RELOKASI DAN KLASIFIKASI GEMPABUMI UNTUK DATABASE STRONG GROUND MOTION DI WILAYAH JAWA TIMUR

Transkripsi

1 RELOKASI DAN KLASIFIKASI GEMPABUMI UNTUK DATABASE STRONG GROUND MOTION DI WILAYAH JAWA TIMUR Rian Mahendra 1*, Supriyanto 2, Ariska Rudyanto 2 1 Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Jakarta 2 Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Jakarta * reemyan@gmail.com ABSTRAK Pembuatan database strong ground motion merupakan bagian penting dalam perkiraan tingkat bencana seismik. Ground Motion Prediction (GMPE) membutuhkan database gempabumi yang akurat untuk mendapatkan hasil yang optimal. Relokasi terhadap database gempabumi diharapkan mampu memberikan parameter lokasi dan magnitude gempa yang lebih baik. Metode Double Difference dipilih sebagai metode dalam relokasi lokasi episenter dan kedalaman. Parameter lain yang digunakan dalam database ground motion adalah tipe gempabumi, yaitu interface, intraslab, dan crustal. Klasifikasi tipe gempabumi dilakukan dengan melihat posisi hiposenter terhadap model slab subduksi. Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah kejadian gempabumi dengan batasan wilayah 6 12 LS dan BT dan M 5 pada periode Melalui relokasi dengan Double Difference diperoleh nilai Root Mean Square yang lebih kecil dibandingkan sebelum relokasi, sehingga parameter gempabumi yang diperoleh bisa dikatakan lebih baik. Klasifikasi tipe gempabumi dengan cara manual menunjukkan bahwa sebagian besar gempabumi di database merupakan gempabumi intraslab. Kata Kunci: Double Difference, Intraslab, Interface, Crustal ABSTRACT Constructing strong ground motion database has become the important part of seismic hazard assessment. A precise earthquake database is necessary for obtaining optimal result of Ground Motion Prediction (GMPE). Relocation of earthquake database is expected to bring better location and magnitude of earthquake. Double Difference method is chosen to relocate location of epicenter and depth. Other parameter is necessary in constructing ground motion database, that is type of earthquake which is categorized as interface, intraslab, and crustal. Classification of earthquake s type is conducted by analyzing position of hypocenter to slab subduction model. Data used in this research consist of earthquake with the restriction of 6 12 S and E and M 5 in the period 2009 up to Through the relocation using Double Difference, smaller Root Mean Square is acquired which indicated better earthquake s parameter. Classification type of earthquake indicate that most of earthquake are categorized as intraslab Keywords: Double Difference, Intraslab, Interface, Crustal 1. PENDAHULUAN Indonesia menempati zona tektonik yang sangat aktif karena adanya tiga lempeng besar yang saling bertemu. Kondisi Indonesia yang sangat rawan memerlukan penelitian tentang perkiraan tingkat bencana seismik sebagai upaya untuk mitigasi kerusakan akibat gempabumi. Persamaan atenuasi atau Ground Motion Prediction Equation (GMPE) adalah persamaan matematis yang 46

2 dikembangkan untuk memperkirakan nilai strong ground motion di suatu tempat. Persamaan ini diperoleh dari analisa empiris dengan mempertimbangkan beberapa parameter seperti magnitudo, jarak hiposenter, dan kedalaman yang semuanya dikumpulkan dalam database strong motion. Database strong motion yang akurat diperlukan untuk memperoleh hasil yang optimal dalam perumusan GMPE. Penelitian sebelumnya tentang database srong ground motion oleh Rudyanto (2013) hanya menggunakan parameter gempabumi dari katalog ISC, USGS, GFZ, dan BMKG yang dianggap memiliki hasil yang cukup akurat. Penelitian terbaru tentang GMPE oleh Rini (2015) juga masih menggunakan katalog dari USGS dan BMKG. Katalog dari BMKG memiliki kelemahan yaitu adanya beberapa gempabumi dengan fixed depth 10 km. Pentingnya data jarak hiposenter dan kedalaman memerlukan relokasi dari posisi hiposenter. Metode yang akan digunakan dalam relokasi gempabumi ini adalah algoritma double-difference (Waldhauser dan Ellsworth, 2000). Metode ini mengasumsikan bahwa jarak persebaran hiposenter antara dua gempabumi sangat kecil dibandingkan jarak antara stasiun dengan sumber gempabumi, sehingga ray path kedua gempabumi tersebut dianggap sama. Parameter lain yang diperlukan dalam database adalah tipe gempabumi. Dalam analisa GMPE terdapat tiga kategori gempabumi, yaitu interface, intraslab, dan crustal. Klasifikasi tipe gempabumi diperoleh melalui analisa posisi hiposenter dan mekanisme patahan terhadap model slab subduksi. 2. DATA DAN METODE Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Data sekunder parameter gempabumi berupa origin time, lokasi episenter, magnitudo, kedalaman, di wilayah Jawa Timur dengan batas koordinat 6 12 LS dan BT dan magnitudo 5 pada periode dari katalog BMKG, ISC, dan USGS. 2. Data arrival time dari repogempa BMKG. Gambar 1. Peta persebaran gempabumi dalam penelitian 3. Data sekunder magnitudo momen dan mekanisme fokal yang diperoleh dari katalog Global CMT. 4. Data model slab subduksi dari USGS Dalam penelitian ini, metode relokasi yang digunakan adalah algoritma double difference. Metoda double-difference secara teoritis merupakan pengembangan pengembangan dan modifikasi metoda Geiger dengan menggunakan perbedaan waktu tempuh pasangan gempabumi, baik data katalog, maupun data cross-correlation bentuk gelombang (Utama dkk., 2013). Residual relatif waktu tempuh antara dua hiposenter yang saling berdekatan dalam suatu kelompok dapat dinyatakan dengan: (1) Dimana, adalah waktu tempuh gelombang gempabumi i ke stasiun k, dan adalah waktu tempuh gelombang gempabumi j ke stasiun k. Sebagaimana metode Geiger, maka persamaan double-difference dapat dituliskan dalam bentuk (2) Maka persamaan double-difference untuk tiap stasiun dapat dituliskan dengan matriks: = (3) Dimana G merupakan matriks partial derivative residual waktu tempuh terhadap parameter hiposenter. Matriks ini berdimensi M x 4N. 47

3 M adalah jumlah persamaan yang mungkin dibentuk dari semua pasangan hiposenter dalam satu cluster, dan N adalah jumlah hiposenter dalam satu cluster. m adalah data vektor perubahan posisi relatif antar pasangan hiposenter terhadap posisi posisi relatif hiposenter dugaan (awal) [dx, dy, dz, dt] T pada satu cluster, sedangkan d adalah residual double-difference seluruh pasangan hiposenter. W adalah matrik diagonal untuk pembobotan tiap persamaan. Matriks W digunakan karena besar signal to noise ratio berbeda untuk tiap event pada tiap stasiun. Matriks W memberikan bobot untuk tiap persamaan berdasar kualitas pick tiap event. Klasifikasi tipe gempabumi dilakukan dengan cara melihat posisi hiposenter terhadap model slab. Menurut Astiz (1988) gempabumi intraslab dapat terjadi pada 3 lokasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 sedangkan gempabumi interface berada pada zona megathrust dengan mekanisme thrusting. Gempabumi pada zona crustal memiliki kedalaman yang sangat dangkal dan berada jauh dari zona subduksi. Diagram alir dari penelitian ini ditunjukkan pada gambar 3. Gambar 3. Klasifikasi tipe gempabumi menurut Astiz (1988) (Rini, 2015) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Relokasi dengan HypoDD Kualitas dari relokasi dengan hypodd dapat dilihat dari histogram residual waktu tempuh dari gempabumi yang telah terelokasi. Residual waktu tempuh yang semakin kecil menunjukkan bahwa parameter gempabumi semakin mendekati kondisi sebenarnya. Analisis statistik dengan histogram ditunjukkan seperti pada gambar 4. Histogram residual waktu tempuh setelah relokasi memiliki frekuensi lebih banyak pada nilai 0 dibandingkan histogram sebelum relokasi yang memiliki banyak residual relatif tinggi. Gambar 2. Diagram alir penelitian Gambar 4. Distribusi frekuensi residual waktu tempuh sebelum dan sesudah relokasi 48

4 Gambar 6. Pergerseran episenter gempa (km) terhadap azimuth Gambar 5. Diagram frekuensi pergeseran per azimuth Dari 109 event yang digunakan pada penelitian hanya 57 yang mampu terelokasi. Jumlah pergeseran episenter pada rentang azimuth tertentu setelah direlokasi dapat dilihat di gambar 5. Parameter gempabumi yang tidak terelokasi diperbaiki dengan menggunakan data katalog ISC. Menurut Rudyanto (2013) katalog ISC memiliki keakuratan tertinggi dibandingkan katalog gempabumi lainya. Gambar 5 menunjukkan bahwa sebagian besar episenter gempabumi berpindah dengan azimuth Perpindahan episenter terbanyak terjadi pada azimuth dengan jumlah lebih dari 20 event. Nilai pergeseran episenter dan perubahan kedalaman gempabumi setelah direlokasi dengan hypodd dan katalog ISC ditunjukkan pada gambar 6 dan 7. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 6, sebagian besar pergeseran terjadi pada azimuth dengan rata- rata jarak km. Jarak pergeseran terbesar sekitar 60 km dan terkecil adalah 0 km. Hal yang sama juga terjadi pada nilai perubahan kedalaman seperti yang ditunjukkan gambar 7. Sebagian besar perubahan kedalaman bernilai kurang dari 40 km dengan perubahan terbesar sekitar 80 km. Nilai pergeseran episenter dan kedalaman yang cenderung kecil menunjukkan bahwa data sebelum direlokasi sudah cukup baik, namun perbedaan kecil pada lokasi episenter akan sangat mempengaruhi perhitungan GMPE. Gambar 7. Pergerseran kedalaman (km) terhadap azimuth 3.2 Klasifikasi tipe gempabumi Data mekanisme fokal yang diperoleh dari Global CMT berjumlah 45 event. Persebaran gempabumi yang memiliki nilai mekanisme fokal dari Global CMT dapat dilihat di gambar 8. Penentuan tipe gempabumi dilakukan dengan cara membuat cross section sebanyak 5 lintasan guna melihat posisi hiposenter dan mekanisme patahan gempabumi. Hasil cross section dari lintasan A- A, lintasan B- B, lintasan C- C, lintasan D- D, dan lintasan E- E diperlihatkan pada gambar 9. Gambar 8. Persebaran gempabumi dan lintasan cross section (a) 49

5 (b) (e) Gambar 9. Cross section dan persebaran gempabumi lintasan a) A- A, b) B- B, c) C- C, d) D- D, dan e) E- E (c) (d) Dari analisa terhadap gambar 9 serta menggunakan teori Astiz (1988) dan Youngs (1997) diperoleh klasifikasi tipe gempa yang sama dengan Rudyanto (2013). Gempabumi crustal berlokasi di lempeng benua pada jarak lebih dari sama dengan 200 km dari zona penunjaman dan kedalaman kurang dari 40 km. Gempabumi intraslab diklasifikasikan sebagai gempabumi dengan kedalaman lebih dari sama dengan 40 km, gempabumi dengan jarak kurang dari 200 km dan kedalaman kurang dari 40 km, dapat dikategorikan sebagai tipe gempabumi interface atau intraslab dengan menggunakan informasi mekanisme fokusnya. Apabila mekanisme fokus berupa patahan naik, maka dikategorikan sebagai gempabumi interface, sebaliknya apabila patahan turun, maka gempabumi dikategorikan sebagai gempabumi intraslab. Pada beberapa gempabumi yang tidak diketahui mekanisme fokalnya maka diasumsikan tipe gempabumi tersebut sama dengan tipe gempabumi di dekatnya yang sudah diidentifikasi. Hasil klasifikasi secara manual ditampilkan oleh gambar 9 yang menunjukkan bahwa sebagian besar gempabumi dalam database merupakan gempa intraslab yaitu sebanyak 71 event. Gempabumi crustal dan interface memiliki jumlah yang hampir sama yaitu 20 dan 18. Secara umum gempabumi yang terjadi di sekitar Jawa Timur diakibatkan oleh interaksi di zona subduksi dan hanya sedikit yang berada di crustal. 50

6 Gambar 9. Grafik jumlah gempabumi per tipe gempabumi 4. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian tentang relokasi dan klasifikasi gempabumi untuk database GMPE di wilayah Jawa Timur adalah sebagai berikut: Database strong motion yang telah direlokasi dengan HypoDD memiliki tingkat keakuratan yang lebih tinggi dan gempabumi dengan kedalaman tertentu telah terelokasi sehingga memiliki nilai yang lebih sesuai dengan lokasi hiposenter sebenarnya. Sebagian besar database strong motion Jawa Timur terjadi pada zona subduksi khususnya intraslab. Rudyanto, A., 2013, Development of Strong Motion Database For The Sumatra- Java Region, Tesis, Program Master Filosofi, The Australian National Universirty, Australia. Waldhauser, F., dan Ellsworth, W. L., 2000, A Double-Difference Earthquake Location Algorithm: Method and Application to the Northern Hayward Fault: Bull. Seism. Soc. Am., 90, Utama, M. R. J.,2013, Studi Kegempaan Regional Center Ix Bmkg Maluku Berdasarkan Hasil Relokasi Hiposenter Dengan Menggunakan Hypodd, Tugas Akhir, Program Sarjana Teknik, Institus Teknologi Bandung. Sumber pustaka dari situs internet : pada 21 Februari diakses diakses pada 23 Februari diakses pada 23 Februari diakses pada 11 Februari DAFTAR PUSTAKA Astiz, L., Lay, T., dan Kanamori, H., 1988, Large Intermediate- Depth Earthquakes and the Subduction Process, Phys. Earth Planet. Interiors 53, Rini, V. S., Subakti, H., dan Rudyanto, A., 2015, Kajian Awal Persamaan Prediksi Percepatan Tanah di Zona Subduksi Wilayah Bali dan Sekitarnya, Skripsi, Program Sarjana Terapan, Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Jakarta. 51