FORMULA EMPIRIS PENENTUAN MAGNITUDO MENGGUNAKAN TIGA DETIK PERTAMA GELOMBANG P (STUDI KASUS STASIUN CISI, GARUT JAWA BARAT)

Transkripsi

1 FORMULA EMPIRIS PENENTUAN MAGNITUDO MENGGUNAKAN TIGA DETIK PERTAMA GELOMBANG P (STUDI KASUS STASIUN CISI, GARUT JAWA BARAT) Azhari Himawan *1, Agus Marsono 1, Muzli 2 1 Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika 2 Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika * azhari.himawan@gmail.com ABSTRAK Indonesia merupakan negara yang rawan terjadi bencana gempabumi. Salah satu wilayah yang cukup rawan adalah Jawa Barat. Wilayah ini tercatat beberapa kali diguncang gempabumi yang cukup besar. Penentuan magnitudo dengan menggunakan fase awal gelombang diperlukan untuk membangun Earthquake Early Warning System (EEWS) di Indonesia. Studi ini menganalisis waveform gempa yang tercatat di stasiun Cisomped (CISI). Waveform kecepatan difilter dengan variasi cut-off yang nilainya 0,05; 0,075; 0,1; 0,5; dan 1 Hz, dan diintegrasi untuk mendapat sinyal displacement. Magnitudo dihitung dengan menggunakan amplitudo maksimum tiga detik pertama (MPd). Studi ini menghasilkan rumusan formula penghitungan MPd untuk tiap-tiap cut-off. Untuk gempa besar, dengan menggunakan variasi cut-off tersebut dihasilkan nilai MPd yang mendekati magnitudo (MCat) yang dikeluarkan GFZ untuk cut-off 0,05; 0,075; dan 0,1 Hz. Untuk cut- off 0,5 dan 1 Hz menghasilkan nilai yang jauh berbeda dengan selisih mencapai 0,9. Sedangkan untuk gempa kecil menghasilkan nilai MPd yang bervariasi. Kata kunci : magnutudo, filter, cut-off, tiga detik ABSTRACT Indonesia is a vulnerable country to Earthquake Hazard. The region that owned high vulnerability to Earthquake is West Java. Great earthquakes have occurred in this region several times. The magnitude determination using Early Phase of Waveform is needed to build an Earthquake Early Warning System in Indonesia. In this study, earthquake waveforms that recorded at Cisomped Seismic Station (CISI) are analyzed. The velocity signals are filtered by using several cut-off frequencies, i.e. 0.05, 0.075, 0.1, 0.5 and 1 Hz. Then filtered signals are integrated to acquire the displacement signal. The magnitude of the Earthquakes are measured by using maximum amplitudes from the first 3 seconds of arriving signal that recorded at CISI stations (MPd). This study results in calculated formula of Mpd for each cut-off frequency. MPd are almost equal to GFZ s Magnitude (MCat) by using 0.05, 0.075, and 0.1 Hz cut-off frequencies. By using 0.5 and 1 Hz cut-off frequencies, MPd are much different from MCat. The deviation is about 0.9. Meanwhile MPd values are various for smaller events. Keywords : magnitude, filter, cut-off, three second 37

2 1. PENDAHULUAN Indonesia adalah negara yang rawan terhadap kejadian gempabumi. Banyak terjadi kerusakan infrastruktur sebagai akibat secara tidak langsung dari gempabumi. Hal ini karena kerusakan yang ditimbulkan karena kerusakan sistem listrik maupun sistem lainnya akibat gempa. Karena itu penghitungan magnitudo menggunakan data beberapa detik setelah kedatangan gelombang P menjadi hal yang yang penting sebagai salah satu studi untuk membuat suatu Sistem Peringatan Dini Gempabumi (SPDG) di Indonesia. Dalam studi ini, penulis ingin mengetahui perkiraan nilai magnitudo gempabumi dengan menggunakan data waveform selama tiga detik setelah kedatangan gelombang P pada stasiun CISI yang berada di wilayah Garut, Jawa Barat. Parameter-parameter yang harus dikeluarkan dalam peringatan dini gempabumi adalah magnitudo, estimasi Origin Time, hiposenter, estimasi intesitas gempabumi yang terjadi, dan waktu kedatangan yang paling awal pada daerah tertentu (Kamigaichi dkk., 2009) Beberapa penelitian tentang penentuan magntudo secara cepat telah dilakukan. Katsumata dkk., (2013) dalam penelitiannya dapat menentukan besarnya perkiraan nilai magnitudo yang diperoleh secara cepat dengan menggunakan nilai cutoff filter yang berbeda untuk mendapatkan nilai magnitudo model yang paling mendekati nilai magnitudo sebenarnya. Odaka dkk. (2003) juga melakukan penelitian tentang kemungkinan diterapkanya EEW atau peringatan dini gempa dengan mengintegrasi dua kali sinyal percepatan tanah menjadi sinyal displacement. Dari hasil integrasi tersebut ditentukan nilai amplitudo maksimum pada tiga detik pertama (Pd) pada tiap sinyal gempa. Kemudian nilai Pd tersebut digunakan untuk mencari rumusan empiris penentuan magnitudo menggunakan data selama 3 detik setelah impuls pertama (MPd). Rumusan modelnya adalah. MPd = a log10 A + b log10 R + c (1) Kanamori (2005) menyatakan bahwa periode awal gerakan suatu gelombang gempa dapat menjadi indikator kekuatan gempa tersebut. Karakteristik proses rupture dapat diketahui setelah 3 detik setelah kedatangan gelombang P. Hal ini yang mendasari efektifnya peringatan dini gempabumi dengan data 3 detik setelah kedatangan gelombang P. Studi ini bertujuan untuk memperoleh rumusan empiris pada stasiun seismik CISI dalam penentuan magnitudo maksimum pada tiga detik pertama gelombang. Serta Untuk mengetahui nilai cut-off frekuensi pada proses pemfilteran yang memberikan hasil magnitudo yang mempunyai error yang paling kecil bila dibandingkan dengan magnitudo dari katalog gempa dari GFZ (MCat). 2. DATA DAN METODE 2.1 Data Data yang digunakan dalam studi ini adalah data waveform gempa bumi yang terjadi di laut selatan Jawa Barat yang terekam pada stasiun CISI. Data gempa yang digunakan adalah gempa yang berada pada 6,5 LS sampai 10,5 LS dan 104,5 BT sampai 109,5 BT. Gempa yang diteliti adalah gempa yang mempunyai magnitudo lebih dari 5 dari tahun 2008 sampai 2015 sebanyak 47 data. Komponen yang digunakan adalah komponen vertikal. Gambar 1 menunjukan sebaran gempa yang digunakan dalam penelitian. Data tersebut diunduh dari dengan format fullseed. Gambar 1. Sebaran Gempa. 38

3 2.2 Metode Langkah awal dalam studi ini adalah dengan membaca data waveform yang telah diunduh. Data velocity waveform dibaca menggunakan software DIMAS. Sebelum dibaca nilai amplitudo displacement maksimum pada tiga detik pertama, waveform gempa difilter terlebih dahulu dengan high-pass filter, variasi cutoff yang telah ditentukan yaitu sebesar 0,05; 0.075; 0,1; 0,5; dan 1 Hz. Kemudian waveform tersebut diintegrasi untuk mendapat sinyal displacement. Kemudian setelah itu ditentukan nilai amlitudo maksimum dari dispalcement pada tiga detik pertama. Langkah yang sama diulang kembali untuk waveform gempa dari event yang berbeda. Pada proses integrasi bila dilakukan dengan prosedur biasa tanpa adanya proses filter, maka akan mendapatkan nilai displacement yang tidak realistis (Muzli, 2013). Untuk menghindari saturasi magnitudo untuk gempa besar, parameter a pada persammaan (1) dibuat sama untuk tiap cutoff (Katsumata, dkk., 2013). Dalam proses penghitungan untuk memperoleh parameter tersebut, parameter a dihitung terlebih dahulu dengan menggunakan data dengan magnitudo lebih dari 5,5 dan dengan seluruh penggunaan cutoff filter yang diteliti. Parameter b dan c dihitung dengan menggunakan data masingmasing cut-off. Setelah nilai a, b, dan c didapat dengan, kemudian nilai MPd dihitung dengan menggunakan rumus model dari persamaan (1) untuk semua gempa dengan setiap cut-off. Selanjutnya dihitung selisih (ΔM) antara nilai MCat dan MPd. Kemudian dilihat nilai nilai cut-off yang menghasilkan nilai ΔM yang paling kecil. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh utama dari proses permfilteran adalah berubahnya nilai amplitudo. Amplitudo merupakan salah satu parameter utama dalam penentuan magnitudo gempabumi. tabel 1 menunjukkan pengaruh antara cut-off filter dan nilai amplitudo maksimum pada tiga detik setelah kedatangan gelombang P. seperti yang terlihat pada gempa nomor 1. Amplitudo maksimum bernilai positif kecuali untuk untuk cut-off 1 Hz. Dari contoh gempa tersebut dapat terlihat besarnya pengaruh proses pemfilteran pada nilai amplitudo sebagai salah satu parameter dalam penentuan magnitude. Tabel 1. Pengaruh Filter Terhadap Amplitudo. 39

4 Tabel 2 menunjukan nilai parameter a, b, dan c untuk tiap-tiap cut-off. dari tabel tersebut terlihat parameter a bernilai sama untuk tiap cut-off. Hal ini untuk mencegah tersaturasinya magnitudo untukgempa yang besar. Tabel 2. Parameter a, b, dan c untuk Tiap Cut-off. cut-off a b c 0,05 0,9326 1,5213 6,5686 0,075 0,9326 1,6590 6,2775 0,1 0,9326 1,6665 6,2724 0,5 0,9326 1,8689 5, ,9326 2,1077 5,5242 Gambar 2 menunjukan nilai ΔM untuk tiap-tiap cut-off. Untuk cut-off 0,05; 0,075; dan 0,1 Hz menunjukan selisih yang cukup kecil pada gempa dengan magnitudo diatas 5,8. Untuk magnitudo diatas 5,8 menunjukan selisih yang cukup kecil pada filter 0,05; 0,075; dan 0,1 Hz. Sedangkan untuk filter 0,5 dan 1 Hz memperlihatkan selisih sampai 0,9. Hal ini terjadi karena penulis menggunakan metode yang telah dilakukan oleh Katsumata dkk., (2013). Dengan menyamakan parameter a, nilai ΔM yang didapat untuk gempa besar akan cendrung lebih kecil. Hal ini penting untuk menghindari terjadinya kesalahan dalam memnerikan peringatan diini gempabumi bila studi ini akan dilanjutkan lebih jauh. Selisih yang cukup besar pada magnitudo yang kecil tidak begitu berpengaruh untuk peringatan dini gempabumi. Karena tujuan utama dari peringatan dini gempabumi adalah untuk memberi peringatan kepada pemangku kepentingan untuk melakukan langkahlangkah pencegahan untuk gempa yang berpotensi merusak. Diantaranya adalah dengan mematiak sistem listrik maupn kereta api untuk mencegah terjadinya kerusakan yang lebih parah. Gambar 2. Selisih Magnitudo untuk Tiap Cutoff. 4. KESIMPULAN Rumusan empiris didapat untuk menghitung magnitudo menggunakan data tiga detik pertama gelombang untuk tiap cut-off yang diteliti. Untuk cut-off 0,05 Hz : MPd = 0,9326 log A + 1,5213 log R + 6,5686 Untuk cut-off 0,075 Hz : MPd = 0,9326 log A + 1,6590 log R + 6,2775 Untuk cut-off 0,1 Hz : MPd = 0,9326 log A + 1,6665 log R + 6,2724 Untuk cut-off 0,5 Hz : MPd = 0,9326 log A + 1,8689 log R + 5,9297 Untuk cut-off 1 Hz : MPd = 0,9326 log A + 2,1077 log R + 5,

5 Dari kelima variasi cut-off yang diteliti, magnitudo yang dihasilkan dengan menggunakan cut-off 0,05; 0,075; dan 0,1 Hz memberikan hasil yang cenderung lebih baik bila dibandingkan dengan cutoff 0,5 dan 1 Hz. Vol. 93, No. 1, pp , Seismological Society of America. DAFTAR PUSTAKA Kamigaichi, O., Saito, M., Doi, K., Matsumori, T., Tsukada, S., Takeda, K., Shimoyama, T., Nakamura, K., Kiyomoto, M., dan Watanabe, Y., 2009, Earthquake Early Warning in Japan: Warning the General Public and Future Prospects, Seismological Research Letters,vol.80 no.5, doi: /gssrl , Seismological Society of America. Kanamori, H., 2005, Real-Time Seismology and Earthquake Damage Mitigation, Annu. Rev. Earth Planet. Sci : , doi: /annurev.earth , Annual Reviews. Katsumata, A., Ueno, H., Aoki, S., Yoshida, Y., dan Barrientos, S., 2013, Rapid Magnitude Determination from Peak Amplitudes at Local Stations, Earth Plates Space, Vol. 65, , The Society of Geomagnetism and Earth, Planetary and Space Sciences. Muzli, M., 2013, Combined evaluation of strong motion and GPS data for analyzing coseismic deformation caused by strong earthquake, Disertasi, Freie Universität Berlin. Odaka, T., Ashiya K., Tsukada, S., Sato, S., Ohtake, K., dan Nozaka, D., 2003, A New Method of Quickly Estimating Epicentral Distance and Magnitude from a Single Seismic Record, Bulletin of the Seismological Society of America, 41