ANALISIS INVERSI WAVEFORM TIGA KOMPONEN UNTUK MENENTUKAN MOMEN TENSOR GEMPA-GEMPA BUMI DI PULAU JAWA PADA TAHUN 2010

Transkripsi

1 ANALISIS INVERSI WAVEFORM TIGA KOMPONEN UNTUK MENENTUKAN MOMEN TENSOR GEMPA-GEMPA BUMI DI PULAU JAWA PADA TAHUN 2 Muh. Rodli Masykur, Bagus Jaya Santosa Prodi Geofisika, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya 6, Indonesia rodli9@mhs.physics.its.ac.id, bjs@physics.its.ac.id Abstrak Pulau Jawa termasuk daerah rawan gempa. Dalam lima tahun terakhir IRIS mencatat sekitar 294 gempa di Indonesia, 28 di antaranya terjadi di pulau Jawa. Hal ini karena pulau Jawa dan Sumatra terletak di antara tiga zona yang dapat mengakibatkan gempa bumi di Indonesia, yaitu Palung Sunda, Sesar Sumatra (Sesar Semangko), serta Sesar Mentawai, Sesar Batee dan Sesar Andaman. Analisis seismogram menggunakan waveform tiga komponen dilakukan untuk mendapatkan momen tensor dan mengetahui pola bidang patahan subduksi di pulau Jawa. Penelitian ini diawali dengan request beberapa event gempa tahun 2 dari IA dan atau Geofon. Kemudian dengan software ISOLA dilakukan konversi dan preprocessing data, input data yang meliputi: crustal model, event info, memilih stasiun, persiapan data mentah, dan pendefinisian sumber seismik, menghitung fungsi Green, melakukan inversi dan plot hasil inversi. Selanjutnya menggambarkan Fault-Plane penyebab gempa bumi menggunakan software hcplot. Hasil analisis ini diketahui bahwa pola bidang patahan yang berkembang di pulau Jawa adalah pola sesar normal (normal fault) dan sesar naik (reverse fault) sejajar busur pulau. Kata kunci: Inversi waveform tiga komponen, momen tensor, gempa bumi. Pendahuluan Wilayah Indonesia terletak di antara dua samudra, dua benua dan tiga lempeng tektonik mega. Indonesia terletak pada jalur pusat-pusat gempa bumi global circum-pacific. Hal inilah yang menyebabkan beberapa daerah di Indonesia sering terjadi gempa bumi dengan intensitas dan kekuatan gempa mulai dari skala terkecil sampai skala terbesar, terutama di Sumatra, Irian Jaya, Selatan Jawa, dan Sulawesi. Gempa-gempa yang terjadi di Sumatra dan Jawa merupakan implikasi geodinamik dari deformasi aktif di sekitar Sunda (Java) Trench (Lasitha, S dkk.,

2 26). Busur Java Trench merupakan hasil tumbukan antara lempeng lautan, yaitu lempeng India-Australia dan lempeng Euroasia. Interaksi lempeng-lempeng yang terjadi di Selatan Busur Java Trench menciptakan sebuah palung Sunda. Dalam lima tahun terakhir IRIS mencatat sekitar 294 gempa di Indonesia, 28 di antaranya terjadi di pulau Jawa. Sementara yang lain sebagian besar terjadi di pulau Sumatra dan Irian Jaya, selebihnya terjadi di Sulawesi, Sumbawa dan pulau lain. Semua gempa pulau Jawa tersebut dengan kekuatan M w 5,. Menurut McCaffrey (29), Sesar di sekitar Sumatra dan Jawa berdasarkan sejarahnya menyebabkan gempa bumi yang merusak. Untuk meminimalisir kerusakan akibat gempa perlu mengetahui karakteristik sumber gempa bumi. Pemahaman terhadap karakteristik sesar yang mengakibatkan gempa bumi diperlukan untuk memperkirakan dan mengetahui karakter dan akibat kegempaan. Karena itulah dilakukan pemodelan momen tensor gempa bumi (Lay dan Wallace, 995; Kayal, 28; Shearer, 29). Dalam memodelkan momen tensor ini dapat dilakukan dengan menggunakan metode inversi yang memanfaatkan waveform ataupun waktu tiba gelombang P (Kayal, 28; Sokos dan Zahradnik, 28). Karena gelombang seismik merambat dari sumber menuju stasiun observasi dalam ruang tiga dimensi, maka penentuan CMT (Centroid Moment Tensor) gempa bumi menggunakan fungsi Green satu komponen, yakni pada arah sumbu Z saja, tentu belum cukup untuk mengakomodasi komponen X dan Y pada koordinat kartesian. Agar bisa menggunakan seluruh data seismogram, maka untuk mengestimasi parameter sumber gempa digunakan gelombang permukaan (waveform). Selanjutnya untuk menganalisa data seismogram adalah dengan membandingkan waveform teramati oleh stasiun dan waveform sintetik yang telah dihitung fungsi Green berbasis waveform tiga komponen dalam seismogram. Dengan alasan inilah tulisan ini menyajikan hasil analisis waveform tiga komponen gempa bumi yang terjadi di Pulau Jawa pada tahun 2. Analisis data yang digunakan ialah data seismik lokal yang diunduh dari data gempa IA. Hasil analisis ini berupa parameter-parameter gempa bumi yang meliputi skala, kedalaman dan energi gempa bumi serta model patahan penyebab terjadinya gempa bumi.

3 2. Metode Penelitian 2.. Persiapan Data Data yang digunakan adalah hiposenter dari beberapa event gempa pulau Jawa dari IA atau Geofon pada 2. Dipilih 5 event dengan kekuatan M w = 5 lebih. Kesemuanya terekam pada 3 s/d 5 stasiun terdekat, dengan rekaman yang meliputi tiga komponen dan dengan signal-to-noise ratio (SNR) yang bagus. Request data dari IA atau Geofon dalam format seed, selanjutnya dirubah dalam bentuk SAC melalui sistem operator Linux. Setelah itu file biner SAC dan GCF (Guralp Compressed Format) tersebut dirubah dalam format ASCII (4 kolom data ASCII per stasiun, yaitu Waktu, NS, EW dan Z komponen), yang disediakan pilihan impor SAC dan GCF oleh software ISOLA Pengolahan Data Pengolahan data mengikuti setiap tahapan yang disajikan oleh software ISOLA. Mulai dari konversi dan preprocessing data, input data, menghitung fungsi Green, melakukan inversi dan plot hasil inversi. Form utama dari ISOLA Matlab GUI diperlihatkan pada Gambar 2. Gambar 2 Form utama dari ISOLA Matlab GUI (Sokos dan Zahradník, 29) Setelah dilakukan konversi data dari format SAC ke format ASCII, langkah selanjutnya adalah preprocessing data, meliputi menyiapkan respon instrument, mengkonversi seismogram ke pergeseran dan memilih filter melalui frekuensi rendah untuk menghilangkan noise dengan frekuensi tinggi. Kemudian proses penginputan data.

4 Proses pengimputan data pada ISOLA, dimulai dari Input Crustal Model (Gambar 3), Input Event (Tabel ), Memilih Stasiun (Gambar 4), Input Data Observasi (Gambar 5), dan Input Sumber Seismik Trial, memilih sumber tunggal ataukah beberapa sumber. 5 Plot of Vp, Vs Tomography model Vp Vs 5 Depth (km) moho Velocity (km/sec) Gambar 3 Plot Crustal Model Pulau Jawa. Vp = kecepatan gelombang P dan Vs = kecepatan gelombang S Tabel Event Info gempa-gempa bumi di Pulau Jawa tahun 2 DATE ORIGIN TIME (UTC) MAG (Mw) LAT ( o ) LON ( o ) DEPTH (Km) 2// :25: /5/8 :59: /6/26 9:5: /8/ 9:: //9 2:39: Sumber: IA 5 o S KLI 6 o S SBJ TNG 7 o S CGJ DBJ CBJ SKJ LEM JCJ TGJ 8 o S CNJ CIS CMJ KPJ CLJ ugm 5 o E 6 o E 7 o E 8 o E 9 o E o E Gambar 4 Form Seleksi Stasiun untuk gempa bumi Tasikmalaya (Sokos dan Zahradník, 29)

5 x x x 6 Counts Gambar 5 Preparasi data seismogram yang direkam stasiun CMJI dengan tiga komponen N, E dan Z 2.3. Proses Inversi Setelah menyelesaikan seluruh tahapan input data sampai pada pendefinisian sumber trial, proses inversi dapat dimulai dan langkah pertama adalah mempersiapkan fungsi Green. Proses inversi data waveform tiga komponen dilakukan dengan menggunakan metode iterasi dekonvolusi (Zahradnik, 26; Sokos dan Zahradnik, 28; Kikuchi dan Kanamori, 99). Hasil inversi berupa parameter gempa bumi selanjutnya digunakan untuk penggambarkan Fault-Plane penyebab gempa bumi. Penggambaran dilakukan dengan menggunakan software hcplot yang didasarkan pada metode H-C (Zahradnik dkk., 28). Dari gambar Fault-Plane inilah dapat diketahui pola bidang patahan subduksi di pulau Jawa dan sekitarnya. 3. Analisa Data Data yang digunakan adalah data seismik lokal yang diunduh dari data gempa IA dan Geofon. Yaitu gempa bumi yang terjadi di pulau Jawa pada tahun 2. Besar magnitudo, posisi latitudo dan longitudo serta kedalamannya sebagaimana disajikan pada Tabel. Stasiun yang dipilih adalah 3 stasiun terdekat, diantaranya yaitu LEM (JISNET Lembang), CMJI dan SKJI (BMG Cimerak dan Sukabumi), serta CISI (Geofon Cisomped) diperlihatkan pada Gambar 4.

6 Pada analisis data ini, digunakan waveform lokal tiga komponen (BHN, BHE dan BHZ). Parameter-parameter sumber gempa bumi ini diestimasi dengan menggunakan model inversi untuk mencapai fitting waveform tiga komponen dengan baik. Proses inversi yang baik didasarkan hasil pencocokkan data observasi dan data sintetik hasil inversi. Hasil yang baik terjadi saat data observasi dan data sintetik saling tumpang tindih. Inversi waveform lokal tiga komponen ini dikondisikan pada frekuensi filter antara.2.6 Hz. Dari hasil inversi diperoleh hubungan antara waveform yang teramati 3 stasiun terdekat dengan seismogram sintetik dari masing-masing event. Kesemuanya diperlihatkan pada Gambar 6. a. Even date-time: 2 :25:4 Displacement (m). Inversion band (Hz) Observed Synthetic Gray waveforms weren't used in inversion. Blue numbers are variance reduction.8e-5 CMJ NS 6.92E E-6 EW 5.65E E-6 Z.8E E-5.75E-6.4 LEM.9E-5 7.2E E-6.5E E-6 SKJ 3.86E E-6.25E E-6.39E b. Even date-time: 258 :59:59 Displacement (m). Inversion band (Hz) Gray waveforms weren't used in inversion. Observed Synthetic Blue numbers are variance reduction 5.58E-5 CNJ NS 2.4E E-6 EW 6.48E E-6 Z 3.89E E-5 CMJ.33E E E E E E-5 SKJ 4.8E E-5.78E E E

7 c. Even date-time: :5:45 Displacement (m). Inversion band (Hz) Gray waveforms weren't used in inversion. Observed Synthetic Blue numbers are variance reduction.7e-4 CMJ NS 7.58E E-4 EW.8E E-5 Z.9E E-3 CNJ 2.28E E-5 3.9E E E E-4 LEM 4.36E E E E E d. Even date-time: 28 9::23 Displacement (m). Inversion band (Hz) Gray waveforms weren't used in inversion. Observed Synthetic Blue numbers are variance reduction.75e-4 CNJ NS 5.92E E-5 EW 2.43E E-5 Z 2.69E E-5 SKJ.9E E E E-5.79E E-5 LEM 2.E E-5.42E E E e. Even date-time: 29 2:39: Displacement (m). Inversion band (Hz) Gray waveforms weren't used in inversion. Observed Synthetic Blue numbers are variance reduction.e-5 CIS NS 4.58E E- EW 4.44E E-6 Z 9.8E E-5 LEM 5.63E E E E-5.E E-6 CMJ 5.32E E E E E Gambar 6 Data seismogram sintetik dan observasi 3 komponen gempa bumi tahun 2. a) tanggal Januari, b) tanggal 8 Mei, c) tanggal 26 Juni, d) tanggal Agustus, dan e) tanggal 9 Nopember

8 Adapun parameter gempa bumi yang meliputi skala, kedalaman dan energi gempa bumi untuk gempa bumi yang terjadi pada tanggal 9 Nopember 2 ditunjukkan Gambar 7. Sedangkan parameter gempa bumi yang terjadi sebelumnya diperlihatkan pada Tabel 2 untuk momen seismik (Mo), Tabel 3 menyatakan Strike, Dip dan Rake, dan Tabel 4 menyatakan 6 komponen moment tensor. Adapun Beachballs dapat dilihat pada Tabel 5. Gambar 7 Plot solusi momen tensor untuk gempa bumi 9 Nopember 2 Tabel 2 Momen Seismik (Mo) Date Agency Time Lat. N Lon. E Depth Mw Mo ( 7 Nm) 2// IA :25: NA Author :25: /5/8 IA :59: NA Author :59: /6/26 IA 9:5: NA Author 9:5: /8/ IA 9:: NA Author 9:: //9 IA 2:39: NA Author 2:39:

9 Tabel 3 Strike, Dip dan Rake Event Strike Dip Rake Strike 2 Dip 2 Rake 2 2// /5/ /6/ /8/ // Tabel 4 Enam Komponen Momen Tensor Event M rr =M 33 M tt =M M pp =M 22 M rt =M 3 M rp =M 32 M tp =M 2 2// /5/ /6/ /8/ // Hasil inversi berupa parameter gempa tersebut digunakan untuk penggambarkan Fault-Plane penyebab gempa bumi. Penggambaran dilakukan dengan menggunakan software hcplot yang didasarkan pada metode H-C (Zahradnik dkk., 28). Hasil penggambaran Fault-Plane gempa bumi pada masing-masing event terlihat pada Tabel 5. Dari hasil penggambaran Fault-Plane dan tipe sesar gempa bumi pada Tabel 5, terlihat bahwa pola bidang patahan yang berkembang di pulau Jawa adalah pola sesar normal (normal fault) dan sesar naik (reverse fault). Dari kelima event yang ada, hanya satu yang memiliki pola sesar mendatar. Adapun satu event yang memiliki pola sesar diagonal turun (oblique normal), komponen gaya yang bekerja cenderung ke arah vertikal sehingga dapat juga menyebabkan sesar normal. Hal ini karena di daerah Jawa Barat dan Jawa Timur penunjaman lempeng Samudera Hindia-Australia relatif tegak lurus terhadap Lempeng Eurasia dengan kecepatan lebih rendah daripada di bagian Sumatera yaitu hanya sekitar 6 mm/tahun dan 49 mm/tahun, mengakibatkan di Jawa lebih berkembang pola sesar-sesar normal dan naik sejajar busur pulau. (Irsyam dkk., 2).

10 Tabel 5 Hubungan bechbolls, Fault-Plane, dan Tipe Sesar gempa bumi Beachballs Fault-Plane Fault Types Jawa 2// Mendatar/Horizontal 3 2 (strike-slip) Depth Bidang patahan penyebab gempa bumi berwarna Hijau (Plane ). North-South (km) 2 4 Jawa 2/5/8 2 Diagonal Turun/ Oblique Normal Depth North-South (km) Bidang patahan penyebab gempa bumi berwarna Hijau (Plane ). Jawa 2/6/26 Turun/Normal (dip-slip) East-West (km) East-West (km) Depth North-South (km) -4 Bidang patahan penyebab gempa bumi berwarna Hijau (Plane ). East-West (km) Jawa 2/8/ Turun/Normal (dip-slip) Depth North-South (km) East-West (km) Bidang patahan penyebab gempa bumi berwarna Hijau (Plane ). Jawa 2//9 2 Naik/Reverse (dip-slip) Depth North-South (km) East-West (km) Bidang patahan penyebab gempa bumi berwarna Hijau (Plane ).

11 Arah pergerakan lempeng antara Asia Tenggara dan lempeng Indo-Australia diperkirakan sekitar Utara-Selatan dengan kecepatan pergerakan sekitar 7.7 cm/tahun (Sengara, dkk., 29). Berdasarkan perkiraan arah pergerakan lempeng dan fakta geologis, pergerakan relatifnya adalah normal terhadap busur di Pulau Jawa dan memiliki sudut miring di dekat Sumatera. (Sengara, dkk., 29). Hal ini juga dapat dilihat pada Tabel 5, dimana sebagian besar arah patahannya cenderung arah Utara-Selatan. 4. Kesimpulan Analisa data gempa melalui inversi waveform tiga komponen dilakukan dengan menggunakan software ISOLA yang bertujuan untuk mengestimasi CMT, Fault Plane dan paramater sumber gempa. Analisa dilakukan pada 5 data gempa pulau Jawa pada tahun 2 yang diperoleh dari IA dan Geofon. Hasil analisis ini diketahui bahwa pola bidang patahan yang berkembang di pulau Jawa adalah pola sesar normal (normal fault) dan sesar naik (reverse fault). Sebagian besar arah patahannya cenderung arah Utara-Selatan, searah pergerakan lempeng antara Asia Tenggara dan lempeng Indo-Australia. Daftar Pustaka Irsyam, M., Sengara, W., Aldiamar, F., Widiyantoro, S., Triyoso, W., Natawijaya, D.H., Kertapati, E., Meilano, I., Suhardjono, Asrurifak, M. Ridwan, M. (2), Ringkasan hasil studi peta gempa Indonesia 2. Tim Revisi Peta Gempa Indonesia Kayal J.R. (28), Microearthquake seismology and seismotectonics of South Asia, Springer. India. Lasitha, S., Radhakrishna, M., Ande Sanu, T.D. (26), Seismically Active Deformation in the Sumatra-Java Trench-arc Region: Geodynamic Implications, Current Science, Vol. 9, No. 5. Lay, T. dan Wallace, T.C, (995), Modern Global Seismology. Academic Press, New York, USA. McCafferey, R. (29), The Tectonic Framework of the Sumatran Subduction Zone, Annu. Rev. Earth Planet. Sci, Vol. 37, hal Sengara, I.W., Toha, F.X., Suarjana, M., Ridolva, Kusumastuti, D., Sadisun, I., Afnimar, Abuhuroyroh (29), Laporan kajian dan survey awal pasca gempabumi Tasik Jawa Barat 2 September 29, LPPM ITB. Shearer, PM, (29), Introduction to Seismology, second edition, Cambridge University Press.

12 Sokos, E. dan Zahradník, J. (28), ISOLA a Fortran Code and a Matlab GUI to Perform Multiple-point Source Inversion of Seismic Data. Computers & Geosciences. Zahradnik, J., Gallovic F., Sokos, E., Serpetsidaki, A. dan Tselentis, G.A. (28), Quick Fault-plane Identification by a Geometrical Method: Application to the Mw 6.2 Leonidio Earthquake, 6 January 28, Greece. Seismological Research Letters, Vol. 79, No. 5, hal Zahradnik, J., Serpetsidaki, A., Sokos, E. dan Tselentis, G.A. (26), Iterative Deconvolution of Regional Waveforms and a Double-event Interpretation of the Lefkada Earthquake, Greece.