bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang dan Permasalahan
Konsep transformasi wavelet awalnya dikemukakan oleh Morlet dan
Arens (1982), di bidang geofisika untuk menganalisis data seismik yang tidak
stasioner, kemudian berkembang di berbagai bidang seperti matematika,
pemprosesan sinyal digital, analisis numerik, pemprosesan citra (image
prosessing), fisika, dan bidang lainnya. Transformasi wavelet pada dasarnya
adalah suatu proses transformasi yang menggunakan integral kernel (kernel
integration) yang disebut ‘wavelet’. Pada proses transformasi wavelet yang perlu
diperhatikan adalah, informasi apa yang akan diperoleh pada saat menggunakan
transformasi wavelet dan bagaimana cara melakukan proses transformasi wavelet
(Kummar dan Efi, 1994).
Informasi yang akan diperoleh dalam transformasi wavelet adalah
representasi sinyal dalam ‘domain waktu’ ke dalam ‘domain waktu-frekuensi’
atau dikenal dengan ‘time frequency representation’. Proses yang dilakukan
pertamakali adalah memilih wavelet ‘mother wavelet’ dan kemudian ‘family
wavelet’ dengan cara mentranslasi (translated) dan mendilatasi (dilated) mother
wavelet. Proses yang kedua adalah mengintegralkan perkalian antara wavelet
dengan fungsi yang ditransformasi.
Analisis sinyal tidak stasioner seperti data seismik dalam domain waktu
frekuensi untuk keperluan ekstraksi kandungan informasi sinyal secara
konvensional dikerjakan dengan metoda STFT (Short Time Fourier Transform).
Keterbatasan metoda STFT adalah terletak pada pemilihan jendela (window) yang
tetap. Pemilihan jendela waktu yang sempit akan memberikan resolusi frekuensi
yang rendah dan pemilihan jendela waktu yang lebar akan memberikan resolusi
waktu yang rendah.
Pada proses analisis sinyal dalam kawasan waktu-frekuensi, supaya
diperoleh resolusi yang berharga konstan maka dipergunakan suatu jenis
22
“wavelet” untuk analisis sinyal dalam kawasan waktu-frekuensi. Proses analisis
waktu frekuensi dikerjakan dengan cara mengkonvolusi sinyal dengan wavelet.
Pada proses analisis waktu frekuensi, resolusi frekuensi diperoleh dengan
mendilatasi wavelet menggunakan skala tertentu dan resolusi waktu diperoleh
dengan mentranslasi wavelet dengan faktor translasi tertentu. Kombinasi
penentuan nilai skala dan nilai translasi dalam proses analisis waktu frekuensi
berbasis CWT (Continuous Wavelet Transform) akan memberikan hasil analisis
yang mempunyai resolusi yang tinggi. Wavelet yang dipergunakan pada
penelitian ini adalah Wavelet Morlet.
Pada penelitian ini akan dilakukan analisis data gempa vulkanik Gunung
Merapi menggunakan transformasi Wavelet Morlet. Penggunakan transformasi
Wavelet Morlet untuk mengalisis data seismik Gunung Merapi dilakukan karena
data tersebut masih dapat dianggap sebagai sinyal yang linier dalam interval
waktu yang pendek. Data gempa vulkanik Gunung Merapi yang akan dianalisis
adalah data seismik yang berupa analisis gempa MP (multy phase) Gunung
Merapi yang muncul pada bulan Oktober 1996.
Pada penelitian ini selain akan dilakukan analisis data gempa Gunung
Merapi akan dilakukan juga analisis data seismik refleksi menggunakan
transformasi Wavelet Morlet. Analisis data seismik refleksi menggunakan
transformasi Wavelet Morlet dapat dilakukan karena data seismik refleksi tersebut
masih dapat dianggap sebagai sinyal yang linier dalam interval waktu yang
pendek dan karena data seismik refleksi pada medium berpori yang tersaturasi
fluida mengandung gelombang difusive yang berfrekuensi rendah. Data seismik
refleksi
yang
mengandung
gelombang
difusive
berfrekuensi
rendah
mengindikasikan adanya keberadaan hidrokarbon di dalam medium berpori
tersebut.
Pada penelitian ini kebaruan penelitian terletak pada penggunaan
transformasi wavelet kontinyu untuk menganalisis gempa MP yang terjadi pada
bulan oktober 1996. Hasil analisis tersebut dapat dipergunakan untuk pembuatan
model mekanisme terjadinya gempa MP. Dari hasil pemodelan dapat diketahui
23
bahwa aktivitas gempa mP yang terjadi pada nulan oktober 1996 diakibatkan oleh
pertumbuhan kubah lava. Kebaruan penelitian ini yang lainnya adalah
mengekstrasi gelombang difusive yang muncul akibat refleksi gelombang seismik
pada bidang batas medium yang tersaturasi hidrokarbon (minyak dan gas)
menggunakan
transformasi
wavelet
kontinyu.
Wavelet
yang
digunakan
merupakan wavelet complex Morlet.
1.2.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah sebagai berikut:
1.
Menerapkan transformasi wavelet kontinyu untuk menganalisis data
gempa vulkanik Gunungapi Merapi terutama gempa MP “multy phase”
dan pemodelan gerakan “stick-slib visco-elastic slab motion” .
2.
Menerapkan transformasi wavelet kontinyu untuk membuat atribut seismik
2D dan 3D dalam kegiatan eksplorasi minyak dan gas bumi.
1.3.
Tinjuan Pustaka
Sejak dikemukakan oleh Morlet dan Arens (1982), transformasi wavelet
dikembangkan oleh Daubechies (1992). Transformasi wavelet kemudian
berkembang di berbagai bidang seperti matematika, pemprosesan sinyal digital,
analisis numerik, geofisika, pemprosesan citra (image prosessing), fisika, dan
bidang lainnya. Setelah dikemukakan transformasi wavelet, analisis data runtun
waktu dibidang geofisika dalam kawasan waktu atau frekuensi berkembang
menjadi analisis data runtun waktu dalam kawasan waktu-frekuensi (Kummar dan
Efi, 1994).
Analisis data runtun waktu dalam kawasan waktu-frekuensi di bidang
geofisika antara lain adalah: analisis data meteorologi, seismik vulkanik,
seismologi dan eksplorasi hidrokarbon, analisis data meteorologi (turbulensi di
atmosfir), kecepatan dan arah angin, dan perubahan tekanan menggunakan
transformasi wavelet kontinyu (Jordan dkk, 1998). Penggunaan transformasi
wavelet kontinyu untuk analsis data gempa vulkanik antara lain adalah; analisis
24
gempa MP (Nurcahya dkk, 2001a, 2001b); analisis gempa vulkanik Gunung
Merapi (Nurcahya dkk, 2001a), analisis tremor vulkanik (Lesage dkk, 2002),
analisis gempa vulkanik Gunung Merapi yang terekam dengan BB-Seismograms
(Nurcahya dkk, 2003a), analisis koherensi dan polarisasi gempa MP tiga
komponen arah (3C) menggunakan transformasi wavelet (Nurcahya dkk, 2003b,
D’Auria dkk, 2010), analisis koherensi data seismik broadband (Bartosch dan
Wassermann, 2004),
penentuan lokasi sumber (Wassermann, 1997), analisis
polarisasi volcano seismology (D’Auria, dkk, 2010). Penggunaan transformasi
wavelet kontinyu untuk analisis data seismologi antara lain; penentuan onset time
gempa tektonik (Nugraha, dkk, 2005), analisis gempa tektonik (Nurcahya dkk,
2004a).
Mengacu pada penelitian sebelumnya tentang penggunaan transformasi
wavelet kontinyu pada analisis gempa tektonik dan vulkanik, maka pada
penelitian ini akan dilakukan proses analisis gempa vulkanik Gunung Merapi
terutama
jenis
gempa
MP
yang
muncul
pada
bulan
Oktober
1996,
mengaplikasikan transformasi wavelet kontinyu dengan mengaplikasikan wavelet
Morlet. Dilakukannya analisis jenis gempa MP Gunung Merapi yang muncul pada
bulan Oktober 1996 karena karakteristik gempa MP Gunung Merapi belum
banyak diketahui.
Penggunaan transformasi wavelet kontinyu untuk analisis data seismik 2D
dan 3D dalam eksplorasi seismik antara lain adalah: penggunaan generalized
wavelet transform (GWT) untuk analisis data seismik eksplorasi (Nurcahya dkk,
2004b), analisis multiatribute, dekomposisi spektral data seismik berbasis
transformasi wavelet kontinyu, untuk mendukung studi geofisika dan geologi
(Nurcahya dan Sudarmaji, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010a, 2010b, 2010c,
dan 2010d), pemakaian atribut seismik berbasis transformasi wavelet kontinyu
untuk deteksi hidrokarbon (Padmono dkk, 2004), untuk penentuan zona pasir tipis
(Nugraha dkk, 2005), analisis multi-attribute, dekomposisi Spektral dan amplitudo
versus offset (AVO) berbasis transformasi wavelet kontinyu (Nurcahya dan
Sudarmaji, 2009). Dekomposisi spectral (Castagna dkk, 2003a, 2003b, Castagna
25
2006, Sinha, dkk, 2005). Analisis data seismik yang dilakukan 2D atau 3D
menggunakan attribut seismik yang dihasilkan menggunakan transformasi wavelet
kontinyu pada dasarnya dilakukan untuk membantu kajian geologi dan geofisika
(G&G) dalam rangka mencari minyak dan gas bumi (Cao, 1996, Carrion, 1997).
Adanya fenomena gelombang frekuensi rendah yang datang lebih lambat
pada gelombang refleksi pada bidang batas yang tersaturasi fluida hidrokarbon
yang telah teramati pada hasil rekaman seismik di lapangan dan hasil laboratorium
(Goloshubin dkk., 2006a, 2006b, 2000, 1998a dan 1998b), menjadikan adanya
hal yang menarik untuk dianalisis menggunakan transformasi wavelet kontinyu.
Gelombang frekuensi rendah yang datang lebih lambat pada gelombang refleksi
pada bidang batas yang tersaturasi fluida hidrokarbon ini biasa disebut gelombang
difusive.
Analisis
gelombang
difusive
dalam
domain
waktu-frekuensi
menggunakan transformasi wavelet kontinyu dapat digunakan sebagai indikasi
keberadaan hidrokarbon secara langsung dan jelas.
1.4. Hipotesa Penelitian.
Pada penelitian ini ada beberapa hipotesa yang dipergunakan:
1. Hipotesa kesatu yang digunakan adalah bahwa gempa volkanik yang muncul
akibat adanya aktivitas gunung merapi dan gelombang difusive yang muncul
pada bidang batas medim berpori tersaturasi hidrokarbon adalah merupakan
sinyal yang tidak stasioner, yang didalam analisisnya perlu dilakukan dengan
transformasi wavelet kontinyu.
2. Hipotesa kedua yang digunakan adalah bahwa perulangan Gempa MP yang
terjadi pada
pada
tanggal 21
sampai dengan 31
Oktober 1996,
menggambarkan adanya pertumbuhan kubah lava yang diakibatkan oleh
kenaikan gaya yang berasal dari dalam tubuh Gunung Merapi pada saat
terjadi kenaikan aktivitas Gunung Merapi dan adanya gesekan antara kubah
lava dan dinding kubah lava.
3. Hipotesa ketiga yang digunakan adalah bahwa gelombang difusive yang
muncul pada bidang batas medium berpori tersaturasi hidrokarbon adalah
26
merupakan sinyal yang tidak stasioner dan complex serta fongsi frekuensi,
maka untuk memisahkan diperlukan proses dekomposisi menggunakan
transformasi wavelet complex yaitu Complec Wavelet Morlet.
1.5.
Diagram Alir Penelitian.
Pada penelitian ini dilakukan dua buah penelitian transformasi untuk
menganalisis data seismik yang berasal dari gunungapi merapi dan yang berasal
dari eksplorasi minyak dan gas bumi. Alur penelitian penggunaan transformasi
wavelet kontinyu untuk menganalisis data seismik yang berasal dari gunungapi
merapi sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 1.1. Alur penelitian
penggunaan transformasi untuk menganalisis data seismik yang berasal dari
eksplorasi minyak dan gas bumi sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 1.2.
27
Gambar 1.1. Diagram alir penelitian penggunaan transformasi wavelet kontinyu
untuk menganalisis data seismik yang berasal dari gunungapi
merapi.
28
Gambar 1.2. Diagram alir penelitian penggunaan transformasi wavelet kontinyu
untuk menganalisis data seismik yang berasal dari eksplorasi
minyak dan gas bumi.
29