31
fokus gempa bumi Gambar 2.15. Gelombang gempa bumi mencapai stasiun seismograf S meninggalkan bola fokus gempa dengan koordinat sudut elevasi i dan
azimuth ∆. Koordinat i menyatakan sudut keberangkatan sinar atau take off, sudut ini
dibentuk dari arah vertikal sampai arah sinar. Sedangkan ∆ menyatakan sudut yang dibentuk dari episenter searah jarum jam hingga stasiun penerima. S’ ditentukan pada
bola fokus gempa bumi dengan polaritas gelombang P kompresi atau dilatasi yang diamati di stasiun S. Prosedur ini dilakukan untuk semua stasiun yang merekam
getaran gempa bumi sehingga diperoleh polaritas gelombang P secara global yang dipancarkan dari hiposenter. Metode ini didasarkan pada kenyataan bahwa polaritas
gerakan pertama gelombang P tidak berubah selama penjalarannya, sehingga polaritas pada bola pusat gempa bumi masih sama dengan polaritas pada hiposenter.
Gambar 2.15 Bola pusat gempa yang menggambarkan hiposenter.
Bola fokus gempa bumi yang didapatkan dari hasil analisa polaritas gerakan pertama gelombang P adalah dalam bentuk 3D, sehingga sulit untuk di
32
interpretasikan secara visual. Untuk itu harus diproyeksikan ke dalam bentuk 2D dengan cara membagi bola fokus gempa bumi menjadi dua bagian yang simetris
memotong hiposenter, yaitu setengah bagian atas dan setengah bagian bawah. Proyeksi potongan bola pusat gempa bumi bagian bawah berupa diagram mekanisme
sumber gempa bumi 2D.
Gambar 2.16 Proyeksi bola pusat gempa ke bidang equatorial.
Penyelesaian bola fokus diperoleh dari distribusi gerakan kompresi dan dilatasi di permukaan bumi yang diproyeksikan melalui lintasan yang sama dengan
penjalaran gelombangnya ke permukaan bola fokus. Bola fokus adalah bola satuan jari-jari 1 satuan yang fiktif diandaikan ada berpusat pada fokus gempa.
33
Gambar 2.17 Gerakan awal gelombang P dipengaruhi oleh gaya kompresi dan
dilatasi
2.6.1 Diagram Mekanisme Pusat Gempa Bumi
Studi mekanisme pusat gempa bertujuan untuk menentukan model sesar gempa berdasarkan bidang nodal dari hasil pengamatan polaritas gelombang P yang
dipancarkan oleh hiposenter. Jika stasiun seismograf yang melingkupi pusat gempa cukup banyak maka dapat dipisahkan antara kelompok stasiun yang merekam
kompresi dan kelompok stasiun yang merekam dilatasi. Kadang-kadang jumlah
stasiun tidak cukup sehingga tidak semua gempa dapat ditentukan solusi mekanisme pergerakan pusat gempanya.
Sebelum membuat diagram mekanisme sumber gempa bumi perlu dilakukan terlebih dahulu bagaimana cara menginterpretasikannya. Pada model kopel ganda
radiasi gelombang seismik simetri dengan hiposenter sehingga dapat diproyeksikan hanya setengah bola fokus gempa bumi. Bola fokus gempa bumi dibelah menjadi dua
bagian atas dan bawah oleh bidang horizontal yang melalui hiposenter. Polaritas data S kompresi dan dilatasi pada belahan bola bagian bawah diproyeksikan ke titik
34
pada diagram. Polaritas data pada belahan bola bagian atas simetri dengan data bagian bawah.
Dua bidang nodal dinyatakan pada diagram sebagai dua garis, karena dua bidang tersebut tegak lurus satu sama lain maka masing-masing bidang saling
berpotongan melalui pusatnya. Pusat ini merupakan vektor yang saling tegak lurus. Arah vektor yang menjauhi hiposenter ditandai dengan titik potong antara vektor dan
bola fokus gempa bumi yang dinyatakan titik pada diagram.
Gambar 2.18 Orthogonal dua bidang nodal
Dua garis nodal membagi diagram mekanisme sumber gempa bumi ke dalam empat kuadran yang memisahkan daerah kompresi dan dilatasi. Dua bidang nodal
tersebut adalah bidang patahan fault plane dan bidang bantu auxilary plane. Pada diagram dapat dibaca parameter bidang sesar yang terdiri dari strike, dip, dan rake.
Salah satu dari bidang nodal merupakan sesarpatahan gempa.
35
Gambar 2.19 Kertas proyeksi luasan sama.
Gambar 2.19 digunakan untuk menentukan parameter bidang sesarpatahan dari diagram mekanisme pusat gempa. Bagian kanan gambar tersebut digunakan
untuk menggambar garis nodal. Sedangkan bagian kiri digunakan untuk menentukan azimut dan sudut busur pada garis nodal. Garis horizontal digunakan untuk
menentukan sudut atau bidang nodal yang di ukur dari garis vertikal. Gambar 2.18,2.19 dan 2.20 menunjukan cara bagaimana menentukan strike, dip, rake, lokasi
plunge dan azimuth Sumbu P dan T pada diagram yang merupakan parameter bidang sesar.
Prosedur untuk menentukan parameter bidang sesar dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Untuk menentukan strike posisi hanging wall disebelah kanan arah strike dan di ukur searah jarum jam dari arah utara 2.18.
36
2. Dip diukur dengan menggunakan setengah lingkaran bagian kanan gambar 2.18.dan 2.19.
Gambar 2.20 Pengukuran sudut strike dan dip pada diagram dan penampang.
3. Sumbu tekanan P dan sumbu tarikan T terletak pada titik 45 dari dua titik A
dan B 2.19. Sumbu P di kuadran dilatasi dan sumbu T di kuadran kompresi dengan gambar arsiran. Perpotongan antara dua garis nodal disebut sumbu N
null yang merupakan arah stress nol. Sumbu P, T, dan N ditentukan oleh azimut
diukur searah jarum jam dari arah utara dan plunge diukur kearah bawah dari horizontal. Kedua sudut tersebut diukur dengan menggunakan
kertas stereografis. Tekanan dan tarikan menunjukan arah gaya yang bekerja pada hiposenter, sedangkan kompresi dan dilatasi merupakan arah gerakan
awal gelombang P seismogram.
37
Gambar 2.21 Penentuan sumbu P dan T dari kutub pada garis nodal
Jika, pusat diagram hiposenter berada di kuadran kompresi arsiran maka sesar gempa disebut reverse fault dan jika berada di kuadran dilatasi, maka disebut normal
fault. Dengan kata lain bila sumbu T berada pada satu kuadran dengan pusat diagram
akan diperoleh reverse fault. Sebaliknya bila sumbu P berada dalam kuadran yang sama dengan hiposenter, maka akan dihasilkan normal fault. Jika, pusat diagram
berada pada atau dekat dua garis nodal maka akan dihasilkan strike slip fault. 4. Vektor slip untuk satu bidang nodal tegak lurus pada bidang nodal lainnya,
sehingga vektor slip untuk bidang nodal berhubungan dengan kutub vektor bidang nodal lainnya.
Rake dari vektor slip didefinisikan dengan sudut antara arah strike dan
vector slip kutub vektor, atau dengan kata lain :
1 Untuk normal fault, rake dari bidang nodal ditandai dengan – sudut antara strike bidang dan kutub bidang yang lain.
38
2 Untuk reverse fault, rake bidang nodal diperoleh dengan 180 – sudut
antara strike bidang dan kutub bidang yang lain. Sudut rake diukur menggunakan setengah lingkaran bagian gambar
stereografis. Sudut rake negatif untuk normal fault, karena sudut rake negatif menunjukan bahwa hanging wall block bergerak turun, secara relatif terhadap
footwall block .
Untuk reverse fault, bila vektor slip menunjuk ke arah atas dan diukur sudut antara arah strike dan kutub pada setengah lingkaran bagian atas. Untuk membuat
diagram mekanisme sumber gempa bumi digunakan setengah bola bagian bawah kemudian mengkonversi sudut yang telah diukur pada setengah bola bagian bawah ke
sudut rake, dengan mengurangkan sudut tersebut dari 180 .
Gambar 2.22 Penentuan sudut rake pada reverse fault dan normal fault
39
2.7 Pola Tektonik Daerah Sumatera Kepulauan Mentawai
Pulau Sumatera merupakan bagian dari lempeng Eurasia yang bergerak relatif ke arah tenggara dan berinteraksi dengan lempeng Hindia-Australia yang terletak di
sebelah barat Pulau Sumatera yang bergerak relatif ke arah utara dengan kecepatan sekitar 6cmth. Zona pertemuan antara kedua lempeng tersebut membentuk palung
dengan kedalaman sekitar 4500 meter sampai 7000 meter, yang dikenal dengan zona tumbukan atau zona subduksi. Zona subduksi merupakan sumber gempa bumi di laut
yang berpotensi membangkitkan tsunami apabila gempa bumi tersebut magnitudonya besar, kedalaman dangkal mekanisme patahan naik serta terjadi perubahan morfologi
secara vertikal di bawah laut. Akibat benturan tersebut terbentuklah patahan-patahan di Pulau Sumatera.
Salah satu patahan tersebut adalah patahan yang memanjang sepanjang Pulau Sumatera mulai dari Aceh hingga teluk Semangko. Propinsi lampung yang dikenal
dengan nama Sesar Besar sumatera. Sesar ini merupakan sesar aktif yang dibuktikan sering terjadi gempa bumi yang bersumber di darat akibat pergerakannya. Gempa
bumi yang bersumber di darat akibat pergerakan sesar aktif, meskipun magnitudonya tidak terlalu besar namun berpotensi terjadinya bencana, karena sumbernya dangkal,
dekat dengan pemukiman dan aktivitas penduduk. Disamping itu terdapat juga sesar- sesar aktif kecil lainnya yang pernah mengakibatkan terjadinya gempa bumi.
Model tektonik lempeng Indonesia dalam satu pola konvergen telah di buat oleh Hamilton 1970 dan Katili 1971. Sistem busur subduksi Sumatera dibentuk
oleh penyusupan lempeng samudera di bawah lempeng benua. Lempeng benua tebal
40
dan tua ini meliputi busur volkanik berumur Perm, Kapur dan Tersier
[8]
. Sedimen elastis sangat tebal menyusup di subduksi Sumatera
[9]
dan sedimen yang tebal didorong ke atas membentuk rangkaian kepulauan.
Sejarah tektonik Pulau Sumatera berhubungan erat dengan dimulainya peristiwa pertumbukan antara lempeng India-australia dan Asia Tenggara, sekitar
45,6 juta tahun lalu, yang mengakibatkan rangkaian prubahan kecepatan relatif antar lempengnya berikut kegiatan ekstrusi yang terjadi padanya. Gerak lempeng India-
Australia yang semula mempunyai kecepatan 86 mmth menurun secara drastis menjadi 40 mmth karena terjadi proses tumbukan tersebut. Penurunan percepatan
terus terjadi sehingga tinggal 30mmth pada awal proses konfigurasi tektonik yang baru
[10]
. Sesar besar Sumatera dan Pulau Sumatera merupakan contoh rinci yang
menarik untuk menunjukan akibat tektonik regional pada pola tektonik lokal.Pulau sumatera tersusun atas dua bagian utama, sebelah barat didominasi oleh keberadaan
lempeng samudera, sedang sebelah timur didominasi oleh keberadaan lempeng benua. Sejarah tektonik Pulau Sumatera berhubungan erat dengan dimulainya
peristiwa pertumbukan antara lempeng India-Australia dan Asia Tenggara, sekitar 45,6 juta tahun lalu, yang mengakibatkan rangkaian perubahan sistematis dari
pergerakan relatif lempeng-lempeng disertai dengan perubahan kecepatan relatif antar lempengnya berikut kegiatan ekstrusi yang terjadi padanya. Gerak lempeng India-
Australia yang semula mempunyai kecepatan 86 mmth menurun secara drastis menjadi 40 mmth karena terjadi proses tumbukan tersebut. Penurunan kecepatan
41
terus terjadi sehingga tinggal 30 mmth pada awal proses konfigurasi tektonik yang baru
[11]
. Setelah itu kecepatan mengalami kenaikan yang mencolok sampai sekitar 76 mmth. Proses tumbukan ini, menurut teori “indentasi” pada akhirnya mengakibatkan
terbentuknya banyak sistem sesar geser di bagian sebelah timur India, untuk mengakomodasikan perpindahan massa secara tektonik.
Keadaan Pulau Sumatera menunjukkan bahwa kemiringan penunjaman, punggungan busur muka dan cekungan busur muka telah ter-fragmentasi akibat
proses yang terjadi. Kenyataan menunjukkan bahwa adanya transtensi trans-tension Paleosoikum tektonik Sumatera menjadikan tatanan tektonik Sumatera menunjukkan
adanya tiga bagian pola. Bagian selatan Pulau Sumatera memberikan kenampakan pola tektonik:
1. Sesar Sumatera menunjukkan sebuah pola geser kanan en echelon dan terletak pada 100-135 kilometer di atas penunjaman.
2. Lokasi gunungapi umumnya sebelah timur-laut atau di dekat sesar. 3. Cekungan busur muka terbentuk sederhana, dengan kedalaman 1-2 kilometer
dan dihancurkan oleh sesar utama. 4. Punggungan busur muka relatif dekat, terdiri dari antiform tunggal dan
berbentuk sederhana. 5. Sesar Mentawai dan homoklin, yang dipisahkan oleh punggungan busur muka
dan cekungan busur muka relatif utuh. Bagian utara Pulau Sumatera memberikan kenampakan pola tektonik.
42
Sesar Sumatera berbentuk tidak beraturan, berada pada posisi 125-140 kilometer dari garis penunjaman :
1. Busur vulkanik berada di sebelah utara sesar Sumatera. 2. Kedalaman cekungan busur muka 1-2 kilometer.
3. Punggungan busur muka secara struktural dan kedalamannya sangat beragam. 4. Homoklin di belahan selatan sepanjang beberapa kilometer sama dengan
struktur Mentawai yang berada di sebelah selatannya. 5. Sudut kemiringan penunjaman sangat tajam.
Bagian tengah Pulau Sumatera memberikan kenampakan tektonik: 1. Sepanjang 350 kilometer potongan dari sesar Sumatera menunjukkan posisi
memotong arah penunjaman. 2. Busur vulkanik memotong dengan sesar Sumatera.
3. Topografi cekungan busur muka dangkal, sekitar 0.2-0.6 kilometer, dan terbagi-bagi menjadi berapa blok oleh sesar turun miring.
4. Busur luar terpecah-pecah. 5. Homoklin yang terletak antara punggungan busur muka dan cekungan busur.
Proses penunjaman miring di sekitar Pulau Sumatera ini mengakibatkan adanya pembagianpenyebaran vektor tegasan tektonik, yaitu slip-vector yang hampir
tegak lurus dengan arah zona penunjaman yang diakomodasi oleh mekanisme sistem sesar anjak. Hal ini terutama berada di prisma akresi dan slip-vector yang searah
dengan zona penunjaman yang diakomodasi oleh mekanisme sistem sesar besar Sumatera. Slip-vector sejajar palung ini tidak cukup diakomodasi oleh sesar Sumatera
43
tetapi juga oleh sistem sesar geser lainnya di sepanjang Kepulauan Mentawai, sehingga disebut zona sesar Mentawai.
Gambar 2.23. Peta kedudukan lempeng di Pulau sumatra.
2.8 Tsunami
Kata ”tsunami” berasal dari bahasa jepang yaitu Tsu yang berarti gelombang dan Nami yang berarti pelabuhan atau bandar, sedangkan secara harafiah adalah
ombak besar di Pelabuhan. Adapun menurut sumber lain Tsunami adalah perpindahan badan air yang disebabkan oleh perubahan permukaan laut secara
vertikal dengan tiba-tiba. Perubahan permukaan laut tersebut bisa disebabkan oleh gempa bumi yang berpusat di bawah laut, letusan gunung berapi bawah laut, longsor
bawah laut, atau hantaman meteor di laut. Gelombang tsunami dapat merambat kesegala arah. Tenaga yang terkandung dalam gelombang tsunami adalah tetap
terhadap fungsi ketinggian dan kelajuan. Di laut dalam gelombang dapat merambat dengan kecepatan 500-1000 kmjam. Ketinggian gelombang di laut dalam hanya
sekitar 1 meter. Ketika mendekati pantai kecepatan gelombang hingga 30 kmjam dan
44
energinya sangat merusak daerah pantai yang dilaluinya, namun ketinggiannya meningkat sekitar puluhan meter.
Gelombang tsunami berbeda dengan gelombang laut yang lainnya yang bersifat kontinu, gelombang tsunami ditimbulakn oleh gaya impulsif yang bersifat
insidential, tidak kontinu. Periode gelombang tsunami antara 10-60 menit, panjang gelombangnya mencapai 100 km. Kecepatan penjalaran gelombang tsunami sangat
bergantung dari kedalaman laut dan penjalarannya dapat berlangsung mencapai ribuan kilometer.
Di tengah lautan tinggi gelombang tsunami maksimal sekitar 5 meter, maka saat mencapai pantai tinggi gelombangnya bisa sampai puluhan meter karena terjadi
penumpukan masa air. Saat mencapai pantai tsunami akan merayap mencapai daratan jauh dari garis pantai dengan jangkauan dapat mencapai sejauh 500 meter dari garis
pantai. Dampak negatif yang diakibatkan tsunami adalah merusak rumahbangunan,
prasarana, tumbuh-tumbuhan dan mengakibatkan korban jiwa manusia serta menyebabkan genangan, kontaminasi air asin lahan pertanian, tanah dan air bersih.
Untuk menimbulkan tsunami, gempa yang terjadi biasanya mempunyai mekanisme sesar vertikal yakni sesar naik atau sesar turun. Dengan adanya perubahan
dislokasi pada lantai samudera secara mendadak, dapat mempengaruhi kolom air di atasnya kemudian menyebabkan tsunami.
Dari hasil penelitian tsunami dapat terjadi setelah memenuhi beberapa syarat antara lainyaitu :
45
a. Gempa bumi dengan hiposenter di laut. b.
Gempa bumi dengan magnitude 6,8 skala richter. c. Gempa bumi dengan pusat gempa dangkal 70 km.
d. Gempa bumi dengan pola mekanisme fokus dominan adalah sesar naik atau sesar turun.
e. Morfologi pantai atau bentuk pantai biasanya pantai terbuka dan landai serta berbentuk teluk.
Tsunami di Indonesia pada umumnya adalah tsunami lokal yang terjadi sekitar 10-20 menit setelah terjadinya gempa bumi yang dirasakan oleh penduduk
