Besaran energi dinyatakan dalam logaritma momen energi yang berkisar antara 10²⁰ erg sampai 10³⁰ erg.  Persamaan diatas menunjukkan bahwa perubahan satu skala magnitudo sebanding dengan perubahan momen energi sebesar  10^2,383 atau sekitar 242 kali magnitudo dibawahnya. Untuk log Mo=26.8 atau Mo= 10^26.8 sebanding dengan m_B=7 setara dengan 242 gempa bumi dengan m_B = 6 atau setara dengan sekitar 58884 gempa dengan m_B = 5 skala Richter. 

Hasil peta

1.   Peta Distribusi gempa bumi tiap periode 10 tahun, dari tahun 1900-2000

2.   Peta Distribusi Energi gempa bumi

5.2.              Sejarah Gempa merusak, (Peta Intensitas dan probabilitas komulatif Gempa Bumi)

Gempa merusak dan menelan korban merupakan suatu kejadian yang sering dilaporkan sejak zaman sebelum ditemukan alat pencatat gempa bumi (Seismograp). Laporan gempa merusak ini bisa dipakai sebagai data/sample perhitungan statistik untuk mendapatkan gambaran umum tentang kerusakan dan korban dimasa mendatang. Cara ini sebetulnya belum bisa menyimpulkan resiko gempa bumi secara ilmiah, namun cukup mendapatkan gambaran umum dari sejarah kerusakan yang pernah dialami suatu daerah. Cara yang lebih baik adalah dengan pengkajian karakteristik tiap sumber gempa dan menghitung probabilitasnya untuk pertimbangan resiko. Pengkajian sumber gempa merupakan pengkajian sesar-sesar aktif dan

     Untuk mendapatkan nilai-nilai Probabilita Kumulatif di beberapa daerah di Indonesia, dengan mempergunakan Metoda Analisa DistribusiWeibull, dengan memakai data sebanyak 280 gempa merusak dari tahun 1821 - 2000, yang merupakan gempa bumi utama (mainshock) pada magnitudo M > 5.0 skala richter.

Bahwa Distribusi Weibull untuk pertama kali dipakai menganalisa periode ulang dan probabilita gempa bumi oleh Hagiwara (1974). Distribusi Weibull yang dipergunakan, ditulis dengan persamaan sebagai berikut :

                                              (1)

       dimana : K dan m adalah konstanta (tetapan),

                K > 0 dan m > -1. 

 Dt adalah suatu keadaan dimana tidak terjadi gempa bumi sebelum waktu (t)dengan interval waktunya adalah dari (t) hingga ( t + Dt) ).

Pobabilita Kumulatif kejadian gempa bumi selama selang waktu nol dan t dituliskan sebagai berikut :

                                                                F(t) = 1 - R(t)                                                                                         (2)

dengan R(t) merupakan Reliabilita yang dirumuskan sebagai berikut :

                                         (3)

Perhitungan frekuensi dari gempa bumi (n_i) untuk setiap selang waktu Dt dipilih secara tepat. Kemungkinan terjadinya periode ulang gempa bumi yang terletak dalam selang waktu antara i. Dt dan (i+1). Dt; (untuk i = 0,1,2,3,...,n)diperoleh bentuk(n_i/N), dimana N adalah jumlah total gempa bumi.

Probabilita Kumulatif dapat diproleh dengan rumusan :

                                           (4)

Sedangkan nilai reliabilita R(t) dapat diperoleh dengan memasukkan persamaan (4) ke persamaan (2).

Jadi dengan demikian dapat diperoleh nilai Probabilita Kumulatif

dibeberapa daerah di Indonesia, adalah sebagai berikut :

Hasil peta

1. Sejarah gempa merusak tiap propinsi dengan memakai skala Intensitas MMI
2. Probabilitas gempa merusak tiap propinsi

5.3.              Peta Percepatan tanah maksimum

Perpindahan materi biasa disebut displacement. Jika kita lihat waktu yang diperlukan untuk perpindahan tersebut, maka kita bisa tahu kecepatan materi tersebut. Sedangkan percepatan adalah parameter yang menyatakan perubahan kecepatan mulai dari keadaan diam sampai pada kecepatan tertentu. Pada bangunan yang berdiri di atas tanah memerlukan kestabilan tanah tersebut agar bangunan tetap stabil. Percepatan gelombang gempa yang sampai di permukaan bumi disebut juga percepatan tanah, merupakan gangguan yang perlu dikaji untuk setiap gempa bumi, kemudian dipilih percepatan tanah maksimum atau Peak Ground Acceleration (PGA) untuk dipetakan agar bisa memberikan pengertian tentang efek paling parah yang pernah dialami suatu lokasi.

Efek primer gempabumi adalah kerusakan struktur bangunan baik yang berupa gedung perumahan rakyat, gedung bertingkat, fasilitas umum, monumen, jembatan dan infrastruktur struktur lainnya,  yang diakibatkan oleh getaran yang ditimbulkannya. Secara garis besar, tingkat kerusakan yang mungkin terjadi tergantung dari kekuatan dan kualitas bangunan, kondisi geologi dan geotektonik lokasi bangunan, dan percepatan tanah di lokasi bangunan akibat dari getaran suatu gempa bumi. Faktor yang merupakan sumber kerusakan dinyatakan dalam parameter percepatan tanah. Sehingga data PGA akibat getaran gempabumi pada suatu lokasi menjadi penting untuk menggambarkan tingkat resiko gempabumi di suatu lokasi tertentu. Semakin besar nilai PGA yang pernah terjadi disuatu tempat, semakin besar resiko gempabumi yang mungkin terjadi.

Pengukuran percepatan tanah dilakukan dengan Accelerograph yang dipasang dilokasi penelitian. Jaringan accelerograph milik BMG tidak lagi beroperasi karena mengalami kerusakan sejak tahun 1980an, sehingga pengukuran percepatan tanah dilakukan dengan cara empiris, yaitu dengan pendekatan dari beberapa rumus yang diturunkan dari magnitude gempa atau/dan data intensitas. Perumusan ini tidak selalu benar, bahkan dari satu metoda ke metoda lainnya tidak selalu sama. Namun cukup memberikan gambaran umum tentang PGA.

Gempa besar bisa terjadi berulang-ulang di suatu tempat. Kita kenal sebagai perioda ulang gempa bumi. Hal ini didukung oleh teori elastic rebound yang mempunyai fasa pengumpulan energi dalam jangka waktu tertentu dan kemudian masa pelepasan energi pada saat gempa besar.  Perioda ulang gempa besar bisa 10 tahun, 50 tahun, 100 tahun atau 500 tahun. Sehingga tingkat resiko bangunan terhadap gempabumi bisa terkait dengan periode ulang gempabumi. Kita ambil contoh jika bangunan dirancang untuk berumur pakai 50 tahun dan perioda ulang gempa ditempat tersebut 100 tahun, maka percepatan maksimum di tempat tersebut tentu akan kecil.

5.3.1.         Metode Pemetaan

Langkah-langkah membuat peta percepatan tanah maksimum (PGA) adalah sebagai berikut :

v             Menyusun kembali data-data gempabumi yang terjadi dalam wilayah Indonesia dan sekitarnya.

v             Membagi Indonesia menjadi grid dengan ukuran 0,5 derajad x 0,5 derajad.

v             Menghitung percepatan tanah untuk tiap-tiap grid untuk semua data gempabumi dengan beberapa formula dan memilih satu percepatan yang paling besar pada tiap-tiap grid.

v             Menghitung percepatan tanah maksimum untuk tiap-tiap grid untuk berbagai periode ulang dengan menggunakan metode McGuire.

v             Menentukan tingkat resiko berdasarkan nilai percepatan maksimum.

v             Membuat kontur peta resiko untuk wilayah Indonesia.

5.3.2.         Perhitungan Percepatan Tanah Maksimum (PGA)

Beberapa formula empiris PGA antara lain metode Donavan, Esteva, Murphy - O’Brein, Gutenberg – Richter, Kanai, Kawasumi dan lain-lain. Formula-formula empiris tersebut ditentukan berdasarkan suatu kasus gempabumi pada suatu tempat tertentu, dengan memperhitungkan karakteristik sumber gempabuminya, kondisi geologi dan geotekniknya. Dari beberapa formula tersebut kita pilih formula Murphy –O’Brein, Gutenberg-Richter dan Kanai untuk diterapkan pada penelitian ini. Formula Murphy-O’Brein memberikan hasil yang mirip dengan formula Gutenberg-Richter yang dikombinasikan dengan fungsi attenuasi gempabumi yang ditentukan berdasarkan gempa Flores, 12 Desember 1991. Formula Kanai perhitungan percepatan tanahnya memperhitungkan site effect yang direpresentasikan oleh periode dominan tanah di site tersebut. Perhitungan dengan formula-formula ini mengunakan data gempabumi selama periode 100 tahun.

Formula Murphy –O’Brein :

PGA=10^{(0,14 I + 0,24 M)} – 0,68(log d + 0,7 )

dimana :

PGA = Peak Ground Acceleration

I = Intensitas standard MMI

M = Magnitude gempabumi

d = jarak antara lokasi dengan sumber gempabumi

Formula Gutenberg-Richter :

 log a = I/3 –0.5 dan Io = 1,5 ( M-0,5)

dimana :

a = percepatan (gal), 

I = Intensitas (MMI) dan

Io = Intensitas pada hyposenter.

Fungsi attenuasi intensitas gempa Flores 12 Des 1992.

 I = Io exp. (-0,0021 X),

dimana :

I = intensitas pada jarak X km dari Io

Formula Kanai :

dimana :

M  =  Magnitudo gelombang permukaan

D  =  Jarak episenter

5.3.3.         Periode Ulang

Fenomena gempabumi dapat digambarkan sebagai pelepasan energi oleh batuan bumi yang mengalami stress (baik regangan maupun tekakan) setelah mengalami akumulasi dalam jangka waktu tertentu sesuai dengan sifat fisik batuan buminya. Semakin tinggi kekuatan batuan dalam menahan stress semakin besar pula energi yang  dilepaskan. Dengan perkataan lain, semakin besar periode ulang suatu gempabumi semakin besar pula magnitude gempabumi yang akan terjadi. Dan semakin besar magnitude gempabumi makin besar pula percepatan tanah yang terjadi di suatu tempat.

Untuk menghitung besarnya percepatan maksimum pada tiap-tipa grid digunakan metode McGuire, dimana probabilitas kejadian gempa dihitung berdasarkan distribusi ektrim Gumbel untuk periode ulang gempabumi 5, 10,20, 50, dan 100 tahun.

Metode McGuire :

dimana   :

b₁ =  472.3

b₂ =  0.278

b₃ =  1.301

m  =  magnitudo gelombang permukaan, dan

R   =  Jarak hiposenter

Ada 3 (tiga) tipe distribusi ekstrim gumbel yaitu : 

1.      Distribusi Ekstrim Gumbel tipe I  :

                 = exp [- exp{-a(x – v)}]                                          (1)

2.      Distribusi Ekstrim Gumbel tipe II  :

                 = exp {- }                                           (2)

3.      Distribusi Ekstrim Gumbel tipe III  :

                 = exp {-}                                                      (3)

dimana :

            a = parameter fungsi intensitas

            v = karakteristik harga maksimum

            x = suatu variable

e = batas bawah harga maksimum

w = batas atas harga maksimum

k =  parameter kelengkungan

Hasil peta

1.   Peta PGA metoda McGuire

2.   Peta PGA metoda Kanai

3.   Peta PGA metoda Murphy-O’Brein

4.   Peta PGA metoda Gutenberg-Richter

5.4.              Peta sejarah Tsunami

Istilah “tsunami” berasal dari kosa kata Jepang “tsu” yang berarti gelombang dan “nami” yang berarti pelabuhan, sehingga secara bebas, “tsunami” diartikan sebagai gelombang laut yang melanda pelabuhan.  Bencana tsunami terbukti menelan banyak korban manusia maupun harta benda, sebagai contoh untuk Tsunami di Flores  (1992) mengakibatkan meninggalnya lebih dari 2000 manusia, kemudian untuk tsunami di Banyuwangi (1994) telah menelan korban 800 orang lebih, belum termasuk hitungan harta benda yang telah hancur.

Tsunami ditimbulkan oleh adanya deformasi (perubahan bentuk) pada dasar lautan, terutama perubahan permukaan dasar lautan dalam arah vertikal. Perubahan pada dasar lautan tersebut akan diikuti dengan perubahan permukaan lautan, yang mengakibatkan timbulnya penjalaran gelombang air laut secara serentak tersebar keseluruh penjuru mata-angin. Kecepatan rambat penjalaran tsunami di sumbernya bisa mencapai ratusan hingga ribuan km/jam, dan berkurang pada sa’at menuju pantai, dimana kedalaman laut semakin dangkal. Walaupun tinggi gelombang tsunami disumbernya kurang dari satu meter, tetapi pada saat menghepas pantai, tinggi gelombang tsunami bisa mencapai lebih dari 5 meter. Hal ini disebabkan berkurangnya kecepatan merambat gelombang tsunami karena semakin dangkalnya kedalaman laut menuju pantai, tetapi tinggi gelombangnya menjadi lebih besar, karena harus sesuai dengan hukum kekekalan energi.

Penelitian menunjukkan bahwa tsunami dapat timbul bila kondisi tersebut dibawah ini terpenuhi :

v             Gempabumi dengan pusat di tengah lautan.

v             Gempabumi dengan magnitude lebih besar dari 6.0 skala Ricter

v             Gempabumi dengan pusat gempa dangkal, kurang dari 33 Km

v             Gempa bumi dengan pola mekanisme dominan adalah sesar naik atau sesar  turun

v             Lokasi sesar (rupture area) di lautan yang dalam (kolom air dalam).

v             Morfologi (bentuk) pantai biasanya pantai terbuka dan landai atau berbentuk teluk.

Metode pemetaan

Peta bahaya tsunami di wilayah Indonesia berasal dari dua peta; peta rawan tsunami dan peta potensi tsunami. Sumber data peta ini berasal dari catatan sejarah peristiwa alam tsunami di Indonesia dari tahun 0 sampai dengan tahun 2000. Sumber data peristiwa alam termasuk gempa bumi dan gunung meletus beserta akibatnya pada tahun 0 sampai dengan 1900 diambil dari catalog “The Earthquake of The Indonesian Archipelago” oleh Arthur Wichmann versi bahasa Inggris. Catalog ini berisi catatan peristiwa alam yang dirangkum dari berbagai sumber termasuk catatan harian pelaut, pedagang dsb. Peristiwa Tsunami diterjemahkan kedalam tingginya tsunami pada suatu lokasi untuk dipetakan.

Peta Potensi Tsunami adalah peta bahaya tsunami pada daerah tersebut berdasarkan peristiwa tsunami yang pernah terjadi.  Data dasar yang dipakai dalam pembuatan peta ini adalah ketinggian “run up” (limpasan gelombang tsunami di pantai) yang terukur di lapangan. Ketinggian diukur dengan titik dasar pada garis pantai. “Run up”  dikelompokkan menjadi 3 kategori  yaitu : tidak bahaya, dengan tinggi run up 0 – 2 m;  bahaya, dengan tinggi run up 2 - 5 m; dan  sangat bahaya,  dengan tinggi run up lebih dari 5m.

Peta rawan tsunami

Peta rawan tsunami menggambarkan pantai-pantai di Indonesia  yang rawan terhadap bahaya tsunami. Kerawanan terhadap tsunami disusun berdasarkan peta tektonik Indonesia, dimana zona-zona subduksi dan zona busur dalam (back arc thrust) merupakan sumber gempabumi dangkal di laut. Dengan demikian pantai yang menghadap kedua kondisi tektonik tersebut merupakan pantai yang rawan tsunami.

Hasil pemetaan

Peta potensi dan rawan tsunami.

5.5.              Peta Resiko Gempa Bumi

Semua pemetaan di atas disimpulkan dalam Peta resiko gempa bumi yang dihasilkan dari intergrasi dua peta yaitu peta yang menampilkan dampak gempa bumi di lokasi tertentu. Penampilan peta ini bisa dari integrasi percepatan maksimum tanah dengan Tsunami dan distribusi energi gempa dengan tsunami. Untuk integrasi ini perlu didefinisikan tingkat resiko gempa bumi. Definisi yang kita pakai sangat subjektif, karena banyak parameter yang tidak tersedia.  Definisi ini sangat mudah diubah-ubah dalam aplikasi SIG, sesuai dengan tingkat resiko dan parameter yang tersedia. Parameter yang dimaksud sangat dipengaruhi oleh kondisi lokal seperti ketebalan lapisan sedimen dan perioda dominan lapisan tanah.

Penjumlahan tingkat resiko didefinisikan sebagai penjumlahan linier;

T = R1 + R2

Dimana T=total resiko, R1, adalah resiko parameter I dan R2 adalah resiko parameter II.

5.5.1.         Peta Percepatan tanah maksimum dan tsunami

Peta percepatan tanah maksimum merupakan dampak gelombang gempa dilokasi pengamat, sehingga bisa menjadi ukuran resiko gempa bumi dan dijumlahkan dengan tingkat resiko tsunami. Peta percepatan tanah maksimum diklasifikasikan menjadi 10 (sepuluh) macam tingkat resiko berdasarkan besaran percepatan maksimum (satuan gal = cm/s²) dan Intensitas (satuan MMI).

Peta tsunami diklasifikasikan menjadi 10 macam tingkat resiko berdasarkan tinggi runup.

5.5.2.         Peta akumulasi energi gempa dan tsunami

Akumulasi energi gempa adalah jumlah seluruh gempa yang pernah terjadi dalam periode 100 tahun. Akumulasi ini menjadi ukuran tingkat seismisitas pada pemetaan ini dan dijumlahkan dengan tingkat resiko tsunami.

Klasifikasi resiko akumulasi energi gempa didefinisikan sbb:

Hasil pemetaan

1.   Peta resiko gempa 1, penjumlahan percepatan tanah maksimum dan tsunami.

Penjumlahan ini dilakukan dengan memakai beberapa peta percepatan tanah maksimum yaitu;

1.a. Percepatan tanah maksimum versi McGuire untuk perioda ulang 5,25,50 dan 100 tahun

1.b. Percepatan tanah maksimum versi Murphy-O’Brien

1.c. Percepatan tanah maksimum versi Gutenberg Richter

2.   Peta resiko gempa 2, penjumlahan akumulasi energi dan tsunami

6.       Team peneliti

Untuk memudahkan mekanisme kerja, kami bagi kelompok kerja berdasarkan pada unsur peta;

a)       Percepatan tanah; menghitung percepatan tanah

b)       Tsunami; mengumpulkan dan memetakan data tsunami

c)       Data makro;mengumpulkan dan memetakan data intensitas

d)       Hyposenter; memetakan berbagai macam seismisitas

e)       Sistem Informasi Geografi (SIG); merangkum semua unsur peta, merancang aplikasi dan membuat manual.

Anggota team terdiri dari;

1. Fauzi MSc PhD
2. Masturyono MSc PhD
3. Drs. Rasyidi Sulaiman
4. Ir. Sindhu Nugroho Msi
5. Drs. Subardjo Dip.Seis.
6. Drs. Wandono MSi
7. Ir. Rameo Adi MSc
8. Ir. Roberto Pasaribu DEA
9. Ir. Rinto Mardiyono SSi
10. Ir. Rizkita Paritusta MT
11. Guswanto SSi
12. RR Yuliana  P
13. Muzli
14. Iqbal
15. Karyono
16. Ariska R
17. Drs. Abdul Gafur

DAFTAR  ACUAN  :

1.       Benjamin F Howell,JR;  Introduction to Geophysics, Mc Graw Book Company, 1956

2.       P.J. Prih Harjadi & Subardjo, Fungsi Attenuasi Intensitas Gempa Flores 12 Desember 1992, Proceding PIT-HAGI ke 18 tahun 1993

3.       Ir. Gunawan, dkk, Diktat Perencanaan Struktur Tahan Gempa, Jilid 1, Delta Tehnik Group.

4.       Peta Resiko Gempabumi di Indonesia, Proyek Meteorologi dan Geofisika Pusat BMG dengan Jurusan Geofisika dan Meteorologi, FMIPA ITB- Bandung 1995.

5.        Hagiwara,Yukio, Probability of earthquake occurrence as obtained from a Weibull distribution analysis of crustal strain Tectonophysics,23 (1974),313-318.

6.        Rikitake,Tsuneji,Earthquake forecasting and warning,Center for Academic Publication,1981.

7.        Larson,Harold,J,Introduction to probability theory and statistical inference,second edition,John Wiley & son,Inc,1974.

8.        Sulaeman Ismail,Metode peramalan gempa bumi dan penerapannya,BMG,Departemen Perhubungan,1983.

9.        A Physical-Based Earthquake Recurrence Model for Estimation of Long-Term Earthquake Probabilities. Ellsworth, W.L., Matthews. M.V, Nadeau, RM., Nishenko, S.P., Raesenberg, PA., Simpson, R.W., Workshop on Earthquake recurrence state of the art and direction for the future, Istituto Nazionale de Geofisica, Rome, Italy, Feb.,1999.