Analisa Deformasi Permukaan Patahan Aktif Segmen Seulimum dan Segmen Aceh

Transkripsi

1 Analisa Deformasi Permukaan Patahan Aktif Segmen Seulimum dan Segmen Aceh Didik Sugiyanto 1,2) Zulfakriza 1) Nazli Ismail 1) Faizal Adriansyah 1) Irwan Meilano 2) Hasanudin Z.A 2) 1) 1 ) Peneliti pada Tsunami and Disaster Mitigation Research Center (TDMRC) Universitas Syiah Kuala, Jl. Tgk Abdurrahman, Gampong Pie, Banda Aceh, Indonesia 2) Teknik Geodesi & Geomatika, Institut Teknologi Bandung Abstract Kota Banda Aceh yang posisi kotanya diapit oleh 2 (dua) patahan aktif, yaitu Segmen Aceh dan Segmen Seulimum. Kedua segmen tersebut merupakan bagian dari Sistem Patahan Sumatera yang panjangnya sekitar 1900 km. Sistem Patahan Sumatera merupakan suatu patahan aktif menganan (dekstral) yang menyayat Pulau Sumatera dari Kota Banda Aceh di ujung Baratlaut sampai dengan Kota Agung di ujung tenggara. Dalam penelitian ini, aktifitas patahan yang direpresentasikan sebagai pergeseran dipermukaan akan dipantau menggunakan metode deformasi yang berbasiskan pada survei pengamatan satelit GPS (Global Positioning System) dan hasil pengamatan ini akan dimodelkan dengan menggunakan pemodelan dislokasi elastis dengan bantuan metoda grid search untuk keperluan optimisasi dari parameter deformasi. Sehingga akan diperoleh nilai laju geser (slip rate) dan kedalam sumber gempa (locking depth) pada patahan aktif segmen Aceh dan segmen Seulimum yang digunakan untuk mitigasi bencana gempa bumi. 1.PENDAHULUAN Potensi bencana yang diakibatkan dari pengaruh gempa daratan yang bersumber dari sesar/patahan aktif dapat menimbulkan kerugian dan kerusakan yang lebih parah dibandingkan dengan gempa yang bersumber di lautan, yang terjadi pada magnitude yang sama. Sebagai gambaran gempa yang pernah terjadi di Bantul Yogyakarta pada tahun 2006 dengan magnitude 6.3 Mw menimbulkan kerusakan bangunan dan menelan korban jiwa yang jumlahnya ribuan. Gempa tersebut dikenal dengan gempa Yogya 2006 yang sumber gempanya berasal dari sesar aktif (sesar opak). Terkait dengan Kota Banda Aceh yang posisinya diapit o leh 2 (dua) sesar aktif, yaitu Sesar Aceh dan Sesar Seulimum. Kedua sesar ini merupakan bagian dari Sistem Sesar Sumatera yang panjangnya sekitar 1900 km. Sistem Sesar Sumatera merupakan suatu sistem sesar aktif menganan (dekstral) yang menyayat Pulau Sumatera dari Kota Banda Aceh di ujung Baratlaut sampai dengan Kota Agung di ujung Tenggara. Pergeseran Sistem Sesar Sumatera sangat aktif dengan kecepatan bervariasi: 27 mm/thn di daerah Danau Toba, 15 mm/thn di daerah Danau Maninjau (Sieh dkk., 1991) dan 4-6 mm/thn di daerah Danau Ranau (Bellier dkk., 1991). Pada dasarnya penelitian ini mempunyai beberapa tujuan utama, yaitu : melakukan pemutakhiran data perubahan koordinat pada jaringan pengamatan GPS untuk analisa deformasi permukaan daratan Aceh, mempelajari karakteristik patahan aktif segmen Aceh dan segmen Seulimum dengan melakukan pengukuran lanjutan pada jaringan pengamatan GPS pada segmen utara dari Sistem Patahan Sumatera, menghitung besar 72 pergeseran postseismik yang terjadi setelah gempa Aceh 2004 dengan menggunakan data-data pengukuran GPS sebelumnya untuk penghitungan perkiraan besarnya dampak bahaya gempa bumi yang ditimbulkan akibat aktivitas patahan aktif segmen Aceh dan segmen Seulimum dengan menganalisa : Interaksi dari segmen utara dengan segmensegmen lainnya Imp likasi dari pergeseran koseimik dan postseismik gempa Aceh, dikaitkan dengan transfer dari stress terhadap segmen utara patahan Sumatra 2. STUDI LITERATUR 2.1 Sesar Sumatra Struktur utama dari Sumatra merentang pada arah Tenggara Barat laut dimulai dari Sunda trench di Selatan Jawabarat, forearc ridge, forearc basin, pegunungan Bukit Barisan dan terakhir Neogene foreland basin yang meliputi sebagai besar Timur laut Sumatra (Hamilton, 1979). Kenampakan topografi yang paling jelas dari Sumatra yaitu sesar geser Sumatra, yang terletak di sepanjang bukit barisan, dan memanjang sejajar dengan trench dan barisan gunung api aktif Sumatra. Sesar Sumatra merupakan sesar geser dekstral dengan panjang 1900 km (gambar 2.1) dan mengakomodasikan sebagian dari energi hasil penunjaman lempeng Australia di sepanjang pantai barat Sumatra. Kecepatan tunjaman lempeng Australia bervariasi sekitar 60-75mm/tahun, dengan arah dari Timur ke Utara, sehingga tidak tegak lurus pada arah trench. Apabila diasumsikan bahwa sesar Sumatra mengakomodasikan komponen parallel dari tumbukan

2 lempeng, maka dapat diperkirakan kecepatan dari sesar Sumatra yaitu 40-60mm/tahun. Gambar 2.2. Peta kenampakan Sesar Sumatera bagian Utara Gambar 2.1. Kegempaan di daratan Sumatera dan wilayah dari Segmen Utara Sesar Sumatra Sejak tahun 1890 terdapat 21 gempa dengan magnitude lebih besar dari 6.5 di sepanjang sesar Sumatra (Natawidjaya, 2007). Salah satu gempa terbesar yaitu yaitu gempa Liwa, Mw 7.0 yahun 1994 dan gempa Kerinci tahun Mw 7.1 tahun Gempa terbaru yaitu gempa Solok M6.4 dan M6.3 tanggal 6 Maret Segmen Utara Sesar Sumatra Walaupun dikategorikan sebagai salah satu sesar geser paling aktif di dunia, dengan aktifitas seismic yang pengaruhnya terbesar di Asia tenggara, karakteristik detail dari sesar Sumatra belum didefinisikan dengan baik. Beberapa penelitan mengenai sesar Sumatra, diantaranya, pergeseran dalam skala global o leh Fitch (1972) atau McCaffrey (1991). Beberapa penelitian telah mencoba untuk memetakan secara detail aktifitas sesar Sumatra, tetapi pada area yang sangat terbatas, seperti Katili dan Hehuwat (1967), Sieh dkk (1994) mengestimasi besarnya slip pada bagian tengah dari sesar Sumatra sebesar 11 sampai 28 mm/tahun berdasarkan analisa dari data SPOT. Genrich dkk (2000) menggunakan jaring GPS untuk mendifisikan pergeseran sesar Sumatra hanya saja kualitas data dan jaringan GPS-nya sangat terbatas. Sieh dan Natawidjaya (2000) memberikan deskripsi detail yang pertama dari pergeseran sesar Sumatra dan membaginya menjadi 19 segmen utama. Tetapi hanya sedikit deskripsi yang menjelaskan pergerakan dari bagian Utara dari sesar Sumatra. 2.3 Peningkatan aktifitas seismisitas di daratan Aceh sesudah gempa Aceh tahun 2004 Gempa Aceh, pada tanggal 26 Desember 2004 mempengaruhi kondisi stress, tidak hanya di sepanjang zona subduksi tetap i juga pada sesar Sumatra yang lokasinya paralel terhadap zona subduksi. Sebagai hasil dari peningkatan stress ini maka aktifitas seismik di sepanjang patahan Sumatra meningkat secara sistematik. Gambar I.3 memperlihatkan perbandingan kondisi seismic sebelum dan sesudah gempa Aceh Data solusi dari momen tensor (CMT) untuk kegempaan di Sumatra didapatkan dari Harvard CMT. Faktor dari gempa Aceh yag mengakibatkan meningkatnya kondisi seismic di sepanjang sesar Sumatra yaitu: besar dan distribusi dari pergeseran koseismik gempa Aceh serta postseismik dari gempa Aceh. 73

3 di permukaan bumi. Salah satu perangkat teknologi yang dapat memberikan informasi tersebut adalah teknologi Global Positioning System (GPS). Sehingga survey GPS dapat menjadi salah satu acuan dalam studi geodinamika untuk mengamati pola dan perubahan arah pergerakan blok kerak bumi dalam menganalisa karakteristik patahan aktif di permukaan bumi. GPS memiliki nama resmi NAVSTAR GPS (Navigation Satelit Timing and Ranging Global Positioning System). Dengan pengamatan satelit GPS, para pengguna GPS dapat memperoleh informasi mengenai posisi secara akurat di permukaan bumi. Informasi lainnya yang dapat diperoleh dari pengamatan GPS adalah informasi mengenai kecepatan, arah, jarak dan waktu. Gambar 2.3. Peningkatan kondisi seismik sepanjang patahan Sumatra sesudah gempa Aceh Deformasi dan Survey Geodetik untuk Studi Patahan Aktif Deformasi adalah perubahan kedudukan/pergerakan secara absolute atau relative dari posisi suatu materi atau perubahan kedudukan dalam dimensi yang linier. Ini merupakan perubahan bentuk materi yang terbagi dalam tiga fenomena, yaitu : (1) Secular (perubahan linier, lambat dan merambat) (2) Periodik (perubahan mempunyai selang waktu antara detik sampai perubahan tahun) (3) Episodik (perubahan secara tiba-tiba dan cepat) 3. METODOLOGI 3.1 Survey Geodetik untuk Studi Patahan Aktif Pengamatan geodetik merupakan fungsi dari parameter-parameter deformasi yang dilakukan dengan survey deformasi. Survey tersebut dapat dilakukan dalam berbagai metoda seperti metoda fotogrametri, metoda terestrik, metoda GPS positioning dengan menggunakan peralatan pendukung seperti strainmeter, tiltmeter, GPS geodetic dan lain-lain. Pada dasarnya sinyal GPS terdiri dari 3 komponen [Abidin, 2000], yaitu : Penginformasian jarak (kode) berupa kode-p dan kode-c/a Pesan navigasi yang berisi informasi mengenai satelit dan orbit Gelombang pembawa (L1 dan L2) yang berfungsi membawa data kode dan pesan navigasi Dari ketiga komponen tersebut di atas terdapat dua data pengamatan dasar GPS yaitu waktu tempuh dari kode- P dan kode-c/a dan fase dari gelombang L1 dan L2. Waktu tempuh tersebut akan menghasilkan jarak pseudorange, sedangkan fase adalah data pengamatan GPS berupa jumlah gelombang penuh yang terhitung sejak saat pengamatan dimulai dan data fase ini yang digunakan dalam ap likasi-aplikasi yang menuntut ketelitian posisi yang sangat tinggi. Dalam kaitannya dengan deformasi akibat pergerakan kerak bumi, perubahan atau pergerakan yang dimaksud adalah perubahan atau pergerakan titik-titik pengamatan yang diletakkan di sekitar daerah-daerah patahan aktif yang diperkirakan berpotensi terjad i gempabumi (gambar 3.1). Dalam kaitannya dengan potensi kegempaan di daratan yang d iakibatkan aktivitas patahan aktif, maka survey GPS merupakan salah satu metode yang sering digunakan dalam analisa deformasi. Metoda tersebut mencoba mempelajari dan mengamati pola serta kecepatan pergeseran yang terjadi pada sebuah blok kerak bumi. Untuk mengetahui pola dan kecepatan pergerakan tersebut diperlukan informasi posisi yang teliti dan akurat pada titik-titik pengamatan 74

4 Gambar 3.1. Penggunaan GPS untuk studi geodinamika Untuk mengetahui pola dan kecepatan perubahan blok kerak bumi dapat dilakukan dengan survey GPS terhadap titik-titik pengamatan baik secara episodik maupun kontinu. Pengamatan dengan metode episodik adalah pengamatan yang dilakukan secara berkala dalam selang waktu tertentu sedangkan dengan metode kontinu pengamatan dilakukan terus-menerus secara otomatis, dimana perangkat GPS disimpan di lokasi titik pengamatan. 3.2 Desain Pengukuran Untuk mendapatkan parameter mekanisme pergeseran Sesar Aceh dan Sesar Seulimum yang optimal yang akan digunakan dalam pemodelan dislokasi elastis tim peneliti akan mengkonsentrasikan penelitian pada suatu jalur survei yang melintang pada bidang sesar. Dan untuk efesiensi maka penelitian ini akan mengukur ulang pada 13 titik pengamatan yang telah ada di sekitar Aceh Besar, Banda Aceh dan Aceh Jaya. Serta akan menambah tiga titik baru untuk merapatkan jaringan, seperti yang ditujukkan pada gambar 3.2 berikut. Gambar 3.2. Rancangan lokasi penelitian 3.3 Pengolahan Data Untuk mengestimasi laju geser (slip-rate) dan kedalaman sumber (locking-depth) dalam mengalisa potensi bahaya kegempaan (seismic hazard) di daratan Aceh menggunakan analisa deformasi dengan metoda dislokasi elastic. Proses pengolahan data GPS menggunakan perangkat lunak Bernese 5.0. Perangkat lunak ilmiah Bernese 5.0 merupakan perangkat lunak yang berlisensi KK- Geodesi ITB. Penelitian yang dilakukan ini menjalin hubungan riset dengan KK Geodesi ITB, sehingga terjadi distribusi data dan pemakaian perangkat lunak ilmiah ini. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Data hasil pengamatan GPS diolah menggunakan metode diferensial dengan moda jaring. Titik-titik IGS terletak di luar objek pengamatan yang posisinya dianggap sebagai titik yang bebas akan pengaruh postseismic di Pulau Sumatera. Kemudian titik-titik tersebut diikatkan dengan dua titik bantu yaitu SAMP dan ACEH, selanjutkan titik bantu tersebut diikatkan ke titik-titik pengamatan yang ada di Aceh dalam suatu jaring kerangka dasar. Titik-titik IGS yang dijadikan sebagai titik referensi yaitu DGAR, PIMO, KUNM dan HYDE 75

5 Gambar 4.1. Lokasi titik IGS yang diikatkan dengan titik bantu, garis merah titik IGS yang diikatkan dengan SAMP dan garis hitam titik IGS yang diikatkan ke ACEH 4.1 Deformasi Permukaan Daratan Aceh Deformasi permukaan daratan Aceh masih sangat dipengaruhi oleh postseismik akibat gempa Aceh Dari hasil pengamatan GPS geodetik tahun 2010 dengan mengacu pada pengamatan tahun 2009 masih mencirikan bahwa vektor pergeseran titik-titik pengamatan GPS geodetik secara dominan mengarah ke trench. Walaupun ada beberapa titik yang memberikan arah vektor tidak ke arah trench, hal ini sangat dipengaruhi oleh keakuratan pada saat pengukuran. Seperti pada titik UJKR, LDNG dan K510 arah vektornya tidak menunjukkan pola deformasi postseismik. Gambar 4.1 memperlihatkan bahwa pergeseran daratan Aceh masih masih besar. Pada titik LMNO besar pergeseran yang terjadi sekitar 15 cm/tahun dan rata-rata pergeseran yang terjad i adalah sekitar 10 cm/tahun. Kondisi ini menjelaskan bahwa pengaruh postseismic akibat gempa Aceh tahun 2004 masih terus berlangsung, dan berdampak peningkatan aktivitas tekanan pada patahan aktif yang ada di daratan Aceh. Akibat masih besarnya pengaruh deformasi postseismik pada daratan Aceh, maka untuk menghitung besar laju geser (slip rate) patahan aktif segmen Aceh dan Segmen Seulimum perlu dihilangkan pengaruh pergeseran akibat postseismic. Sehingga pergeseran yang ada adalah pergeseran yang hanya diakibatkan karena patahan aktif. 76 Gambar 4.1. Vektor pergeseran yang masih dipengaruhi oleh Block Motion Pada makalah ini estimasi laju geser belum d ilakukan karena masih melakukan pengolahan data untuk stasiun ACEH dan TDMR. Stasiun ACEH merupakan stasiun kontinu yang berada di Lab Geofisika Unsyiah, dan TDMR merupakan stasiun kontinu yang berada di gedung TDMRC. Kedua stasiun tersebut diharapkan akan memberikan data yang baik dalam estimasi sliprate patahan aktif segmen Aceh dan segmen Seulimum karena pengukuran dilakukan secara realtime dan terus menerus. 5. KESIMPULAN Daratan Aceh masih dipengaruhi oleh aktivitas postseismic, dengan rata besaran pergeserannya adalah 10 mm / tahun. Deformasi postseismic yang masih terus berlangsung akibat gempa Aceh 2004 akan berimplikasi pada potensi kegempaan pada patahan aktif yang ada di daratan Aceh. Estimasi laju geser dan kedalaman sumber gempa belum dilakukan karena proses pengolahan data stasiun ACEH dan stasiun TDMR masih dalam proses pengolahan. Analisis bahaya kegempaan dengan metode PSHA berdasarkan data skunder dari Tim 9 penyusunan peta bahaya kegempaan Indonesia didapat bahwa PGA untuk kota Banda Aceh adalah sekitar g. Saran Masih perlu dilakukan penambahan titik pengamatan GPS untuk merapatkan jaringan pengamatan, sehingga akan diperoleh hasil yang leb ih akurat Deformasi postseismik masih terus berlangsung, sehingga perlu dilakukan pengamatan GPS lanjutan

6 untuk mengetahui besaran pergeseran postseismik setiap tahun Pembelajaran Gambaran umum manifestasi patahan aktif bagian utara dari S istem Patahan Sumatera yang berpotensi menghasilkan kegempaan dan gerakan tanah Potensi kegempaan pada patahan sumatra sesudah gempa Aceh 2004 sangat dipengaruhi oleh faktorfaktor berikut: Besar dan distribusi dari pergeseran koseismik gempa Aceh, postseismik dari gempa Aceh, dan perubahan Coulomb stress dari pergeseran koseismik dan postseimik. Analis is bahaya kegempaan masih menggunakan data sekunder dari Tim 9 penyusunan peta kegempaan Indonesia, harapan dalam riset ini akan ada pembahuruan data slip rate dan locking depth yang merupakan input dalam penyusunan peta tersebut. of Sumatera, Science Direct, Earth and Planetary Letter 265 (2008) ( Kerry Sieh dan Danny Natawidjaja, 2000, Neotectonic of the Sumatran fault, Indonesia., Journal of Geophysical Research, Vol. 105, No. B12, Pages 28,295-28,326, December 10, Masyhur Irsyam et al., 2008, Proposed seismic hazard maps of Sumatra and Java islands and microzonation study of Jakarta city, Indonesia, J. Earth Syst. Sci. 117, S 2, November 2008, pp Robert McCaffrey, 2009, The Tectonic Framework of the Sumatran Subduction Zone, Annu. Rev. Earth Planet. Sci : Downloaded from arjournals.annualreviews.org by Nagoya University Seth Stein and Michael Wysession, 2003, An Introduction to Seismology, Earthquake and Earth Structure, Blackwell Publishing, UK. 99 Tindak Lanjut Melakukan pengolahan untuk stasiun ACEH dan TDMR untuk mengestimasi laju geser dan kedalaman sumber gempa. Membuat peta PSHA Aceh berdasarkan laju geser dan kedalaman sumber gempa hasil perhitungan Peta PSHA menjadi masukan dalam penyusunan peta ris iko gempabumi dan menjadi masukan untuk Pemerintah Aceh dalam penyusunan tata ruang dan upaya mitigasi gempabumi. UCAPAN TERIMA KASIH Tim peneliti dari Peer Group Geohazard - TDMRC mengucapkan banyak terimakasih atas pendanaan menyeluruh dari p ihak MDF dan UNDP melalui project DRR-A dengan nomor kontrak: 537.B / TDMRC-UNSYIAH / TU / XI / 2010, dan juga atas kerjasama TDMRC dengan Pemerintah Daerah Aceh dan Departemen Dalam Negeri. DAFTAR PUSTAKA Abidin, H.Z. (2000). Penentuan Posisi dengan GPS dan Aplikasinya. PT Pradnya Pramita, Jakarta. Cetakan kedua. Danny Hilman Natawidjaja, 2008, Evaluas i Bahaya Patahan Aktif, Tsunami dan Goncangan Gempa, Laboratorium Riset Bencana Alam (LARIBA) Geoteknologi LIPI Bandung. Genrich et al., 2000, Distribution of slip at the northern Sumatran fault system, Journal of Geophysical Research, Vol. 105, No. B12, Pages 28,327-28,341, December 10, John McCloskey et al., 2007, Tsunami threat in Ind ian ocean from a future magathurust earthquake west 77