PREDIKSI PERIODE ULANG GEMPA BUMI TAPANULI TENGAH DENGAN MENGGUNAKAN METODE WEIBULL DAN EXPONENSIAL.
PREDIKSI PERIODE ULANG GEMPA BUMI TAPANULI
TENGAH DENGAN MENGGUNAKAN METODE
WEIBULL DAN EXPONENSIAL
Oleh :
Yohana D. Ompusunggu
NIM 409240037
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala kasih karuniaNya dan hikmat kepada penulis sehingga penulis dapat
menyelesaikan karya ilmiah ini dengan baik dan indah pada waktunya.
Skripsi yang berjudul “Prediksi Periode Ulang Gempa Bumi Tapanuli
Tengah dengan Menggunakan Metode Weibull dan Exponensial”, disusun untuk
memperoleh gelar sarjana sains, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Medan. Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan
ucapan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada berbagai pihak yang telah
membantu menyelesaikan skripsi, mulai dari pengajuan judul proposal penelitian
sampai penyusunan skripsi, antara lain Ibu Rita Juliani, S.Si, M.Si selaku dosen
pembimbing skripsi yang telah banyak membantu dan selalu sabar membimbing
penulis dalam menyelesaikan skripsi, Bapak Drs. Rahmatsyah, M.Si selaku
pembimbing akademik dan Bapak Drs. Juniar Hutahean, M.Si selaku dosen
penguji I, Bapak Muhammad Kadri, M.Sc selaku dosen penguji II dan Bapak Drs.
Eidi Sihombing, M.Si selaku dosen penguji III. Disamping itu penulis juga
mengucapkan terimakasih kepada Mas Yosi (staf BMKG Tuntungan) dan Bang
Arman yang telah membantu peneliti dalam melaksanakan penelitian. Ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya teristimewa penulis sampaikan kepada kedua
orang tua Nelson Ompusunggu dan Ruspita Ruth Sitohang yang telah
membesarkan, mendidik, mendukung serta mendoakan dengan kasih sayang yang
tulus serta Kak Nelvi, Sari, Esra, Daniel dan Carmelita yang memberikan
semangat kepada penulis. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada seseorang
yang spesial Paulus yang selalu memberi semangat saat penulis mulai jenuh serta
setia mendukung dalam doa juga teman-teman seperjuangan Fisika Nondik ’09
yang telah memberikan semangat kepada penulis serta adik-adik Fisika Nondik
’10 yang tak dapat disebutkan satu persatu namanya. Juga buat sanak saudara
yang selalu menyemangati, Opung, Tante, Sepupu, teman sepelayanan GKHI
Filipi Medan, terlebih PRG-FM yang selalu mendoakan tiada hentinya serta
memberi perhatian sehingga penulis akhirnya bisa menyelesaikan skripsi ini.
v
Penulis menyadari masih ada kekurangan dalam segi penulisan, tata
bahasa, isi, dll sehingga penulis membutuhkan kritik dan saran demi
kesempurnaan skripsi ini melalui email yohanaompusunggu@gmail.com. Semoga
skripsi ini berguna bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam
fisika kebumian.
iii
PREDIKSI PERIODE ULANG GEMPA BUMI TAPANULI
TENGAH DENGAN MENGGUNAKAN METODE
WEIBULL DAN EXPONENSIAL
Yohana D. Ompusunggu (NIM 409240037)
ABSTRAK
Tapanuli Tengah berada pada koordinat 1°11’00” - 2°22’0” LU, dan 98°07’ - 98°12’ BT
merupakan salah satu daerah rawan gempa bumi karena memiliki sumber gempa dangkal yang
disebabkan aktivitas patahan Sumatera. Penelitian bertujuan memprediksi periode ulang gempa
bumi di Tapanuli Tengah menggunakan metode Weibull dan Exponensial.
Data yang digunakan adalah data gempa bumi dari tahun 1997-2014 yang diperoleh dari BMKG
dan USGS dengan magnitudo
5,0 SR. Data diolah menggunakan metode Weibull dan
Exponensial dengan bantuan perangkat lunak Mathematica 8,0.
Hasil analisa data untuk penentuan prediksi periode ulang gempa bumi Tapanuli Tengah
menggunakan metode Weibull diperoleh % kemungkinan terjadinya gempa adalah 74,9% dan
menggunakan metode Exponensial diperoleh 69,5%.
Kata kunci :Metode Weibull, Metode Exponensial, Prediksi Gempa Bumi
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar Isi
vi
Daftar Gambar
ix
Daftar Tabel
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang Masalah
1
1.2. Batasan Masalah
3
1.3. Rumusan Masalah
3
1.4. Tujuan Penelitian
3
1.5.Manfaat Penelitian
3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1. Pergerakan Lempeng
4
2.2. Gempa Bumi
9
2.3. Klasifikasi Gempa Bumi
10
2.3.1. Berdasarkan Penyebabnya
10
2.3.1.1. Gempa Tektonik
10
2.3.1.2. Gempa Vulkanik
12
2.3.1.3. Gempa Guguran (Gempa Runtuhan)
13
2.3.1.4.Gempa Tumbukan
14
2.4. Penyebab Terjadinya Gempa Bumi
14
2.4.1. Hiposenter dan Episenter (Focus and Epicenter)
15
2.4.2. Sesar Bumi (Earth Fault)
15
2.5. Ukuran Kekuatan Gempa
15
2.5.1. Skala Mercalli
16
vii
2.5.3. Skala Richter
17
2.5.2. Skala Kekuatan Moment
18
2.6. Proses Perambatan Gelombang Gempa Bumi
18
2.6. Seismograf
19
2.7. Metode Weibull Tiga Parameter
20
2.7. Metode Exponensial
22
BAB III. METODE PENELITIAN
24
3.1. Metode Penelitian
24
3.2. Tempat Penelitian
24
3.3. Data Penelitian
24
3.4. Diagram Alir Penelitian
24
3.5.Perancangan Diagram Alir Metode Weibull
25
3.6.Perancangan Diagram Alir Metode Exponensial
26
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
28
4.1. Data Penelitian
28
4.2. Hasil Penelitian
28
4.2.1. Metode Weibull
28
4.2.1.1. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2000
28
4.2.1.2. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2010
29
4.2.1.3. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2011
30
4.2.1.4. Peramalan Gempa Bumi untuk yang akan Datang
31
4.2.2. Metode Exponensial
31
4.2.2.1. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2000
31
4.2.2.2. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2010
32
4.2.2.3. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2011
31
4.2.2.4. Peramalan Gempa Bumi untuk yang akan Datang
32
4.3. Pembahasan
34
4.3.1. Metode Weibull
34
4.3.2. Metode Exponensial
34
4.3.3 Histogram Data Gempa Bumi
35
vvvv
viii
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
36
5.1. Kesimpulan
37
5.2. Saran
37
DAFTAR PUSTAKA
38
LAMPIRAN
40
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Skala Mercalli
16
Tabel 2.2. Skala Richter
17
Tabel 4.1. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2000
29
Tabel 4.2. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2010
29
Tabel 4.3. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2011
30
Tabel 4.4. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk yang akan Datang
31
Tabel 4.5. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2000
31
Tabel 4.2. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2010
32
Tabel 4.3. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2011
33
Tabel 4.4.Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk yang Datang
33
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Pergerakan Lempeng
4
Gambar 2.2. Lempeng Tektonik
11
Gambar 2.3. Gempa Vulkanik
13
Gambar 2.4. Gempa Runtuhan
13
Gambar 2.5. Gempa Tumbukan
14
Gambar 2.6. Seismograf (Alat Pencatat Gempa Bumi)
20
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian
24
Gambar 3.3. Diagram Alir Peramalan
25
Gambar 4.1. Grafik Histogram distribusi Weibull
35
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tabel Data Gempa Bumi Tapanuli Tengah
40
Lampiran 2. Tampilan Pemograman Mathematica 8,0
Metode Weibull dan Exponensial
44
Lampiran 3. Surat Persetujuan Hijau
47
Lampiran 4. Surat Persetujuan Putih
48
Lampiran 5. Surat Izin Penelitian
49
Lampiran 6. Surat Jawaban Izin Penelitian
50
Lampiran 7. Kartu Kendali
51
Lampiran 8. Surat Persetujuan Hasil Revisi Skripsi
52
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Gempa bumi merupakan fenomena alam yang disebabkan oleh adanya
pelepasan energi regangan elastis batuan pada litosfir. Semakin besar energi yang
dilepas semakin kuat gempa yang terjadi. Gerak tiba-tiba sepanjang sesar
merupakan penyebab yang sering terjadi. Klasifikasi gempa bumi secara umum
berdasarkan sumber kejadian gempa. Setiap bencana alam selalu mengakibatkan
penderitaan bagi masyarakat, korban jiwa dan harta benda kerap melanda
masyarakat yang berada di sekitar lokasi bencana. Kejadian bencana alam tidak
dapat dicegah dan ditentukan kapan dan dimana lokasinya, akan tetapi
pencegahan jatuhnya korban akibat bencana dapat dilakukan bila terdapat cukup
pengetahuan mengenai sifat-sifat bencana tersebut (Sembiring, 2008).
Pulau Sumatera merupakan suatu pulau yang memiliki tingkat kegempaan
tinggi karena aktivitas zona penujaman (subduction) lempeng Indo-Australia
menyusup ke bawah lempeng Eurasia sehingga aktivitas zona penujaman
membentuk jalur-jalur gempa bumi. Jalur-jalur gempa bumi menimbulkan terjadi
patahan besar kerak bumi yang membelah sepanjang pulau Sumatera yang
kemudian dikenal sebagai patahan besar Sumatera (Great Fault Sumatera).
Kedalaman sumber gempa di Sumatera bisa mencapai 300 km di bawah
permukaan bumi dan di Jawa bisa mencapai 700 km, sesuai dengan kedalaman
lempeng Indo-Australia menyusup dibawah lempeng Eurasia. Di daratan
Sumatera mempunyai sumber-sumber gempa dangkal yang disebabkan aktivitas
patahan Sumatera. Hal inilah yang menyebabakan Tapanuli Tengah termasuk
daerah rawan terhadap gempa bumi (Rohadi, dkk. 2010).
Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) Bandar
Lampung menyatakan telah terjadi gempa bumi tektonik berkekuatan 5,3 Skala
Richter di tenggara Sibolga, Sumatra Utara, Kamis, 7 Pebruari 2013 pukul 07.41
WIB. BMKG melalui Kepala Stasiun Geofisika Kotabumi Lampung Yuharman,
Kamis (7/2), merincikan gempa 5,3 SR di Sibolga itu berada pada daerah dengan
1
koordinat 1.45 derajat Lintang Utara (LU) dan 98.82 derajat Bujur Timur (BT)
dengan kedalaman 84 km. Gempa di utara daratan Pulau Sumatera ini berada 29
km tenggara Sibolga; 42 km barat daya Tapanuli Selatan; 46 km barat laut
Padangsidempuan; 241 km tenggara Medan Sumatera Utara; dan 1.224 km barat
laut Jakarta. BMKG menegaskan bahwa gempa tidak berpotensi menimbulkan
tsunami (Newswire, 2013).
Dari hasil penelitian Pratiwi (2011), waktu rata-rata terjadinya gempa
untuk kekuatan gempa 5.0-5.7 SR dengan menggunakan distribusi Weibull
1245.14 hari dengan deviasi waktu gempa sekitar 67.16 hari, dengan distribusi
Gumbel yaitu 78.66 hari dari waktu terakhir gempa terjadi dengan deviasi sekitar
33.82 hari. Waktu rata-rata terjadinya gempa untuk kekuatan gempa 5.8-6.5 SR
dengan menggunakan distribusi Weibull sekitar 52.75 bulan dari gempa bumi
yang terakhir terjadi dengan waktu deviasi gempa yaitu sekitar 29.81 bulan,
dengan distribusi Gumbel yaitu yaitu sekitar 31.25 bulan dari waktu terjadinya
gempa terakahir dengan deviasi waktu sekitar 22.45 bulan. Waktu rata-rata
terjadinya gempa untuk kekuatan gempa ≥ 6.6 SR dengan menggunakan distribusi
Weibull sekitar 9,602 tahun dengan deviasi waktu sekitar 16.34 tahun, dengan
distribusi Gumbel yaitu sekitar yaitu sekitar 8.504 tahun dengan deviasi waktu
sekitar 15.67 tahun.
Prediksi penentuan periode ulang gempa bumi perlu dikembangkan
dengan melakukan berbagai metode seperti Metode Weibull dan Exponensial
sehingga penentuan periode ulang gempa bumi dapat dilakukan secara tepat dan
proporsional.
Berdasarkan pertimbangan di atas, penulis tertarik melakukan penelitian
dengan judul: Prediksi Periode Ulang Gempa Bumi Tapanuli Tengah dengan
Menggunakan Metode Weibull dan Exponensial.
2
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan di atas, rumusan masalah
dalam penelitian ini adalah bagaimana mentukan periode ulang gempa bumi di
Tapanuli Tengah dengan Metode Weibull dan Exponensial.
1.3.
Batasan Masalah
Penelitian mengenai peramalan gempa pada daerah Sumatera Utara
dibatasi pada:
a. Prediksi gempa dilakukan dengan Metode Weibull dan Exponensial.
b. Prediksi gempa hanya untuk gempa bumi pada daerah Tapanuli Tengah.
c. Prediksi gempa dilihat untuk gempa berkekuatan ≥ 5 Skala Richter.
d. Variabel-variabel yang diteliti yaitu magnitudo dan waktu terjadinya
gempa.
1.4.
Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah menentukan periode ulang gempa bumi di
Tapanuli Tengah dengan Metode Weibull dan Exponensial.
1.5.
Manfaat
a. Sebagai bahan masukan bagi Badan Meteorologi dan Geofisika.
b. Sebagai bahan referensi kepada peneliti sejenis di masa yang akan
datang.
c. Membantu pemerintah dan
masyarakat dalam mempersiapkan diri
menghadapi gempa bumi.
3
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
Dari hasil analisis data penelitian di Tapanuli Tengah diperoleh % nilai
rata-rata ralat untuk metode Weibull diperoleh 25,1% dan untuk metode
Exponensial diperoleh % nilai rata-rata ralat 35%. Terlihat bahwa metode Weibull
lebih mendekati waktu tunggu yang sebenarnya dibanding metode Exponensial.
Prediksi gempa bumi dimasa akan datang terjadi pada 13 September 2014 dengan
menggunakan metode Weibull dan 08 September 2014 dengan menggunakan
metode Exponensial. Nilai % ralat tertinggi didapat saat memprediksi gempa bumi
pada tahun 2000 disebabkan mulai tahun 1997 sampai tahun 2000 jarang sekali
terjadi gempa.
5.2.
Saran
Dari hasil penelitian yang diperoleh, maka saran untuk penelitian
selanjutnya yaitu dilakukan penelitian untuk daerah lain yang lebih sering terjadi
gempa bumi dengan menggunakan metode probability lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Bishop, M. G., (2000), Petroleum Systems of The Northwest Java Province Java and
Ofshore South East Sumatra Indonesia, USA, USGS.
BMKG,
(2013),
http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/gempabumi.bmkg,
Diakses tanggal 6 Januari 2013
Faisal, A., (2012), Mengenal dan Meramal Gempa. Bahan Kuliah M.K. Vibrasi & Teori
Gempa 2012/2013, UMSU Medan
Geo-Earth, (2010), http://i-aghaporia.blogspot.com/2010/01/gempa-jatuhan.html, Diakses
tanggal 10 Januari 2013
Hindadari, W dan Tangkalalo, D., (1999), Aplikasi Data Seismik 3D Untuk Reassement
Lapangan Minyak Tua Studi Kasus Struktur Rantau, Jakarta, Prosiding Lomba
Karya Tulis, Direktorat Eksplorasi dan Produksi Pertamina
Katel. W., (2012), http://www.wayankatel.com/2012/08/penjelasan-macam-macam-skalagempa-bumi.html, Diakses tanggal 2 Pebruari 2013
Khoirunni,
(2012),
http://khoirunnisaputri.blogspot.com/2012_08_01_archive.html,
Diakses tanggal 5 Januari 2013
Maji, T., (2009), http://tegarmaji.com/2009/09/ukuran-kekuatan-gempa-skala-richter-danskala-mercalli/, Diakses tanggal 2 Pebruari 2013
Malau. Nya, (2012), Peramalan Terjadinya Gempa Bumi Tektonik untuk Wilayah Pulau
Nias Menggunakan Metode Distribusi Weibull, Gumbel dan Ekspnensial., Skripsi,
FMIPA, USU, Medan.
Mozaiksains, (2011), http://mozaiksains.wordpress.com/2011/05/27/skala-gempa-bumi/,
Diakses tanggal 3 Pebruari 2013
Newswire, (2013), http://www.bisnis-sumatra.com/index.php/2013/02/gempal-melandasibolga/, Diakses tanggal 2 Januari 2013
Pratiwi, A., (2011), Peramalan Gempa Bumi Tektonik Untuk Wilayah Sumatera Utara
Dengan Menggunakan Metode Distribusi Weibull dan Distribusi Gumbel, Skripsi,
FMIPA, USU Medan
Rohadi, S., Grandis, H., Ratag,M., (2008), Studi Potensi Seismotektonik Sebagai
Precursor Tingkat Kegempaan Di Wilayah Sumatera, Jurnal Meteorologi Dan
Geofisika, Vol. 9 No.2 November 2008 : 65 – 77
38
Rovicky. (2011), http://rovicky.wordpress.com/2011/08/26/jenis-jenis-gempa-dan-istilahistilah-gempa.html, Diakses tanggal 7 Januari 2013
Santai Sejenak, (2012), http://www.santaisejenak.com/bencana-alam/proses-terjadinyagempa-bumi-tektonik/html, Diakses tanggal 7 Januari 2013
Sembiring,
S.,
(2008),
http://www.satyasembiring.blogspot.com/2008/1/4/gempa-
bumi.html, Diakses tanggal 5 Januari 2013
Soerya,
(2005),
http://soerya.surabaya.go.id/edukasi.net/Fenomena.Alam/Gempa.htm,
Diakses tanggal 7 Januari 2013
39
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada 13 Juni 1990, di Medan, Sumatera Utara dari
keluarga Nelson Ompusunggu dan Ruspita Ruth Sitohang. Penulis merupakan
anak ke dua dari enam bersaudara. Pada tahun 1997, penulis masuk SD Katolik
Budi Luhur, dan lulus pada tahun 2003. Pada tahun 2003 penulis melanjutkan
sekolah SMP N 4 Muara, dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2006 penulis
melanjutkan sekolah di SMA N 1 Muara dan lulus pada tahun 2009. Pada tahun
2009, penulis diterima di program Studi Fisika Jurusan Fisika, Fakultas
Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan, dan lulus
ujian pada tahun 2014. Pernah PKL (Praktek Kerja Lapangan) di BMKG (Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika) Stasiun Kelas I Tuntungan Medan
Kegiatan intrakurikuler di Universitas Negeri Medan yang pernah diikuti antara
lain, KBK (Kelompok Bidang Kajian) Fisika Bumi, IKBKF dan UKMKP.
TENGAH DENGAN MENGGUNAKAN METODE
WEIBULL DAN EXPONENSIAL
Oleh :
Yohana D. Ompusunggu
NIM 409240037
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala kasih karuniaNya dan hikmat kepada penulis sehingga penulis dapat
menyelesaikan karya ilmiah ini dengan baik dan indah pada waktunya.
Skripsi yang berjudul “Prediksi Periode Ulang Gempa Bumi Tapanuli
Tengah dengan Menggunakan Metode Weibull dan Exponensial”, disusun untuk
memperoleh gelar sarjana sains, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Medan. Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan
ucapan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada berbagai pihak yang telah
membantu menyelesaikan skripsi, mulai dari pengajuan judul proposal penelitian
sampai penyusunan skripsi, antara lain Ibu Rita Juliani, S.Si, M.Si selaku dosen
pembimbing skripsi yang telah banyak membantu dan selalu sabar membimbing
penulis dalam menyelesaikan skripsi, Bapak Drs. Rahmatsyah, M.Si selaku
pembimbing akademik dan Bapak Drs. Juniar Hutahean, M.Si selaku dosen
penguji I, Bapak Muhammad Kadri, M.Sc selaku dosen penguji II dan Bapak Drs.
Eidi Sihombing, M.Si selaku dosen penguji III. Disamping itu penulis juga
mengucapkan terimakasih kepada Mas Yosi (staf BMKG Tuntungan) dan Bang
Arman yang telah membantu peneliti dalam melaksanakan penelitian. Ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya teristimewa penulis sampaikan kepada kedua
orang tua Nelson Ompusunggu dan Ruspita Ruth Sitohang yang telah
membesarkan, mendidik, mendukung serta mendoakan dengan kasih sayang yang
tulus serta Kak Nelvi, Sari, Esra, Daniel dan Carmelita yang memberikan
semangat kepada penulis. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada seseorang
yang spesial Paulus yang selalu memberi semangat saat penulis mulai jenuh serta
setia mendukung dalam doa juga teman-teman seperjuangan Fisika Nondik ’09
yang telah memberikan semangat kepada penulis serta adik-adik Fisika Nondik
’10 yang tak dapat disebutkan satu persatu namanya. Juga buat sanak saudara
yang selalu menyemangati, Opung, Tante, Sepupu, teman sepelayanan GKHI
Filipi Medan, terlebih PRG-FM yang selalu mendoakan tiada hentinya serta
memberi perhatian sehingga penulis akhirnya bisa menyelesaikan skripsi ini.
v
Penulis menyadari masih ada kekurangan dalam segi penulisan, tata
bahasa, isi, dll sehingga penulis membutuhkan kritik dan saran demi
kesempurnaan skripsi ini melalui email yohanaompusunggu@gmail.com. Semoga
skripsi ini berguna bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam
fisika kebumian.
iii
PREDIKSI PERIODE ULANG GEMPA BUMI TAPANULI
TENGAH DENGAN MENGGUNAKAN METODE
WEIBULL DAN EXPONENSIAL
Yohana D. Ompusunggu (NIM 409240037)
ABSTRAK
Tapanuli Tengah berada pada koordinat 1°11’00” - 2°22’0” LU, dan 98°07’ - 98°12’ BT
merupakan salah satu daerah rawan gempa bumi karena memiliki sumber gempa dangkal yang
disebabkan aktivitas patahan Sumatera. Penelitian bertujuan memprediksi periode ulang gempa
bumi di Tapanuli Tengah menggunakan metode Weibull dan Exponensial.
Data yang digunakan adalah data gempa bumi dari tahun 1997-2014 yang diperoleh dari BMKG
dan USGS dengan magnitudo
5,0 SR. Data diolah menggunakan metode Weibull dan
Exponensial dengan bantuan perangkat lunak Mathematica 8,0.
Hasil analisa data untuk penentuan prediksi periode ulang gempa bumi Tapanuli Tengah
menggunakan metode Weibull diperoleh % kemungkinan terjadinya gempa adalah 74,9% dan
menggunakan metode Exponensial diperoleh 69,5%.
Kata kunci :Metode Weibull, Metode Exponensial, Prediksi Gempa Bumi
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar Isi
vi
Daftar Gambar
ix
Daftar Tabel
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang Masalah
1
1.2. Batasan Masalah
3
1.3. Rumusan Masalah
3
1.4. Tujuan Penelitian
3
1.5.Manfaat Penelitian
3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1. Pergerakan Lempeng
4
2.2. Gempa Bumi
9
2.3. Klasifikasi Gempa Bumi
10
2.3.1. Berdasarkan Penyebabnya
10
2.3.1.1. Gempa Tektonik
10
2.3.1.2. Gempa Vulkanik
12
2.3.1.3. Gempa Guguran (Gempa Runtuhan)
13
2.3.1.4.Gempa Tumbukan
14
2.4. Penyebab Terjadinya Gempa Bumi
14
2.4.1. Hiposenter dan Episenter (Focus and Epicenter)
15
2.4.2. Sesar Bumi (Earth Fault)
15
2.5. Ukuran Kekuatan Gempa
15
2.5.1. Skala Mercalli
16
vii
2.5.3. Skala Richter
17
2.5.2. Skala Kekuatan Moment
18
2.6. Proses Perambatan Gelombang Gempa Bumi
18
2.6. Seismograf
19
2.7. Metode Weibull Tiga Parameter
20
2.7. Metode Exponensial
22
BAB III. METODE PENELITIAN
24
3.1. Metode Penelitian
24
3.2. Tempat Penelitian
24
3.3. Data Penelitian
24
3.4. Diagram Alir Penelitian
24
3.5.Perancangan Diagram Alir Metode Weibull
25
3.6.Perancangan Diagram Alir Metode Exponensial
26
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
28
4.1. Data Penelitian
28
4.2. Hasil Penelitian
28
4.2.1. Metode Weibull
28
4.2.1.1. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2000
28
4.2.1.2. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2010
29
4.2.1.3. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2011
30
4.2.1.4. Peramalan Gempa Bumi untuk yang akan Datang
31
4.2.2. Metode Exponensial
31
4.2.2.1. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2000
31
4.2.2.2. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2010
32
4.2.2.3. Peramalan Gempa Bumi untuk Tahun 2011
31
4.2.2.4. Peramalan Gempa Bumi untuk yang akan Datang
32
4.3. Pembahasan
34
4.3.1. Metode Weibull
34
4.3.2. Metode Exponensial
34
4.3.3 Histogram Data Gempa Bumi
35
vvvv
viii
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
36
5.1. Kesimpulan
37
5.2. Saran
37
DAFTAR PUSTAKA
38
LAMPIRAN
40
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Skala Mercalli
16
Tabel 2.2. Skala Richter
17
Tabel 4.1. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2000
29
Tabel 4.2. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2010
29
Tabel 4.3. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk Tahun 2011
30
Tabel 4.4. Nilai Parameter dari Distribusi Weibull untuk yang akan Datang
31
Tabel 4.5. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2000
31
Tabel 4.2. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2010
32
Tabel 4.3. Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk Tahun 2011
33
Tabel 4.4.Nilai Parameter dari Distribusi Exponensial untuk yang Datang
33
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Pergerakan Lempeng
4
Gambar 2.2. Lempeng Tektonik
11
Gambar 2.3. Gempa Vulkanik
13
Gambar 2.4. Gempa Runtuhan
13
Gambar 2.5. Gempa Tumbukan
14
Gambar 2.6. Seismograf (Alat Pencatat Gempa Bumi)
20
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian
24
Gambar 3.3. Diagram Alir Peramalan
25
Gambar 4.1. Grafik Histogram distribusi Weibull
35
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tabel Data Gempa Bumi Tapanuli Tengah
40
Lampiran 2. Tampilan Pemograman Mathematica 8,0
Metode Weibull dan Exponensial
44
Lampiran 3. Surat Persetujuan Hijau
47
Lampiran 4. Surat Persetujuan Putih
48
Lampiran 5. Surat Izin Penelitian
49
Lampiran 6. Surat Jawaban Izin Penelitian
50
Lampiran 7. Kartu Kendali
51
Lampiran 8. Surat Persetujuan Hasil Revisi Skripsi
52
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Gempa bumi merupakan fenomena alam yang disebabkan oleh adanya
pelepasan energi regangan elastis batuan pada litosfir. Semakin besar energi yang
dilepas semakin kuat gempa yang terjadi. Gerak tiba-tiba sepanjang sesar
merupakan penyebab yang sering terjadi. Klasifikasi gempa bumi secara umum
berdasarkan sumber kejadian gempa. Setiap bencana alam selalu mengakibatkan
penderitaan bagi masyarakat, korban jiwa dan harta benda kerap melanda
masyarakat yang berada di sekitar lokasi bencana. Kejadian bencana alam tidak
dapat dicegah dan ditentukan kapan dan dimana lokasinya, akan tetapi
pencegahan jatuhnya korban akibat bencana dapat dilakukan bila terdapat cukup
pengetahuan mengenai sifat-sifat bencana tersebut (Sembiring, 2008).
Pulau Sumatera merupakan suatu pulau yang memiliki tingkat kegempaan
tinggi karena aktivitas zona penujaman (subduction) lempeng Indo-Australia
menyusup ke bawah lempeng Eurasia sehingga aktivitas zona penujaman
membentuk jalur-jalur gempa bumi. Jalur-jalur gempa bumi menimbulkan terjadi
patahan besar kerak bumi yang membelah sepanjang pulau Sumatera yang
kemudian dikenal sebagai patahan besar Sumatera (Great Fault Sumatera).
Kedalaman sumber gempa di Sumatera bisa mencapai 300 km di bawah
permukaan bumi dan di Jawa bisa mencapai 700 km, sesuai dengan kedalaman
lempeng Indo-Australia menyusup dibawah lempeng Eurasia. Di daratan
Sumatera mempunyai sumber-sumber gempa dangkal yang disebabkan aktivitas
patahan Sumatera. Hal inilah yang menyebabakan Tapanuli Tengah termasuk
daerah rawan terhadap gempa bumi (Rohadi, dkk. 2010).
Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) Bandar
Lampung menyatakan telah terjadi gempa bumi tektonik berkekuatan 5,3 Skala
Richter di tenggara Sibolga, Sumatra Utara, Kamis, 7 Pebruari 2013 pukul 07.41
WIB. BMKG melalui Kepala Stasiun Geofisika Kotabumi Lampung Yuharman,
Kamis (7/2), merincikan gempa 5,3 SR di Sibolga itu berada pada daerah dengan
1
koordinat 1.45 derajat Lintang Utara (LU) dan 98.82 derajat Bujur Timur (BT)
dengan kedalaman 84 km. Gempa di utara daratan Pulau Sumatera ini berada 29
km tenggara Sibolga; 42 km barat daya Tapanuli Selatan; 46 km barat laut
Padangsidempuan; 241 km tenggara Medan Sumatera Utara; dan 1.224 km barat
laut Jakarta. BMKG menegaskan bahwa gempa tidak berpotensi menimbulkan
tsunami (Newswire, 2013).
Dari hasil penelitian Pratiwi (2011), waktu rata-rata terjadinya gempa
untuk kekuatan gempa 5.0-5.7 SR dengan menggunakan distribusi Weibull
1245.14 hari dengan deviasi waktu gempa sekitar 67.16 hari, dengan distribusi
Gumbel yaitu 78.66 hari dari waktu terakhir gempa terjadi dengan deviasi sekitar
33.82 hari. Waktu rata-rata terjadinya gempa untuk kekuatan gempa 5.8-6.5 SR
dengan menggunakan distribusi Weibull sekitar 52.75 bulan dari gempa bumi
yang terakhir terjadi dengan waktu deviasi gempa yaitu sekitar 29.81 bulan,
dengan distribusi Gumbel yaitu yaitu sekitar 31.25 bulan dari waktu terjadinya
gempa terakahir dengan deviasi waktu sekitar 22.45 bulan. Waktu rata-rata
terjadinya gempa untuk kekuatan gempa ≥ 6.6 SR dengan menggunakan distribusi
Weibull sekitar 9,602 tahun dengan deviasi waktu sekitar 16.34 tahun, dengan
distribusi Gumbel yaitu sekitar yaitu sekitar 8.504 tahun dengan deviasi waktu
sekitar 15.67 tahun.
Prediksi penentuan periode ulang gempa bumi perlu dikembangkan
dengan melakukan berbagai metode seperti Metode Weibull dan Exponensial
sehingga penentuan periode ulang gempa bumi dapat dilakukan secara tepat dan
proporsional.
Berdasarkan pertimbangan di atas, penulis tertarik melakukan penelitian
dengan judul: Prediksi Periode Ulang Gempa Bumi Tapanuli Tengah dengan
Menggunakan Metode Weibull dan Exponensial.
2
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan di atas, rumusan masalah
dalam penelitian ini adalah bagaimana mentukan periode ulang gempa bumi di
Tapanuli Tengah dengan Metode Weibull dan Exponensial.
1.3.
Batasan Masalah
Penelitian mengenai peramalan gempa pada daerah Sumatera Utara
dibatasi pada:
a. Prediksi gempa dilakukan dengan Metode Weibull dan Exponensial.
b. Prediksi gempa hanya untuk gempa bumi pada daerah Tapanuli Tengah.
c. Prediksi gempa dilihat untuk gempa berkekuatan ≥ 5 Skala Richter.
d. Variabel-variabel yang diteliti yaitu magnitudo dan waktu terjadinya
gempa.
1.4.
Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah menentukan periode ulang gempa bumi di
Tapanuli Tengah dengan Metode Weibull dan Exponensial.
1.5.
Manfaat
a. Sebagai bahan masukan bagi Badan Meteorologi dan Geofisika.
b. Sebagai bahan referensi kepada peneliti sejenis di masa yang akan
datang.
c. Membantu pemerintah dan
masyarakat dalam mempersiapkan diri
menghadapi gempa bumi.
3
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
Dari hasil analisis data penelitian di Tapanuli Tengah diperoleh % nilai
rata-rata ralat untuk metode Weibull diperoleh 25,1% dan untuk metode
Exponensial diperoleh % nilai rata-rata ralat 35%. Terlihat bahwa metode Weibull
lebih mendekati waktu tunggu yang sebenarnya dibanding metode Exponensial.
Prediksi gempa bumi dimasa akan datang terjadi pada 13 September 2014 dengan
menggunakan metode Weibull dan 08 September 2014 dengan menggunakan
metode Exponensial. Nilai % ralat tertinggi didapat saat memprediksi gempa bumi
pada tahun 2000 disebabkan mulai tahun 1997 sampai tahun 2000 jarang sekali
terjadi gempa.
5.2.
Saran
Dari hasil penelitian yang diperoleh, maka saran untuk penelitian
selanjutnya yaitu dilakukan penelitian untuk daerah lain yang lebih sering terjadi
gempa bumi dengan menggunakan metode probability lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Bishop, M. G., (2000), Petroleum Systems of The Northwest Java Province Java and
Ofshore South East Sumatra Indonesia, USA, USGS.
BMKG,
(2013),
http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/gempabumi.bmkg,
Diakses tanggal 6 Januari 2013
Faisal, A., (2012), Mengenal dan Meramal Gempa. Bahan Kuliah M.K. Vibrasi & Teori
Gempa 2012/2013, UMSU Medan
Geo-Earth, (2010), http://i-aghaporia.blogspot.com/2010/01/gempa-jatuhan.html, Diakses
tanggal 10 Januari 2013
Hindadari, W dan Tangkalalo, D., (1999), Aplikasi Data Seismik 3D Untuk Reassement
Lapangan Minyak Tua Studi Kasus Struktur Rantau, Jakarta, Prosiding Lomba
Karya Tulis, Direktorat Eksplorasi dan Produksi Pertamina
Katel. W., (2012), http://www.wayankatel.com/2012/08/penjelasan-macam-macam-skalagempa-bumi.html, Diakses tanggal 2 Pebruari 2013
Khoirunni,
(2012),
http://khoirunnisaputri.blogspot.com/2012_08_01_archive.html,
Diakses tanggal 5 Januari 2013
Maji, T., (2009), http://tegarmaji.com/2009/09/ukuran-kekuatan-gempa-skala-richter-danskala-mercalli/, Diakses tanggal 2 Pebruari 2013
Malau. Nya, (2012), Peramalan Terjadinya Gempa Bumi Tektonik untuk Wilayah Pulau
Nias Menggunakan Metode Distribusi Weibull, Gumbel dan Ekspnensial., Skripsi,
FMIPA, USU, Medan.
Mozaiksains, (2011), http://mozaiksains.wordpress.com/2011/05/27/skala-gempa-bumi/,
Diakses tanggal 3 Pebruari 2013
Newswire, (2013), http://www.bisnis-sumatra.com/index.php/2013/02/gempal-melandasibolga/, Diakses tanggal 2 Januari 2013
Pratiwi, A., (2011), Peramalan Gempa Bumi Tektonik Untuk Wilayah Sumatera Utara
Dengan Menggunakan Metode Distribusi Weibull dan Distribusi Gumbel, Skripsi,
FMIPA, USU Medan
Rohadi, S., Grandis, H., Ratag,M., (2008), Studi Potensi Seismotektonik Sebagai
Precursor Tingkat Kegempaan Di Wilayah Sumatera, Jurnal Meteorologi Dan
Geofisika, Vol. 9 No.2 November 2008 : 65 – 77
38
Rovicky. (2011), http://rovicky.wordpress.com/2011/08/26/jenis-jenis-gempa-dan-istilahistilah-gempa.html, Diakses tanggal 7 Januari 2013
Santai Sejenak, (2012), http://www.santaisejenak.com/bencana-alam/proses-terjadinyagempa-bumi-tektonik/html, Diakses tanggal 7 Januari 2013
Sembiring,
S.,
(2008),
http://www.satyasembiring.blogspot.com/2008/1/4/gempa-
bumi.html, Diakses tanggal 5 Januari 2013
Soerya,
(2005),
http://soerya.surabaya.go.id/edukasi.net/Fenomena.Alam/Gempa.htm,
Diakses tanggal 7 Januari 2013
39
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada 13 Juni 1990, di Medan, Sumatera Utara dari
keluarga Nelson Ompusunggu dan Ruspita Ruth Sitohang. Penulis merupakan
anak ke dua dari enam bersaudara. Pada tahun 1997, penulis masuk SD Katolik
Budi Luhur, dan lulus pada tahun 2003. Pada tahun 2003 penulis melanjutkan
sekolah SMP N 4 Muara, dan lulus pada tahun 2006. Pada tahun 2006 penulis
melanjutkan sekolah di SMA N 1 Muara dan lulus pada tahun 2009. Pada tahun
2009, penulis diterima di program Studi Fisika Jurusan Fisika, Fakultas
Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan, dan lulus
ujian pada tahun 2014. Pernah PKL (Praktek Kerja Lapangan) di BMKG (Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika) Stasiun Kelas I Tuntungan Medan
Kegiatan intrakurikuler di Universitas Negeri Medan yang pernah diikuti antara
lain, KBK (Kelompok Bidang Kajian) Fisika Bumi, IKBKF dan UKMKP.