Mekanisme Fokus

Teori Kopel Tunggal

Menurut kesimpulan para ahli seismologi pada tahun 1960 gempa bumi secara implisit  adalah suatu slip sesar yang tiba-tiba. Untuk menentukan mekanisme sumber gempa salah satu metodenya adalah dengan membandingkan pola arah gerak awal gelombang seismik yang teramati di seluruh dunia dengan pola teoritis yang dihitung berdasarkan model gaya sederhana. Rekaman yang pertama kali tercatat ialah gelombang P (primer).

Seorang ahli seismologi H.Nakano yang pertama kali membuat perhitungan teoritis tentang pola radiasi gelombang dengan anggapan bahwa di dalam sumber gempa bekerja dua gaya yang berlawanan arah dan sama besar (kopel tunggal) atau sistem gaya type I.

Sedangkan P.Byerly membuat metode untuk mengurai arah gerak suatu sumber sesar yang dianggap pegas elastis. Didapat dari perbedaan awal gelombang P yang diamati, dengan menggunakan metode kopel tunggal.

Metode ini dikembangkan oleh Hodson untuk menentukan karakteristik bidang sesar gempa.

Berdasarkan pola radiasi gelombang P, tidak membedakan antara bidang sesar dan bidang yang tegak lurus bidang sesar (Auxiliary Plane) karena bentuk pola radiasi simetris, sehingga digunakan radiasi gerak awal gelombang S, karena memiliki dua lob sehingga dapat dibedakan bidang sesar yang dikehendaki.

Teori Kopel Ganda 

Honda (1957) mengusulkan ada 2 tipe gaya yang mungkin untuk sumber berupa titik (diasumsikan sumber gempa berupa titik) sistem gaya tipe I single couple (kopel tunggal) dan sistem gaya tipe II double couple (kopel ganda). Sistem gaya tipe I terdiri dari sepasang gaya dengan arah berlawanan tetapi sejajar dan bergerak  sepanjang sumbu Y. Pergerakan ini ditransmisikan ke permukaan sebagai gelombang P, menjadi gerakan kompresi (Upward) dan dilatasi (Downward) dari tanah. Sistem gaya  tipe II  terdiri dari  dua pasang gaya yang masing-masing memiliki besar yang sama dan tegak lurus satu sama lainnya. Gempa bumi pada dasarnya disebabkan oleh sistem gaya tipe II (Honda, 1957). 

Analisa terhadap polaritas pertama gelombang P dapat untuk mengetahui orientasi sesar gempa, seperti strike, dip dan arah  pergerakan sesar, sedangkan ukuran gempa bumi seperti panjang dan lebar dapat dilakukan dengan menganalisa amplitudo dan bentuk  gelombang seismiknya, perubahan bentuk kerak bumi, dan distribusi gempa susulan.

Polaritas gelombang P yang dibuat berdasarkan model kopel ganda mempunyai pola kuadratik yang sama. Amplitudo gerakan awal gelombang P besar dan positif (+) disekitar sumbu kompresi serta besar dan negatif (–) disekitar sumbu dilatasi. Amplitudo menjadi nol di sepanjang dua bidang yang memisahkan daerah dengan polaritas yang berbeda (bidang nodal).

Gambar Pola radiasi gerakan pertama gelombang P dan S untuk sumber : a) Kopel Tunggal dan b) Kopel Ganda

sistem gaya kopel ganda menyatakan sumber gempa bekerja empat gaya sama besar dan berlawanan arah yang berlaku sebagai sepasang momen gaya yang saling tegak lurus. Gaya ini selanjutnya disebut sebagai sistem gaya type II. Sistem ini dapat menerangkan posisi gaya yang bekerja pada akhir proses patahnya atau bergesernya suatu lapisan sesuai teori pegas elastis (Elastic Rebound Theory). Teori ini dapat juga menerangkan polaritas gelombang P dari tempat gempa bumi alami.

Karakteristik model kopel ganda  :

a.   Asumsi sumber titik : Dengan asumsi bahwa sumber gempa adalah sebuah titik. Hal ini cocok apabila jarak hiposenter dan stasiun lebih besar dari ukuran sesar.

b.   Konfigurasi sistem gaya kopel ganda : Model ini mempunyai dua pasang gaya yang masing-masing mempunyai magnitude yang sama dan berlawanan arah.

c.  Ekuivalen sistem gaya kopel  ganda dengan    dengan dislokasi geser (gerak sesar) :

      Sistem gaya kopel ganda menghasilkan medan perpindahan yang sama terhadap sumber gempa seperti yang sama berkenaan dengan dislokasi geser (shear dislocation) di sepanjang sesar.

      Salah satu dari dua orientasi kopel ganda merupakan orientasi dari sesar, sehingga kopel ganda menghasilkan dua orientasi bidang sesar yang mungkin terjadi.

Teori Mekanisme dengan Metode Impuls Pertama Gelombang P

Ketika gempa bumi terjadi maka gelombang gempa bumi akan terpancarkan ke segala arah berbentuk phase gelombang. Phase awal yang tercatat lebih dahulu ialah gelombang P, karena memiliki kecepatan terbesar dari pada gelombang yang lainnya.

Arah gerakan pertama impuls dari gelombang P inilah yang kemudian diamati untuk mempelajari fokal mekanisme. Hal ini dapat disebabkan karena gelombang P yang paling jelas pembacaannya. Dan alat yang digunakan pada umumnya ialah seismograf type vertikal sehingga pembacaan gelombang S menjadi sulit. Selain untuk menentukan gerakan awal gempa dan studi solusi bidang sesar, metode ini penting untuk menentukan gerakan dari plate tektonik dan penting untuk menentukan gerakan relative dari Lithosfer.

Solusi untuk menentukan arah dan orientasi menyebabkan terjadinya bidang sesar yang disebut sebagai “Fault Plane Solution”. Ada beberapa ketentuan dalam mempelajari solusi bidang sesar ini :

a.     Arah gerak awal gelombang P harus dianggap sama atau sesuai dengan arah gaya kopel yang bekerja di sumber gempa.

Dalam mekanisme gempa bumi terdapat dua hipotesa yang berlaku. Pertama adalah teori kopel tunggal yang menyatakan bahwa di dalam sumber gempa bekerja dua gaya yang sama besar dan berlawanan arahnya dan berlaku sebagai momen.

Sedangkan teori kopel ganda menyatakan bahwa pada sumber bekerja empat gaya yang sama besar dan berlaku sebagai pasangan momen gaya yang saling tegak lurus.

b.     Focus harus dianggap berbentuk bola didalam bumi dimana bumi dianggap homogen.

Pada dasarnya solusi bidang sesar adalah mencari dua bidang nodal orthogonal (orthogonal nodal plane) yang memisahkan gerakan pertama gelombang dalam kuadran kompresi dan dilatasi pada bola fokusnya.

Bola Fokus

Bola fokus merupakan ilustrasi penjalaran gelombang yang berpusat pada hiposenter sumber gempa. Bola fokus digunakan untuk menggambarkan radiasi gelombang seismik dari sebuah sumber gempa. Penyelesaian bola fokus diperoleh dari distribusi gerakan kompresi dan dilatasi di permukaan bumi yang diproyeksikan melalui lintasan yang sama dengan penjalaran gelombangnya ke permukaan bola fokus. Bola fokus adalah bola satuan (jari-jari 1 satuan) yang fiktif (diandaiakn ada) berpusat pada fokus gempa (sumberdianggap titik). Bola fokus mengandaikan medium penjalaran gelombang adalah homogen (gelombang menjalar lurus didalamnya), hal ini dilakukan karena polaritas gerakan pertama gelombang P adalah tetap disepanjang penjalarannya. Mekanisme sumber gempa merupakan metode peninjauan solusi bidang sesar. Konsep dasar penentuan mekanisme sumber berkembang dari konsep kopel ganda. Solusi bidang sesar meliputi stike, dip dan slip dari bidang sesar.

Penentuan solusi bidang sesar dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain dengan menggunakan polarisasi gerakan awal gelombang P. Pola polarisasi gelombang P yang berupa kompresi (tekanan) dan dilatasi (tarikan) mengakibatkan ruang disekitar episenter gempa (hiposenter), yang dimisalkan suatu bola, dapat dibagi menjadi empat kuadran yang dipisahkan oleh dua buah bidang nodal yang membentuk suatu mekanisme gempa.

Penyelesaian bola fokus diperoleh dari distribusi gerakan kompresi dan dilatasi di permukaan bumi yang diproyeksikan melalui lintasan yang sama dengan penjalaran gelombangnya ke permukaan bola fokus. Bola fokus adalah bola satuan (jari-jari 1 satuan) yang fiktif (diandaikan ada) berpusat pada fokus gempa.

Gambar Gerakan awal gelombang P pada beberapa stasiun pencatat gempa yang dipengaruhi oleh gaya kompresi dan dilatasi.

Proyeksi Stereografik

Analisa pola gerakan awal gelombang P pada permukaan bola secara tiga dimensi akan sukar dilakukan. Oleh karena itu, untuk mempermudah analisis diperlukan penggambaran distribusi pada suatu gambar dua dimensi yaitu dengan cara proyeksi stereografik. Dalam gambar ini, arah dan kemiringan suatu garis (diwakili oleh suatu titik pada permukaan bola) dan jurus (strike) dan kemiringan (dip) suatu bidang dapat ditentukan dengan pasti.

Proyeksi stereografik ada dua tipe, yaitu proyeksi stereografik sama luas (equal-area stereo-net projection) dan proyeksi stereografik sama sudut (equal-angle stereo-net projection). Perbedaan pada dua proyeksi ini adalah daya pisahnya, yaitu untuk proyeksi sama luas mempunyai daya pisah lebih besar dibagian tengah, sedang untuk proyeksi sama sudut mempunyai daya pisah lebih besar dibagian luar.

Berdasarkan bagian yang dipakai, pada umumnya hanya ada dua bagian, yaitu setengah bola bagian atas (upper hemisphere) dan setengah bola bagian bawah (lower hemispher). Biasanya proyeksi yang dipakai adalah proyeksi yang menggunakan setengah bola bagian bawah llower hemispher), garis-garis lintang dan bujur pada proyeksi stereonet dibayangkan lerletak pada permukaan cekungan setengah bola bagian bawah.

Sehingga, orientasi garis dan bidang dapat ditentukan dengan mudah sesuai dengan orientasi garis dan bidang yang sebenarnya.