analisis seismogram tiga komponen terhadap

ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP
PARAMETER SUMBER GEMPA DI SUMBAWA NUSA
TENGGARA BARAT
Muhlis, Bagus Jaya Santosa
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Institut Teknologi Sepeluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya, Indonesia 60111
Email: [email protected]
Abstrak
Zona patahan di daerah Sumbawa terdiri dari banyak segmen (bagian). Pengaruh dari
segmentasi patahan ini terhadap sumber gempa menunjukkan bahwa even-even
gempa yang akan datang juga terpengaruh oleh geometri patahan. Analisis
seismogram sintetik untuk mendapatkan parameter sumber gempa Sumbawa tanggal 8
Nopember 2009 yang episentrumnya berada pada lattitude -8.32 , longitude 118.70 dan
kedalaman 18.3 km dihitung dengan ISOLA yang inputnya adalah model bumi dan data
seismogram yang direkam oleh stasiun seismologi SBM, KSM dan KNRA.. Hasil
interpretasi atas analisis seismogram waveform tiga komponen menunjukkan bahwa
o
orientasi bidang patahan gempa Sumbawa memiliki sudut dip 39 terhadap bidang
horizontal yang menyebabkan zona patahan di daerah tersebut mudah bergeser dan
mudah terjadi gempa. Diketahui bahwa sesar penyebab gemapa bumi ini ialah sesar
reverse yang bergerak berarah Barat Laut-Tenggara..
Kata kunci: Patahan, parameter sumber gempa, waveform dan sesar
1. Pendahuluan
Indonesia terletak pada jalur pusat gempa gempa
bumi global circum-Pacifi, terletak di antara dua
samudra, dua benua dan tiga lempeng tektonik
mega. Hal inilah yang menyebabkan beberapa
daerah di Indonesia sering terjadi gempa bumi
dengan intensitas dan kekuatan gempa mulai
dari skala terkecil sampai skala terbesar [26],
terutama di Sumatra, Selatan Jawa, Nusa
Tenggara, Sulawesi dan Irian Jaya.
Gempa-gempa yang terjadi merupakan implikasi
geodinamik dari deformasi aktif di sekitar Sunda
(Java) trench (Lasitha, S et. al., 2006). Panjang
Java trench sekitar 5600 km, terhitung mulai dari
pulau Andaman-Nicobar sampai kepulauan Nusa
Tenggara Barat. Busur Java Trench merupakan
hasil tumbukan antara lempeng lautan, yaitu
lempeng India-Australia yang bergerak dengan
kecepatan 7 cm/tahun ke arah Utara, dengan
lempeng Euroasia. Interaksi lempeng-lempeng
yang terjadi di Selatan Busur Java Trench
menciptakan sebuah palung Jawa. Sebagian
besar gempa bumi utama di Nusa Tenggara
diikuti oleh aftershoc-nya. Hasil analisis
perubahan tekanan coulomb dapat digunakan
memprediksi tempat aftershoc dan magnitudenya.
Gambar 1. Pergerakan lempeng di sekitar
Indonesia (Humas, 2009)
2. Metode Penelitian
2.1 Inversi Waveform Tiga Komponen
1
3
4
8
5
9
2
6
Gambar 2. Episentrum gempa yang terjadi di
Sumbawa (Humas, 2009)
Studi tomografi, memberikan detail tentang
featur-featur struktural, begitu juga dengan polapola heterogenitas kecil. Studi ini telah banyak
mengembangkan pemahaman kita tentang
struktur dan dinamika dari interior dalam bumi
serta mekanisme gempa bumi melalui estimasi
parameter sumber gempa, CMT (Centroid
Moment Tensor). Karena gelombang seismik
merambat dari sumber menuju stasiun observasi
dalam ruang tiga dimensi, oleh karena itu
penentuan CMT gempa bumi menggunakan
fungsi Green satu komponen yakni pada arah
sumbu Z saja tentu belum cukup untuk
mengakomodasi komponen X dan Y pada
koordinat kartesian. Agar bisa menggunakan
seluruh data
seismogram,
maka
untuk
mengestimasi
parameter
sumber
gempa
digunakan fungsi Green berbasis waveform tiga
komponen
dalam
seismogram,
dimana
keseluruhan titik-titik data seismogram dianalisa.
Penelitian ini menganalisis waveform tiga
komponen gempa bumi Sumbawa pada tanggal
8 Nopember 2009 yang terjadi di daerah
Sumbawa. Analisis data yang digunakan ialah,
data seismik lokal yang diunduh dari data gempa
IRIS . Hasil analisis ini berupa parameterparameter gempabumi tersebut, meliputi Skala,
kedalaman dan energi gempabumi serta model
patahan penyebab gempabumi.
7
1
Gambar 3. Model kecepatan yang digunakan
untuk inversi momen tensor
Untuk memahami karakteristik gempa dilakukan
dengan memodelkan momen tensor gempa bumi
(Lay dan Wallace, 1995; Kayal, 2008; Shearer,
2009). Dalam memodelan momentensor ini dapat
dilakukan dengan menggunakan metode inversi
yang memanfaatkan waveform ataupun waktu
tiba gelombang P, penggunaan waveform lebih
baik (Kayal, 2008; Sokos dan Zahradnick, 2008).
Seismogram teleseismik komponen direkam oleh
network IA, selanjutnya diinversi dengan
menggunakan fungsi Green yang dihitung
dengan metode diskritisasi bilangan gelombang
yang dilakukan secara iterasi (Bouchon, 1981).
Untuk menghitung fungsi Green digunakan model
kecepatan satu dimensi dan hiposenter pada
beberapa event dari IRIS. Model kecepatan yang
digunakan adalah berdasarkan Haslinger (1999)
yang telah di modifikasi sebagaimana gambar 4.
Plot of Vp, Vs
dip dan rake penyebab gempa bumi. Selanjutnya,
momentensor ini dapat digunakan untuk
mengukur kekuatan gempa bumi dengan
menggunakan parameter momen seismik (M0).
Model Tomografi
0
5
10
.................(2)
D e p th (k m )
15
20
25
30
 moho 
35
40
45
Vp
Vs
1
2
3
4
Velocity (km/sec)
5
6
7
Gambar 4. Model kecepatan yang digunakan
untuk inversi momen tensor
Selanjutnya dilakukan proses inversi data
waveform tiga komponen dengan menggunakan
metode
iterasi
dekonvolusi
(Zahradnik,
2006;Sokos dan Zahradnik,2008; Kikuchi dan
Kanamori, 1991). Metode ini diimplementasikan
dalam software ISOLA yang dikembangkan untuk
mendapatkan
parameter-parameter
sumber
gempa bumi (Sokos dan Zahradnik, 2008).
Parameter-parameter gempa ini tergambarkan
dengan menggunakan Centroit Moment Tensor
(CMT) atau beach ball, parameter sesar
penyebab gempa dan kedalaman gempa bumi.
Selanjutnya, hasil parameter-patameter tersebut
digunakan untuk mengetahui bentuk patahan
yang
sebenarnya
(Fault-Plane)
dengan
menggunakan metode H-C (Zahradnik et al.
2008).
2.2 Parameter Sumber Gempa Bumi
Gempabumi disebabkan adanya gerakan suatu
sesar dengan karakter gerak tertentu. Model
gerak sesar dan karakter sesar penyebab gempa
bumi dapat diketahui berdasarkan Momen
Tensor gempa bumi. Momentensor ini digunakan
untuk menggambarkan arah gaya penyebab
gempa bumi. Gaya yang bergerak kearah i
terhadap j di simbolkan dalam Mij yang
merupakan komponen momen tensor. Momen
tensor (M) dapat diungkapkan berdasarkan
persamaan (1).
.........(1)
Sifat momen tesor ialah simetris, artinya Mij sama
dengan Mji. Nilai komponen Mij tersebut dapat
digunakna untuk mengetahui parameter strike,
Parameter sumber gempa bumi ini bergunakan
untuk zonasi mikro dan perlakuan resiko seismik.
Momen seismik (M0), momen magnituduh (Mw)
atau yang biasa disebut skala gempa, kedalaman
dan model bidang sesar penyebab gempabumi
tersebut. Pada analisis ini, digunakan waveform
lokal tiga komponen. Parameter-parameter
sumber gempa bumi ini diestimasi dengan
menggunakan model inversi untuk mencapai
fiiting waveform tiga komponen dengan baik
(Gambar 3). Proses inversi yang baik didasarkan
hasil pencocokkan data observasi dan data
sintetik hasil inversi. Hasil yang baik terjadi saat
data observasi dan data sintetik saling tumpang
tindih
3. Pembahasan
Data yang digunakan adalah data seismik lokal
yang diunduh dari data gempa IRIS. Yaitu gempa
bumi yang terjadi di daerah Sumbawa pada
tanggal 8 Nopember 2009 pukul 19:412:44,8
o
dengan magnitude 6,7 pada latitude -8,32 ,
o
longitude 118,70 dan kedalaman 18,30 km.
Stasiun yang dipilih adalah tiga stasiun terdekat,
yaitu SBM dan KSM Malaysia serta KNRA.
Gambar 5. Posisi stasiun dan gempa Sumbawa
8 Nopember 2009
Pada analisis data ini, digunakan waveform lokal
tiga komponen (BHN, BHE dan BHZ). Parameterparameter sumber gempa bumi ini diestimasi
dengan menggunakan model inversi untuk
mencapai fiiting waveform tiga komponen dengan
baik.
Gambar 6. Data seismogram yang direkam
stasiun SBM dengan tiga komponen: N, E dan Z
Gambar 9. Fitting seismogram perbanding
sintetik dan observasi gempa Sumbawa
Proses inversi yang baik didasarkan hasil
pencocokkan data observasi dan data sintetik
hasil inversi. Hasil yang baik terjadi saat data
observasi dan data sintetik saling tumpang
tindih
Gambar 7. Data seismogram yang direkam
stasiun KSM dengan tiga komponen: N, E dan Z
Gambar 10. Curve fitting seismogram moment
tensor empa Sumbawa
Hasil inversi berupa parameter gempa diatas,
digunakan untuk penggambarkan Fault-Plane
penyebab
gempabumi.
Penggambaran
dilakukan dengan menggunakan software hcplot
yang didasarkan pada metode H-C (Zadradnik
et al., 2008).
Gambar 8. Data seismogram yang direkam
stasiun SBM dengan tiga komponen: N, E dan Z
Hasil penggambaran Fault-Plane gempa
tanggal 8 Nopember 2009 ini seperti pada
gambar di bawah. Terlihat bahwa patahan
penyebab gempabumi berwarna hijau. Artinya,
patahan ini berarah Barat Laut-Tenggara..
orientasi bidang patahan gempa Sumbawa
o
memiliki sudut dip 39 terhadap bidang horizontal
yang menyebabkan zona patahan di daerah
tersebut mudah bergeser dan mudah terjadi
gempa. Diketahui bahwa sesar penyebab
gemapa bumi ini ialah sesar reverse yang
bergerak berarah Barat Laut-Tenggara..
Sumbawa
0
-10
Depth
-20
Daftar Pustaka
-30
-40
-40
-20
-50
0
-60
40
20
20
0
North-South (km)
-20
-40
40
East-West (km)
Gambar 11. Fault-Plane berdasarkan CMT
Selanjutnya, interpretasi dilakukan pada CMT.
Menurut Kayal (2008), CMT merupakan
penggambaran
model
sesar
penyebab
gempabumi tersebut . CMT yang digambarkan
dengan beach ball mempunyai arti fisis tertentu.
Yakni, bagian yang cerah merupakan asal gaya
yang menekan ke arah bagian yang gelap.
Dengan demikian, CMT tersebut menunjukkan
bahwa penyebab gempabumi ini berupa sesar
reverse (Kayal, 2008; Shearer, 2009). Namun,
Shearer (2009) menjelaskan dari CMT ini tidak
dapat digunakan untuk mengetahui jenis sesar
reverse tersebut berupa right lateral atau left
lateral. Sesar reverse ini jika didasarkan pada
hipocenter gempa termasuk dalam sesar Batee.
Menurut McCaffrey (2009) Sesar Batee ini
berupa sesasr reverse, sesuai dengan hasil
model inversi.
Bila terjadi gempa bumi disekitar sesar naik dan
sesar reverse. Kemungkinan ini juga telah
dipaparkan oleh McCaffrey (2009) dengan
gambar blok-blok sesar.
Gambar diatas
memaparkan bahwa lempeng subduksi bergerak
menunjam kebawah. Sedangkan lempeng
overriding (dalam hal ini lempeng Eurasia pada
Pulau Sumatra) yang bergerak berlawanan arah
dengan lempeng subduksi, selain itu lempeng ini
juga bergerak mendatar (sesar reverse).
Selanjutnya, lempeng sliver yang terletak di
antara lempeng subduksi dan lempeng overriding
ini mengalami dua gerakan, yaitu strike slip dan
reserve. Dengan demikian, wajar jika Sesar
Batee (termasuk dalam lempeng silver, karena
letaknya yang diapit oleh sesar Sumatra dan
Palung Sunda) penyebab gempabumi ini
termasuk reserve dan strike slip.
4. Kesimpulan
Analisis data gempa melalui inversi waveform
tiga komponen dilakukan dengan menggunakan
software ISOLA yang untuk mengestimasi CMT,
Fault Plane dan paramater sumber gempa.
Analisis dilakukan pada data gempa yang terjadi
di Sumbawa pada tanggal 8 Nopember 2009 dari
data IRIS. Hasil analisis ini diketahui bahwa
Bouchon, M. (1981). A simple method to
calculate Green's functions for elastic
layered
media,
Bulletin
of
the
Seismological Society of America, 71, 959971.
Humas, 2009. Penyebab Gempa Bumi di
Indonesia.
(http://www.bsmipusat.net/v2/article/penye
bab-gempa-bumi-di-indonesia)
Lasitha, S., Radhakrishna, M., ande Sanu, T.D..,
2006, Seismically Active deformation in
the Sumatra-Java Trench-arc region:
Geodynamic
Implications,
Current
Science, Vol. 90 No. 5, 10 March 2006.
Lay, T. and Wallace, Terry C., 1995. Modern
Global Seismology. Academic Press, New
York, USA, 521 p.
McCafferey, R. 2009. The Tectonic Framework of
the Sumatran Subduction Zone. Annu.
Rev. Earth Planet. Sci. Vol 37, pp 345366.
Natawidjaya, D.H, 2002, Neotectonics of the
Sumatra Fault and Paleogeodesy of the
Sumatra Subduction Zone, California
Institute
of
Technology
Pasadena,
California (Thesis).
Newcomb, K.R., and W.R. McCann, Seismic
history and seismotectonics of the Sunda
Arc, Journal of Geophysical Research, 92,
421-439, 1999.
Kayal J.R. 2008. Microearthquake Seismology
and Seismotectonics of South Asia.
Springer. India.
Kikuchi, M. and H. Kanamori (1991). Inversion of
complex body waves – III, Bulletin of the
Seismological Society of America, 81,
2335-2350.
Shearer, PM., 2009. Introduction To Seismology
Second Edition. Cambridge University
Press
Sieh K, Natawidjaja D. 2000. Neotectonics of the
Sumatran fault, Indonesia. J. Geophys.
Res. 105:28295–326
Sokos, E.. and Zahradník, J.2008.ISOLA a
Fortran code and a Matlab GUI to perform
multiple-point source inversion of seismic
data.Computers & Geosciences 34,967–
977
Zahradnik, J., Gallovic F., E. Sokos, A.
Serpetsidaki
and
G-A.
Tselentis.
2008.Quick Fault-Plane Identification by a
Geometrical Method: Application to the
Mw 6.2 Leonidio Earthquake, 6 January
2008, Greece. Seismological Research
Letters
Volume
79,
Number
5,
September/October 2008, 653-662.
Zahradnik J., Serpetsidaki A., Sokos, E. and
Tselentis
G.A
(2006)
.
Iterative
deconvolution of regional waveforms and a
double-event interpretation of the lefkada
earthquake,
Greece
(http://seismo.geology.upatras.gr/isola/ ).