Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
https://ejournal.
id/index.
php/kumparan_fisika e-ISSN: 2655-1403 p-ISSN: 2685-1806
IDENTIFIKASI TINGKAT KERAPUHAN BATUAN (B-VALUE)
DENGAN MENGGUNAKAN METODE LIKELIHOOD DI WILAYAH
SUMATERA UTARA PERIODE 1990-2021
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis* Program Studi Fisika.
Fakultas Saintek.
Universitas Islam Negeri Sumatera Utara e-mail*: lailatulhusnalubis@uinsu.
Diterima 10 September 2022 Disetujui 5 Mei 2023 Dipublikasikan 23 Mei 2023 https://doi.
org/10.
33369/jkf.
ABSTRAK
Sumatera Utara merupakan salah satu provinsi di Pulau Sumatera yang paling rentan terhadap bencana gempa bumi.
Karena terletak pada zona subduksi antara Lempeng Eurasia dan Indo-Australia sehingga menjadi pemicu utama tingginya aktivitas gempa bumi di wilayah tersebut.
Data yang dianalisis dalam kurun waktu 31 tahun .
Kekuatan gempa bumi Ou 4 SR dan kedalamannya 0 - 300 km.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sebaran bvalue, indeks seismisitas, probabilitas, serta periode ulang gempa bumi dengan menggunakan Metode Likelihood.
Dari analisis menggunakan software Zmap diperoleh hasil sebaran b-value wilayah Sumatera Utara berkisar antara 0.
9 Ae 5 dan untuk a-value berkisar antara 6 Ae 9 yang diperoleh sangat bervariasi dengan standar deviasi sebesar 0.
Hasil perhitungan indeks seismisitas pertahun dengan magnitude Ou 4 SR sebesar 0.
Probabilitas gempa bumi dalam periode 10 - 100 tahun berkisar antara 68.
3% - 99.
Periode ulang gempa bumi merusak berkisar 8.
6 tahun.
Kata kunci : b-value, indeks seismisitas, probabilitas, periode ulang ABSTRACT North Sumatera is one of the provinces on the island of Sumatera that is most vulnerable to earthquake.
Because it is located in a subduction zone between thr Eurasian and Indo-Australia Plates, it is the main trigger for high earthquake activity in the region.
The date were analyzed over a period of 31 years .
Earthquake strength > 4 SR and depth 0-300 km.
This study aims to determine the distribution of b-values in the North Sumatera region ranged from 0.
5 and for a-values ranging from 6 to 9 the results obtained were very varied with a standard deviation of 0.
The probability of an earthquake in a period of 10-100 years rangers from 68.
3% - 99.
The return period of a destructive earthquake is about 8.
6 years.
Keywords : b-value, seismicity index, probability, return period PENDAHULUAN Secara geografis.
Sumatera Utara terletak pada 1-4A LU dan 98-100A BT, dengan luas daratannya mencapai 72.
981,23 km.
Data yang dianalisis dalam periode 1990-2021 .
dengan kekuatan gempa Ou 4 SR dan kedalamannya 0-300 km .
Sumatera Utara termasuk zona tektonik aktif karena memiliki sesar semangko sehingga wilayah ini sering terjadi gempa bumi Kondisi tektonik Sumatera Utara berada pada zona subduksi antara Lempeng Eurasia dan Indo-Australia, sehingga menyebabkan munculnya beberapa sesar aktif yang berpotensi menjadi titik pusat gempa bumi .
Secara geologis.
Sumatera Utara memiliki struktur dan batuan yang kompleks dan sudah beberapa kali mengalami proses tektonik.
Hal ini mengakibatkan terbentuknya rangkaian jalur patahan, rekahan dan pelipatan disertai dengan aktivitas vulkanik.
Gempa-gempa di wilayah Sumatera Utara sering terjadi karena beberapa sebab baik dari sesar Sumatera maupun gunung aktif disekitarnya .
Sehubungan dengan keadaan tektonik di Sumatera Utara dan terdapat patahan aktif lokal yang dapat menyebabkan terjadinya gempa bumi.
A 2023 Authors Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
Gempa bumi merupakan guncangan bumi yang terjadi akibat tumbukan antar lempeng bumi dan runtuhan batuan.
Berdasarkan kejadian dan letak sumbernya, gempa bumi terdiri dari dua bagian, diantaranya gempa vulkanik dan gempa tektonik.
Gempa vulkanik adalah gempa yang terjadi akibat getaran yang diakibatkan oleh letusan gunung api, getarannya hanya terasa di sekitar kaki gunung.
Sedangkan gempa tektonik adalah gempa yang terjadi karena pergerakan pada lempeng tektonik yang menyebabkan tegangan dan regangan .
Apabila tegangan dan regangan tersebut meningkat dan melewati batas kekuatannya, maka lempengan batuan akan Dari patahan itu, energi yang ditahan akhirnya lepas sebagian bahkan seluruhnya dalam bentuk getaran ke seluruh permukaan bumi yang disebut gempa bumi tektonik .
Mitigasi bencana gempa bumi pada daerah penelitian perlu dilakukan pengujian mendasar tentang seismotektonik untuk mengetahui patahan atau sesar yang mempengaruhi aktivitas seismik di suatu wilayah.
Seismisitas adalah data sebaran gempa antara satu wilayah dengan wilayah lain.
Parameter seismisitas diantaranya b-value, posisi gempa, kedalaman gempa, dan percepatan permukaan tanah.
Penelitian ini melakukan analisis parameter b-value karena mampu mempresentasikan akumulasi tekanan dan tingkat kerapuhan batuan .
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sebaran b-value, indeks seismisitas, probabilitas, serta periode ulang gempa bumi dengan menggunakan Metode Likelihood.
II.
METODE PENELITIAN
1 Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian ini menggunakan data yang diperoleh dari situs USGS wilayah dengan koordinat 1-4A LU dan 98-100A BT.
Peta lokasi penelitian terdapat pada gambar 1.
Gambar 1.
Peta Lokasi Penelitian Software yang digunakan dalam penelitian ini yaitu.
Microsoft Word 2010.
Microsoft Excel 2010.
Software Argis 10.
ntuk pemetaa.
, software zmap v6.
untuk menghitung Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis sebaran b-value.
Bahan yang digunakan berupa katalog gempa bumi periode 1990-2021.
Data gempa bumi yang diperoleh USGS dan IRIS, dilakukan dengan menginputkan magnitude, waktu, kedalaman .
dan titik koordinatnya.
Dalam pengolahan tersebut, ada beberapa data yang diperoleh antara lain latitude, longitude, waktu, magnitude dan kedalamannya .
dalam format Excel.
Setelah parameter kita tentukan, data tersebut diolah dengan menggunakan metode likelihood dan metode statistik.
Pada penelitian ini, ada beberapa langkah yang dilakukan untuk menentukan nilai-b, yaitu :
Disusun data statistik gempa bumi pada tahun 1990-2021 berdasarkan latitude, longitude, magnitude, dan kedalaman.
Data yang diambil dari situs USGS (United States Geological Surve.
dan IRIS (Incoporated Research Institutions for Seismolog.
Dihitung frekuensi kumulatif berdasarkan magnitudenya dengan menggunakan Microsoft Excel.
Dihitung dan dibuat pemetaan a-value dan b-value menggunakan software Z-Map
0,4343
b = M-M Dimana :
: magnitude rata-rata M min : magnitude minimum.
a= log N(M>M0 ) log bC ln 10 M0 bC Dicari Indeks Seismisitas menggunakan Microsoft Excel dan hasil perhitungan dibuat tabel.
Hitung terlebih dahulu parameter Ae parameter untuk mencari indeks seismisitas dengan menggunakan persamaan 3 sampai 5.
aC1 =- log T .
aC =1 - log T.
aC1 = - log T .
Setelah parameter didapat, maka kita dapat mencari indeks seismisitas menggunakan persamaan ('1 -bM) N1 =(MOuM0 )=10 .
N1 MOu0 =10 .
, 1 -4.
N1 MOu4 =10 .
Dicari probabilitas gempa bumi merusak dari kurun waktu tertentu dengan menggunakan P(M,T)=1-e-N(M).
-4bC (MOu.
N1 (M) = N1
Untuk mendapatkan rata-rata periode ulang gempa bumi dapat dihitung dengan persamaan 11.
N1 (M)
Disajikan dalam bentuk tabel semua data dan hasil perhitungan agar lebih mudah dalam Digambarkan peta sesimisitas yang terjadi pada lokasi penelitian dengan menggunakan software Arcgis .
Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
4 Diagram Alir Penelitian MULAI Mendownload data gempa dari website USGS dan IRIS Menghitung dan membuat pemetaan nilai a dan b Metode Liklihood maximum dengan Z-map Perhitungan Indeks Seimisitas Perhitungan nilai probabilitas dan periode ulang gempa Peta b-value berdasarkan pembagian wilayah dan juga penyebaran seismisitasnya Analisa dan kesimpulan SELESAI Gambar 2.
Diagram Alir Penelitian i.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1 Hasil Penelitian Data yang dianalisis dari situs USGS yaitu sebanyak 412 kejadian dengan magnitude Ou 4 SR dan kedalamannya 0-300 km.
Setelah itu, data tersebut disortir untuk menentukan gempa utama .
yang lepas dari gempa foreshock dan Aftershock sehingga diperoleh data gempa utama sebanyak 326 kejadian.
Data yang di plot berdasarkan hiposenter / kedalaman gempa yang terjadi di wilayah Sumatera Utara dapat dilihat pada gambar 3 .
Gambar 3.
Peta Seisimisitas Wilayah Sumatera Utara .
Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis Lalu ditentukan Magnitude of Complemence (M.
Kemudian, tentukan parameter bvalue dan a-value dengan menggunakan Metode Likelihood dengan Mc yang dipilih yaitu kombinasi terbaik ( Mc 95% probability Ae Mc 90% probability Ae maximum curvactu.
Nilai Mc dapat dilihat pada gambar 4.
plot distribusi frekuensi magnitude wilayah Sumatera Utara Gambar 4.
Distribusi frekuensi - magnitude wilayah Sumatera Utara .
Pada gambar 4 diperoleh hubungan antara frekuensi dengan magnitude dengan mengunakan Metode likelihood.
Secara umum, hasil parameter b-value sebesar 0.
991 /- 0.
05, artinya menggambarkan garis / kemiringan dari persamaan linier hubungan frekuensi dan magnitude.
avalue sebesar 6.
97 dengan nilai tahunan 5.
47 artinya nilai a-value menunjukkan bahwa tingkat aktivitas kegempaan cukup tinggi karena terjadi pergerakan lempeng tektonik di wilayah penelitian.
Dan nilai Mc sebesar 4.
5 merupakan batas magnitude terendah dimana 100 % kejadian gempa bumi di suatu wilayah dalam kurun waktu tertentu tercatat seluruhnya pada katalog periode 31 tahun.
Perlu diketahui, nilai Mc menggambarkan kualitas pada katalog gempa yang digunakan.
Jika nilai Mc nya terlalu tinggi artinya penggunaan sampel terlalu sedikit, tetapi bila nilai Mc terlalu rendah maka parameter kegempaan yang di input salah .
Gambar 5.
Peta Variasi b-value Wilayah Sumatera Utara Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
Adapun sebaran seismisitas dengan magnitude Ou 4 SR dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1.
Sebaran Seismisitas Wilayah Penelitian No.
Mag (M) Jumlah (N) JUMLAH Terdapat 326 kejadian gempa bumi di wilayah Sumatera Utara periode 1990-2021 dengan skala Ou 4 SR.
Berdasarkan tabel 1, gempa bumi dengan magnitude 4.
4 SR lebih sering terjadi yaitu sebanyak 53 kali, kemudian gempa terbesar dengan magnitude 6.
3 SR hanya terjadi satu kali .
1 Hasil b-value dan a-value Hasil perhitungan b-value dan a-value menggunakan Microsoft Excel terdapat pada tabel 2.
Tabel 2.
b-value, b batas atas, b batas bawah, a-value Hasil sebaran b-value dan a-value menggunakan Software Zmap v6.
terdapat pada gambar 6 Berdasarkan hasil perhitungan a-value dan b-value di wilayah Sumatera Utara, b-value berkisar antara 0.
9 Ae 1.
5 dan a-value berkisar antara 6 Ae 9 dengan standar deviasi 0.
Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Gutenberg-Richter mengenai b-value untuk gempa dangkal berkisar 45 Ae 1.
5, dan menurut pernyataan (Sholz,1.
, a-value berkisar antara 1 Ae 10 dengan kriteria a-value < 6 relatif rendah, sedangkan a-value > 6 tergolong tinggi.
Dapat diartikan bahwa wilayah tersebut memiliki aktivitas seismik yang tinggi dan tidak terjadi akumulasi energi, sehingga gempa yang terjadi banyak namun magnitudenya kecil .
Jika b-valuenya semakin tinggi begitu juga dengan a-valuenya maka menunjukkan bahwa batuannya semakin rapuh diwilayah tersebut .
Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis Gambar 6.
Sebaran b-value Wilayah Sumatera Utara Gambar 7.
Sebaran a-value Wilayah Sumatera Utara 2 Hasil Indeks Seismisitas Tabel 3.
Indeks Seismisitas Wilayah Penelitian aC 1 aC ' aC '1 N1 (MOu.
Hasil perhitungan indeks seismisitas pertahun untuk wilayah penelitian dengan magnitude Ou 4 SR sebesar 0.
artinya memiliki tingkat aktivitas gempa yang tinggi dan rawan terjadi gempa.
Hal ini dapat dibuktikan dengan jumlah frekuensi terjadinya gempa bumi .
) sebanyak 326 kali selama 31 tahun .
3 Hasil Probabilitas dan Periode Ulang Kejadian Gempa Bumi Tabel 4.
Probabilitas Gempa Bumi Wilayah Penelitian Probabilitas N1 (MOuycy.
10 tahun 30 tahun 50 tahun 100 tahun Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
Jurnal Kumparan Fisika.
Vol.
6 No.
April 2023.
Hal.
Probabilitas kejadian gempa bumi merupakan kemungkinan terjadinya gempa bumi pada waktu Untuk masing-masing wilayah penelitian berbeda satu sama lain dilihat dari indeks Parameter yang dihitung sebagai indeks seismisitasnya memudahkan kita untuk mengetahui kemungkinan terjadinya gempa besar di suatu wilayah dalam kurun waktu tertentu.
Tabel 5.
Periode Ulang Yang Merusak Di Wilayah Penelitian Nilai periode ulang yang merusak (Tahun ) Untuk wilayah Sumatera Utara probabilitas terjadinya gempa merusak pada T = 10, 30, 50, dan 100 tahun dengan M Ou 6.
3 berkisar Antara 68.
3% - 99.
9% dengan periode ulang 8.
6 tahun .
2 Pembahasan Kondisi geografis Indonesia terletak diantara pertemuan tiga lempeng tektonik yaitu Lempeng Eurasia.
Lempeng Indo-Australia, dan Lempeng Pasifik yang menjadikan Indonesia sebagai salah satu Negara dengan tingkat resiko gempa yang tinggi.
Di Indonesia salah satu daerah yang rawan gempa adalah Pulau Sumatera karena kondisi geografisnya dilalui oleh sesar, zona subduksi, dan gunung berapi.
Pada penelitian ini, kejadian gempa bumi di Sumatera Utara umumnya diawali dengan gempa utama dan diikuti oleh gempa susulan, akibatnya sebaran titik gempa bumi di Sumatera Utara cenderung menyatu di wilayah tertentu.
Selain itu, ada kecenderungan bahwa gempa bumi terjadi di wilayah yang dekat dengan gunung berapi, zona subduksi, dan sesar aktif .
Berdasarkan data yang dikumpulkan dari USGS selama periode 1990-2021, telah terjadi gempa dengan skala besar yang mengguncang wilayah Sumatera Utara.
Gempa dengan skala besar yang memungkinkan terjadinya kerusakan bahkan menelan korban jiwa yaitu gempa di Sibolga dengan 3 SR dan kedalamannya 6.
88 km pada tahun 2006, gempa di Kabupaten Samosir dengan 6 SR dan kedalamannya 56.
68 km pada tahun 2017.
Berdasarkan hasil penelitian, bvalue tertinggi berkisar antara 0.
9 s/d 1.
5 terdapat pada wilayah Sibolga dan Samosir.
B-value merupakan parameter yang dapat menunjukkan tingkat kerapuhan batuan.
Apabila b-value semakin tinggi, maka semakin rapuh batuan di wilayah tersebut sehingga aktifitas seismic juga semakin B-value juga dapat menggambarkan kondisi tekanan batuan di wilayah penelitian, b-value yang tinggi menggambarkan tingkat tekanan yang rendah, tetapi apabila b-valuenya rendah maka tingkat stress atau tekanannya tinggi .
Menururt BMKG, gempa bumi yang terjadi di Sibolga merupakan jenis gempa bumi dangkal yang disebabkan oleh aktifitas subduksi Lempeng Indo-Australia terhadap Lempeng Eurasia.
Dan gempa bumi yang terjadi di wilayah Samosir tersusun oleh morfologi perbukitan, lembah dan Batuannya merupakan endapan kuarter yang terdiri dari endapan sungai, rawa serta batuan rombakan gunung api muda yang beberapa bagian sudah mengalami pelapukan dan bersifat lepas,lunak, dan memperkuat guncangan,sehingga rawan terjadi gempa bumi .
Endapan kuarter secara umum, bersifat belum menyatu dan bersifat memperkuat efek guncangan, sehingga rawan terjadi gempa bumi.
Gempa bumi berpusat di Lempeng Samudera Indo-Australia yang terjadi akibat reaktivasi sesar disebabkan karena litosfer samudera yang mendekati zona subduksi dan menekuk ke dalam parit laut dalam.
Sehingga di wilayah tersebut memiliki tingkat kerapuhan batuan yang cukup tinggi, salah satunya disebabkan karena tersusun oleh batuan endapan kuarter yang bersifat lepas lunak dan beberapa bagian merupakan batuan rombakan gunung api muda yang telah mengalami pelapukan.
IV.
SIMPULAN DAN SARAN
1 Simpulan Berdasarkan hasil analisis dengan menggunakan Metode Likelihood untuk wilayah Sumatera Utara dan sekitarnya dapat disimpulkan bahwa : .
Sebaran b-value untuk wilayah Sumatera Utara Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis Identifikasi Tingkat Kerapuhan Batuan .
-valu.
dengan Menggunakan Metode Likelihood di Wilayah Sumatera Utara A.
Ummi Khairani Siregar.
Ratni Sirait.
Lailatul Husna Lubis dan sekitarnya 0.
9 sampai 1.
5 dan untuk a-value sebesar 6 sampai 9 dengan standar deviasi .
Hasil perhitungan indeks seismisitas pertahun pada wilayah Sumatera Utara dan sekitarnya dengan magnitude Ou 4 SR adalah 0.
Probabilitas gempa bumi untuk wilayah Sumatera Utara dan sekitarnya dalam 68.
3%, 97.
1%, 99.
6% dan 99.
9% , dengan periode ulang gempa bumi merusak pada wilayah Sumatera Utara dan sekitarnya berkisar 8.
6 tahun.
2 Saran Adapun saran yang dapat diberikan adalah .
untuk penelitian selanjutnya, dapat disempurnakan lagi dengan menambahkan faktor lain selain tingkat seismisitas, misalnya kepadatan penduduk dan faktor geologi.
Sebaiknya perlu dianalisis perbandingan antara metode likelihood dengan metode yang lain untuk mengetahui manakah metode yang paling akurat dalam menganalisis tingkat seismisitas suatu wilayah.
DAFTAR PUSTAKA