( Abstrak. A adalah amplitudo maksimum (nm) pada gelombang S, dan R adalah jarak hiposenter (km).

Transkripsi

1 PENENTUAN FORMULA EMPIRIS MAGNITUDO LOKAL UNTUK WILAYAH NUSA TENGGARA TIMUR DETERMINATION OF EMPIRICAL LOCAL MAGNITUDE FORMULA FOR EAST NUSA TENGGARA REGION Aditya Hanly Ludji Nguru, Gunawan Ibrahim, Nova Heryandoko 2, Basri Kamaruddin 2 Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika 2 Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika ( adityaludjinguru@gmail.com) Abstrak Magnitudo merupakan ukuran logaritmik dari kekuatan gempabumi yang berdasarkan pengukuran instrumen, salah satunya yaitu magnitudo lokal yang digunakan untuk menyatakan kekuatan gempabumi lokal maupun regional. Tujuan penelitian ini untuk menentukan formula empiris magnitudo lokal dan koreksi fungsi jarak (-log A ) di wilayah NTT. Penelitian ini menggunakan 279 data ampitudo maksimum dari 55 kejadian gempabumi yang terekam pada sensor seismometer BMKG di wilayah NTT, dengan kedalaman kurang dari 7 km dan jarak hiposenter 4 72 km dari tanggal November 25 3 Desember 25. Perhitungan menggunakan metode inversi least square. Formula empiris magnitudo lokal untuk wilayah NTT yang dihasilkan dari penelitian ini M L = log A + 2,92 log R,94R 3,626 Koreksi fungsi jaraknya log A = 2,92 log R,94R 3,626, A adalah amplitudo maksimum (nm) pada gelombang S, dan R adalah jarak hiposenter (km). Kata kunci: magnitudo lokal, koreksi fungsi jarak, amplitudo, dan hiposenter Abstract Magnitude is a logarithm measurement for the strength of the earthquake that based on measurement instruments, which is a local magnitude that used to reveal the power of local and regional earthquakes. The goal of this research is to determine the empirical formula of local magnitude and distance correction function (-log A ) in East Nusa Tenggara. This research used 279 maximum ampitude data of 55 earthquake events which are recorded by seismometers sensors in BMKG seismic network that located in East Nusa Tenggara, the depth of the earthquakes are less than 7 kilometres and the hypocentral distances about 4-72 kilometres, the data started from November, 25 till December 3, 25. The calculations used least square inversion method. The research obtain an empirical local magnitude formula for East Nusa Tenggara region M L = log A + 2,92 log R,94R 3,626 Distance correction function log A = 2,92 log R,94R 3,626 A as the maximum amplitude (nm) in the S wave, and R as the distance hypocenter (km). Keywords: local magnitude, correction distance function, amplitude and hypocenter

2 I. PENDAHULUAN Provinsi Nusa Tenggara Timur merupakan bagian dari Busur Banda, yang berada pada zona tumbukan antara tepi barat laut Benua Australiayang bergerak ke utara dengan lempeng Samudera Indo-Australia ( Pandelisman, 29). Karena letaknya yang dekat dengan pertemuan lempeng tektonik wilayah NTT menjadi daerah yang tingkat aktivitas seismiknya cukup tinggi terutama gempa-gempa dangkal. Pada tahun 24 tercatat jumlah penduduk Provinsi Nusa Tenggara Timur sebanyak jiwa dengan tingkat pertumbuhan ekonomi dan pembangunan yang meningkat dari tahun ke tahun (Badan Pusat Statistik Provinsi Nusa Tenggara Timur, 24). Dengan tingkat keaktifan gempabumi yang tinggi dan tingkat pertumbuhan ekonomi dan pembangunan yang meningkat dari tahun ke tahun maka di wilayah ini diperlukan pengkajian resiko gempabumi untuk perencanaan pembangunan terutama infrastrukturnya. Salah satu dari parameter dasar seismologi yang berhubungan dengan pengkajian resiko gempabumi adalah skala magnitudo (Nguyen dkk., 2). Konsep magnitudo pertama kali diperkenalkan oleh Richter (935). Skala magnitudo menggambarkan besarnya energi yang dilepaskan saat terjadi gempabumi salah satunya magnitudo lokal. Skala magnitudo lokal merupakan skala magnitudo yang sangat bermanfaat dalam pengkajian resiko gempabumi untuk wilayah lokal seperti wilayah NTT, karena untuk wilayah lokal skala magnitudo lokal sangat penting karena dapat memberikan konsistensi, stabilitas dan pengukuran yang terbaik serta membantu dalam memberikan informasi kepada masyarakat mengenai usaha pencegahan darurat bencana seismik, pengkodean bangunan kriteria desain rekayasa, pemantauan ledakan nuklir, asuransi dan aspek keamanan secara umum (Alsaker dkk, 99). Penelitian ini bertujuan untuk menentukan formula empiris magnitudo lokal dan koreksi fungsi jarak di wilayah NTT. Penelitian formula empiris di Indonesia telah dilakukan, yaitu untuk wilayah Sesar Lembang, Jawa Barat menggunakan data amplitudo maksimum dari seismograf broadband yang tersebar di sekitar wilayah Sesar Lembang sebanyak 4 seismograf (Karnaen, 24). Wilayah Maluku Utara menggunakan data amplitudo maksimum dari seismograf broadband yang tersebar di sekitar wilayah Maluku Utara sebanyak 6 seismograf (Kamaruddin, 25). Metoda yang diaplikasikan dalam penelitian ini adalah metoda rekomendasi dari International Association of Seismology and Physics of the Earth s Interior (IASPEI) yaitu menurunkan formulasi persamaan amplitudo gelombang S yang digunakan untuk penentuan formula empiris magnitudo lokal (Hasvkov dan Ottemoller, 2). Formula empiris magnitudo lokal untuk Nusa Tenggara Timur yang dihasilkan dalam penelitian ini dapat menggambarkan karakteristik secara umum dari penjalaran gelombang seismik dan atenuasi yang bergantung pada kondisi lokal wilayah setempat. II. DATA DAN METODE 2. Data Penelitian ini menggunakan data kejadian gempabumi lokal dari katalog seiscomp3 yang terekam pada seismograf BMKG di wilayah NTT selama periode November 25 3 Desember 25. Terdapat 55 kejadian gempabumi yang tercatat pada seismometer tersebut dengan parameter jarak episenter - 8 km, kedalaman - 7 km. Skala magnitudo dari kejadian gempabumi yang digunakan pada penelitian ini adalah - 6 Skala Richter (SR). Lokasi gempabumi dan posisi seismometer di wilayah NTT dapat dilihat pada gambar, sedangkan data stasiun seismometer jaringan BMKG di wilayah NTT dapat dilihat pada tabel.

3 Gambar. Peta daerah penelitian, kejadian gempabumi dan stasiun seismometer Tabel. Parameter stasiun seismometer jaringan BMKG No Kode Stasiun Nama Stasiun Lintang Bujur Elevasi (m) BATI Baumata -,265 23, ,8 2 SOEI Soe -9, , ATNI Atambua -9,835 24, ,3 4 ALKI Alor -8,445 24,593 82,93 5 MMRI Maumere -8, , EDFI Ende -8,7497 2,693 94,34 7 LBFI Labuan Bajo -8,48 9, WBSI Waikabubak -9,64 9,39 456,67 9 WSI Waingapu -9, , BASI Baing -,289 2,5777 8, Metode Analisis Penelitian tentang formula empiris magnitudo lokal memerlukan data amplitudo maksimum seismogram dan data jarak hiposenter. Data amplitudo maksimum diambil dari data katalog gempabumi seiscomp3. Untuk data jarak hiposenter dihitung dengan menggunakan perangkat lunak TauP Toolkit (Crotwell dkk, 999). Sebanyak 279 data amplitudo maksimum digunakan dalam penelitian ini. Konsep magnitudo lokal pertama kali diperkenalkan oleh Richter (935). Dengan mendefinisikan gempabumi dengan magnitudo 3 dihasilkan oleh mm amplitudo maksimum seismometer

4 Wood-Anderson pada jarak episenter km. Persamaan umum magnitudo lokal adalah sebagai berikut (Richter, 935): M L = log A log(a ) () A adalah amplitudo maksimum komponen horizontal (mm) dan log(a ) adalah fungsi koreksi jarak. Dalam penentuan formula empiris magnitudo lokal, persamaan umum yang digunakan adalah (Nguyen dkk., 2; Saunders dkk., 22; Karnaen, 24): M L = log A + a log r + b r + c (2) Parameter a, b, dan c adalah konstanta yang menggambarkan propagasi gelombang seismik, atenuasi dan referensi lokal yang berdasarkan referensi dari Richter (935). Dari persamaan () dan (2) diperoleh fungsi koreksi jarak (-log A ) yaitu: log A = a log r + b r + c (3) Havskov dan Ottemoller (2) mengatakan bahwa koefisien dari persamaan (2) yaitu a, b, dan c bisa didapatkan dengan cara melakukan inversi secara simultan dari sejumlah kejadian gempabumi dengan melibatkan koreksi stasiun (s j ) berdasarkan persamaan-persamaan berikut: log A ij = M Li a log(r ij ) b r ij sj c (4) dengan i adalah kejadian gempa bumi ke-i, s adalah koreksi stasiun dan j adalah staiun ke-j. Untuk mendapatkan koefisien c yang merupakan koreksi level dasar, kita dapat menggunakan referensi dari salah satu gempabumi sebagai acuan. Koefisien c dapat dinyatakan dengan: c = M Lref log A ref a log ( r ref ) br ref (5) M Lref adalah magnitudo referensi, A ref merupakan amplitudo referensi dan r ref adalah jarak hiposenter yang digunakan sebagai referensi. Havskov dan Ottemoller (2) mengajukan dua referensi yang digunakan sebagai acuan dalam penentuan formula empiris magnitudo lokal yang berdasarkan pada referensi yang diberikan Richter (935). Referensi yang pertama, apabila amplitudo yang tercatat sebesar 48 nm pada jarak hiposenter 7 km maka gempabumi tersebut menghasilkan magnitudo sebesar 2, M L dan yang kedua, apabila amplitudo yang tercatat sebesar 48 nm pada jarak hiposenter km maka gempabumi tersebut menghasilkan magnitudo sebesar 3, M L. Dalam penelitian ini menggunakan referensi kedua yang diberikan oleh Havskov dan Ottemoller (2) tersebut. Referensi ini digunakan karena data yang digunakan bervariasi pada kedalaman 67 Km dengan rentang jarak hiposenter 4 72 Km. Persamaan (4) dan (5) disusun ulang dan dimasukkan nilai referensi maka diperoleh persamaan baru yaitu: log( A ij ) + 3 log 48 = M Li a log(r ij /) b(r ij ) s j (6) Nilai M Li, a, b, dan s j dari persamaan (6) dapat diperoleh dengan menggunakan metode inversi least square dengan rumus sebagai berikut (Alsaker dkk., 99; Miao dan Langston, 27; Havskov dan Ottemoller, 2; Karnaen, 24): d = G m (7) dimana d = log( A ij ) + 3 log48

5 G = log(r/) log(r2/) log(r3/) log(r4/) log(r5/) log(rn/) (r ) (r2 ) (r3 ) (r4 ) (r5 ) (rn ).... m = M Li a b s j T n adalah jumlah data, i adalah kejadian gempa bumi ke-i, s adalah koreksi stasiun dan j adalah staiun ke-j. Nilai m yang merupakan parameter model yang diperlukan dapat dicari dengan menggunakan persamaan: m = G T G G T d (8) III. HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan perhitungan inversi least square, diperoleh hasil formula empiris magnitudo lokal dan fungsi koreksi jarak (-log A ) untuk wilayah NTT adalah sebagai berikut: M L = log A + 2,92logR,94R 3,626 (9) log A = 2,92logR,94R 3,626 () NTT yang selanjutnya disebut ML NTT. M L adalah magnitudo lokal, A adalah amplitudo maksimum (nm) pada gelombang S, dan R adalah jarak hiposenter (km). Nilai a, b, dan c masing-masing adalah 2,92, -,94, -3,626. Fungsi koreksi jarak untuk wilayah NTT ditunjukkan pada persamaan (). Untuk menguji keakuratan formula empiris magnitudo lokal NTT maka akan dibandingkan formula empiris penelitian ini terhadap beberapa formula empiris magnitudo lokal yang pernah dilakukan menggunakan data gempabumi wilayah NTT dan dihitung standar deviasinya. Tabel 2 akan menampilkan nilai parameter a,b, dan c wilayah penelitian dan wilayah lainnya dan tabel 3 akan menampilkan nilai standar deviasi dari residual magnitudo lokal beberapa formula empiris Persamaan (9) merupakan formula empiris magnitudo lokal untuk wilayah Tabel 2. Nilai parameter a,b, dan c wilayah penelitian dan wilayah lainnya Daerah penelitian a b c Referensi California Selatan,,89-2,9 Hutton dan Boore (987) California Tengah,,3 -,99 Bakun dan Joyner (984) Turki Barat Laut,,52 -,6 Baumbach dkk (23) Vietnam Utara,74,48 -,522 Nguyen dkk (2) Sesar Lembang 6,4267 -,36-7,977 Karnaen (24) Maluku Utara,65,37 -,3568 Kamaruddin (25) NTT 2,92 -,94-3,626 Penelitian ini

6 Tabel 3. Nilai standar deviasi dari residual magnitudo lokal beberapa formula empiris Dari hasil perhitungan, diperoleh nilai standar deviasi sebesar,28 untuk formula empiris magnitudo lokal NTT. Jika dibandingkan dengan nilai standar deviasi dari beberapa formula empiris seperti pada tabel 3, maka nilai standar deviasi untuk formula empiris magnitudo lokal NTT lebih kecil dari yang lain dengan menggunakan data.4 Formulasi Standar Deviasi Bakun dan Joyner (984),344 Hutton dan Boore (987),2983 Baumbach dkk (23),2892 Kamarudin (25),3556 Penelitian ini,28 Standar Deviasi yang sama. Nilai standar deviasi yang semakin kecil menunjukkan bahwa formula empiris magnitudo lokal NTT bisa digunakan untuk wilayah Nusa Tenggara Timur karena mewakili kondisi lokalnya. Gambar 2 dibawah menunjukkan perbedaan standar deviasi dari beberapa formula empiris yang di plot dalam bentuk diagram batang Standar Deviasi.5 Gambar 2 Perbedaan nilai standar deviasi dari beberapa formula empiris, yaitu Bakun dan Joyner (984), Hutton dan Boore (987), Baumbach dkk (23), Kamaruddin (25), dan penelitian ini (NTT)

7 Gambar 3 menunjukkan distribusi residual magnitudo lokal terhadap jarak hiposenter. Distribusi dari residual magnitudo lokal NTT cenderung berada pada rentang -,6,5 atau mendekati dengan nilai standar deviasi,28. Sementara distribusi residual magnitudo dari formula empiris yang lain, lebih menyebar dengan rentang -. Hal ini semakin membuktikan bahwa formula empiris magnitudo lokal NTT lebih cocok diterapkan di wilayah NTT. Berdasarkan gambar 4 terlihat bahwa kurva koreksi fungsi jarak meningkat terhadap jarak. Semakin jauh jarak suatu gempa terhadap stasiun pencatat maka semakin banyak lapisan bumi yang dilewati gelombang gempa. Efek atenuasi gelombang seismik formula empiris magnitudo wilayah NTT kecil pada jarak dekat dan menjadi besar pada jarak yang jauh. Hal ini membuktikan bahwa formula empiris magnitudo lokal NTT dapat diterapkan di wilayah NTT. Nilai fungsi koreksi jarak wilayah NTT berkisar antara -,35,466. Jika dibandingkan dengan 4 kurva lainnya pada gambar 4.3 fungsi koreksi jarak (-log A ) untuk wilayah NTT sangat berbeda dengan wilayah yang lain. Hal ini menunjukan bahwa kondisi bawah permukaan atau karakteristik atenuasinya unik atau berbeda, tetapi pada jarak hiposenter 3 km karakteristik atenuasinya memiliki kesamaan dengan kurva Hutton dan Boore (987) dan Baumbach (23). Perbedaan kelima kurva ini menunjukan bahwa formulasi empiris magnitudo lokal hanya cocok diterapkan pada wilayah setempat. Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai karakter sumber radiasi dan propagasi gelombang gempa lokal dan regional untuk mendapatkan model fisis yang merujuk pada koreksi atenuasi yang kecil (Bockholt dkk, 25) Gambar 3 Distribusi residual magnitudo lokal beberapa formula empiris terhadap jarak hiposenter (R) dan frekuensinya, (a) Penelitian ini (NTT), (b) Kamaruddin (25), (c) Hutton dan Boore (987), dan (d) Bakun dan Joyner (984)

8 Gambar 4 Kurva perbandingan fungsi koreksi jarak (-Log A ) antara wilayah penelitian dengan beberapa penelitian sebelumnya Gambar 5, menunjukan plot,5 pada jarak antara 4 km, namun perbedaan antara logaritma amplitudo ada beberapa data yang berada pada jarak observasi (log Aobs) dengan logaritma amplitudo hasil perhitungan (log Acal) antara 4 72 km. Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa formula empiris ini bagus terhadap jarak hiposenter (R). Pola untuk digunakan pada jaraka hiposenter - penyebaran data cenderung mengumpul pada 72 km. titik nol dengan rentang antara -,6 sampai Gambar 5 Distribusi Log Aobs Log Acal terhadap jarak hiposenter (R)

9 IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, kesimpulan penelitian ini adalah :. Formula empiris magnitudo lokal untuk wilayah Nusa Tenggara Timur adalah sebagai berikut: M L = log A + 2, 92logR, 94R 3, 626 A adalah amplitudo maksimum (nm) pada gelombang S, dan R adalah jarak hiposenter (km) 2. Fungsi koreksi jarak (-Log A ) wilayah Nusa Tenggara Timur adalah : Log A = 2, 92logR, 94R 3, Berdasarkan distribusi residual magnitudo lokal terhadap jarak hiposenter, magnitudo lokal NTT cenderung berada pada rentang -,6,5 dengan nilai standar deviasi,28 yang lebih kecil dari formula empiris. Hal ini menunjukkan bahwa formula empiris ML NTT lebih cocok diterapkan di wilayah NTT karena mewakili kondisi lokal wilayah setempat V. DAFTAR PUSTAKA Alsaker, A., Kvame, L. B, Hansen, R. A., Dahle, A., dan Bungum, H., 99, The M L scale in Norway, Bulletin of the Seismological Society of America, No 2, Vol 8, hal Badan Pusat Statistik (BPS) Propinsi Nusa Tenggara Timur., 24, Nusa Tenggara Timur Dalam Angka 24, BPS Propinsi Nusa Tenggara Timur, Kupang Bakun, W.H., dan Joyner, W.B., 984, The ML Scale in Central California, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol 74, No. 5, pp Baumbach, M., Bindi, D., Groser, H., Milkereit, C., Parolai, S., Wang, R., Karakisa, S., Zünbül, S., dan Zschau, J., 23, Calibration of an ML Scale in Northwestern Turkey from 999 Izmit Aftershock, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol 93, No. 5, pp Bockholt, B.M, Langston, C.A, Witchers, M., 25, Local Magnitude and Anomalous Amplitude Distance Decay in the Eatern Tennessee Seismic Zone, Seismologicla Research Letters, Vol 86, No 3 Crotwell, H.P., Owens, T.J., dan Ritsema, J., 999, The TauP Toolkit: Flexible Seismic Travel-Time and Raypath Utilities, Seismological Research Letters (For Submittal), Vol 5, Januari 999 Havskov, J., dan Ottemoller, L., 2, Routine Data Processing in Earthquake Seismology, Department of Earth Science University of Bergen, Norway Hutton, L. K., dan Boore, D. M., 987, The M L scale in Southern California, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 77, No. 6, pp Kamarrudin, B., 25, Penentuan Formula Empiris Magnitudo Lokal Untuk Wilayah Maluku Utara, Skripsi, Program Studi Geofisika, Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Tangerang Selatan Karnaen, M., 24, Penentuan Formula Empiris Magnitudo Lokal (M L ) pada Wilayah Sesar Lembang, Tesis, Program Studi Sains Kebumian, Institut Teknologi Bandung, Bandung Miao, Q., dan Langston, C. A., 27, Empirical Distance Attenuation and the Local Magnitude Scale for the Central United States, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 97, No. 6, pp Nguyen, L. M., Ling, Tin-Li., Wu, Yih-Min., Huang, Bor-Shouh., Chang, Chien- Hsin., Huang, Win-Gee., Le, T. S., dan Dinh, V. T., 2, The First M L Scale for North of Vietnam, Jurnal of Asian Earth Sciences, Vol. 4, pp

10 Pandelisman, H. F., 24, Studi Struktur Geologi Dan Litologi Menggunakan Metode Pemetaan Geologi Berbasis Penginderaan Jauh Pada Blok Kolbano, Pulau Timor, Nusa Tenggara Timur, Tesis, Program Studi Teknik Geologi, Universitas Diponegoro, Semarang Richter, C. F., 935, An Instrumental Earthquake Magnitude Scale, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 25, No. Saunders, I., Ottemoller, L., Brandt, B. C. M., dan Fourie, J. S. C., 22, Calibration of an M L scale for South Africa using tectonic earthquake data recorded by the South African National Seismograph Network: 26 to 29, Springer-Journal of Seimology, ISSN