Path: Top > S3-Dissertations > Engineering Science > 2008

ANALISA FRAKTAL MEKANIKA KEGEMPAAN SISTEM SESAR SUMATRA

PhD Theses from JBPTITBPP / 2008-08-28 16:00:14
Oleh : SIGIT SUKMONO (NIM 32293001), S3 - Engineering Sciences
Dibuat : 1997, dengan 16 file

Keyword : gempa, fraktak mekanika, sistem sesar sumatra

Perilaku pergeseran bidang sesar sangat tergantung dari perilaku koefisien gesek (µ) bidang sesar tersebut. Gempa terjadi bila harga koefisien gesek dinamik bidang sesar (µd) tersebut lebih kecil daripada koefisien gesek statiknya (µg). Besar harga µg akan mengontrol waktu perulangan gempa pada sesar tersebut (At), sedangkan besar nilai µs - µd akan mengontrol besar energi seismic yang dipancarkan pada saat gempa terjadi. Salah satu penyebab utama kesulitan pendugaan terjadinya gempa adalah karena sangat tidak teraturnya harga ini disepanjang bidang sesar. Karena koefisien gesek lebih merupakan sifat kontak ("contact property") daripada sifat massa ("bulk property"), maka besar harga akan sangat dipengaruhi oleh derajat ketidakteraturan geometri asperiti (pennukaan kontak) bidang sesar tersebut. Hal ini merupakan penjelasan kwalitatif dari hasil penelitian penelitian terdahulu yang menunjukkan bahwa perilaku kegempaan sistem sesar sangat dilcontrol oleh derajat ketidakteraturan geometri sesar tersebut (Scholz, 1990; Segall dan Pollard, 1980; King, 1983). Dalam penelitian ini hubungan antara derajat ketidakteraturan geometri sesar dan perilaku kegempaan sesar tersebut dirumuskan secara kwantitatif dan hasilnya digunakan untuk menganalisis mekanika dan pola kegempaan Sistem Sesar Sumatra (SSS). Geometri bidang sesar adalah fenomena fraktal sehingga derajat ketidakteraturannya dapat dlkwantifikasilcan dengan dimensi fraktal D. Nilai D yang besar berasosiasi dengan geometri yang Ieblh tidak teratur dan sebaliknya. Geometri yang lebih tidak teratur akan mengakibatkan µ yang lebih besar dan waktu perulangan gempa (At) yang lebih lama.Ini berarti bahwa segmen sesar dengan nilai D yang kecil mempunyai nilai p. yang lebih kecil dan waktu perulangan gempa yang lebih singkat dibandingkan segmen dengan D yang lebih besar. Hubungan analitik antara nilai D dan mekanika kegempaan sistem sesar dapat dilihat dari dua aspek kesetimbangan energi : statik dan dinamik. Dan aspek kesetimbangan energi statik didapatkan hubungan bahwa energi regangan internal kritik per satuan isi (E„) sesaat sebelum gempa, pada saat terjadi gempa akan terserap sebagai tingkat kerusakan material yang dikontrol oleh parameter densitas material dan dimensi fraktal geometri sesar sesuai persamaan : dimana p adalah densitas material dalam gr/cm3, dan a, B, n konstanta. Akibatnya, pada dua buah segmen sesar yang terbentuk dari mekanisme tektonik yang sama, kombinasi harga densitas dan dimensi fraktal tertentu akan mengakibatkan waktu perulangan gempa At tertentu pula. Dan aspek kesetimbangan energi dinamik didapatkan hubungan bahwa energi seismik (Es) yang diradiasikan pada saat terjadi gempa, terserap sebagai tingkat kerusakan material yang dikontrol oleh parameter densitas material dan dimensi fraktal geometri sesar. Akibatnya, pada dua buah segmen sesar yang terbentuk dari mekanisme tektonik yang sama dan mempunyai harga H yang sama, kombinasi harga densitas dan dimensi fraktal tertentu akan mengakibatkan terbentuknya waktu perulangan gempa tertentu pula.

Untuk melihat hubungan antara nilai D dan mekanika kegempaan SSS, telah dibuat peta rinci segmentasi dan geometri segmen-segmen SSS pada skala 1:250.000. Hasilnya menunjukkan bahwa SSS terdiri atas 11 segmen dengan nilai D berkisar antara 1,00 -1,24, yaitu berturut-turut dari ujung baratlaut ke ujung tenggara P. Sumatra :


1) Segmen Aceh, D = 1,07 ± 0,02

2) Segmen Alas, D = 1,19 ± 0,03

3) Segmen Toru, D = 1,07 ± 0,03

4) Segmen Asik, D = 1,06 ± 0,01

5) Segmen Singkarak, D = 1,00 ± 0,03

6) Segmen Muaralaboh, D = 1,15 ± 0,01

7) Segmen Kerinci, D = 1,01 ± 0,02

8) Segmen Seblat, D = 1,01 ± 0,02

9) Segmen Kepahiang, D = 1,02 ± 0,03

10) Segmen Ranau, D = 1,21 ± 0,03

11) Segmen Semangko, D = 1,24 ± 0,03


Ke 11 segmen SSS tersebut terletak pada dua blok kerak seismogenik dengan sifat fisik yang berbeda. Segmen dengan D = 1,00-1,15 terletak pada blok dengan densitas 2,75 gr/cm3 dan litologi utama granitik. Segmen dengan D = 1,19 -1,24 terletak pada blok dengan densitas 2,90 gr/cm3 dan litologi utama ofiolit. Terdapat pola teratur yang disebut sebagai pola fraktal kegempaan SSS, yang menghubungkan waktu dan lokasi terjadinya gempa besar dangkal disepanjang ke 11 segmen tersebut dengan dimensi fraktal setiap segmen. Berdasarkan pola fraktal tersebut dan sifat kerak seismogenik sepanjang SSS, maka ke 11 segmen sesar Sumatra dapat dikelompokkan menjadi 2 blok atau 3 sub blok segmen, yakni :


a. Blok I dengan litologi utama granitik, D = 1,00 - 1,15 (D = 1,05), p = 2,75 gr/cm3, K = 2,19 dan A t = 6 tahun. Blok ini terdiri atas 2 sub blok, yaitu :


i) Blok la dengan litologi utama granitik, D=1,00-1,02 (D = 1,01), p = 2,75 gr/cm3, K = 1,96 dan A t = 5 tahun.

ii) Blok lb dengan litologi utama granitik, D=1,06-1,15 (D = 1,075), p = 2,75 gr/cm3, K= 2,41 dan A t= 7 tahun.


b. Blok II dengan litologi utama ofiolit, D = 1,19 - 1,24 (D = 1,213), p = 2,90gr/cm3, K = 2,19 dan A t = 11 tahun.


Perbandingan nilai D, p dan K blok-blok segmen tersebut menghasilkan pola perulangan gempa At sesuai persamaan empirik dan analitik yang telah dirumuskan diatas. Dari pola fraktal kegempaan SSS tersebut teramati juga adanya urutan kegempaan yang teratur, yakni satu urutan selalu dimulai dengan 4-5 gempa pada Blok I diikuti 1-2 gempa pada Blok II dan beda waktu antara gempa terakhir pada Blok I dengan gempa pertama pada Blok II relatif sangat singkat (harian-bulanan). Dengan simulasi metoda 2 blok peluncur tidak simetrik diketahui bahwa urutan kegempaan seperti itu terjadi akibat perbandingan gaya gesek maksimum / statik (Fs) kedua blok tersebut adalah Fs,/Fs2 = 1,05. Harga FsI/FS2 tersebut hampir sama dengan nilai perbandingan nilai D maksimum dua blok segmen SSS (D2/D1=1,07) bersangkutan dan mendukung kebenaran hubungan empirik µ D. Pola fraktal tersebut memungkinkan pendugaan jangka panjang (jangka waktu tahunan) kemungkinan terjadinya gempa besar disepanjang segmen Sesar Sumatra. Hal itu telah dibuktikan dengan pendugaan yang baik bagi terjadinya gempa Kerinci 7 Oktober 1995 dan gempa Toni 10 Oktober 1996, jauh sebelum gempa tersebut terjadi. Jadi, sumbangan utama metoda fraktal dalam analisis mekanika kegempaan sistem sesar adalah kemampuan metoda ini untuk menguantifikasikan derajat ketidakteraturan geometri bidang sesar yang sangat mengontrol harga dan mekanika kegempaan sesar tersebut. Akibat dari kemampuan itu, pola kegempaan yang mula-mula terlihat tidak teratur dan tidak dapat diduga, berubah menjadi sesuatu yang bersifat teratur dan memungkinkan. untuk diduga. Hasil penelitian ini berguna bagi pemahaman yang sempurna mengenai mekanika kegempaan SSS dan penerapan metoda fraktal untuk analisa kegempaan sistem sesar. Hasil penelitian juga berguna bagi usaha mitigasi bencana gempa disepanjang SSS dan dapat digunakan sebagai acuan bagi pengembangan wilayah disekitar SSS. Meskipun demikian, masih diperlukan studi lebih lanjut, baik di SSS maupun di sistem sesar lainnya, untuk menguji apakah perilaku fraktal kegempaan SSS tersebut konsisten dan berlaku secara umum di sistem-sistem sesar lainnya atau hanya berlaku secara lokal saja di SSS.

Deskripsi Alternatif :

The behavior of the displacements along a fault is strongly controlled by the behavior of friction coefficient (p.) between the moving fault planes. Large earthquakes occurred if the dynamic friction coefficient (µd) of the fault planes is smaller than the static friction (µs). The value of µs will control the earthquake recurrence interval in the fault (At), whereas the value of us-ud will control the magnitude of the radiated seismic energy. One main reason on the difficulties in earthquake prediction is caused by the very irregular of p. values along the fault plane. Because friction is more a contact property rather than a bulk property, then the value of is controlled strongly by the degree of asperity's (contact surfaces) geometrical irregularity. This is the qualitative explanation of previous findings which show that the seismicity behavior of a fault system is strongly controlled by the degree of fault geometry irregularity (Scholz, 1990; Segall dan Pollard, 1980; King, 1983). In this research the relationship between the degree of fault geometry irregularity and the seismicity behavior of the fault is formulated quantitatively and the results are used to analyze the pattern and earthquake mechanics of the Sumatra Fault System (SFS). Fault geometry is fractal, therefore the degree of its irregularity can be quantified using the fractal dimension D. Larger D value is associated with more irregular fault geometry and vice versa. More irregular geometry is associated with larger µ and longer earthquake recurrence interval (At). This means that fault segment with smaller D has a smaller µ and shorter At compared to the segment with larger D. Analytic relationships between the D value and earthquake mechanics can be derived from two energy balance aspects : static and dynamic. From the static energy balance aspect, it is obtained that during the earthquake the accumulated critical internal strain energy per unit volume (E„) is absorbed by a certain degree of material damage which is strongly controlled by the density of fault material and the fractal dimension of the fault geometry. It implies that in two fault segments which are developed by a same tectonic mechanism, a certain combination of density and fractal dimension will produce a certain ratio of earthquake recurrence interval. From the dynamic energy balance aspect, it is obtained that the dynamic seismic energy (Es) radiated during the earthquake is absorbed by a certain degree of material damage which is strongly controlled by the combination of fault material density and fractal dimension of fault geometry. It implies that in two fault segments developed by a same tectonic mechanism and have a same H value, a certain combination of density and fractal dimension will produce a certain earthquake recurrence interval. For analyzing the relationships between D value and the earthquake mechanics of the SFS, maps of scale 1: 250,000 showing details of SFS segments and segments geometry have been constructed. The results show that SFS consists of 11 segments with D ranges 1.00-1.24. Those segments, successively from the northwest to southeast of Sumatra, are :


1) Aceh segment, D = 1.07 ± 0.02

2) Alas segment, D = 1.19 ± 0.03

3) Tom segment, D = 1.07 ± 0.03

4) Asik segment, D = 1.06 ± 0.01

5) Singkarak segment, D = 1.00 ± 0.03

6) Muaralaboh segment, D = 1.15 ± 0.01

7) Kerinci segment, D = 1.01 ± 0.02

8) Seblat segment, D = 1.01 ± 0.02

9) Kepahiang segment, D = 1.02 ± 0.03

10) Ranau segment, D = 1.21 ± 0.03

11) Semangko segment, D = 1.24 ± 0.03


Those 11 SFS segments are lied in two seismogenic crusts with different physical properties. The segments with D = 1.00 - 1.15 are lied in granitic Mergui micro plate with density of 2,75 gr/cm3, whereas the segments with D = 1,19 -1,24 are lied in ophiolite Woyla micro plate with density of 2,90 gr/cm3.

There is a quite repetitive pattern called as the fractal pattern of the SFS seismicity, which correlates the time and place of earthquake occurrences along the 11 segments with the segments D values. Based on this fractal pattern and the seismogenic crust in which the segments lied, the 11 segments can grouped into 2 block of 3 sub blocks :


a. Block I with main lithology granit and D = 1.00 - 1.15 (D = 1.05), p = 2.75gr/cm3, K = 2.19 and 0 t = 6 years. This block is furthermore divided into 2 sub blocks :


i) Block Ia with main lithology granit, D=1.00-1.02 (D = 1.01), p = 2.75 gr/cm3,K = 1.96 and A t - = 5 years.

ii) Block lb with main lithology granit, D=1.06-1.15 (D = 1.075), p = 2.75 gr/cm3,K=2.41 and At- =7years.


b. Block II with main lithology ophiolite, D = 1.19 - 1.24 (D = 1.213), p = 2.90gr/cm3, K = 2.19 and 0 t = 11 years.


The combinations of the three blocks D, p and K values produce an earthquake pattern and earthquake recurrence intervals At as predicted by the derived empirical and analytical equations. It can be observed also from the fractal pattern of the SFS seismicity that there is a regular sequence of earthquake occurrences, i.e. a sequence always contains 4-5 earthquakes in block I followed by 1-2 earthquakes in block II and the time difference between the last earthquake in block I and the first earthquake in block II is relatively very short (days to months). Simulation by using two-asymmetrical slider-blocks method shows that the sequence like that can be produced if the ratio of the static or maximum shear forces (Fs) of the two blocks is Fs1/Fs2 = 1.05. This value of Fs1/FS2 is very close to the ratio of maximum D values of the two SFS segments blocks (D21D1=1,07) and supports the validity of empirical equation µ D. This fractal pattern might be very useful for long-term earthquake prediction along the SFS. It have also been successfully applied to predict the occurrence of October 7, 1995 Kerinci and October 10, 1996 Tom earthquakes long time before their real occurrences. Thus, the main advantage offered by the application of fractal method in the analysis of earthquake faulting mechanics is its ability in quantifying the degree of fault geometry irregularity which strongly control the value of p. and earthquake faulting mechanics in the fault. Because of this ability, the earthquake pattern which is initially seem very irregular and unpredictable becomes a regular pattern and predictable. This research would give better understanding on the earthquake faulting mechanics along the SFS and the application of fractal method for analyzing the earthquake faulting mechanics. The results can be used as a reference for the mitigation of earthquake hazards along the SFS and related area development plan. However, further studies in the SFS and other fault systems are still needed to examine whether the fractal behavior of fault seismicity is an universal phenomenon or just locally occurred in SFS.

Copyrights : Copyright Â(c) 2001 by ITB Central Library. Verbatim copying and distribution of this entire article is permitted by author in any medium, provided this notice is preserved.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiS
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id