Diagram menunjukkan perpindahan (kiri) serta tekan dan tarik pada kondisi awal gelombang seismik (kanan) dari pusat gempa
Mekanisme fokal atau mekanisme sumber gempa bumi adalah penjelasan mekanisme deformasi pada wilayah sumber gempa yang membangkitkan gelombang seismik pada gempa bumi. Pada kasus kejadian yang berkaitan dengan sesar, mekanisme fokal menunjukkan orientasi bidang dan vektor gelincir dari sesar sehingga dikenal juga sebagai solusi bidang sesar. Mekanisme fokal diturunkan dari penyelesaian tensor momen dari gempa bumi; momen tensor ini diperkirakan dengan menganalisis bentuk gelombangseismik yang terobservasi. Mekanisme fokal dapat diturunkan dengan mengamati pola "gerak awal", yaitu, apakah gelombang primer yang pertama kali datang mengarah ke atas atau bawah. Metode ini digunakan sebelum bentuk gelombang dapat terekam dan teranalisis secara digital serta metode ini tetap digunakan pada gempa bumi yang terlalu kecil untuk memperoleh solusi tensor momen secara mudah. Mekanisme fokal saat ini utamanya diturunkan menggunakan analisis semi-otomatis dari bentuk gelombang yang tercatat.[1]
Solusi tensor momen
Diagram "bola pantai" tipikal dari setiap jenis sesar
Solusi tensor momen pada umumnya ditampilkan secara grafis menggunakan diagram "bola pantai". Pola energi yang dipancarkan gempa bumi dengan gerakan satu arah pada bidang sesar tunggal dapat dimodelkan sebagai kopel ganda, dijelaskan secara matematika sebagai kasus khusus dari tensor orde kedua (serupa dengan tensor tegangan dan regangan) dikenal sebagai tensor momen.
Gempa bumi yang tidak disebabkan oleh gerakan sesar memiliki pola pemancaran energi yang berbeda. Misalnya pada kasus ledakan nuklir bawah tanah, tensor momen seismik bersifat isotropik dan perbedaan ini memungkinkan ledakan seperti itu dengan mudah dibedakan dari respons seismiknya. Sifat ini menjadi bagian penting dalam pemantauan untuk membedakan antara getaran yang berasal dari gempa bumi dan ledakan pada Traktat Pelarangan Menyeluruh Uji Coba Nuklir.
Representasi grafis
Langkah penggambaran mekanisme fokal secara grafis
Data gempa bumi diplotkan menggunakan proyeksi stereografik belahan bumi bawah. Azimut dan sudut pergi digunakan dalam mengeplot posisi rekaman seismik tunggal. Sudut pergi adalah sudut vertikal dari gelombang seismik yang muncul dari pusat gempa bumi. Sudut ini dihitung dari tabel set standar yang menjelaskan hubungan sudut pergi dengan jarak antara pusat gempa dan stasiun pengamatan. Sebagai konvensi, simbol berwarna digunakan untuk mengeplot data dari stasiun dengan gerak awal gelombang primer yang terekam ke atas (gelombang tekan), simbol tak berwarna untuk gerak awal turun (gelombang tarik), dan simbol bertitik untuk stasiun dengan gelombang terlalu lemah untuk mendapatkan arah gerak awal.
Jika terdapat pengamatan yang cukup, dapat digambarkan dua lingkaran besar tegak lurus berbatas jelas yang membagi pengamatan tekan dan tarik, menciptakan bidang nodal. Pengamatan dari stasiun dengan gerak awal tidak jelas pada umumnya berada dekat dengan bidang ini. Konvensi lainnya, kuadran tekan diberi warna dan kuadran tarik dibiarkan tidak berwarna. Dua bidang nodal berpotongan di sumbu-N (netral). Sumbu-P dan T juga seringkali diplotkan; ketiga sumbu ini berturut-turut besesuaian dengan arah tegangan tekan utama maksimum, minimum, dan menengah yang disebabkan gempa bumi. Sumbu-P diplotkan pada tengah segmen putih dan sumbu-T pada tengah segmen berwarna.
Bidang sesar yang menyebabkan gempa bumi sejajar dengan salah satu bidang nodal dengan bidang lainnya disebut bidang bantu. Bidang sesar tidak mungkin ditentukan hanya oleh mekanisme fokal walaupun bidang nodal pada dasarnya adalah bidang sesar. Pada beberapa kasus, bukti geologi dan geofisika diperlukan untuk menghilangkan keambiguan. Vektor gelincir, arah gerak satu sisi sesar relatif terhadap sisi lain, berada di dalam bidang geser, membentuk sudut 90 derajat dari sumbu-N.
Sebagai contoh, pada gempa bumi Samudra Hindia 2004, solusi tensor momen memberikan dua bidang nodal, satu menunjam ke arah timur laut pada sudut 6 derajat dan lainnya menunjam ke arah barat daya pada sudut 84 derajat. Pada kasus ini, gempa bumi secara pasti disebabkan oleh bidang yang menunjam secara dangkal ke arah timur laut karena arah ini merupakan orientasi dari lempeng yang bersubduksi sebagaimana yang dijelaskan berdasarkan lokasi gempa bumi historis dan model lempeng tektonik.[2]
Solusi bidang sesar berguna dalam menjelaskan jenis sesar dalam volume seismogenik pada kedalaman dengan ketiadaan tanda permukaan dari bidang sesar, atau ketika jejak sesar tertutupi samudra. Contoh paling sederhana adalah keberhasilan pengujian hipotesis pemekaran lantai samudra dengan demonstrasi gerakan di sepanjang pergeseran sesar samudra[3] yang bertentangan dengan yang diekspektasikan pada interpretasi geologi klasik dari punggungan samudra berimbang. Demonstrasi dilakukan dengan mengonstruksi solusi bidang sesar dari gempa bumi pada sesar samudra, menunjukkan plot bola pantai mengikuti sesar mendatar, dengan salah satu bidang nodal sejajar sesar dan menggelincir pada arah yang diperlukan dalam gagasan pergeseran sesar samudra.[4]
Solusi bidang sesar juga memainkan peran kunci dalam penemuan bahwa zona gempa bumi dalam pada beberapa lempeng subduksi berada dalam kondisi tekan dan lempeng subduksi lain dalam kondisi tarik.[5][6]
Penghitung mekanisme fokal
Terdapa beberapa program yang tersedia untuk membuat solusi mekanisme fokal. BBC, kotak alat berbasis MATLAB, tersedia untuk membuat diagram bola pantai. Perangkat lunak ini mengeplot data polaritas gerak awal yang sampai pada stasiun berbeda. Kompresi dan dilasi dipisahkan dengan menggunakan bantuan tetikus. Diagram final dihasilkan secara otomatis.[7]
^Sipkin, Stuart A. (1994). "Rapid determination of global moment-tensor solutions". Geophysical Research Letters. 21 (16): 1667–1670. doi:10.1029/94GL01429.
^Wilson, J. Tuzo (1965). "A new class of faults and their bearing on continental drift". Nature. 207: 343–347. doi:10.1038/207343a0.
^Sykes, Lynn R. (1967). "Mechanism of earthquakes and nature of faulting on the mid-oceanic ridges". Journal of Geophysical Research. 72 (8): 2131–2153. doi:10.1029/JZ072i008p02131.
^Isacks, Bryan; Molnar, Peter (1971). "Distribution of stresses in the descending lithosphere from a global survey of focal-mechanism solutions of mantle earthquakes". Reviews of Geophysics and Space Physics. 9 (1): 103–174. doi:10.1029/RG009i001p00103.
^Vassiliou, Marius S. (1984). "The state of stress in subducting slabs as revealed by earthquakes analysed by moment tensor inversion". Earth and Planetary Science Letters. 69 (1): 195–202. doi:10.1016/0012-821X(84)90083-9.
^Shahzad, Faisal (2006). Software development for fault plane solution and isoseismal map (Tesis M.Sc.). Islamabad: Universitas Quaid-i-Azam.
