Download - metode komputasi
-
7/21/2019 metode komputasi
1/26
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL
PROGRAM STUDI GEOFISIKA JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS GADJAH MADA
MAKALAH METODE KOMPUTASI
Dosen Pengampu: Prof.Dr.Kirbani Sri Brotopuspito
DISUSUN OLEH :
Nama : GALIH PUSPITA RATIH
NIM : 13/347920/PA/15393
Program Studi : GEOFISIKA
Mata Kuliah : METODE KOMPUTASI
YOGYAKARTA
JULI
2014
-
7/21/2019 metode komputasi
2/26
ABSTRAK
Penelitian mengenai sifat-sifat gempa merupakan salah satu penelitian yang
mendapatkan perhatian di geofisika, karena dampak gempa yang cukup
merugikan. Untuk meneliti sifat-sifat gempa tersebut, peneliti mengumpulkan
data gempa dari USGS untuk wilayah yang terletak antara 10LU - 50LU dan
110BT-180BT.Selain itu didapatkan nilai b-value sebesar 0.9014 dan nilai a
sebesar 3,0381.
Hasil analisis data mengguunakan Time Series Tool Matlab dan didapatkan
beberapa grafik antara lain grafik time series,periodisasi dan energi.
-
7/21/2019 metode komputasi
3/26
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
Gempa merupakan salah satu peristiwa alam yang merugikan. Telah
berulang kali peristiwa gempa menimbulkan jatuhnya korban jiwa dan
bencana lingkungan yang mengerikan.
Pengertian Gempa bumi sendiri adalah getaran atau guncangan yang terjadi di
permukaan bumi akibat pelepasan energi dari dalam secara tiba-tiba yang
menciptakan gelombang seismik.Sebab terjadinya Gempa adalah Pergerakankerak bumi atau lempeng bumi, aktivitas sesar di permukaan bumi, pergerakan
geomorfologi secara lokal contohnya terjadi runtuhan tanah, aktivitas gunung
api, ledakkan nuklir.
Hal tersebut membuat studi mengenai sifat-sifat gempa menjadi salah satu
studi yang mendapatkan perhatian serius di geofisika.
Beberapa sifat-sifat gempa yang saat ini sudah cukup jelas adalah lokasi
sumbernya yang biasanya berada di wilayah-wilayah seismik aktif,kedalamannya yang terkait dengan pengaturan tektonik di suatu wilayah, dan
probabilitas kejadiannya di suatu wilayah spesifik, yang dapat diterangkan
oleh b-value. Sifat lain gempa yang perlu diteliti lebih dalam adalah
periodisasi pengeluaran energi gempa di suatu wilayah.
Sebagai mahasiswa geofisika, kita perlu mengetahui bagaimana cara
menggambarkan sifat- sifat tersebut secara kuantitatif dengan data-data yang
ada. Data-data yang telah diproses dapat dipergunakan lebih jauh oleh
berbagai kalangan, sesuai dengan kepentingannya sehingga tercipta
komunitas yang lebih memiliki kesiapan terhadap bencana. Hal itulah yang
mendasari peneliti untuk membuat makalah metode komputasi ini.
Penelitian yang akan dilakukan adalah pada daerah Australia-New Zeland
dengan koordinat 10LU - 50LU dan 110BT-180BT.
1.2
Tinjauan Pustaka
-
7/21/2019 metode komputasi
4/26
Magnitudo gempa bumi yang sering dipakai ada lima, yaitu
magnitudo energi (Me), magnitudo momen (M atau Mw), magnitudo lokal
(ML), magnitudo gelombang badan (MB), dan magnitudo gelombang
permukaan (Ms). Namun dari kelima magnitudo tersebut, magnitudo
momen paling representatif dalam menggambarkan energi gempa. Jika data
jumlah gempa per magnitudo dibuat ke dalam bentuk histogram, maka
histogram tersebut akan berbentuk eksponensial. Untuk lebih memperjelas
hubungan antara jumlah gempa dengan magnitudo, maka data jumlah gempa
dilogaritmakan dengan basis 10, sehingga membentuk kurva yang linear.
Persamaan kurva tersebut adalah dengan nilai b
mendekati 1 dan nilai a bergantung pada jenis magnitudo yang digunakan
dalam pendataan.
Transformasi fourier merupakan jenis transformasi integral yang bertugas
mengubah suatu fungsi dengan domain waktu menjadi fungsi dengan domain
frekuensi. Dengan transformasi fourier, kita bisa mengetahui sifat-sifat
gelombang penyusun fungsi berdomain waktu tadi. Plot energi gempa
terhadap waktu (analisis runtun waktu) menghasilkan kurva mirip fungsi delta.
Jika ditransformasi menggunakan transformasi fourier, kurva ini berubah
menjadi fungsi sinusoidal dengan domain frekuensi. Dari data berdomain
frekuensi itulah kita bisa mengetahui periodisasi pengeluaran energi seismik.
-
7/21/2019 metode komputasi
5/26
BAB 2
DASAR TEORI
2.1
Gempa Bumi
Pengertian Gempa Bumi
Gempa bumi adalah getaran atau guncangan yang terjadi di permukaan bumi
akibat pelepasan energi dari dalam secara tiba-tiba yang menciptakan
gelombang seismic. JenisJenis Gempa Bumi
Gempa bumi vulkanik ( Gunung Api ) ; Gempa bumi ini terjadi akibat
adanya aktivitas magma, yang biasa terjadi sebelum gunung api
meletus
Gempa bumi tektonik ; Gempabumi ini disebabkan oleh adanya
aktivitas tektonik, yaitu pergeseran lempeng lempeng tektonik secara
mendadak yang mempunyai kekuatan dari yang sangat kecil hingga
yang sangat besar
Gempa bumi runtuhan ; Gempa bumi ini biasanya terjadi pada daerah
kapur ataupun pada daerah pertambangan, gempabumi ini jarang
terjadi dan bersifat lokal Kedalaman Hiposentrum Gempa
Gempa dangkal adalah gempa yang kedalaman hiposentrumnya
kurang dari 50 km dari permukaan bumi
Gempa intermedier atau gempa sedang adalah gempa bumi yang
hiposentrumnya pada kedalaman antara 50 300 km dari
permukaan bumi.
Gempa dalam adalah gempa bumi yang kedalamanhiposentrumnya antara 300700 km dari permukaan bumi
Faktor Penyebab Gempa Bumi
Gempa vulkanik adalah gempa bumi yang disebabkan oleh
aktivitas gunung api.
Gempa tektonik adalah gempa bumi yang disebabkan oleh
dislokasi atau perpindahan pergeseran lapisan bumi yang tiba-
-
7/21/2019 metode komputasi
6/26
tiba terjadi dalam struktur bumi sebagai akibat adanya tarikan
atau tekanan
Gempa runtuhan atau terban adalah gempa bumi yang disebabkan
oleh tanah longsor, runtuhnya atap gua atau terowongan di bawah
tanah
Gelombang Gempa Bumi
Gelombang longitudinal adalah gelombang gempa yang
dirambatkan dari hiposentrum melalui lapisan litosfer
Gelombang transversal adalah gelombang gempa yang bersama-
sama dengan gelombang primer dirambatkan dari hiposentrum ke
segala arah
Gelombang panjang adalah gelombang gempa yang dirambatkan
mulai dari episentrum menyebar ke segala arah di permukaan
dengan kecepatan rambat antara 3,53,9 km per detik
2.2Istilah Dalam Gempa
A. Magnitudo
Magnitudo momen merupakan besaran magnitudo gempa yang paling
representatif dalam menggambarkan kekuatan gempa, karena
menggambarkan energi yang diradiasikan oleh patahan selama gempa
terjadi. Manfaat magnitudo momen yang paling krusial adalah
menggambarkan kekuatan tsunami yang dihasilkan gempa. Magnitudo
energi menggambarkan efek dari energi yang dikeluarkan gempa terhadap
seismogram, dan lebih bermanfaat dalam menggambarkan efek kerusakanyang diakibatkan gempa terhadap struktur di darat.
Magnitudo lokal merupakan jenis magnitudo yang pertama kali
dikembangkan oleh Richter tahun 1935, dengan menghubungkan antara
amplitudo catatan seismograf dengan jarak secara empiris sehingga
diketahui besaran ML. Kerugian dari ML ini adalah dia tidak
menggambarkan parameter fisis apapun dari gempa.Magnitudo
gelombang badan merupakan magnitudo yang diukur dari amplitudo dan
-
7/21/2019 metode komputasi
7/26
periode gelombang badan (P, PP, dan S) yang tercatat oleh berbagai tipe
seismograf (periode pendek, periode panjang dan elektromagnetik). Periode
dari gelombang yang terukur memiliki rentang antara 0,5 hingga 12 detik.
Magnitudo gelombang badan cocok untuk menggambarkan gelombang
sumber dengan spektrum 1 10 Hz.Magnitudo gelombang badan memiliki
keseuaian dengan MW hanya ketika MB hampir sama dengan 7.
Magnitudo gelombang permukaan merupakan jenis magnitudo yang
bertujuan untuk mengatasi ketidakakuratan data magnitudo lokal di atas skala
M 6.5. Selain itu, Magnitudo gelombang permukaan diukur dari amplitudo
gelombang permukaan dengan periode 20 detik,yang didapatkan dari
seismograf periode-panjang yang dipasang pada jarak >1000 km dari sumber
gempa. Data magnitudo gelombang permukaan ini menjadi tidak akurat
bilamana MS > 8.0.
B. Kedalaman
Kedalaman gempa ada tiga macam, yaitu dangkal (0 hingga 70 km),
menengah (70 hingga 300 km), dan dalam (lebih dari 300 km). Gempa
dangkal merupakan tipe gempa yang hampir mungkin terjadi di tempat-
tempat yang aktif secara seismik; bahkan pada pematang tengah samudera
kejadian gempa yang terjadi umumnya hanya gempa dangkal. Gempa
dangkal mengeluarkan 85% energi gempa tahunan. Gempa menengah dan
gempa dalam merupakan jenis gempa yang hanya terjadi di zona seismik
aktif Mediterania-Transasiatik serta Cincin Api Pasifik. Gempa menengah
membebaskan energi sebanyak 12% energi gempa tahunan, dan gempa
dalam membebaskan energi sebanyak 3% energi gempa tahunan.
2.3 Nilai B value
Istilah b-value berasal dari Hukum Gutenberg-Richter yang
menunjukkan hubungan antara magnitudo dengan jumlah total gempa bumi
pada suatu daerah dan periode waktu tertentu yang mendekati magnitudo
tersebut. Hubungan ini awalnya diusulkan oleh Charles Francis Richter
dan Beno Gutenberg. B-value umumnya konstan dan bernilai 1.0 pada
-
7/21/2019 metode komputasi
8/26
daerah yang aktif secara seismik. Nilai b-value yang berbeda secara
signifikan dari 1 mungkin menunjukkan bahwa ada masalah dengan
kumpulan data. Terdapat beberapa variasi pada nilai B-value denganjangkauan 0.5 sampai 1.5, tergantung dari keadaan tektonik dari daerah
tersebut.
2.4 Time Series Gempa
Analisis time series runtun waktumerupakan jenis analisa data yang
cukup penting untuk mengetahui periodisasi pelepasan energi gempa. Data
yang digunakan dalam pembuatan time series adalah magtitude dan waktu
terjadinya gempa dalam skala hari. Untuk mengubah ke hari kita harus
elakukan konversiJulian date dengan t0 = 1 Januari 1973.
-
7/21/2019 metode komputasi
9/26
BAB 3
METODE
3.1 Pengumpulan Data
Data dikumpulkan dari situs USGS Earthquake Archive Search untuk
magnitudo dan posisi gempa serta situs USGS Source Parameter Search
untuk mendapatkan energi dari gempa. Data gempa yang ditelaah terletak di
area antara 10LU - 50LU dan 110BT - 180BT. Data magnitudo dan
posisi gempa dikumpulkan dari tanggal 1 Januari 1973 hingga 11 Desember
1980.
3.2 Pengolahan Data
Pengolahan data-data dari USGS dilaksanakan menggunakan program
pengolah dan analisa data (Matlab R2012a dan Microsoft Excel 2010).
Di Microsoft Excel 2010 peneliti menggunakan fitur analisa regresi linear
untuk mendapatkan nilai a dan b dari persamaan dari
perhitungan ini peneliti akan endapatkan nilai b-value.
Selanjutnya peneliti melakukan pengolahan data untuk membuat peta 3D
surface dari data yang diperoleh di USGS tadi,data yang digunakan antara lain
longitude,latitude dan depth.Peneliti juga dapat membuat peta kontur dari data
tersebut dengan cara mengrid data.Aplikasi yng digunakan untuk membuat
peta kontur dan 3D surface tadi adalah surfer.
Selanjutnya,data juga dapat diolah untuk membuat grafik time
series,periodegram dan time series vs energi dengan menguunakan aplikasi
matlab.
3.3 Analisis Data
Pembuatan histogram dan garis trend untuk data jumlah gempa di Excel
dimulai dengan mengelompokkan data jumlah gempa dari magnitudo 6 hingga
10. Data tersebut kemudian di plot ke grafik titik dan histogram. Grafik titik ini
berfungsi untuk mendapatkan persamaan eksponensial yang baik untuk data
jumlah gempa tersebut.Kemudian,dari grafik tersebut dibuat garis trend dan
akan didapatkan nilai kemiringan garis yang merupakan nilai dari b-value
-
7/21/2019 metode komputasi
10/26
tadi.Apabila nilai b-value yang dihasilkan mendekati 1 maka data yang di dapat
adalah benar.Untuk selanjutnya dapat dilakukan pembuatan data time
series,energi dll menggunakan aplikasi Matlab.
-
7/21/2019 metode komputasi
11/26
BAB 4
PEMBAHASAN
Data yang digunakan untuk dicari nilai b-value dll pada makalah ini adalah
diambil dari wilayah Australia-New Zeland dengan koordinat 10LU - 50LU dan
110BT-180BT dan waktu dari 1 Januari 1973- 11 Desember 1980.
Gambar peta Australia-New Zeland
Peta geologi Australia
-
7/21/2019 metode komputasi
12/26
1. Histogram dan Penghitungan b-value
Langkah pertama yang dilakukan adalah kita mencari data dari situs
USGS Earthquake Archive Search.
Kita isikan date & time dengan Start 1973-01-01 dan end 1980
Selanjutya sama seperti gambar di atas.
Copy semua data ke dalam notepad yang kemudian disimpan dengan
format .txt
Buka Excel, open file, pilih format all files, pilih file txt yang berisi data
gempa dari USGS
Pilih delimited->next->centang comma (karena delimited data berupa
koma), lalu finish
Hasilnya seperti gamabr di bawa ini :
-
7/21/2019 metode komputasi
13/26
Mencari b-valuemelalui hasil histogram
o Hitung jumlah tiap gempa dari 6.010.0 SR
o Buat tabel
X (range) frekuensi y(log frekuensi)
6-6,9 127 2,103803721
7-7,9 20 1,301029996
8-8,9 2 0,301029996
Range magnitude gempa akan digunakan sebagai sumbu X
Dan log10 dari frekuensi akan digunakan sebagai sumbu Y
o Buat histogram
o Trendline dan b-value
setelah histogram keluar klik kanan pada batang histogram->pilih add
trendline-> pilih linier dan centang display equation on chart-> OK.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
6-6,9 7-7,9 8-8,9
Grafik
Log EQ
y(log frekuensi)
-
7/21/2019 metode komputasi
14/26
Pada hasil equation akan memuat persamaan y=-bx+c dimana b adalah b-
value. Syarat B-value ialah harus mendekati 1. Jika nilai tidak mendekati
1, kembali ke step b dengan mengubah range magnitudenya sampai hasil
b-value mendekati 1
Dai Grafik tersebut didapatkan nilai b-value sebesar 0,9014 diman nilai
tersebut sudah mendekati angka 1,hal ini dapat dikatakan bahwa data yang
diambil sudah sesuai atau sudah valid.
2.Membuat Peta posisi kedalaman gempa
Buka Surfer, Pilih new worksheet, Ambil 3 buah data pada data gempa
yang kita dapatkan dari USGS berupa posisi latitude, longitude, dan
Kedalaman(ubah dulunilainya ke dalam bentuk negatif) Copy ke dalam
worksheet dimana kolom x adalah longitude, y adalah latitude, dan z
adalah kedalaman. Save dalam format .dat.
y = -0,9014x + 3,0381
0
0,5
1
1,5
2
2,5
6-6,9 7-7,9 8-8,9
Log EQ
y(log frekuensi)
Linear (y(log
frekuensi))
-
7/21/2019 metode komputasi
15/26
Pilih tab plot, klik menu grid pilih file.dat pilih gridding method
krigging Ok
Klik menu mapnewnew 3D surfacepilih file .grd tadiOpen
3.Membuat Peta Kontur
Data yang diambil sama seperti pada pembuatan kontur.
Pilih tab plot, klik menu grid pilih file.dat pilih gridding method
krigging Ok
Klik menu mapnewcountur mappilih file .grd tadi Open
-
7/21/2019 metode komputasi
16/26
4.Membuat time series
Data yang digunakan pada pembuatan timeseries atau rututan gempa pada domain
waktu adalah magnitude dan waktu terjadinya gempa dalam skala hari. Untuk
mengubah waktu terjadinya gempa dalam skala hari perlu dilakukan konversi
Julian date dengan t = 1 Januari 1973.
Konversi Julian date menggunakan excel :
Pertama buat sheet berisi data terjadinya gempa dalam kolom tahun, bulan,
dan tanggal. Lalu masukkan juga t0 di atas data paling atas.
Lalu pada cell D1, masukkan rumus =DATE(A1,B1,C1). Setelah itu drag
ke bawah sampai data gempa terakhir
-
7/21/2019 metode komputasi
17/26
Pada cell E2, masukkan rumus =D2-$D$1. Lalu drag ke bawah sampaidata terakhir.
Data itulah waktu terjadinya gempa dalam bentuk days
Buat new sheet, Ambil data magnitude dan masukkan dalam kolom A, dan
waktu Julian day dimasukkan dalam kolom B. setelah itu di save dengan
type .txt (tab delimited) dengan nama satuu.txt.
Copy satuu.txt dan rename data hasil copian dengan duua.txt. (Baseline
Correction).
Buka duua.txt menggunkan excel, setelah itu hitung rata-rata magtitude
data pada kolom C1.
Pada kolom D1, kurangi magtitude pada kolom A dengan rata-rata
magnitude. Gunakan =A1-$C$1. lalu drag sampai bawah. Copi data
tersebut ke kolom A dan hapus kolom C dan D.
Klik save.
Disini kita sudah mendapatkan dua data, yang pertama data asli dan kedua data
hasil baseline correction, kedua data ini akan diolah dalam Matlab.
-
7/21/2019 metode komputasi
18/26
Buka Matlab, ketik tstool pada command window. maka akan muncul
tampilan berikut
Pilih import array data pilih text file pilih satuu.txt klik
Nextpilih select the last
-
7/21/2019 metode komputasi
19/26
Klik Display
-
7/21/2019 metode komputasi
20/26
Time Series Data Gempa
Data Baseline Correction
5. Periodisitas Data GempaTujuan tahap ini adalah untuk mencari apakah dari data gempa di suatu
daerah dalam jangka waktu tertentu, terdapat pola khusus akan terjadinya
gempa bumi, hal ini digunakan untuk memperkirakan terjadinya gempa
dengan magnetude besar yang merusak.
Buka window time series tools.
Pilih create New. Ganti type dengan Spectral plot. Kemudian klik display.
-
7/21/2019 metode komputasi
21/26
Periodisitas Data Gempa Data Asli
Periodogram data2 (Data koreksi)
-
7/21/2019 metode komputasi
22/26
6. Konversi Magnitudo ke Energi
Tujuannya adalah untuk mengetahui besar energi gempa yang dihasilkan oleh
gempa dengan magnitudo tertentu.Beberapa jenis magnitudo gempa adalah
sebagai berikut:
Ms = Surface-wave Magnitude
mb = Body-wave Magnitude
ML = Local Magnitude
Mw = Moment magnitude
Me = Energy Magnitude
Setiap jenis magnitudo mempunyai hubungan masing-masing yang digunakan
untuk menghitung energi gempa
Semua jenis magnitude gempa diubah dalam bentuk Mw (Moment
Magitude).
Kemudian data gempa hasil konversi Mw dikonversi lagi ke bentuk Energi
Buka sheet baru kemudian copas data Mw.nyadan ubah Mw dalam bentuk
energi dengan persamaan sebagai berikut: =10^((A1+6.07)*1.5).
Rumus tersebut di dapat dari persamaan
-
7/21/2019 metode komputasi
23/26
Kemudian buka sheet baru copy julian day yang telah dibuat
sebelumnya,dan copy juga hasil konversi energi tadi
Save dalam dengan nama energi.txt.
Buka matlab dan lakukan langkah seperti dalam membuat time series
dengan data yang digunakan adalah energi.txt
-
7/21/2019 metode komputasi
24/26
Time Series Vs Energi Gempa
-
7/21/2019 metode komputasi
25/26
KESIMPULAN
Dari hasil analisis terhadap data gempa USGS antara 10LU hingga 50LU dan
110BT hingga 180BT diketahui bahwa gempa-gempa di area tersebut memilikikarakteristik sebagai berikut.
Data magnitudo gempa berhubungan secara eksponensial dengan data
jumlah gempa bermagnitudo tersebut
Nilai b-value dari data jumlah gempa Yang didapatkan untuk data gempa
benua Afrika adalah -0.9014, sudah mendekati -1 yang sesuai dengan
hukum Gutenberg-Richter.
Energi gempa terbesar di afrika adalah 1,79887E+21 Joule dan energi
terkecilnya adalah 1,79887E+18 Joule
-
7/21/2019 metode komputasi
26/26
REFERENSI
1. http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/
2.
http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/gempabumi.bmkg
3. http://id.wikipedia.org/wiki/Gempa_bumi
4.
http://www.adelia.web.id/geografris-australia/
5. http://id.wikipedia.org/wiki/australia/
http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/gempabumi.bmkghttp://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/gempabumi.bmkghttp://id.wikipedia.org/wiki/Gempa_bumihttp://id.wikipedia.org/wiki/Gempa_bumihttp://www.adelia.web.id/geografris-australia/http://www.adelia.web.id/geografris-australia/http://id.wikipedia.org/wiki/australia/http://id.wikipedia.org/wiki/australia/http://id.wikipedia.org/wiki/australia/http://www.adelia.web.id/geografris-australia/http://id.wikipedia.org/wiki/Gempa_bumihttp://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/gempabumi.bmkghttp://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/