan proses pelepasan energi akibat terjadinya patahan pada batuan kerak bumi. Energi menjalar dalam medium bumi dalam bentuk gelombang seismik. Gelombang ini menjalar ke segala arah yang diantaranya tercatat di suatu stasiun pada seismogram. Gempa ini hanya terjadi di daerah pertemuan lempeng tektonik, daerah patahan/sesar aktif dan daerah pemekaran lempeng tektonik.
Gambar 2.1 Proses Terjadinya Gempa Tektonik
Ada tiga jenis pergerakan lempeng tektonik, yaitu 1. Saling mendekati dan bertubrukan (convergent). 2. Saling menjauhi (divergent) 3. Saling berpapasan (transform)
8
Gambar 2.2 Jenis-jenis pergerakan lempeng
Mekanisme terjadinya gempa bumi disebabkan oleh pergeseran batuan baik dipermukaan maupun di dalam bumi sehingga proses terjadinya sangat erat kaitannya dengan patahan. Secara umum pergerakan dasar fault (patahan) adalah sebagai berikut: a. Dip Slip Fault (Patahan Miring), dapat dibedakan menjadi dua, yaitu : •
Gravity Fault (Patahan Turun) Yaitu blok atas bergerak relatif terhadap blok dibawahnya. Hal ini disebabkan oleh gaya kompresi dan umumnya mempunyai sudut 45 0<α<90 0.
Gambar 2.3. Gravity Fault
•
Trust Fault (Patahan Naik) Yaitu pergeseran blok dimana salah satu blok bergerak relatif terhadap blok yang lainnya, sehingga pergerakannya
9
naik. Hal ini karena adanya gaya tension, umumnya mempunyai sudut 00<α<450 .
Gambar 2.4. Trust Fault
b. Strike Slip Fault (Patahan Menjurus) yaitu pergerakan blok secara lateral (horizontal/vertical) baik searah jarum jam ataupun berlawanan dengan arah jarum jam. Pada umumnya sudutnya
α mendekati 90 0.
Gambar 2.5. Strike Slip Fault
c. Oblique Slip Fault (Patahan Miring/mencong) yaitu pergerakan blok sebagai akibat dari Dip Slip Fault dan Strike Slip Faut
10
Gambar 2.6. Oblique Slip Fault
Karena pada blok-blok patahan (fault) terdapat stress maka akan terjadi perubahan bentuk patahan seperti pada gambar-gambar diatas. Akibat stress yang terakumulasi secara terus menerus maka blok patahan yang paling lemah akan mengalami slip. Pergeseran fault secara tiba-tiba tersebut akan menimbulkan gelombang gempa bumi yang menjalar ke segala arah.
2.2 Gelombang Gempa Bumi. Gelombang gempa bumi adalah segala gelombang yang dapat tercatat oleh seismograph kecuali gerakan-gerakan yang disebabkan karena adanya gangguan alat (noise). Berdasarkan jenis penjalarannya gelombang gempa bumi di bagi menjadi 2 (dua) tipe utama, yaitu : 1.
Body Waves (gelombang badan), gelombang yang menjalar melalui bagian dalam bumi, terdiri dari dua macam gelombang yaitu : a) Gelombang Primer (P), gerakan partikelnya searah dengan arah penjalarannya. Gelombang ini disebut gelombang longitudinal atau gelombang kompresional akibat partikel mengalami kompresi saat penjalarannya. Gelombang Primer (P) mempunyai kecepatan terbesar dan muncul pertama kali di seismogram.
11
b) Gelombang sekunder (S), gerakan partikelnya tegak lurus dengan arah penjalarannya sehingga
dikenal dengan gelombang transversal.
Pergerakan material adalah menggeser (shearing) dan berputar (rotasi) selagi gelombang menjalar melewatinya, tetapi tidak merubah volumenya. Gelombang S mempunyai kecepatan lebih kecil daripada gelombang P dan muncul di seismogram setelah gelombang P.
Gambar 2.7 Gelombang P dan S
2.
Surfaces Wafes (gelombang permukaan), gelombang yang menjalar sepanjang permukaan bumi, yang terdiri dari : a. Gelombang Love (L) Gelombang love merupakan gelombang yang gerakan partikelnya sama dengan gelombang SH (Transversal Longitudinal). b. Gelombang Rayleigh (R) Gelombang dimana gerakan partikelnya menyerupai ellips dan bidang ellips ini berdiri vertikal dan berhimpit dengan penjalaran gelombang.
12
Gambar 2.8 Gelombang Love dan Rayleigh
2.3 Parameter Gempa Bumi dan penentuannya Parameter gempa bumi atau lebih luas lagi disebut dengan gelombang seismik yang disebabkan karena terjadinya gempa bumi, adalah sebagai berikut : 1. Lintang dan bujur episenter (titik pada permukaan bumi yang terletak vertikal diatas pusat gempa) 2. Kedalaman pusat gempa (hypocenter) 3. Waktu kejadian (original time dari sumber gelombang tersebut) 4. Kekuatan gempa (magnitude atau energi gelombang seismik yang dipancarkan) Untuk menghitung parameter 1 s/d 3 yang diperlukan hanyalah pengamatan waktu saja (misalnya waktu datangnya gelombang seismik di beberapa stasiun), sedangkan parameter 4 memerlukan data amplitude dan periode. Parameter ukuran besarnya gempa bumi biasanya dinyatakan dengan magnitude dalam skala Richter dimana besaran ini terkait dengan energi yang
13
dilepaskan di pusat gempa. Besarnya magnitude umumnya ditentukan dengan persamaan matematika dari data amplitude, periode gelombang pada seismogram dan jarak episenter gempa bumi. Konsep magnitude gempa bumi berdasarkan
pengukuran amplitude
pertama kali dikembangkan oleh K. Wadati dan C.F. Richter tahun 1935 sebelum momen seismik dihitung pada tahun 1964. Charles F. Richter menentukan magnitude lokal (M L) untuk gempa bumi dengan ukuran sedang (3< M L<7) di California Selatan. Magnitude gempa bumi ini ditentukan dari logaritma amplitude yang tercatat pada seismogram.
2.4 Mitigasi Mitigasi adalah suatu proses berbagai tindakan pencegahan untuk meminimalkan dampak negatif bencana alam terhadap manusia, harta benda, infrastruktur
dan
lingkungan,
baik
kesiapan
ataupun
tindakan-tindakan
pengurangan resiko jangka panjangnya. Mitigasi bencana mencakup baik perencanaan dan pelaksanaan tindakantindakan untuk mengurangi resiko-resiko yang terkait dengan bahaya-bahaya karena ulah manusia dan bahaya alam yang sudah diketahui, dan proses perencanaan untuk respon yang efektif terhadap bencana-bencana yg benar-benar terjadi. Dalam mendukung mitigasi bencana khususnya gempa bumi, perlu diketahui beberapa karakteristik dari gempa itu sendiri, bahwa gempa bumi itu : 1. Berlangsung dalam waktu sangat singkat
14
2. Lokasi kejadian hanya tertentu saja 3. Akibatnya dapat menimbulkan bencana 4. Berpotensi terulang kembali (gempa susulan) 5. Belum dapat diprediksi/diprakirakan 6. Tidak dapat dicegah, tetapi akibat yang ditimbulkan dapat dikurangi. Resiko gempa bumi adalah struktur dan kenampakan individual potensi kecelakaan atau kerusakan akibat bencana gempa bumi. Sebagai contoh, adanya suatu patahan aktif akan merupakan pencerminan bencana, namun demikian tingkat resiko dari bencana tersebut sangat tergantung pada kondisi geologi setempat, kekuatan gempa bumi, tipe dari konstruksi dan struktur bangunan yang ada pada atau dekat dari lokasi bencana tersebut. Resiko bencana gempa bumi sebagai akibat peristiwa atau kejadian gempa bumi yang menimpa suatu kelompok masyarakat atau daerah/kota sebenarnya sangat bergantung pada berat ringannya bencana yang menimpa serta kesiap siagaan atau ketahanan masyarakat itu sendiri dalam menghadapi suatu bencana. Karena itu secara konsepsional hubungan antara resiko, bencana gempa bumi dan ketahanan masyarakat itu menurut Soeriaatmadja (1989) dapat dirumuskan sebagai berikut :
Resiko gempa bumi =
15
Usaha-usaha yang diperlukan dalam mitigasi untuk mencegah resiko gempa yang besar adalah : 1. Pemetaan daerah rawan gempa dan tsunami 2. Memperhatikan
kaidah konstruksi
tahan gempa/tsunami
dalam
pembangunan di segala sektor 3. Sosialisasi termasuk pemasangan pamflet dan poster mengenai gempa dan tsunami 4. Pembangunan sistem peringatan dini gempa dan tsunami 5. Pemasangan alarm tanda bahaya di sepanjang pantai dan ruang umum (dapat berupa sirine, speaker dll) 6. Membuat akses menuju dataran yang lebih tinggi/bukit terdekat.
Gambar 2.9 Jaringan Pengamatan Gempa Bumi di Indonesia
16
Tujuan monitoring gempa yang utama adalah : 1. Untuk mengetahui kapan, dimana dan berapa besar gempa bumi telah terjadi dengan cepat dan menginformasikan kepada publik 2. Mendeteksi adanya fault (sesar) aktif 3. Mengetahui struktur lapisan bumi
2.5 Persamaan Hubungan Gutenberg dan Richter Hubungan magnitude frekuensi oleh Ishimoto dan Ishida (1939) (di timur) dan hubungan Gutenberg dan Richter (1942) (di barat). Gutenberg-Richter (G-R) magnitude-frequency relationship (MFR). log N = a – bM …………… .(1) N = 10 a- bM Dimana a dan b adalah konstanta real positif. Parameter a menunjukkan aktivitas seismik dan bergantung pada periode pengamatan, luas daerah pengamatan, serta tingkat aktifitas seismik suatu wilayah. Parameter b merupakan parameter tektonik yang menunjukkan jumlah relatif dari getaran yang kecil hingga besar (biasanya mendekati 1) dan secara teoritis tidak bergantung pada periode pengamatan tetapi hanya bergantung pada sifat tektonik dari gempabumi sehingga dapat dianggap sebagai suatu parameter karakteristik suatu gempabumi untuk daerah tektonik aktif. Beberapa ahli mengatakan bahwa nilai b ini konstan dan bernilai sekitar -1 s/d 1. Kalaupun ada perbedaan, hal itu lebih karena perbedaan data dan metode
17
perhitungan yang digunakan. Meskipun demikian sebagian besar ahli berpendapat bahwa nilai b ini bervariasi terhadap daerah dan kedalaman fokus gempa, serta bergantung pada keheterogenan dan distribusi ruang stress dari volume batuan yang menjadi sumber gempa.
2.5 Metode Perhitungan Nilai a dan b 2.5. 1 Metode Regresi Kuadrat Terkecil (Least Square) Parameter-parameter dari hubungan magnitude dan frekuensi gempa umumnya ditentukan dengan metode Least Square (kuadrat terkecil), dengan mengumpulkan
pengamatan jumlah
gempa untuk
masing-masing selang
magnitude di dalam urutan magnitude tertentu. Hubungan tersebut merupakan hubungan dasar dari persamaan regresi linier sebagai berikut : y = a + bx
.........................................................(2)
Sehingga persamaan tersebut menjadi : log N = a + bM Dari persamaan (1) dipergunakan metode kudrat terkecil bagi penaksiran a dan b tertentu, sehingga didapat nilai-nilai taksiran a dan b yang besar kecilnya, yaitu : n
Q = ∑ (log N i − a − bM i ) 2
..................................(3)
i =1
Dari persamaan (3) dibuat penurunan secara parsial ke parameter a dan b diperoleh :
18
∂Q = −2 ∂a ∂Q = −2 ∂b
n
∑ (log N
i
− a − bM i )
i =1 n
∑M
i
(log N i − a − bM i )
.....................................................(4)
i =1
Dari persamaan (4) masing-masing diidentikkan dengan nol maka didapat persamaan normal dalam bentuk matrik : n n + ∑ M i aˆ ∑ log N i i =1 i =1 n n 2 + ∑ M i bˆ ∑ M log N i i =1 i =1
n n M t ∑ i =1
.........................................(5 )
Dari persamaan (2) diperoleh taksiran a dan b
Substitusikan persamaan (6) ke persamaan (5) : n
bˆ =
n
∑ M i log N i − log N ∑ M i i =1
i =1 n
∑M
...................................................(6)
n
2 i
− M∑Mi
i =1
i =1
atau : n
bˆ =
∑ (x
i
− x )( y i − y )
i =1
..........................................................(7)
n
∑ (x
i
− x)
2
i =1 n
n
∑x N
∑y N
i =1 n
i =1 n
i
x=
∑N i =1
i
y=
∑N i =1
19
n
∑ (x dengan ρ =
i
− x )( y i − y )
i =1 n
∑ (x
n
i
....................................(8)
− x ) 2 ∑ ( y i − y) 2
i =1
i =1
dimana ρ : tingkat hubungan linier diantara frekuensi gempa terhadap magnitude. Nilai ρ yang memenuhi hubungan linier adalah : -1.0 ≤ ρ < -0.5 adalah hubungan linier negative. 0.5 < ρ ≤ 1.0 adalah hubungan linier positif. Sedangkan nilai aˆ dapat dicari dengan menggunakan persamaan : aˆ = y − bˆx .......................................................................(9) yˆ i = aˆ + bˆx i .......................................................................(10) Tingkat kemungkinan kesalahan untuk nilai-nilai konstanta aˆ dan bˆ diberikan sebagai berikut : pbˆ = 0.6745
( yi − yˆ i ) 2 1 ∑ . ...........................................(11) ∑ N − 2 ∑ ( xi − x ) 2
paˆ = xpbˆ........................................................(12) pbˆ = tingkat kemungkinan kesalahan bˆ paˆ = tingkat kemungkinan kesalahan aˆ
2.5.2 Metode Likelihood Maksimum (Utsu, 1965) Bila suatu fungsi distribusi probabilitas ƒ(x,θ) bergantung pada parameter θ, bersesuaian dengan fungsi likelihood yang didefinisikan sebagai :
20
P( x i ,θ ) = f ( x1 , θ ). f ( x2 ,θ ). f (x3,θ )...... f ( x n ,θ ) n
P( x i ,θ ) = ∑ f ( x i , ϑ )..........................................................................(13) i
Bahwa estimasi maksimum likelihood dari θ adalah nilai fungsi maksimum
P( xi , θ ) , untuk perhitungan yang bersesuaian, penurunan dari
log P ( x i ,θ ) yang umumnya untuk mendapatkan nilai maksimum dari θ, yaitu : ∂ log P = 0 .......................................................................................(14) ∂θ Bila suatu fungsi distribusi probabilitas dari M dapat ditulis kedalam bentuk f (M , b ' )= b' e −b '( M − M 0 ) ; M ≥ M 0 ......................................................(15) Dimana : b' = bˆ ln10 Maka sesuai dengan fungsi likelihood yang ditunjukkan sebagai berikut : P = (b') e N
−b '
n
i =1
∑ M i − NM 0 ................................................................... (16)
Dari hubungan ini diperoleh bahwa estimasi maksimum likelihood dari b yang ditunjukkan sebagai berikut : bˆ =
log e ..................................................................................(17) M − M0
2.6 Standar Deviasi Untuk mengetahui simpangan perhitungan b value digunakan simpangan baku (standar deviasi). Standar deviasi merupakan ukuran penyebaran yang paling banyak digunakan. Mayoritas nilai data cenderung berada dalam suatu deviasi standar dari rata-rata, dan hanya sebagian kecil saja yang terletak diluar dari ratarata standar deviasinya
21
Adapun standar deviasi untuk metode least square didefinisikan sebagai berikut : N
∑ (x
i
− x )2
i =1
σx =
............................................................................(18)
N
Dimana
σx
: Standar deviasi dari suatu populasi
x
: Rata-rata dari suatu populasi
xi
: Nilai dari data (variable x)
N
: banyaknya data x dalam suatu populasi
2.7 Indeks Seismisitas Dari hubungan frekuensi-magnitude dapat diperkirakan jumlah terjadinya gempa bumi rata-rata pertahun yang mempunyai magnitude >M pada setiap daerah penelitian. Kita anggap jumlah gempa bumi dengan M≥0.0 dan M≥5.0 dalam penelitian sebagai indeks seismisitas untuk satu daerah. Harga rata-rata a dan a' dapat dihitung dengan membagi jumlah magnitude gempa seluruhnya (n(M)) dan jumlah magnetudo gempa kumulatif (N(M)) dengan periode pengamatan T, maka didapat : aˆ1 = aˆ − log T aˆ ' = aˆ − log bˆ ln10
(
)
' 1
aˆ = aˆ'− log T ................................................................................................(19) Dimana : T
: waktu (tahun pengamatan)
22
aˆ , a 1 , aˆ 1 , aˆ 11 , bˆ
: parameter-parameter yang dihitung untuk mendapatkan harga indeks seismisitas
Dari persamaan diatas dapat dihitung jumlah gempa rata-rata per tahun dengan M≥0.0 dan M≥5.0 yaitu : '
N 1 (M ≥ 0.0) = 10 aˆ1 ˆ'
ˆ
N 1 (M ≥ 5.0) = 10 a1 −5.0 b ................................................................................ (20 ) Dimana : N1(M ≥ 0.0)
: jumlah gempa rata-rata pertahun dengan M≥ 0.0
N1(M ≥ 5.0)
: jumlah gempa rata-rata pertahun dengan M≥5.0
Jadi N1(M ≥ 0.0) dan N 1(M≥5.0) merupakan suatu indeks seismisitas dari daerah tertentu
2.8 Probabilitas Kejadian Gempa Bumi Probabilitas kejadian gempa bumi adalah kemungkinan terjadinya gempa merusak di suatu daerah pada kurun waktu tertentu. Harga resiko gempa sangat berguna untuk perencanaan bangunan tahan gempa. Bila kita anggap distribusi interval waktu berbentuk eksponensial e-NT, maka dapat kita turunkan probabilitas kejadian suatu gempa dengan magnetudo > M pada suatu periode T sebagai berikut :
(
)
P (M , T ) = 1 − e − N1 ( M )T ..............................................................................(21)
Rata-rata tahunan kumulatif jumlah gempa dengan M paling besar dapat dicari dengan :
23
N 1( M ) = N 1( M ≥5.0 ) .10 −2 b .................................................................................(22) ˆ
Dengan diperoleh N1(M) dapat dihitung nilai rata-rata periode ulang dari gempa bumi merusak, yaitu : Θ=
1 ....................................................................................................(23) N1 M
Dimana : P (M , T )
: Probabilitas gempa dengan magnetudo M dan periode T
N 1( M )
: Jumlah gempa kumulatif dengan magnetudo terbesar
Θ
: Rata-rata periode ulang gempa
24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan waktu Penelitian Tempat penelitian dilakukan di Badan Meteorologi
Klimatologi dan
Geofisika (BMKG) pusat, Kemayoran-Jakarta Pusat. Sedangkan waktu penelitian berlangsung sejak bulan Okober sampai dengan bulan Desember 2009 meliputi pengumpulan data, pengolahan dan interpretasi terhadap data yang diperoleh.
3.2 Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini di daerah pulau Sumatera dan sekitarnya tepatnya pada koordinat 5.00 LU – 6.00 LS dan 96.00 BT – 106.00 BT, sedangkan data yang digunakan adalah gempa bumi periode 1970 s/d 2008 dengan magnitude (M)≥5.0 SR dan kedalaman (h)≤100 km merupakan kedalaman yang dangkal yang berpotensi besar mengakibatkan resiko kerusakan yang tinggi. Agar lebih spesifik, akurat dan terperinci ruang lingkup penelitian dibagi lagi menjadi 4 wilayah, yaitu :
1. Wilayah I
: 0.00 LU – 5.00 LU
dan 96.00 BT – 100.00 BT
2. Wilayah II
: 0.00 LS – 3.00 LS
dan 96.00 BT – 103.00 BT
3. Wilayah IV
: 3.00 LS – 6.00 LS
dan 100.00 BT – 103.00 BT
4. Wilayah V
: 3.00 LS – 6.00 LS
dan 103.00 BT – 106.00 BT
25
3.2 Pengumpulan Data Data gempa yang digunakan pada penelitian ini adalah data gempa bumi periode
tahun
1970
s/d
2008.
http://neic.usgs.gov/neis/epic_rect
Data
tersebut
diperoleh
dari
situs
dan International Seismological Center
(ISC) serta Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG). Data diperoleh dengan studi pustaka dan literatur yang ada, kemudian penyajian datanya dalam bentuk tabel, grafik dan peta dengan menggunakan aplikasi Software ArcView GIS 3.3.
26
3.3 Pengolahan Data Data yang digunakan dalam menentukan b value terdiri dari magnitude dan frekuensi
gempa bumi tahun 1970 s/d 2008. Dalam perhitungan
menggunakan metode least square untuk menentukan b value dan metode statistik untuk menetahui tingkat seismisitas dan probabilitas gempa bumi. Pengolahan data dilakukan secara manual yaitu dengan cara memasukkan ke dalam rumus yang telah ada. Hasilnya dianalisis, sedangkan faktor-faktor lain yang mempengaruhi tingkat resiko gempa bumi seperti kondisi geologis, kualitas infrastruktur, kepadatan penduduk dan sebagainya diabaikan. Adapun tahapan dalam pengolahan datanya adalah sebagai berikut : 1. Data magnitude dan frekuensi gempa bumi yang terjadi pada lokasi penelitian dimasukkan dalam tabel sesuai dengan urutan tahunnya dan koordinatnya. 2. Menghitung frekuensi kumulatif berdasarkan magnitudenya. 3. Mencari nilai b value nya dengan menggunakan metode least square. 4. Jika b value telah didapat, langkah selanjutnya adalah mencari indeks seismisitas. 5. Untuk mencari probabilitas gempa merusak dari kurun waktu tertentu, dapat dicari dengan menghitung probabilitas gempa bumi. 6. Semua data dan hasil perhitungan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik, supaya lebih memudahkan dalam menganalisa. 7. Sedangkan gambaran seismisitas yang terjadi pada lokasi penelitian akan digambarkan pada peta dengan aplikasi software ArcView GIS 3.3.
27
DIAGRAM ALIR PERHITUNGAN B-VALUE DAN PERIODE ULANG GEMPA Seleksi Data Gempa Bumi (1970 s/d 2008) (M≥ 5 SR dan h ≤ 100 km
Input Data (Pengeplotan Data Dalam Peta)
Pembagian Daerah Menjadi 5 Zona
Perhitungan b value Metode Least Square
Perhitungan Indeks Seismisitas
Perhitungan nilai probabilitas dan Periode ulang gempa
no Xi
(Xi-Xrt2)2
1 2 3
5 0.17500000 5.1 0.10130000 5.2 0.04770000
4
5.3 0.01400000
5
5.4 0.00030000
6 7
5.5 0.00670000 5.6 0.03300000
8
5.7 0.07930000
9 10 11
5.8 0.1457000 5.9 0.23200000 6 0.33830000
12
6.1 0.46470000
13
6.2 0.61100000
14 15
6.3 0.77730000 6.4 0.96370000
16
6.5 1.17000000
17 18 19
6.7 1.64270000 6.8 1.90900000 6.9 2.19540000
20
7.2 3.17440000
21
7.3 3.54070000
22 Σ
8.6 10.1231000 135.5 27.7453000
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa data dengan menggunakan metode least square untuk daerah Pulau Sumatera dan sekitarnya dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Hasil perhitungan indeks seismisitas pertahun untuk tiap - tiap wilayah dengan M ≥ 5, yakni : a. Wilayah I
: 5,752
b. Wilayah II
: 3,920
c. Wilayah III
: 6,192
d. Wilayah IV
: 2,682
2. Probabilitas gempa untuk tiap - tiap wilayah penelitian dengan T = 10, 30, 50, 100 tahun yakni : a.Wilayah I
: T=10; 79,63%, T=30; 99,15%, T=50; 99,96%,
T=100; 99,99% b.Wilayah II
: T=10; 67,55%, T=30; 96,58%, T=50; 99,64%,
T=100; 99,99% c.Wilayah III
: T=10; 62,86%, T=30; 94,87%, T=50; 99,29%,
T=100; 99,99% d.Wilayah IV
: T=10; 30,31%, T=30; 66,16%, T=50; 83,57%,
T=100; 97,30%
62
3. Periode ulang gempa bumi merusak tiap wilayah berbeda-beda, yaitu : a. Wilayah I
: 6 tahun
b. Wilayah II
: 9 tahun
c. Wilayah III
: 10 tahun
d. Wilayah IV
: 28 tahun
Dapat disimpulkan wilayah I merupakan daerah yang mempunyai resiko gempa yang paling tinggi sedangkan untuk wilayah IV merupakan daerah yang mempunyai resiko gempa paling kecil karena periode ulang gempanya paling besar.
5.2 SARAN 1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan yaitu dengan mempertimbangkan faktor-faktor lain selain tingkat seismisitas, seperti faktor geologi, kualitas infra struktur, kepadatan penduduk dan sebagainya. 2. Tinjauan statistik resiko kegempaan walaupun mempunyai banyak keterbatasan dan sifatnya umum namun dapat digunakan sebagai studi awal dalam masalah mitigasi bencana gempa bumi. 3. Mengingat daerah Pulau Sumatera merupakan daerah seismik aktif dan rawan bencana gempa bumi, maka perlu diperhatikan dalam perencanaan tata ruang kewilayahan bahwa sebaiknya bangunan harus memenuhi syarat teknik bangunan tahan gempa.
63
4. Menyusun tata ruang wilayah Sumatera yang mengacu pada kondisi kerentanan wilayahnya terhadap bencana gempa bumi sehingga resiko gempa bumi dapat ditekan seminimal mungkin. 5. Perlu diadakannya penyuluhan tentang bencana/resiko gempa bumi dan sosialisasi TRW (Tata Ruang Wilayah) yang mempunyai resiko rendah bahaya gempa bumi diupayakan segera dilaksanakan.
DAFTAR PUSTAKA NEIC (National Earthquake Information Center of America), USGS, Golden, America. Kertapati, E.K, Purtanto, E.K, Bahar, I, 1991 “Katalog Gempa Bumi Merusak di Indonesia”, Puslitbang Geologi Bandung. Soeriaatmadja, R.E, 1989. “Pengembangan Analisis Resiko Bencana Alam Sebagai Bagian Dari PP 29/1986 Tentang AMDAL (Analisis Mengenai Dampak Lingkungan)”, Publikasi Khusus Geologi Kuarter Kaitannya Dengan Bencana Alam No. 8. Soehaimi, A, Marjiyono, Setiawan J.H, “Geodinamika Gempa Bumi Merusak Bengkulu 4 Juni, 2000 Dan Upaya Mitigasi”. 2001, Jakarta. Mokhamad Fajar Budi, S. “Analisis Resiko Gempa Bumi Di Pulau Sumatera Dan Sekitarnya”. Artikel Departemen Geofisika Dan Meteorologi ITB. Bath Markus, “Introduction to seismologi”. Birkhauser Verlag, Boston, 1979. Peter Welker , M. “Statistical Analysis of Earthquakes Occurance in Japan”. Bulletin of IISEE, Vol. 2,1965. Bullen, K.E., dan Bruce, A.B., “An Introduction To The Theory Of Seismology”. Fourth Edition, Cambridge Univercity Press. Gunawan. T, Wandono. M, “Tinjauan Statistik Resiko Gempa Bumi Di Indonesia”.BMG-Jakarta. Ibrahim, Gunawan dan Subardjo, “Pengetahuan Seismologi”. 2004. Badan Meteorologi dan Geofisika. Jakarta.
65
Peter, W.M., “Statistical Analysis Of Earthquake Occurrence in Japan”. 19261956. BIISEE. Vol. 2 (1965).pp. 1-27. R.P. Soedarmo,D., “Statistical Analysis of The Earthquakes Occurrence and Seismic Activity in some of The Indonesian Region”. 1897-1973. Rozak, Abdul. “Analisis Keaktifan dan Resiko Gempa Bumi Pada Zona Subduksi Di
Daerah Selatan Pulau Jawa dan
Sekitarnya
Dengan Metode Likelihood”. 2009, Jurusan Fisika – FST UIN Syarief Hidayatullah Jakarta.
