PENENTUAN PUSAT GEMPA

Metode-Metode Dalam Penentuan Pusat Gempa (Episenter)

Oleh : Dimas Salomo

Sumber : Buku Seismologi karangan Dr. Gunawan Ibrahim dan Drs. Subardjo, Dipl. Seis. (BMKG-2009)

Kerusakan Bangunan Akibat Gempa

Gempa bumi merupakan suatu fenomena alam sebagai manifestasi perilaku bumi yang dinamis yang mengubah kenampakan permukaan bumi seperti sekarang ini. Gempa bumi adalah peristiwa pelepasan energi secara tiba-tiba oleh kulit bumi yang patah untuk kembali ke keadaan semula akibat adanya gaya tegangan dan regangan yang sedemikian besar sehingga melampaui kekuatan kulit bumi. Hal tersebut disebabkan oleh pergerakan lempeng, aktivitas vulkanik, runtuhan dalam kulit bumi, ledakan nuklir, atau yang lainnya. Energi yang terlepas tersebut disebarkan ke segala arah dalam bentuk gelombang seismik.

            Salah satu motivasi dalam studi gempa bumi adalah kerusakan oleh gempa-gempa besar yang banyak menimbulkan korban jiwa dan melumpuhkan perekonomian. Resiko gempa (risk) terhadap kehidupan manusia dapat dikurangi dengan usaha-usaha mempelajari tentang gempa. Ilmu yang mempelajari tentang gempa yaitu Seismologi. Pengertian Seismologi itu sendiri sebenarnya adalah studi tentang pembangkit, propagasi, dan perekaman gelombang elastik dalam bumi atau dalam benda angkasa lainnya. Pembangkit yang paling besar dan bersifat merusak adalah gempa bumi. Jadi Seismologi sering diartikan sederhana sebagai ilmu yang mempelajari gempa bumi.

            Akibat utama gempa bumi adalah hancurnya bangunan-bangunan karena goncangan tanah. Jatuhnya korban jiwa biasanya terjadi karena tertimpa reruntuhan bangunan, terkena longsor, dan kebakaran. Jika sumber gempa bumi berada di dasar lautan maka bisa membangkitkan gelombang tsunami yang menghantam daratan. Karena itu, ketika terjadi gempa bumi, perlu ditentukan parameter-parameter dari gempa tersebut yaitu : waktu (origin time), pusat gempa (episenter dan hiposenter), kedalaman gempa, kekuatan gempa (magnitude), dan intensitasnya. Tulisan ini secara mendalam akan membahas mengenai bagaimana menentukan pusat gempa.

Ilustrasi penjalaran gelombang dari fokus gempa bumi

            Gempa memancarkan energi seismik berupa gelombang tubuh dan gelombang permukaan. Gelombang tubuh (body wave) terdiri dari gelombang primer (primary/P wave) dan gelombang sekunder (secondary/S wave). Gelombang permukaan (surface wave) terdiri dari gelombang Rayleigh (R wave) dan gelombang Love (L wave). Penentuan pusat gempa dimulai oleh pembacaan seismogram (catatan gelombang seismik) yang mengandung beberapa informasi penting yaitu waktu kedatangan gelombang P, S, L dan R dan rata-rata kecepatannya. Informasi ini yang dapat digunakan untuk menentukan jarak dari stasiun ke pusat gempa. Titik pusat tempat bermulanya gempa bumi di dalam bumi disebut Hiposenter sedangkan proyeksi tegak lurus hiposenter di permukaan bumi disebut Episenter.

Titik pusat gempa sebenarnya merupakan titik imajiner, namun titik ini sangat diperlukan ahli kegempaan untuk menghitung besarnya energi yang dilepaskan. Pada waktu terjadi gempa-gempa yang cukup besar, biasanya selalu ada ketidaksinkronan penentuan lokasi gempa dan magnitude oleh Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) dan United State Geological Survey (USGS). Hal ini disebabkan oleh perbedaan metode yang digunakan dalam penentuan pusat gempa tersebut.

Untuk menentukan lokasi sumber gempabumi diperlukan data waktu tiba gelombang seismik dengan sekurang – kurangnya 4 data waktu tiba gelombang P. Sedangkan penentuan magnitude gempa memerlukan pengukuran amplitude, dan periode atau lamanya gelombang tersebut tercatat di suatu stasiun . Selain itu juga diperlukan data posisi stasiun yang digunakan dan model kecepatan gelombang seismik. Episenter gempa dapat ditentukan secara manual dengan metode lingkaran ataupun metode hiperbola, sedangkan program komputer untuk menentukan parameter gempa digunakan metode Geiger. Metode-metode tersebut dijabarkan sebagai berikut :

1.   Metoda Lingkaran Dengan Tiga Stasiun

Dianggap ada tiga stasiun pencatat , masing–masing S1, S2, dan S3. Dengan  menggunakan dua data stasiun pencatat , S2 dan S3 sebagai pusatnya, dibuat lingkaran-lingkaran dengan jari-jari :

            r2 =  v ( t2 – t1 )

            r3 =  v ( t3 – t1 )

dengan :

            r = jari-jari lingkaran.

            v = kecepatan gelombang

            t = waktu tiba gelombang

Episenter yang dicari adalah pusat sebuah lingkaran yang melalui S1 dan menyinggung kedua lingkaran yang berpusat di S2 dan S3   tersebut.

Pada penggunaan praktis, metode ini dilakukan dengan cara berulang-ulang mencoba membuat lingkaran ketiga sehingga didapatkan titik E yang terbaik. Dengan demikian metode ini kurang dapat diandalkan, karena kualitas penentuannya tergantung pada ketelitian penggambaran ketiga lingkaran tersebut.

2.   Metode Hiperbola

Bila dianggap kecepatan gelombang seismik v konstan dengan tiga stasiun S1, S2 dan S3 diukur waktu tiba gelombang seismik pada ketiga stasiun itu adalah jam t1, t2, dan t3 dimana t3 > t2 > t1, maka dengan menggunakan pasangan stasiun S1 dan S2, episenternya harus terletak pada sebuah kurva dengan harga t2 – t1 konstan. Kurva semacam ini berupa hiperbola dengan S1 dan S2 sebagai titik fokusnya. Karena telah diketahui t2 > t1 maka kurva hiperbolanya cekung kearah titik titik S1. Dengan cara yang sama dilakukan lagi untuk pasangan stasiun S2, S3 dan S3, S1. Ketiga hiperbola ini berpotongan pada suatu titik dan titik potong ini adalah episenternya.

3.   Metode Titik Berat

Dalam metode ini selain didapat koordinat episenter, kedalaman fokusnya juga dapat ditentukan. Dengan menggunakan tiga stasiun pencatat S1, S2, dan S3  dapat dibuat masing-masing lingkaran dengan pusat stasiun dan jari jari r1, r2 dan r3. Jari-jari lingkaran adalah jarak hiposenter d = (s-p) k,  dimana k adalah konstanta Omori yang besarnya tergantung pada kondisi geologi setempat dan besarnya sekitar 7,8.

Sedangkan (s-p) adalah beda waktu tiba gelombang S dan P. Koordinat episenter E merupakan perpotongan garis berat ketiga lingkaran tersebut. Garis berat lingkaran 1 dan 2 adalah garis yang menghubungkan perpotongan lingkaran 1 dan lingkaran 2 (garis AB). Garis berat lingkaran 1 dan 3 adalah garis yang menghubungkan perpotongan lingkaran 1 dan lingkaran 3 (garis CD). Sedang Garis berat lingkaran 2 dan 3 adalah garis yang menghubungkan perpotongan lingkaran 2 dan lingkaran 3 (garis EF).

Kedalaman hiposenter (h) dapat diperoleh dengan rumus Pythagoras,

h1 = (r12 –(S1 Ep)2)1/2

h2 = (r22 –(S2 Ep)2)1/2 , dan  h3 = (r32 –(S3 Ep)2)1/2   dimana h merupakan rata-rata dari  h1, h2 , dan h3 .

Dengan metode ini dapat pula ditentukan waktu kejadian gempa (origin time). Untuk menentukan origin time dengan pendekatan (s-p) digunakan grafik Wadati seperti terlihat pada gambar berikut.

4.   Metode Gerak Partikel

Metode Gerak Partikel (particle motion) dipakai untuk menentukan hiposenter (episenter dan kedalamannya) dengan menggunakan satu stasiun yang memiliki 3 komponen. Dalam penentuan ini arah awal impuls ketiga komponen (kompresi atau dilatasi) harus jelas. Variabel yang dipakai adalah setengah amplitude awal impuls gelombang P ketiga komponen dan beda waktu gelombang S dan P atau (s-p). Prosedur penentuannya adalah sebagai berikut:

Tentukan dahulu arah impuls awal ketiga komponen (kompresi atau dilatasi).

Perhatikan rekaman komponen vertikal: jika komponen vertikal kompresi, maka pada komponen horizontalnya tandanya harus dibalik (C = minus, D = plus), sebaliknya jika komponen vertikal dilatasi maka komponen horizontalnya tandanya tetap ( C = plus, D = negatif).

Dari bacaan ½ amplitude komponen horizontal dibuat vektor resultannya, misalnya AH.

Dari bacaan ½ amplitude komponen vertikal (AV) dan AH dibuat vektor resultannya, misalnya AR.

5.   Metode Geiger

Metode Geiger menggunakan data waktu tiba gelombang P dan atau gelombang S. Anggapan yang digunakan adalah bahwa bumi terdiri dari lapisan datar yang homogen isotropik, sehingga waktu tiba gelombang gempa yang karena pemantulan dan pembiasan untuk setiap lapisan dapat dihitung. Cara yang digunakan dengan memberikan harga awal hiposenter, kemudian menghitung waktu rambat gelombang untuk setiap stasiun yang digunakan. Dari perhitungan ini didapatkan residu, yaitu perbedaan antara waktu rambat gelombang yang diamati dengan waktu rambat gelombang yang dihitung untuk setiap stasiun. 

Perkembangan perhitungan numerik dan teknik komputasi dewasa ini mengisyaratkan bahwa metode ini adalah yang paling cocok digunakan. Berdasarkan metode ini ditulis program-program lokalisasi sumber gempa seperti yang dikembangkan oleh Flinn (1960), Nordquist (1962), dengan menjaga stabilitas komputasinya Engdahl , dkk (1966) ; Lee dan Lahr (1972) ; Bulland (1976) .

Meskipun demikian, metode Geiger ini masih mempunyai kesalahan perhitungan, terutama apabila data yang digunakan berasal dari stasiun dengan jarak yang relatif jauh. Variasi kecepatan gelombang seismik pada jarak tersebut ternyata tidak dapat dihitung dengan tepat. Variasi kecepatan gelombang sebesar lebih kurang 0,2 km/dt. ternyata memberikan kesalahan penentuan posisi hiposenter sampai beberapa puluh kilometer (Shedlock, 1985). Oleh karena itu, metode ini hanya dapat digunakan dengan tepat untuk menentukan posisi hiposenter dan waktu asal dari suatu gempa yang bersifat lokal (Lee,1981).

            Dalam penentuan episenter atau lokalisasi gempabumi, pembacaan waktu tiba sangat berperan, karena kesalahan interpretasi pembacaan fase gelombang akan menghasilkan residu yang besar. Untuk itu perlu semacam petunjuk tentang pembacaan fase-fase gelombang seismik. Grafik travel time dapat dipakai untuk pedoman pembacaan fase-fase gelombang tersebut, dan gambar dibawah ini menunjukkan grafik penjalaran gelombang P, S, Pc, PcP, dan PP terhadap jarak.

Mohon maaf, materi kurang dilengkapi gambar karena keterbatasan blog, selengkapnya materi ini dapat didownload, klik disini