model inversi 1d struktur lapisan kerak bumi dengan

JURNAL SAINS POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-7
1
MODEL INVERSI 1D STRUKTUR LAPISAN KERAK BUMI DENGAN
METODE ALGORITMA GENETIK DI PROVINSI SUMATERA UTARA
INDONESIA
Gigih Wahyu Akbar(1), Bagus Jaya Santosa(2)
Jurusan Fisika FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected] (1), [email protected] (2)
Abstrak— Sumatera Utara merupakan salah satu zona
tektonik aktif di Indonesia karena memiliki zona sesar
semangko sebagai akibat pertemuan batas lempeng di lepas
pantai pulau Sumatera. Inilah yang menyebabkan Sumatera
utara sering mengalami gempa tektonik dangkal hingga
sedang. Tujuan dari penelitian ini adalah studi spesifik
mengenai struktur kecepatan gelombang gempa 1-D dan
letak hypocenters yang lebih akurat di daerah Sumatera
utara dengan menggunakan metode algoritma genetik. Data
yang digunakan sebanyak 22 event gempa di area sekitar
Sumatera Utara 1° - 4° Lintang Utara dan 98° - 100° Bujur
Timur) yang terjadi pada bulan Januari 2010 – Mei 2010
yang terekam dibeberapa stasiun seismograf setempat (PSI,
TSI, SBSI, TRSI RPSI dll). Model struktur 1-D didapatkan
dengan menganalisa waktu tempuh gelombang P dan S dari
data gempa lokal, yaitu dilakukan dengan picking
menggunakan WinQuake. Kemudian dilakukan inversi
menggunakan software hypoGA untuk mendapatkan nilai
dari 3 lapisan terbaik dibawah permukaan provinsi Sumatra
utara. sehingga didapatkan model struktur 1-D kecepatan
gelombang P dan S serta relokasi gempa di daerah tersebut.
ideal. Model ini tentu saja tidak sesuai dengan kondisi wilayah
kepulauan Indonesia yang mempunyai tatanan tektonik yang
kompleks karena sangat mungkin menimbulkan kesalahan
dalam perhitungan parameter hiposenter gempa.
Studi tentang model kecepatan 1-D struktur lapisan kerak
bumi ini dikembangan oleh Groot-Hedlin dan Vernon (1998).
Software yang digunakan dalam menganalisa model kecepatan
1D struktur lapisan kerak bumi ini dengan hypoGA yang sudah
terbukti bisa mendapatkan nilai dari 3 lapisan terbaik dari
model kecepatan 1D struktur lapisan kerak bumi dengan baik
oleh Alfonso Emidio de Vasconcelos Lopes dan Marcelo
Assumpcao (2010).
Daerah Sumatera utara merupakan salah satu zona tektonik
aktif di Indonesia karena memiliki zona sesar semangko
sebagai akibat pertemuan batas lempeng di lepas pantai pulau
Sumatera.. Inilah yang menyebabkan Sumatera utara sering
terjadi gempa tektonik dangkal hingga sedang. Sehingga studi
spesifik mengenai struktur kecepatan gelombang gempa 1D
penting dilakukan. Hasil studi ini juga diharapkan dapat
memberikan informasi tambahan untuk penelitian lebih lanjut
mengenai karakteristik struktur dangkal di daerah ini.
Kata kunci: Model kecepatan 1D, Algoritma Genetik,
HypoGA, Sumatera Utara
II. LOKASI DAN DATA GEMPA BUMI
I. PENDAHULUAN
ndonesia merupakan daerah pertemuan 3 lempeng tektonik
besar, yaitu meliputi lempeng Indo-Australia, Eurasia dan
lempeng Pasific. Salah satu kasusnya adalah Lempeng
India-Australia yang bertabrakan dengan lempeng Eurasia
dilepas pantai Sumatera, yang menyebabkan seringnya terjadi
gempa bumi disepanjang pulau sumatera dan menjadikan
kawasan ini menjadi daerah aktif gempa bumi.
Dengan melihat tingginya aktifitas kegempaan khususnya
Badan Metereologi Klimatolgi dan Geofisika (BMKG) harus
memiliki data yang memadai dan tepat tentang parameter
hiposenter dari gempa untuk diinformasikan ke masyarakat
luas. Parameter ini biasanya berupa magnitudo (kekuatan
gempa), origin time (waktu terjadinya gempa), episenter
(lokasi gempa), dan kedalaman pusat gempa. Ketelitian
perhitungan parameter gempa sangat tergantung pada model
struktur kecepatan gelombang gempa yang digunakan. Di
Indonesia model yang digunakan untuk menghitung parameter
hiposenter gempa adalah model Jeffrey-Bullen. Model struktur
kecepatan tersebut dibuat dengan asumsi model bola bumi
I
Dalam penelitian ini daerah yang dijadikan area penelitian
adalah wilayah Pulau Sumatera Indonesia yang dikenal
merupakan kawasan rawan gempa. Penunjaman yang terjadi
disebelah barat pulau sumatera akibat bertabrakan dengan
lempeng Indo-Australia berakibat pulau sumater kaya akan
sesar dan patahan aktif yang setiap saat berpotensi terjadinya
gempa bumi dan tsunami. tepatnya di sekitar provinsi
Sumatera Utara. Area penelitian terletak pada koordinat 1° 4° Lintang Utara dan 98° - 100° Bujur Timur, Luas daratan
Provinsi Sumatera Utara 71.680 km².
Data yang digunakan adalah hiposenter dari beberapa event
gempa di kawasan provinsi Sumatera Utara Indoensia dari IA
atau Geofon yang dapat didownload secara gratis di
http://webdc.eu/arclink/query?sesskey=45c89bcf pada periode
tanggal 10-01-2010 s.d 31-05-2010. Jumlah gempa sebanyak
sebanyak 22 event dengan kekuatan Magnitude ≥ 4,6. Jaringan
stasiun pencatat yang dipergunakan dalam relokasi gempagempa di wilayah Sumatera utara ini sebanyak 20 buah stasiun
jaringan perekam gempa bumi yang tersebar di sepanjang
Pulau Sumatera. Posisi sumber gempa bumi di kawasan
provinsi Sumatera Utara dan stasiun-stasiun yang ada di
sekitarnya dapat dilihat pada gambar 2.
JURNAL SAINS POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-7
Dari serangkaian proses penelitian ini, di provinsi Sumatera
utara diketahui kecepatan rata-rata untuk Vp/Vs nya adalah
sebesar 1,74. Sedangkan parameter upper crust (V1) yang
merupakan lapisan atas kerak bumi dengan nilai rata-rata Vp
adalah 6,2 km/s pada kedalaman 00,0. Lower crust (V2) yang
merupakan lapisan yang lebih rendah dengan nilai rata-rata Vp
adalah 7,0 km/s pada kedalaman 13,15 km. Upper mantle (V3)
yang merupakan lapisan kerak paling bawah dengan nilai ratarata Vp adalah 8,2 km/s.
Mendapatkan model kerak rata-rata dengan menggunakan
metode algoritma genetik terbukti sangat berguna. Pada
inversi GA tidak mudah digunakan dengan metode yang lain
seperti metode linierisasi, karena beberapa parameter seperti
ukuran populasi, jumlah generasi, crossover dan tingkat
mutasi perlu di isi sedemikian rupa untuk dapat dilakukan
inversi yang efisien. Keuntungan dari metode GA sendiri
diantaranya adalah analisis dari berbagai model dapat diterima
dan distrubisi dari parameter model memberikan perkiraan
model kompleksitas dalam struktur kerak yang sebenarnya.
Analisis
distribusi
solusi
GA
berpotensi
dapat
menggungkapkan minimum local yang berbeda yang mingkin
berhubungan dengan fitur struktur lapisan dalam bumi.
5
Pengetahuan tentang perambatan gelombang gempa bumi
membuka pikiran kita bahwa perambatan gelombang gempa
bumi dan berbagai fenomena yang berkaitan dengan cara
untuk memahami struktur dalam bumi. Berbagai pengetahuan
tersebut selanjutnya dapat digunakan untuk kepentingan lain
seperti membaca pola lapisan di bawah permukaan bumi pada
kawasan rawan gempa seperti halnya dalam penelitian ini di
provinsi Sumatera utara sebagai bagian informasi yang
penting untuk disampaikan kepada masyarakat agar mereka
paham tentang potensi bahaya daerah rawan gempa bumi yang
menjadi tempat tinggal kita selama ini.
IV. KESIMPULAN
Pemodelan inversi 1D struktur lapisan kerak bumi dengan
metode algoritma genetik di sumatera utara Indonesia
dilakukan menggunakan perangkat lunak hypoGA yang
bertujuan untuk mngetahui model kecepatan gelombang
dibawah permukaan pulau sumatera utara yang lebih spesifik
serta letak hyposenter yang lebih akurat pada daerah tersebut.
Didapatkan nilai Vp/Vs adalah 1,74. model struktur 1D
kecepatan gelombang P pada 3 lapisan terbaik di bawah
permukaan tanah, yaitu:
 Upper Crust (V1) sebesar 4,2 km/detik pada kedalaman
00.0 km.
 Lower Crust (V2) sebesar 7.0 km/detik pada kedalaman
13.15 km.
 Upper Mantle (V3) sebesar 8.2 km/detik pada
kedalaman 46.4 km. (bidang diskontinuitas Moho).
DAFTAR PUSTAKA
Gambar 8. Grafik model struktur 1D kecepatan gelombang P dibawah
permukaan provinsi Sumatera utara Indonesia
Dalam penelitian ini, dibawah permukaan lapisan kerak
bumi di provinsi Sumatera utara teridentifikasi perubahan
kecepatan gelombang pada lapisan upper mantle di kedalaman
46,4 km, dimana lokasi perubahan ini biasanya sering disebut
sebagai bidang diskontinuitas yang dikenal sebagai bidang
diskontinuitas Moho.
Dari berbagai fasa gelombang yang didapat yaitu
gelombang P, gelombang S dan beberapa parameter yang lain.
Dan dilakukan pengolahan data berdasarkan waktu tiba dan
jarak dengan proses pengolahan data menggunakan WinQuake
dan hypoGA akan meberikan gambar yang berbeda. Dari plot
ini di dapat bahwa kecepatan rambat gelombang gempa bumi
dapat dimodelkan dengan bentuk kurva seperti Gambar 8.
Pada saat gelombang merambat didalam bumi ternayata
dijumpai perubahan kecepatan pada setiap kedalaman tertentu.
[1] Alfonso Emidio and Marcelo Lopes, 2010, Genetic
Algorithm Inversion of the Average 1D Crustal Structure
Using Local and Regional Earthquakes , Sao Paulo,
Brazil.
[2] Coley,D.A., 1998, An Introduction to Genetic Algorithms
for Scientists and Engineers, World Scientific, 22-26
[3] Puspito. Nanang T., 1996, Struktur Kecepatan Gelombang
Gempa dan Koreksi Stasiun Seismologi di Indonesia, JMS
Vol.1. No.2 Oktober 1996.
[4] Richards P.G, 1990, Theoretical Seismology, course 2,
Departement of Geological Science and Lamont-Doherty
Geological Observatory Columbia University. NewYork:
USA.
[5] Setyowidodo Irwan, 2011, Analisis Seismogram Tiga
Komponen Terhadap Moment Tensor Gempa Bumi di
Manokwari Papua Barat, Jurusan Fisika. Institut
Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
[6] Shearer, PM. 2009. “Introduction to seismology, seconf
edition”.Cambrige University Press.
[7] Wandono dkk, 2004, Struktur 1D Kecepatan Gelombang
P untuk Wilayah Toba dan Sekitarnya, Prosiding PIT
HAGI XXIX Yogjakarta.
[8] Widiyantoro, Sri dkk, 2004, Seismisitas dan Struktur
Kecepatan Gelombang Seismik di Sepanjang Pulau Jawa,
Prosiding PIT HAGI XXIX Yogjakarta.
[9]
http://www.webdc.eu
[10] http://www.bmkg.go.id/BMKG_Pusat/Depan.bmkg