tugas besar analisa deformasi dan geodinamika

FOCAL MECHANISM GEMPA INDONESIA TAHUN 2017 – KASIGUNCU POSO

TUGAS BESAR MATA KULIAH : ANALISA DEFORMASI DAN  GEODINAMIKA

 PENDAHULUAN

 

Gempa tektonik yang sering terjadi di Indonesia dikarenakan adanya aktivitas di zona subduksi lempeng samudera dengan lempeng benua, baik aktifitas subduksi di bagian selatan Indonesia antara lempeng Eruasia dengan lempeng Indo-Australia maupun aktifitas subduksi di bagian timur Indonesia antara lempeng Eruasia dengan lempeng Pasifik. Akumulasi gaya tekan oleh tunjaman lempeng samudera menuju lempeng benua yang terus menerus dan tidak bisa ditahan lagi  dapat  menyebabkan adanya release energi oleh batuan yang bersifat kaku dan menjadikan batuan terebut akhirnya patah (sesar).  Release energi batuan ini menjadi penyebab utama terjadinya gempa bumi tektonik, sehingga sebagian besar pusat gempa (epicenter) berada di zona patahan atau zona sesar.

Wilayah Sulawesi dilalui oleh sebuah sesar besar aktif yang dikenal dengan nama sesar Palu-Koro membentang dari Teluk Palu hingga ke lembah Koro dan berbelok ke Sesar Matano di sebelah timur. Sesar Matano merupakan salah satu sesar yang aktif di daratan Sulawesi yang memanjang dengan arah barat laut – tenggara. Di daratan Sulawesi, sesar ini terukur sepanjang 170 km mulai dari daerah pantai Bahodopi di Teluk Tolo, ke arah barat laut melewati sepanjang lembah Sungai Larongsangi ke area di sebelah utara Desa Lampesue, Petea, sepanjang pantai Danau Matano, Desa Matano dan menyambung di barat laut dengan lembah Sungai Kalaena (Disaster Channel.co, 2017). Di Sorowako, area di antara sesar-sesar yang sejajar tersebut membentuk lembah besar dan dalam, berupa Danau Matanao. Lembah ini terbentuk dari dua sesar sejajar yang memanjang di sepanjang kedua sisi utara dan sisi selatan Danau Matano. Mekanisme sesar ini adalah sesar geser kiri dengan pergeseran relative 5 mm/tahun. Sesar ini terbentuk sebagai hasil dari pergerakan lempeng Samudera Pasifik yang bergerak ke arah barat. Pergerakan ini telah menghasilkan gaya tekan di wilayah bagian timur Indonesia yang selanjutnya menghasilkan retakan yang panjang mulai dari kepala burung Papua sampai daratan Sulawesi. Menurut ahli geologi dalam  (Disaster Channel.co, 2017) Sesar Palu-Koro menyimpan gempa besar, yang bahkan lebih besar dari Sesar Semangko di Sumatra.

TINJAUAN PUSTAKA

 A.     Sesar

Gelombang energi gempa merambat menuju permukaan bumi menjadi 2 jenis, yaitu gelombang badan (body wave) dan gelombang permukaan (surface wave). Gelombang badan dibedakan menjadi 2, yaitu gelombang primer (P wave atau pressure wave), dan gelombang sekunder (S wave atau shear wave). Demikian juga gelombang permukaan dibedakan menjadi 2, yaitu gelombang Love (L wave) dan gelombang Reyleigh (R wave). Gelombang primer (P wave) merupakan gelombang longitudinal, yaitu gerak partikel searah dengan rambatan gelombang. Sedangkan gelombang sekunder (S wave) merupakan gelombang transversal, yakni gerak pertikel tegak lurus dengan rambatan gelombang. Gelombang Love (L wave) adalah gelombang geser yang terpolarisasi secara horizontal. Sedangkan gelombang Rayleigh (R wave) adalah gelombang yang gerak partikelnya menggulung seperti elips. Gempa dengan gelombang P, S, L, dan R, bentuk rambatannya bervariasi dan saling berinteraksi

Ada dua macam sesar berdasarkan arah gerak relative hanging wall terhadap footwall, yaitu :

1.       Sesar turun (normal fault)

 Merupakan suatu kondisi dimana hanging wall turun secara relative terhadap footwall – block. Sering di temukan di intra-plate. Contoh nomal fault pada gempa di Chishima Jepang 13 Januari 2007.

2.       Sesar naik (trust fault)

merupakan suatu kondisi dimana hanging wall naik relative terhadap footwall block. kondisi ini sering ditemukan pada zona subduksi seperti di Jepang dan Sumatera.

 

3.       Sesar geser

merupakan suatu kondisi dimana sesar yang terjadi bergeser relative antara satu dengan yang lain.

Parameter patahan diantaranya adalah strike yang menyatakan arah perpotongan antara permukaan bidang patahan yang diukur searah jarum jam dari 0°-360°, dip yang merupakan sudut yang terbentuk dari kemiringan patahan footwall searah jarum jam, dan rake (slip) merupakan sudut yang dibentuk ketika patahan bergeser.

Berdasarkan arah slip, sesar secara umum dapat dikategorikan sebagai berikut :

1.       strike-slip, di mana offset dominan horisontal, sejajar dengan jejak sesar.

2.       dip-slip, di mana offset dominan vertikal, tegak lurus dengan jejak sesar.

3.        oblique-slip, Kombinasi Strike-slip dan dip-slip

B.     Diagram Focal Mechanism

Untuk mengetahui pola bidang sesar dan pola patahan penyebab gempa melalui informasi gelombang seismic yang dihasilkan, digunakanlah penggambaran dan analisis focal mechanism yang didapat dari penentuan momen tensor. Focal mechanism adalah penggambaran dari deformasi inelastis di kawasan sumber gempa yang menghasilkan gelombang seismik (Rosyadi, 2017). Focal mechanism digambarkan melalui interpretasi diagram “beachball”, tujuannya untuk merepresentasikan geometri momen tensor. Solusi focal mechanism merupakan hasil analisis dari gelombang yang dihasilkan oleh gempa dan direkam oleh sejumlah seismograf. untuk mendapatkan sebuah focal mechanism sedikitnya diperlukan 10 rekaman yang diterima oleh seismograf di stasiun gempa yang terdapat disekitar epicenter (pusat gempa). Informasi gempa yang diperoleh melalui diagram ini diantaranya adalah origin time, lokasi pusat gempa (epicenter), kedalaman (hypocenter), seismic moment (ukuran langsung dari radiasi energy oleh gempa), kekuatan gempa (magnitude) dan 9 komponen moment tensor. Dari momen tensor ini, diperoleh arah patahan. Momen tensor dideskripsikan melalui 3 informasi utama yaitu P (mewakili tekanan, compressive axes), T (tension) dan N ( Null).

Mekanisme geometri focal mechanism (Cronin, 2010)

Gambar disamping kanan adalah ilustrasi gelombang pertama yang ditangkap seismograf di stasiun gempa. Apabila gelombang pertama yang ditangkap “naik”, maka disebut P wave (primer wave). Apabila yangpertama datang “turun” maka isebut S wave.

Mekanisme geometri focal mechanism (Cronin, 2010) memberikan pemahaman bahwa apabila ada kejadian gempa yang gelombangnya ditangkap oleh stasiun (contoh) A sampai dengan N, maka gelombang pertama yang diterima di kelompokkan apakah gelombang P atau S. Symbol (●) menandakan P wave, symbol (◌) menandakan S wave dan symbol (x) menandakan bahwa gelombang yang ditangkap terlalu temah untuk diinterpretasikan. Plotting lokasi stasiun gempa terhadap epicenter (symbol + ) berdasarkan azimuth antara epicenter gempa dengan stasiun gempa (dalam contoh diatas dimisalkan az antara stasiun A dengan epicenter adalah 50°). Apabila seluruh stasiun gempa disekitar epicentrum memberikan informasi gelombang pertama yang ditangkap, selanjutnya dikelompokkan seperti gambar (b), lalu dibuat nodal plane yang memisahkan hasil plotting P wave dan S wave. Kemudian area P wave tersebut diisi (gambar c) untuk mendapatkan geometri focal mechanism.     

Gambar disamping menunjukkan hasil dari beachball solusi focal mechamism untuk patahan strike – dip (sesar geser). gambar (a) menunjukkan diagram focal mechanism. Gambar (b) menunjukkan bagaimana mekanisme release energy strike-dip, dimana energy yang menekan beachball di kuadran 2 dan 4, dan energy yang di lepaskan digambarkan oleh diagram 1 dan 3. Melalui gambar (b) tersebut dapat dengan mudah didefinisikan pola patahan apa yang terjadi akibat moment tensor ini, yaitu right – lateral fault timur –barat (gambar (c)) atau left-lateral fault utara-selatan (gambar (d)).

Dalam sesar oblique, semua kuadran (1-4) termasuk kedalam kategori sesar ini. Jika pusat beachball di plot dalam kuadran putih (gambar a), maka sesar yang terjadi mempunyai komponen slip normal. Namun jika pusat beachball berada di kuadran hitam, maka sesar yang terjadi mengandung komponen patahan naik (reverse) (gambar (b)).

C.     Focal Mechanism Solution (FMS) dari 3 Input Data

Metode lain dalam penggambaran focal mechanism adalah melalui infomasi slip vector dari gempa yang dihasilkan yang di kumpulkan dan diintrepetasikan oleh  organisasi seperti USGS. Slip vector utama yang digunakan dalam penggambaran FMS yaitu komponen dip, strike, dan rake. Untuk menggambarkan focal mechanism dari data FMS dengan input 3 slip vector utama, maka hal – hal yang perlu diperhatikan adalah azimuth (gambar a, dip azimuth (f) untuk menggambarkan jejak fault plane adalah 115° dengan plunge (dip angle = 35°), dan azimuth hanging wall slip vektor adalah 50°).   

D.    Karakteristik Patahan  Sulawesi

Menurut  teori tektonik lempeng, Sulawesi merupakan pulau yang dibangun oleh benturan antara massa dari Sundaland (Indonesia Barat) dan massa dari Australia dan massa samudera yang semula terletak di antara Sundaland dan Australia sebelum keduanya berbenturan. Secara sederhana, bisa disebut bahwa Sulawesi Barat (termasuk Sulawesi Selatan) adalah bagian Sundaland yang berpindah ke timur menempati posisinya sekarang sejak sekitar 50 juta tahun lalu dengan terbukanya Selat Makassar, Sulawesi Utara merupakan busur, Sulawesi Tengah-Sulawesi Timur-Sulawesi Tenggara merupakan wilayah benturan yang disusun oleh batuan samudera dan batuan metamorf hasil subduksi dan benturan yang sangat rumit yang terjadi antara 30-5 juta tahun yang lalu. Dan Kepulauan Banggai-Sula serta Buton-Tukang Besi benar-benar merupakan mikrokontinen (benua kecil) asal Australia yang menubruk Sulawesi Timur diperkirakan antara 15-5 juta tahun yang lalu (Satyana, 2014).

Skema Tumbukan Lempeng Samudera dengan Lempeng Benua

Tectonic escape disebut juga Extrusion Tectonics (artinya mirip yaitu gerak ke luar, menjauh, ekstrusi, suatu segmen kerak Bumi menjauhi pusat benturan) dimana di sekitar area benturan biasanya ada segmen-segmen kerak Bumi yang bergerak menjauhinya sebagai bagian kompensasi tektonik, atau aksi-reaksi. Aksi adalah benturan/collision/docking, reaksi adalah post-collision tectonic escape/extrusion tectonics “pelarian tektonik” yaitu gejala tektonik berupa berpindahnya massa kerak Bumi menjauhi pusat docking atau benturan melalui sesar-sesar/patahan mendatar yang besar atau melalui retakan kerak Bumi yang bersifat ekstensional, membuka. Akibat adanya gaya aksi reaksi ini,  sesar / patahan di pulau Sulawesi memiliki kondisi yang kompleks dan tidak beraturan.

(a) Simulasi Gaya Aksi Reaksi Sulawesi (Post-Docking Structure)

(b) Sesar yang Timbul Akibat Sulawesi Post Docking Structure

(c ) Pergerakan Relatif Sesar-sesar di Pulau Sulawesi (Celebes). (Utomo, 2014)

ANALISIS

Berdasarkan data yang direkam oleh berbagai stasiun gempa di seluruh dunia dan di kumpulkan oleh USGS, didapatkan sebaran gempa di Indonesia dalam kurun waktu 1 Januari – 15 November 2017 adalah sebagai berikut :

Sedangkan untuk mekanisme focus dari data gempa tersebut dan informasi geologi tentang sesar yang diperoleh dari website globalcmt didapatkan hasil plotting sebagai berikut : 

Untuk kejadian gempa di wilayah Sulawesi, dalam pembahasan ini di fokuskan terhadap aktivitas kegempaan yang terjadi di Sulawesi Tengah disekitar Bandar Udara Kasigincu – Poso karena berdasarkan informasi kegempaan melalui website USGS diperoleh informasi gempa yang berintensitas tinggi diwilayah ini (Tabel 1).

Tabel 1. Kejadian Gempa di Kasigincu Sulawesi Tengah Januari-November 2017

No.	Waktu Gempa		Episentrum		Hiposen- trum	Kekuatan (SR)	Keterangan Lokasi
	Tanggal	Jam	Bujur	Lintang
1	29/05/2017	15:47:46.430Z	120.4838	-1.3027	10	5.1	23km	NW	Kasiguncu
2	29/05/2017	07:38:41.960Z	120.4838	-1.2974	10	4.7	23km	NW	Kasiguncu
3	29/05/2017	14:35:21.510Z	120.4649	-1.315	10	5	24km	WNW	Kasiguncu
4	29/05/2017	15:18:46.890Z	120.4663	-1.2686	15.31	4.5	26km	NW	Kasiguncu
5	29/05/2017	14:53:41.780Z	120.4503	-1.2739	10	5.3	28km	NW	Kasiguncu
6	29/05/2017	05:59:17.470Z	120.4313	-1.2923	12	6.6	28km	WNW	Kasiguncu
7	29/05/2017	09:15:09.970Z	120.457	-1.2182	10	4.5	31km	NW	Kasiguncu
8	29/05/2017	17:02:15.320Z	120.3987	-1.2988	10	4.5	31km	WNW	Kasiguncu
9	29/05/2017	13:01:57.910Z	120.4189	-1.2496	10	4.6	32km	NW	Kasiguncu
10	29/05/2017	16:23:53.850Z	120.4176	-1.2372	10	5	33km	NW	Kasiguncu
11	29/05/2017	15:14:59.570Z	120.4009	-1.2497	10	5.1	34km	NW	Kasiguncu
12	29/05/2017	04:51:35.280Z	120.3844	-1.2748	10	4.6	34km	WNW	Kasiguncu
13	30/05/2017	11:21:01.040Z	120.5086	-1.3808	10	4.9	16km	WNW	Kasiguncu
14	30/05/2017	04:42:03.690Z	120.5208	-1.2713	10	4.9	22km	NW	Kasiguncu
15	30/05/2017	05:55:21.510Z	120.5709	-1.1926	10	4.5	29km	NNW	Kasiguncu
16	31/05/2017	11:04:31.480Z	120.6301	-1.1906	10	4.8	25km	N	Kasiguncu
17	02/06/2017	04:35:10.710Z	120.5324	-1.2306	19.92	4.5	25km	NNW	Kasiguncu
18	02/06/2017	11:14:13.160Z	120.4977	-1.2263	10	5	27km	NW	Kasiguncu
19	06/06/2017	08:08:35.770Z	120.5419	-1.2843	10	4.5	19km	NW	Kasiguncu
20	07/06/2017	11:49:39.210Z	120.4132	-1.3239	10	4.7	29km	WNW	Kasiguncu
21	09/06/2017	09:10:14.280Z	120.6185	-1.341	10	4.9	9km	NNW	Kasiguncu
22	25/06/2017	09:24:34.440Z	120.5997	-1.316	10	4.7	13km	NNW	Kasiguncu
23	06/07/2017	20:49:18.000Z	120.3604	-1.2484	10	4.6	37km	WNW	Kasiguncu
24	21/08/2017	13:40:55.610Z	120.5523	-1.3753	43.31	4.6	12km	WNW	Kasiguncu
25	23/10/2017	08:43:02.910Z	120.3093	-1.3246	10	4.5	39km	WNW	Kasiguncu
26	02/11/2017	10:44:36.970Z	120.5152	-1.2388	10	5.1	25km	NW	Kasiguncu

Dari table 1 diatas dan gambar (d) dibawah, dapat diketahui bahwa ada sedikitnya 12 gempa dangkal (kedalaman 0-20 km) yang terjadi di sekitar kota Poso Sulawesi Tengah tepatnya di daerah sekitar Bandar Udara Kasiguncu (gambar d) dalam kurun waktu 1 hari yaitu pada tanggal 29 Mei 2017 (Grafik 1). Kemudian disusul 3 gempa keesokan harinya pada tanggal 30 Mei 2017 dan berlanjut hingga 9 Juni 2017. Aktifitas gempa di wilayah ini kemudian menurun dengan hanya ada 1 gempa dalam satu hari perbulan dari bulan Juli hingga November 2017.

 

Grafik 1

 

Hasil plotting melalui software GMT didapatkan sebaran kejadian gempa di Sulawesi dan Kasiguncu adalah sebagai berikut :

(d)   Hasil Plotting Gempa Tektonik yang terjadi di Sulawesi Selama Januari –November 2017 (USGS, 2017)

(e)   Hasil Plotting Focal Mechanism Tektonik yang terjadi di Sulawesi Selama Januari – November 2017 (Diambil dari CMT)

Rangkuman persentase kejadian gempa di wilayah sekitar Bandara Kasiguncu pada bulan tersebut dapat dilihat pada grafik disamping, dimana 46% gempa yang terjadi di wilayah ini terjadi pada tanggal 29 Mei 2017 yang menandakan adanya aktifitas patahan yang cukup instens di sekitar Bandara Kasiguncu pada bulan tersebut. Kemudian berangsur menurun hingga bulan November.

Meskipun berdasarkan gambar (d) diatas, wilayah kasiguncu tidak dilalui patahan Palu-Koro dan sesar Matano secara langsung, namun aktifitas patahan kecil aktif seperti patahan Poso yang berada di sekitar episentrum gempa di Kasiguncu memicu terjadinya gempa tektonik di wilayah ini.

Dari 46% kejadian gempa pada tanggal 29 Mei 2017 yang terjadi di wilayah Bandar Udara Kasigincu ini ada sedikitnya 2 gempa berkekuatan 5,5 SR yang berpotensi tsunami dan 1 gempa terbesar terjadi di 28 km barat-barat laut (WNW) Bandar Udara Kasiguncu dengan kekuatan 6,6 SR di kedalaman 12 km.

Grafik 3 Resiko Kerusakan Gempa 6,6 SR pada tanggal  29 Mei 2017

 Menurut data dari USGS yang ditunjukkan pada grafik 3 diatas, bahwa gempa tersebut memiliki potensi tsunami dengan resiko kerusakan 65%. Mekanisme fokus (focal mechanism gambar (e)) gempa 6,6 SR tersebut tercantum pada diagram beachball dibawah ini yang digambarkan berdasarkan informasi nodal plane yang terjadi di 28 km WNW Kasiguncu. Dari informasi tersebut dapat disimpulkan bahwa patahan yang terjadi pada gempa di 28 km WNW Kasiguncu tanggal 29 Mei 2017 di sesar Poso adalah kombinasi sesar geser dengan patahan normal dimana besarnya rake antara -84° sampai dengan -110°.

KESIMPULAN

Sesar Palu – Koro  & sesar Matano merupakan sesar (patahan) hasil proses tumbukan yang kompleks antara lempeng samudera dan lempeng benua. Sesar Palu Koro membelah Pulau Sulawesi menjadi 2 bagian, yaitu bagian barat dan bagian timur dimana wilayah utara merupakan busurnya. Bagian barat Pulau Sulawesi ini merupakan bagian dari lempeng Benua Eurasia, sedangkan Bagian Timur sisi selatan merupakan bagian lempeng Samudera (lempeng Indo-Australia) dan sebagian Bagian Timur sisi tengah merupakan pertemuan antara lempeng samudera pasifik dan lempeng Filipina yang bergerak menumbuk Halmahera. Akibat kondisi yang kompleks ini, munculah sesar-sesar kecil aktif yang tidak beraturan tersebar di wilayah bagian timur Pulau Sulawesi. Sehingga berpotensi gempa dengan intensitas tinggi seperti yang tejadi di sekitar Bandar Udara Kasigincu – Poso Sulawesi Tengah. Dari 16 Gempa yang terjadi dari tanggal 29 Mei sampai dengan 31 Mei 2017, ada setidaknya 2 gempa dangkal berkekuatan 5,5 SR yang berpotensi tsunami dan 1 gempa berkekuatan 6,6 SR yang berpotensi tsunami dengan resiko kerusakan sebesar 65%. Gempa terbesar ini terjadi pada tanggal 29 Mei 2017 pada kedalaman 12 km di 23 WNW Kasiguncu, dengan sudut yang dibentuk ketika patahan bergeser (rake) antara -84° sampai dengan -110° yang tergolong dalam mekanisme focus kombinasi sesar geser dan normal fault.

DAFTAR PUSTAKA

 

Cronin, V. (2010). A Primer on Focal Mechanism Solutions for Geologist. Baylor University.

Disaster Channel.co. (2017). Disaster Channel.co. Retrieved from Disaster Channel.co: http://disasterchannel.co/2017/06/21/wawancara-dengan-para-ahli-geologi-soal-berbagai-sesar-penghasil-gempa-di-sulawesi-tengah/

Disaster Channel.co. (2017). Disaster Channel.co. Retrieved from Disaster Channel.co: (https://www.iagi.or.id/gempa-terkait-sesar-aktif-palu-koro-matano.html)

IAGI (Ikatan Ahli Geologi Indonesia). (2017, 6 9). Retrieved 12 6, 2017, from www.iagi.or.id: https://www.iagi.or.id/mengenal-sesar-matano-gempanya.html

Rosyadi, F. (2017). Studi Focal Mechanism di Jawa Barat dan Sekitarnya. Bandung: Departemen Fisika - Institut Teknologi Bandung.

Satyana, A. (2014, Agustus 21). Catatan Kecil Pak Awang. Retrieved Desember 11 , 2017, from http://awangsatyana.blogspot.co.id/2014/08/sulawesi-pulau-terbalik.html

USGS. (2017). M 6.6 - 28km WNW of Kasiguncu, Indonesia. Retrieved Desember 11, 2017, from USGS - Science for a Changing World - Earthquake Hazard Program: https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10008w1z#moment-tensor

Utomo, Y. W. (2014, November 15). National Geographic Indonesia. Retrieved Desember 11, 2017, from http://nationalgeographic.co.id/berita/2014/11/mengapa-potensi-gempa-sulawesi-utara-dan-maluku-tinggi