Penelitian baru tentang gempa Tohoku-Oki berkekuatan 9.0 skala Richter mengeksplorasi titik temu antara ilmu bumi, sifat material, dan teknik pemodelan tingkat lanjut. Dengan menggabungkan aspek-aspek bidang keilmuan tersebut, Ehsan Jamali Hondori dan Taman Jin-Oh di Universitas Tokyo mampu mengidentifikasi peran sedimen bawah laut dalam gempa mematikan yang melanda Jepang pada tahun 2011. Penelitian ini juga dapat membantu mengidentifikasi patahan yang rentan terhadap gempa serupa di masa depan.
Penelitian keduanya berfokus pada patahan dorong batas lempeng dangkal, yang juga dikenal sebagai décollement, yang merupakan zona aktivitas tektonik yang sangat dangkal dan tidak stabil. Sesar ini terletak relatif terhadap zona subduksi Palung Jepang di lepas pantai timur Jepang, dan pecahnya patahan tersebut menyebabkan gangguan di dasar laut yang menimbulkan gelombang tsunami yang terkait dengan gempa bumi Tohoku-Oki. Penafsiran berskala besar ini diterima dengan baik; namun, yang memerlukan penyelidikan lebih lanjut adalah stabilitas sedimen di bawahnya (partikel berlapis yang belum menjadi batuan padat) yang mungkin mempengaruhi penyebaran patahan.
Jamali Hondori dan Park mempelajari stabilitas ini menggunakan pencitraan seismik 2D, diikuti dengan perhitungan tekanan fluida pori sedimen di décollement. Pencitraan seismik memungkinkan rekonstruksi struktur geologi, dan tekanan pori-fluida menggambarkan perilaku partikel sedimen saat terkena beban tekanan tinggi yang berasal dari laut di atas décollement.
Data seismik dan data pori-fluida dikumpulkan secara terpisah, dengan data seismik dalam bentuk seismogram, dan data pori-fluida diplot terhadap regangan geser dan jarak dari parit.
Jackpot data
Episentrum gempa terletak sangat dekat dengan lokasi 2E yang merupakan lokasi survei penelitian sebelumnya. Dengan posisi prima dibandingkan décollement, Jamali Hondori dan Park mendapatkan keuntungan besar dalam hal gambar kedalaman seismik.
Gambar kedalaman seismik dari décollement mengungkapkan pembentukan prisma akresi. Ini adalah kumpulan sedimen yang terlantar yang telah dikeruk dan terdesak oleh pergerakan tektonik kawasan. Mengukur kecepatan relatif gelombang seismik melalui struktur sedimen ini memungkinkan keduanya menyimpulkan bahwa tekanan fluida pori sedimen menyebabkan destabilisasi, yang pada gilirannya menyebabkan aktivitas seismik di dekat lokasi 2E.
Penelitian ini menemukan hubungan penting antara penyebab gempa dan bagaimana cairan mengalir dari sedimen. Hal ini dievaluasi dengan menghitung “rasio tekanan berlebih fluida”, yang mengukur drainase dan jumlah fluida yang masih ada dalam sedimen. Jamali Hondori dan Park telah menunjukkan bahwa di bawah situs 2E, terdapat jalur drainase aktif. Akibatnya rembesan fluida dari sedimen mengakibatkan kondisi tekanan air pori di zona ini menjadi lebih rendah. Namun, pada bagian décollement, cairan pori bertekanan tinggi terperangkap di dalam sedimen kedap air. Hal ini menyebabkan ketidakstabilan patahan dan berkurangnya gesekan, sehingga mendukung perambatan patahan.
Sedimen yang tidak stabil
Singkatnya, pembebanan tektonik dan tekanan termal pada sedimen saat sedimen bergerak di sepanjang substratnya kemungkinan merupakan penyebab terjadinya patahan besar yang tidak terduga pada gempa bumi Tohoku-Oki. Dengan kata lain, gempa Tohoku-Oki disebabkan oleh tekanan hidrostatis laut yang menekan sedimen. Hal ini pada akhirnya mengganggu kestabilan sedimen dalam skala mikroskopis, sehingga menciptakan pergerakan tektonik skala besar.
Jika tekanan pori-fluida dan tekanan hidrostatis sama besarnya, maka tidak akan terjadi beban seismik. Sebaliknya, disparitas keduanya menjadi penyebab terjadinya pergeseran koseismik yang besar pada saat gempa bumi, dimana koseismik mengacu pada peristiwa mekanis yang bertepatan dengan aktivitas seismik.
Para peneliti menganalisis tegangan efektif geser dan vertikal di lokasi patahan, selain rasio tegangan efektif vertikal yang dihitung terhadap perkiraan – yang keduanya digambarkan sebagai rasio tegangan efektif. Analisis ini mengungkapkan kecenderungan patahan tersebut terhadap slip dan pecah koseismik, dimana rasio tegangan efektif yang rendah mengakibatkan slip patahan dan tsunami yang terkait.
Perpindahan horizontal
Redaman gelombang mengisyaratkan sifat astenosfer bumi
Akhirnya, Jamali Hondori dan Park menyimpulkan bahwa pola keruntuhan yang kompleks pada sesar menciptakan kondisi di mana tekanan fluida pori berperan penting dalam menentukan tingkat tegangan geser. Akibatnya, para peneliti menunjukkan bahwa perpindahan horizontal yang sepadan dengan fluktuasi stabilitas sedimen menyebabkan gempa besar ini.
Penelitian ini juga mempunyai implikasi terhadap pemahaman kita mengenai sesar dorong décollement, yang menggambarkan pentingnya sifat-sifat sedimen di bawah sesar tersebut. Dimungkinkan untuk mempelajari profil sedimen dari patahan tertentu dan memprediksi gempa bumi kuat sebelum terjadi. Kemampuan untuk memperkirakan bahaya yang disebabkan oleh alam akan sangat berharga bagi masyarakat yang tinggal di garis pantai, terutama karena perubahan iklim mendorong frekuensi bencana alam yang semakin serius.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Laporan Ilmiah.
