Estimasi Kedalaman Bidang Batas Sesar dari Data Gravitasi di Daerah Rawan Gerakan Tanah (Studi Kasus: Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu)

Transkripsi

1 SIMETRI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia Volume 2 Nomor 2 Januari 216 Estimasi Kedalaman Bidang Batas Sesar dari Data Gravitasi di Daerah Rawan Gerakan Tanah (Studi Kasus: Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu) Arif Ismul Hadi 1) dan Kirbani Sri Brotopuspito 2) 1)Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Bengkulu. 2) Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Intisari: Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kedalaman bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu dan jenis batuan berdasarkan nilai densitasnya. Penelitian ini menggunakan data digital anomali gravitasi dari International Centre for Global Earth Models (ICGEM). Daerah penelitian terletak pada koordinat 2 LS 3 LS dan 12 BT 13 BT. Data yang diperoleh berupa data anomali Bouguer lengkap dan topografi sebanyak 2.5 titik data dengan resolusi spasial 2 menit tiap grid. Pengolahan data diawali dengan proyeksi/pengangkatan data anomali Bouguer lengkap ke suatu bidang datar. Metode pengangkatan ke bidang datar digunakan metode sumber ekivalen titik massa, sedangkan pemisahan anomali regional dan residual menggunakan metode polinomial least square. Untuk memperoleh kedalaman bidang sesar dan jenis batuan berdasarkan nilai densitasnya dilakukan pemodelan dengan menggunakan pemrograman 2-D. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu terdapat pada kedalaman 2,51 km, sedangkan jenis batuan di daerah penelitian terdiri dari batuan basalt dengan nilai densitas 2,77 g/cm 3 dan batuan andesit dengan nilai densitas 2,73 g/cm 3. Kata kunci: Segmen Musi, Sesar Sumatra, nilai densitas, metode sumber ekivalen titik massa, dan metode polinomial least square Abstract: This study is aims to determine the field depth of Musi Segment, Sumatran Fault at Bengkulu and rock types based on the value of the density. The area of interest of this research at 2 S 3 S and 12 E 13 E. It s used digital data of gravity anomaly of the International Centre for Global Earth Models (ICGEM). 2,5 the complete Boguer anomaly and the topographic data is used with a spatial resolution of 2 minutes per grid. The data processing begins from theprojection of the complete Bouguer anomaly data to aflat surface. The method of projection to a flat surface is used the equivalent source technique, while the separation of regional and residual anomalies using polynomial least square method. 2-D programming is used to obtain the depth of field faul tsandrock types based on the value of its density. The results showed that the field boundary Sumatra Fault Musi Segments of Bengkulu are at a depth of 2.51km, while the rock types in the study area consists of basalt rock with a density value of 2.77g/cm 3 and andesite rock with a density value of2.73g/cm 3. Keywords: Musi Segment, Sumatran Fault, density value, equivalent source technique, and polynomial least square method ismulhadi@yahoo.com 1 PENDAHULUAN B engkulu merupakan salah satu wilayah di Pulau Sumatra yang dilalui oleh jalur lintas lempeng tektonik Indo-Australia dan Eurasia. Selain itu, wilayah Bengkulu juga dilalui oleh jalur Sesar Sumatra. Energi tektonik kumulatif dan nilai strain rate paling besar terjadi di zona selatan, sekitar wilayah Bengkulu [1]. Nilai strain rate yang besar berimpilikasi pada gerakan tenaga luncuran slab menjadi mudah memicu terjadinya patahan (frac-ture) dibandingkan pada zona yang mempunyai strain rate yang lebih kecil. Oleh karena itu dapat ditafsirkan material menjadi lebih mudah untuk terjadinya fracture dan menyebabkan material menjadi relatif kurang elastis (lebih plastis). Hal ini berimplikasi juga pada aktivitas kegempaan yang tinggi dibandingkan dengan daerah lain di Pulau Sumatra. Karena letak posisi tersebut menyebabkan wilayah Bengkulu sering mengalami gempabumi tektonik baik di lautan maupun di daratan. Lempeng tektonik Indo-Australia bergerak ke arah utara dan lempeng Eurasia bergerak ke arah selatan [2]. Konsekuensi dari pergerakan lempeng tersebut menyebabkan Sesar Sumatra terbagi menjadi 19 segmen yang merupakan sesar geser dekstral [3]. Salah satu segmen Sesar Sumatra yang ada di wilayah Bengkulu adalah Segmen Musi. Berdasarkan data kegempaan tahun 1971 s.d. 211 pada koordinat 2 LS-3 LS dan 12 BT-13 BT di sekitar Sesar Sumatra Segmen Musi telah terjadi gempa dangkal yang merusak dengan M w 5 sebanyak 12 kali kejadian [4]. Rata-rata kejadian gempa di daerah tersebut adalah 6,1 1-3 kejadian/tahun yang ter- 216 SIMETRI

2 tinggi di antara segmen Sesar Sumatra di wilayah Bengkulu [3]. Sesar Sumatra Segmen Musi terletak di Kabupaten Kepahiang, Provinsi Bengkulu. Untuk mengurangi risiko bencana gempabumi yang diakibatkan oleh pergerakan sesar ini, perlu diketahui posisi dan kedalaman bidang batas sesar tersebut, sehingga dapat dijadikan pedoman rencana tata ruang dan wilayah (RTRW) Kabupaten Kepahiang. Penelitian ini menggunakan metode gravitasi. Perbedaan nilai gravitasi dapat disebabkan oleh massa batuan yang tidak merata. Bila massa yang terdistribusi kontinyu tersebut mempunyai densitas ( r ) di dalam volume V (Gambar 1), maka potensial gravitasi di suatu titik P di luar V adalah [5] : dengan p U ( r) V 2 Gdm G r r 2 r r r r rr cos. 2 V 3 ( r ) d r r r Gambar 1. Potensial gravitasi [5]. Penyelidikan anomali gravitasi di lapangan didasarkan pada konsep kontras densitas. Berdasarkan kontras densitas tersebut dapat diperkirakan model bawah permukaan termasuk nilai densitas dan kedalamannya [6]. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kedalaman bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu dan jenis batuan berdasarkan nilai densitasnya. 2 METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan data digital anomali gravitasi dari International Centre for Global Earth Models (ICGEM). Daerah penelitian terletak pada koordinat 2 LS-3 LS dan 12 BT-13 BT. Data yang diperoleh berupa data anomali Bouguer lengkap dan topografi sebanyak 2.5 titik data dengan resolusi spasial 2 menit tiap grid [7]. Data anomali (1) Bouguer lengkap pada topografi ditampilkan pada Gambar 2. Gambar 2. Data anomali Bouguer lengkap pada topografi. Pengolahan data diawali dengan proyeksi/pengangkatan data anomali Bouguer lengkap ke suatu bidang datar. Pengangkatan ke bidang datar menggunakan metode sumber ekivalen titik massa [8]. Proses yang dilakukan dalam metode ini adalah menentukan sumber ekivalen titik massa diskrit pada kedalaman tertentu di bawah permukaan. Selanjutnya dihitung medan gravitasi teoritis yang diakibatkan oleh sumber ekivalen tersebut pada regular surface sebarang sesuai yang dikehendaki sesuai syarat batas. Langkah selanjutnya adalah memisahkan anomali regional dan residual. Pemisahan anomali regional dan residual menggunakan metode polinomial least square. Metode polinomial least square merupakan pendekatan matematis untuk menentukan orde optimum keadrat terkecil dari komponen regional, sehingga bila dikurangkan dari data anomali gravitasi Bouguer yang sudah diangkat ke bidang datar akan meminimalkan distorsi komponen lokalnya [9]. Pada penelitian ini anomali gravitasi yang dipilih berupa anomali regional orde 3 yang selanjutnya di-slice (sayat), sehingga dapat diperkirakan kedalaman batas bidang sesar dan jenis batuannya berdasarkan nilai densitas. 3 HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan pengangkatan anomali Bouguer lengkap ke bidang datar dan sesuai syarat batas tertentu dengan menggunakan metode sumber ekivalen titik massa, diperoleh kontur anomali pada interval kedalaman 1. m, 11. meter, 12. m, dan 13. m (Gambar 3 s.d. 6). Selanjutnya dipilih hasil pengangkatan ke bidang datar yang mempunyai kontur dan nilai anomali gravitasinya tidak jauh berbeda dengan anomali gravitasi pada topografi. Hasil kontur dan nilai anomali gravitasi yang sesuai adalah pengangkatan ke bidang datar dengan interval kedalaman 12. m (Gambar 5)

3 Gambar 3. Hasil pengangkatan ke bidang datar dengan interval kedalaman 1. m. Gambar 6. Hasil pengangkatan ke bidang datar dengan interval kedalaman 13. m. Anomali medan gravitasi di bidang datar merupakan superposisi dari anomali regional dan residual, sehingga masih perlu dilakukan pemisahan anomali.hasil pemisahan anomali regional dan residual dengan metode polinomial least square ditampilkan pada Gambar 7 s.d. 12. Gambar 4. Hasil pengangkatan ke bidang datar dengan interval kedalaman 11. m. Gambar 7. Anomali regional dengan metode polinomial least square pada orde 1. Gambar 5. Hasil pengangkatan ke bidang datar dengan interval kedalaman 12. m. Gambar 8. Anomali residual dengan metode polinomial least square pada orde

4 anomali regional dengan metode polinomial least square pada orde 3 ditampilan pada Gambar 13. Nilai anomali regional hasil sayatan tersebut kemudian digunakan sebagai input untuk mendapatkan model dengan menggunakan pemrograman 2-D (Gambar 14). Nilai anomali tertinggi berdasarkan hasil sayatan tersebut diperoleh 227,4 mgal dan terendah 163,2 mgal. Nilai anomali rendah di daerah penelitian ini mengindikasikan keberadaan bidang batas sesar. Gambar 9. Anomali regional dengan metode polinomial least square pada orde 2. Gambar 12. Anomali residual dengan metode polinomial least square pada orde 3. Gambar 1. Anomali residual dengan metode polinomial least square pada orde 2. Gambar 13. Sayatan A-B pada anomali regional dengan metodepolinomial least square pada orde 3. Gambar 11. Anomali regional dengan metode polinomial least square pada orde 3. Anomali medan gravitasi regional menggambarkan kondisi geologi daerah penelitian secara umum seperti basement, lipatan, dan patahan. Adapun anomali residual menggambarkan geologi setempat seperti reservoir, intrusi batuan, jenis dan bentuk struktur maupun mineral [6]. Sesuai dengan target penelitian, maka anomali regional pada orde 3 merupakan hasil pemisahan yang diharapkan. Kontur anomali regional orde 3 (Gambar 11) ini selanjutnya disayat untuk memperoleh kedalaman bidang batas sesar dan nilai densitas batuannya. Sayatan dilakukan dengan memotong pusat anomali. Hasil sayatan Gambar 14. Penampang model Sesar Sumatra Segmen Musi pada lintasan A-B

5 Berdasarkan penampang model sesar pada Gambar 14 dapat diperkirakan kedalaman bidang batas sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu dan jenis batuan berdasarkan nilai densitasnya. Hasil pemodelan dengan pemrograman 2-D tersebut diketahui bidang batas Sesar Segmen Musi Bengkulu terdapat pada kedalaman 2,51km, sedangkan arah bidang sesar barat laut-tenggara. Dengan menggunakan analisis power spectrum diperoleh kedalaman bidang batas sesar yang sesuai adalah 2,1 km untuk kedalaman bagianbawah (bottom) dan 3,73 km untuk kedalaman bagian atas (top) (Gambar 15). Penelitian [1] dari data magneto-telluric (MT) menunjukkan bahwa Sesar Sumatra Segmen Aceh berada pada kedalaman 15 km s.d. 2 km. Hasil penelitian ini sesuai dengan keberadaan Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu. Sesar regional daerah penelitian yang berarah barat laut-tenggara ditafsirkan merupakan bagian Sistem Sesar Sumatra. Diduga sistem sesar ini terjadi akibat gaya kompresi yang berarah utara-selatan [11]. Aktifnya Sesar Sumatra disebabkan oleh pergerakan Lempeng Indo- Australia yang menyusup ke bawah Lempeng Eurasia. Konsekuensi dari pergerakan lempeng-lempeng tersebut memisahkan Sesar Sumatra menjadi 19 segmen [3], yang salah satunya adalah Segmen Musi Bengkulu. Gambar 15. Kedalaman bidang sesar dengan menggunakan analisis power spectrum. Dari hasil pemodelan diperoleh benda anomali dengan kontras densitas,988 g/cm 3 (body 1) dan,587 g/cm 3 (body 2). Hasil penjumlahan kontras densitas pada masing-masing benda anomali dengan densitas referensi (densitas rata-rata) yang nilainya 2,67 g/cm 3[12], maka diperoleh jenis batuan di daerah penelitian. Batuan Basalt dengan nilai densitas 2,77 g/cm 3 (body 1) berada di sebelah barat bidang batas sesar dan Batuan Andesit dengan nilai densitas 2,73 g/cm 3 (body 2) [13] berada di sebelah timur bidang sesar. Peta geologi lembar Bengkulu menunjukkan juga bahwa di daerah penelitian terdiri dari satuan batuan gunungpai Basalt-Andesit [11]. Wilayah-wilayah yang dilalui sesar merupakan daerah yang sangat berpotensi memicu gerakan tanah lebih besar dibandingkan daerah lain bila terjadi gempabumi. Letak Kabupaten Kepahiang berada di atas Sesar Sumatra Segmen Musi, sehingga dalam perencanaan RTRW perlu menempatkan bangunan-bangunan yang tidak berada persis di atas sesar tersebut dan membangun sarana dan prasarana tahan gempa, sehingga dapat mengu-rangi risiko bencana. 4 SIMPULAN Berdasarkan hasil penelitan dapat disimpulkan bahwa bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu terdapat pada kedalaman 2,51 km dan jenis batuan di daerah penelitian terdiri dari Batuan Basalt (body 1) dengan nilai densitas 2,77 g/cm 3 dan Batuan Andesit (body 2) dengan nilai densitas 2,73 g/cm 3. REFERENSI [1] Murjaya, J., 211, Zonasi Energi Tektonik Daerah Subduksi Berdasarkan Bentuk Kerutan (Buckling) Searah Busur (Studi Kasus: Wilayah Sumatra), Disertasi S 3, FMIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. [2] Bock, Y., L. Prawirodirdjo, J.F. Genrich, C.W. Stevens, R. McCaffre, C. Subarya,S.S.O. Puntodewo, and E. Calais, 23, Crustal Motion in Indonesia from Global Positioning System Measurements, Journal of Geophysical Research 18: doi: 1.129/21JB324, issn: [3] Sieh, K. and D. Natawidjaja, 2, Neotectonics of the Sumatran fault, Indonesia,Journal of Geophysical Research, 15 (B12): 28,295 28,326. [4] Hadi, A.I., Suhendra, dan O.O. Manik, 213, Pemetaan Gempa Bumi Berdasarkan Tingkat Keaktifan Gempa di Provinsi Bengkulu Periode ,Prosiding Semirata BKS PTN Barat, Universitas Lampung, Lampung, 1 12 Mei 213, hal.: [5] Grant, F.S. and G.F. West, 1965,Interpretation Theory in Applied Geophysics, McGraw-Hill Book Company, New York. [6] Blakely, R.J., 1995,Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications, Cambridge University Press, New York. [7] Diakses tanggal 27 Februari 215. [8] Dampney, C.N.G., 1969,The Equivalent Source Technique,Geophysics, 34 (1): [9] Abdelrahman, E.M., S. Riad, and Y. Amin, 1985, On the Least Square Residual Anomaly Determination, Geophysics, 5 (3): [1] Nurhasan, D. Sutarno, Y. Ogawa, F. Kimata, D. Sugiyanto, 211, Investigation of Sumatran Fault Aceh

6 Segment Derived from Magnetotelluric Data,The XXV IUGG Conference, Melbourne, 27 June 7 July 211. [11] Gafoer, S., T.C. Amin, and Pardede, 212,Geology of Bengkulu Quadrangle, Sumatra, Department of Mines and Energy, Directorate General of Geology and Mineral Resources, Geological Research and Development Centre, Bandung. [12] Bonvalot, S., G. Balmin, A. Briais, M. Kuh, A. Peyrefitte, N. Vales, N. Biancale, G. Gabalda, G. Moreaux, F. Reinquin, M. Sarrailh, 212,World Gravity Map (Scale 1 : 5..), 1st Edition, Bureau Gravimetrique International (BBGI), France. [13] Telford, W.M., L.P. Geldart, and R.E. Sheriff, 1998, Applied Geophysics, 2nd Edition. Cambridge University Press, New York