ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP MOMENT TENSOR GEMPA BUMI DI MANOKWARI PAPUA BARAT

Transkripsi

1 SEMINAR TESIS ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP MOMENT TENSOR GEMPA BUMI DI MANOKWARI PAPUA BARAT Oleh : IRWAN SETYOWIDODO Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Bagus Jaya Santosa, S. U Jurusan Fisika Program Study Geofisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

2 PENDAHULUAN Secara geologis, Indonesia berada pada perbenturan tiga lempeng kerak bumi yaitu Eurasia, Pasifik, dan India Australia. Selain itu berada pada pertemuan 2 jalur gempa utama, yaitu Sirkum Pasifik dan Alpide Transasiatic. Karena itu, kepulauan Indonesia berada pada daerah yang mempunyai aktivitas gempa bumi cukup tinggi Gempa tektonik adalah berguncangnya bumi yang disebabkan oleh tumbukan antar lempeng bumi. Arus konveksi inti bumi mengalir ke mantel atas dan merupakan gaya-gaya utama yang mengontrol terjadinya gerakan-gerakan lempeng-lempeng. 2 2

3 3

4 Continue 1. Pemahaman terhadap karakteristik sesar diperlukan untuk memperkirakan / mengetahui karakter dan akibat kegempaan. 2. Karakteristik ini dapat dilakukan dengan memodelkan moment tensor gempa bumi (Shearer: 2009). 3. Pemodelan moment tensor ini menggunakan metode inversi yang memanfaatkan waveform / waktu tiba gelombang P (Zahradnick: 2008). 4. Penelitian ini dilakukan dengan analisis waveform 3 komponen gempa yang terjadi akibat gerakan sesar. 5. Data yang digunakan ialah, data seismik lokal yang diunduh dari data gempa Jaringan IA. 6. Set data yang digunakan membandingan waveform teramati oleh stasiun dan waveform sintetik yang telah dihitung fungsi Green. 7. Hasil analisis berupa parameter-parameter gempa yang meliputi: skala, kedalaman, energi gempa, serta model patahan penyebab gempa bumi. 4 4

5 Judul Penelitian ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP MOMENT TENSOR GEMPA BUMI DI MANOKWARI PAPUA BARAT 5 5

6 TUJUAN dan MANFAAT PENELITIAN Bagaimana mengestimasi CMT, fault plane dan paramater sumber gempa, sehingga akanλ diketahui sesar penyebab gempa bumi serta arah bidang patahan. Sehingga dapat barmanfaat untuk mengetahui karakteristik sumber gempa, selanjutnya akibat kegempaan dapat diperkirakan sebagai langkah awal antisipasi dampak bencana gempa bumi bagi masyarakat di sekitarnya. 7 6

7 BATASAN MASALAH 1.Event gempa yang dipilih adalah gempa di Kabupaten Manokwari Papua Barat yang tercatat pada jaringan IA. 2.Gempa-gempa yang akan dianalisis adalah gempa dengan magnitude > 6 SR. 3.Request data yang dilakukan dengan memilih rekaman data yang memiliki SNR tinggi, diupayakan dalam bentuk farm. 4.Rekaman data request meliputi tiga komponen (BHN, BHE, BHZ). 7

8 KAJIAN PUSTAKA Struktur Dalam Bumi 8 8

9 Continue Gelombang seismik mengirimkan energy strain elastik yang keluar dari sumber seismik gempa bumi. Kecepatan getaran seismik ditentukan oleh modulus elastik dan kerapatan bahan yang dilalui. Gelombang seismik disebut juga gelombang elastik karena osilasi partikelpartikel medium terjadi akibat interaksi antara gaya gangguan melawan gaya-gaya elastik (Kearey, 2002). 9 9

10 Continue Menurut cara bergetarnya gelombang seismik dibedakan atas dua tipe : 1) Gelombang longitudinal / gelombang P : arah getar partikel-partikel medium searah dengan arah penjalaran. 2) Gelombang transversal / gelombang S : arah getar (osilasi) partikelpartikel medium tegak lurus terhadap arah penjarannya. Bila arah getar gelombang S terpolasir pada bidang vertikal maka gelombang tipe ini disebut gelombang SV. Sedangkan bila arahnya terpolarisir pada bidang horisontal maka gelombang tipe ini dinamakan gelombang SH.. Menurut tempat menjalarnya gelombang seisimik : 1. Gelombang tubuh (body wave) yang menjalar masuk menembus medium. Gelombang ini terdiri atas gelombang P dan gelombang S. 2. Gelombang permukaan (surface wave). Gelombang Rayleigh (gabungan gelombang P dan gelombang P-SV) Gelombang Love (gabungan gelombang SH)

11 11

12 12

13 Continue Gempa Bumi adalah berguncangnya bumi yang akiibat tumbukan antar lempeng bumi, aktivitas gunung api ataupu runtuhan batuan. Gerakan lempeng itu akan mengalami perlambatan akibat gesekan dari selubung bumi. Perlambatan gerak itu menyebabkan penumpukkan energi di zona subduksi dan zona patahan. Akibatnya di zona-zona itu terjadi tekanan, tarikan, dan geseran. Pada saat batas elastisitas lempeng terlampaui, maka terjadilah patahan batuan yang diikuti oleh lepasnya energi secara tiba-tiba. Proses ini menimbukan getaran partikel ke segala arah yang disebut gelombang Gempa bumi. Magnitudo/besaran gempa bumi adalah energi yang dilepaskan saat gempa bumi, biasanya diukur dari rekaman gelombang seismik (Purwanto: 2007)

14 PROSES TERJADINYA GEMPA BUMI 14

15 GERAKAN LEMPENG 15

16 STRUKTUR GEOLOGI KEKAR DAN SESAR Kekar tarik (kiri), kekar gerus (tengah), dan kekar hibrid (kanan) Sesar turun (kiri), sesar naik (tengah), dan sesar geser (kanan) 16

17 Hubungan focal spheres dan fault geometries 17

18 MOMEN TENSOR Kopel gaya M ij dlm koordinat Kartesian berupa sepasang gaya berlawanan arah X 3 X 3 X 3 X 1 d 3 X 1 X 1 d1 M 11 M 13 M 13 & M 31 a. dipol, b. (single) kopel dan c. double kopel

19 Momen tensor Z Z Z M XX Y M XY Y M XZ Y X X X Z Z Z M YX Y M YY Y M YZ Y X X X Z Z Z M ZX Y M ZY Y M ZZ Y X X X 19

20 Ada 9 momen tensor yg berbeda. Karena M ij = M ji. Jadi hanya tinggal 6 elemen tensor yg independen: M M M 11 [M]= = M M M M M M M M MXX XY XZ M M M XY YY YZ M M M XZ YZ ZZ M rr = M zz MΘ Θ = M xx MΦ Φ = M yy M rθ = M zx M rφ = -M zy MΘ Φ = -M xy

21 Setting Tektonik Papua (ESDM, 2010) 21

22 METHODE PENELITIAN PERANCANGAN PERSIAPAN PENELITIAN 1. Penyiapan Perangkat Penelitian Menyiapkan Hardware, software dan program komputer: - Fortran - gs - zview - Matlab - ghostgum - SAC - Isola-GUI - m_map - PC & NB OS Linux - GMT - rdseed - PC & NB OS Windows 22

23 Continue PROGRAM KOMPUTER SIAP UNTUK MENGANALISIS DATA 23

24 Continue 2. Penyiapkan Data Source: Jaringan IA Pemililihan event dengan magnitude > 6 Pemilihan stasiun: 3 s/d 4 stasiun terdekat diupayakan berada melingkar di sekitar sumber memiliki rekaman dengan signal to noise rasio (SNR) tinggi merekam data meliputi tiga komponen (BHN, BHE, BHZ) Request data dalam format seed Format data dirubah dalam bentuk SAC 24

25 Continue 1. Diagram Alir Penelitian PROSEDUR PENELITIAN 25

26 Continue 2. Prosedur Pengolahan Data a. Konversi dan Pre Processing Data - Korversi format data: SAC ke ASCII - Pre processing data: menyiapkan respon instrument, mengkonversi seismogram ke pergeseran dan memilih filter melalui frekuensi rendah untuk menghilangkan noise dengan frekuensi tinggi. b. Input Data - Input model bumi (crustal model) - Input event Event info: lat, lon, depth Origin time: Hour, min, second Commants: magnitude, date (tahun:bulan:tanggal), agency (IA) Start time: sama dengan origin time atau dibuat lebih lambat Data options: time length antara dan

27 27

28 Continue - Memilih stasiun File sudah dibuat dalam format.stn File berisi nama stasiun, lat dan lon stasiun Diletakkan dalam folder ISOLA Browse file station Select stations (yang mengelilingi) 28

29 - Input data observasi Load ASCII file dalam folder data Koreksi data: jika data jelek dapat dipotong, sehingga start time-nya berubah 29

30 - Input sumber seismik trial/seismic source definition Sources below episenter Starting depth: di bawah depth event Dept Step: kelipatan kedalaman yang diinginkan No of sources: jumlah kelipatan hingga posisi depth event di tengah 30

31 c. Menghitung Fungsi Green Maximum frequency tidak boleh melebihi F4 Parameter perhitungan fungsi green didasarkan pada Time length: dari event info: data option No of sources: seismic source definition No of station: station selection d. Melakukan Inversi Memilih filter (f1, f2, f3, f4): f4 tidak boleh melebihi maximum frequency : low pass, band-pass, and hight pass filter Memilih type inverse (Full MT, Deviatoric MT, DC Contrained, Fix Mechanism) Number of subevent: 1 Time search : start, step, end Setelah itu proses inversi 31

32 32

33 e. Plot Hasil Inversi (plot result) Plot real and sintetic waveforms Plot correlation and sources Focal Mechanism: plot momen tensor, plot sources Plot DC vs Corr Focal mechanism polarities: plot polarities 33

34 PLOT REAL AND SINTETIC WAVEFORMS 34

35 PLOT MOMEN TENSOR 35

36 HC Plot 36

37 FAULT-PLANE BERDASARKAN CMT 37

38 Analisis Data Hasil Penelitian Data seismic dari IA yang telah diolah berupa parameter-parameter gempa bumi ini diestimasi dengan menggunakan model inversi untuk mencapai fitting waveform tiga komponen paling baik. Proses inversi yang baik didasarkan pencocokkan data observasi dan data sintetik hasil inversi saling tumpang tindih. Hasil inversi berupa parameter gempa diatas, digunakan untuk penggambarkan fault-plane penyebab gempa bumi. Penggambaran dilakukan dengan menggunakan software hcplot (Zadradnik: 2008). Selanjutnya, interpretasi dilakukan pada CMT. Centroid Moment Tensor merupakan penggambaran model sesar penyebab gempa bumi tersebut. CMT digambarkan dengan beach ball mempunyai arti fisis, yakni, bagian yang cerah merupakan asal gaya yang menekan ke arah bagian yang gelap. Dengan demikian, CMT tersebut menunjukkan sesar penyebab gempa (Shearer: 2009). 38

39 HASIL PENELITIAN PETA KABUPATEN MANOKWARI 0 0 LS dan BT Daerah rawan gempa bumi (BNPB) 1 Jan Des 2010 terjadi 40x gempa, magnitude < 5 SR 3 Januari 2009 dengan magnitude 7.9 Mw (Geofon) 39

40 Data seismik lokal yang diunduh dari data gempa jaringan stasiun IA Data gempa kabupaten Manokwari propinsi Papua Barat Tanggal 01 Januari 2009 s.d 31 Desember 2010 dengan magnitude lebih dari 6 SR Analisis data ini, menggunakan waveform tiga komponen (BHN, BHE dan BHZ) Stasiun seismogram perekam yang digunakan : BAK, LBM, JAY, SWI, MSA, MWP. Diusahakan stasiun-stasiun yang dipilih mengelilingi sumber, karena kondisi geografis yang ada menyebabkan data yang sampai pada seismogram tidak selalu dapat dianalisis dengan baik. Parameter sumber gempa, berupa: event, latitude, longitude, depth, magnitude, tanggal, dan agency, origin time, start time, dan time length. Proses inversi yang baik didasarkan hasil pencocokkan data observasi dan data sintetik hasil inversi, dimana hasil yang baik terjadi saat data observasi dan data sintetik saling tumpang tindih. 40

41 Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 03 Januari

42 Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 06 Januari

43 Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 02 Agustus

44 Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 13 Januari

45 Varian Reduksi Perkomponen Variance Reduction per Component Event Frekuensi Station NS EW Z BAK /1/ LBM JAY SWI /1/ MSA LBM SWI /8/ MSA LBM MWP /1/ SWI LBM

46 Hasil Inversi Moment Tensor Gempa Bumi Manokwari HASIL INVERSI KOMPONEN MOMENT TENSOR 03 JANUARI 2009 Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (10 19 Nm) Mrr = M Mtt = M :43: Mpp = M Mrt = M Mrp = M Mtp = M Jenis Sesar strike-slip oblique 06 JANUARI 2009 Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (10 17 Nm) :48: Jenis Sesar Mrr = M Mtt = M Mpp = M Mrt = M Mrp = M Mtp = M reverse 46

47 02 AGUSTUS 2009 Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (10 17 Nm) :54: Mrr = M Mtt = M Mpp = M Mrt = M Mrp = M Mtp = M Jenis Sesar normal 13 JANUARI 2010 Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (10 17 Nm) :18: Jenis Sesar Mrr = M Mtt = M Mpp = M Mrt = M Mrp = M Mtp = M strike-slip 47

48 Berdasarkan hasil centroid moment tensor (CMT), jenis sesar penyebab gempa bumi di Manokwari tersebut berubah-ubah. Hal ini dipicu oleh pergerakan patahan Sorong yang bersifat aktif berkembang (Irsyam, 2010) dan patahan berada dalam batas pergerakan lempeng Pasifik dan lempeng Australia. Lempeng Pasifik ini terus aktif menekan lempeng Australia ke arah selatan dengan laju 112 milimeter per tahun. Sesar Sorong merah. Zona penunjaman (subduction) kerak samudra Pasifik ungu. Sesar Sorong membentang mulai dari Kepala Burung sampai ke wilayah Provinsi Maluku hingga ke lengan timur Pulau Sulawesi (BNPB, 2010). 48

49 Solusi Moment Tensor MOMENT TENSOR SOLUTION Event Centroid Mo Mag DC CLVD Var. Red Latt Lon Depth (10 17 Nm) (Mw) (%) (%) (%) 3/1/ /1/ /8/ /1/

50 Perbandingan Parameter Sumber Gempa BMG, USGS, GEOFON dan Penulis PERBANDINGAN SOLUSI MOMENT TENSOR 03 JANUARI 2009 Agency Event Lattitude Longitude Depth (Km) Magnitude BMKG 02:43:51 WIB Mw USGS 19:43:54 GMT Mw GEOFON 19:43:54 GMT Mw Penulis 19:43:55 GMT Mw 06 JANUARI 2009 Agency Event Lattitude Longitude Depth (Km) Magnitude BMKG 02:24:24.0 WIB Mw USGS 22:48:27.2 GMT Mw GEOFON 22:48:28.0 GMT Mw Penulis 22:48:28.7 GMT Mw50

51 02 AGUSTUS 2009 Agency Event Lattitude Longitude Depth (Km) Magnitude USGS 08:54:33.4 GMT Mw GEOFON 08:54:35.0 GMT Mw Penulis 08:54:35.5 GMT Mw 13 JANUARI 2010 Agency Event Lattitude Longitude Depth (Km) Magnitude BMKG 00:18:12 WIB Mw USGS 17:18:08 GMT Mw GEOFON 17:18:11 GMT Mw Penulis 17:18:11 GMT Mw 51

52 Hasil dari semua analisis tersebut terlihat secara umum ada kecenderungan analisis penulis sama dengan USGS maupun BMKG. Adanya perbedaan yang terjadi pada hasil analisis dikarenakan adanya perbedaan posisi lattitude dan longitude parameter sumber gempa yang diterima seismogram stasiun sumber gempa yang berbeda-beda. 52

53 Fault Plane Solution FAULT PLANE SOLUTION Event Plane 1 (degrees) Plane 2 (degrees) Strike (φ) Dip (δ) Rake (λ) Strike (φ) Dip (δ) Rake (λ) 3/1/ /1/ /8/ /1/

54 Fault-Plane berdasarkan CMT H - C SOLUTION Hiposenter Centroid Plane 1 Plane 2 Input Lat Long Depth 32 Lat Long Depth 25 Strike 180 Dip 46 Strike 316 Dip JANUARI 2009 Output Plot H-C Jarak H C Jarak Plane 1 * Jarak Plane 2 ** Arah Patahan Barat Laut Tenggara 54

55 06 JANUARI 2009 Input Output Lat Plot H-C Hiposenter Centroid Plane 1 Long Depth 23 Lat Long Depth 10 Strike 231 Dip 55 Jarak H - C Jarak Plane 1 * Jarak Plane 2 ** Plane 2 Strike 57 Dip 36 Arah Patahan Timur Laut Barat Daya 55

56 02 AGUSTUS 2009 Input Output Lat Plot H-C Hiposenter Centroid Plane 1 Long Depth 30 Lat Long Depth 10 Strike 57 Dip 86 Jarak H - C Jarak Plane 1 * Jarak Plane 2 ** Plane 2 Strike 166 Dip 13 Arah Patahan Timur Laut Barat Daya 56

57 Input Lat JANUARI 2010 Output Plot H-C Hiposenter Long Jarak H C Depth 32 Lat Centroid Long Jarak Plane 1 * Depth 42 Plane 1 Strike 210 Dip 60 Jarak Plane 2 ** Plane 2 Strike 112 Dip 77 Arah Patahan Barat Laut Tenggara *) Plane 1 = hijau, **) Plane 2 = merah 57

58 Lokasi-lokasi pusat sumber gempa bumi pada tanggal 3 Januari 2009, 6 Januari 2009, 2 Agustus 2009, dan 13 Januari 2010 berada pada lattitude , longitude kabupaten Manokwari propinsi Papua Barat. Propinsi ini memiliki intensitas kegempaan tinggi, terutama dengan kedalaman dangkal dari sistem sesar aktif yang berpotensi merusak. Hal ini disebabkan terletak dekat jalur penunjaman lempeng Pasifik dan lempeng Australia di bagian utara. Akibat evolusi tektonik terbentuk beberapa sesar aktif, yaitu : Sesar Sorong, Sesar Ransiki, Sesar Tarera Aiduna, dan Sesar naik di Pegunungan Jayawijaya. Kejadian gempa bumi di daerah pensesaran ini terjadi akibat pergerakan sesar Sorong yang tergolong sebagai sesar aktif yang membentang mulai dari Kepala Burung. Selain itu, kondisi daerah ini pada umumnya disusun oleh batuan metamorf berumur Pra-Tersier, batuan sedimen berumur Tersier dan batuan sediment berumur Kuarter. Daerah yang terkena gempabumi merupakan daerah dataran tinggi yang telah terdeformasi kuat, ditandai dengan adanya sesar-sesar naik yang mengangkat batuan berumur Tersier ke permukaan. Sesar ini menjadi batas litologi antara batuan berumur Kuarter dengan batuan berumur Tersier. Batuan berumur Pra-Tersier dan Tersier yang telah mengalami pelapukan dan batuan berumur Kuarter pada umumnya bersifat lepas, lunak, belum padu (unconsolidated) dan memperkuat efek getaran gempa bumi sehingga rentan terhadap goncangan gempa bumi (PVMBG, 2009). 58

59 KESIMPULAN Gempa 3 Januari 2009 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat memiliki magnitude gempa 7.1 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude , longitude dan kedalaman 35 km, sesar penyebab gempa bumi termasuk dalam sesar strike-slip oblique yang bergerak berarah barat laut tenggara. Gempa 6 Januari 2009 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat memiliki magnitude gempa 5.7 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude -0.63, longitude dan kedalaman 10 km, sesar penyebab gempa bumi termasuk dalam sesar reverse yang bergerak berarah timur laut barat daya. Gempa 2 Agustus 2009 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat memiliki magnitude gempa 5.9 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude , longitude dan kedalaman 10 km, sesar penyebab gempa bumi termasuk dalam sesar normal yang bergerak berarah timur laut barat daya. Gempa 13 Januari 2010 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat memiliki magnitude gempa 5.7 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude , longitude dan kedalaman 42 km, sesar penyebab gempa bumi termasuk dalam sesar strike-slip yang bergerak berarah barat laut tenggara. 59

60 Terima Kasih

61 61

62 62

63 63

64 64

65 65

66 66

67 67

68 68

69 69

70 70

71 71