Analisis Perubahan Anomali Gayaberat Sebelum dan Sesudah Gempa Bumi Padang 2016 Mw 7,8 Menggunakan Citra Satelit GRACE

Transkripsi

1 Seminar Nasional Penginderaan Jauh ke-4 Tahun 2017 Analisis Perubahan Anomali Gayaberat Sebelum dan Sesudah Gempa Bumi Padang 2016 Mw 7,8 Menggunakan Citra Satelit GRACE Analysis of Gravity Anomaly Change Before and After Padang Earthquake 2016 Mw 7,8 Using GRACE Satellite Imagery Buha Simamora *), Sesar Prabu Dwi Sriyanto, Kautsar Nafi, Marsellei Justia Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika *) ABSTRAK - Pada tanggal 2 Maret 2016 terjadi gempa bumi merusak dengan magnitudo Mw 7,8 di wilayah Padang, Sumatera Barat. Gempa ini dapat dirasakan dampaknya secara signifikan oleh masyarakat. Berdasarkan info dari BMKG, gempa bumi ini memiliki episenter di Samudera Hindia dengan koordinat 4, LS - 94,275 0 BT pada kedalaman 10 km. Mekanisme sumber gempa bumi Padang 2016 adalah patahan jenis strike-slip dengan strike 5, dip 90, dan slip 3. Kejadian gempa bumi besar diperkirakan dapat menyebabkan perubahan densitas massa batuan yang dapat diketahui dari perubahan anomali gayaberat. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan identifikasi perubahan anomali gayaberat yang diperkirakan berhubungan dengan kejadian gempa bumi Padang Data anomali gayaberat yang digunakan merupakan hasil citra satelit GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Data hasil pengukuran satelit dipilih karena melingkupi area yang luas dan tidak terbatas oleh lautan. Hasil kontur pengurangan anomali gayaberat setelah 15 hari dan sebelum 15 hari terjadinya gempa menunjukkan bahwa terdapat polarisasi anomali gayaberat yang cukup signifikan disekitar episenter. Hasil profil lintasan yang memotong episenter juga menunjukkan adanya pola perubahan SBA (Simple Bouger Anomaly) yang dapat dijadikan sebagai tanda-tanda terjadinya gempa bumi. Kata kunci: gayaberat, gempa bumi, polarisasi, SBA ABSTRACT - On March 2, 2016 a devastating earthquake occurred with a magnitude of Mw 7.8 in Padang, West Sumatra. This earthquake can be affected significantly by the community. Based on information from BMKG, this earthquake has an epicenter in the Indian Ocean with coordinates LS BT at a depth of 10 km. Source mechanism of Padang earthquake 2016 is strike-slip with strike 5, dip 90, and slip 3. The occurrence of major earthquakes is expected to cause changes in the rock mass density which can be known from the gravity anomaly changes. Therefore, in this study, identification of gravity anomaly changes is estimated to be related to the occurrence of the Padang 2016 earthquake. The gravity anomaly data used is the result of the GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellite imagery. Satellite measurement data is selected because it covers a large area and is not limited by the ocean. The result of the gravity anomaly reduction contours after 15 days and before the 15 days of the earthquake shows that there is a significant gravitational anomaly polarization around the epicenter. The result of the trajectory profile that intersects the epicenter also shows a pattern of changes SBA (Simple Bouger Anomaly) which can be used as a sign of earthquake. Keywords: gravity, earthquake, polarization, SBA 1. PENDAHULUAN Gempa bumi telah melanda daerah Samudra Hindia, barat daya Kepulauan Mentawai, Sumatera Barat, Indonesia dengan kekuatan 7.8 Mw. Kejadian ini terjadi pada 2 maret 2016 pukul 19:49:47 WIB. Gempa besar yang mengguncang wilayah Sumatera Barat ini memilliki kedalaman 10 km dengan koordinat episenter 4, LS - 94,275 0 BT. Data gempa USGS menyebutkan bahwa kejadian gempa ini memiliki tipe patahan strike-slip dengan moment tensor sebesar 5,56 x 10^20 Nm yang merupakan hasil inversi dari nodul pertama dengan strike 274, dip 84, rake -169,dan bidang nodal kedua dengan strike 5, dip 79, rake 6. Berdasarkan hasil penelitian oleh Sianipar (2016) gempa ini merupakan gempa interplate yaitu gempa yang terjadi di dalam lempeng tektonik dan dari posisi hiposenternya, kemungkinan besar gempa ini terjadi di Investigator Fracture Zone (IFZ) yaitu transform ridge berarah barat daya yang berada di lempeng oseanik Indo-Australia di sebelah barat palung Sunda. Wilayah ini memiliki tatanan tektonik yang dipengaruhi oleh pergerakan lempeng Indo-Australia ke arah timur laut dibawah lempeng Sunda yang bergerak dengan kecepatan 11mm/tahun (USGS,2017). 395

2 Analisis Perubahan Anomali Gayaberat Sebelum dan Sesudah Gempa Bumi Padang 2016 Mw 7,8 Menggunakan Citra Satelit GRACE (Simamora, dkk.) Banyak jenis gempa salah satunya gempa tektonik yang disebabkan oleh pergerakan lempeng tektonik dikulit bumi yang saling menekan dan menyebabkan akumulasi energi tekanan-regangan sepanjang daerah tertekan, sehingga energi yang terkumpul pada batas waktu tertentu akan menyebabkan patahan batuan dan terlepasnya energi secara mendadak dan mengubah sebagian energi menjadi gelombang seismik. Patahan batuan akan menyebabkan perubahan masa batuan yang terepresentasi oleh densitas batuan (Pudja, 2015).Untuk mengetahui perubahan tersebut dapat dilakukan pengolahan data gaya berat yang bisa diambil dari salah satu satelit luar angkasa GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) yang melakukan pengukuran gaya berat secara berkala. Satelit GRACE merupakan satelit kembar yang diluncurkan NASA (National Aeronautics and Space Administration) pada 17 maret 2004 untuk mempelajari dan mengamati variasi temporal medan gaya berat bumi untuk penentuan geoid dan studi iklim secara global (Nugraha, 2010). Data gaya berat dari satelit GRACE telah merekam perubahan variasi gaya berat dari waku kewatu dari mulai waktu pertama diluncurkan. Data hasil yang telah direkam ini dapat digunakan untuk mengetahui perubahan variasi gaya berat yang berhubungan dengan kejadian gempa. Penelitian terdahulu menunjukkan adanya korelasi perubahan variasi medan magnet sebelum terjadi gempa bumi dengan menggunakan data gaya berat yang diambil dari satelit GRACE. Sebelumnya, Han dkk (2006) telah melakukan identifikasi perubahan densitas tanah sebelum kejadian gempa bumi besar Aceh 2004 menggunakan data gaya berat citra satelit GRACE. Oleh karena itu, melalui data gaya berat dari citra satelit GRACE diharapkan dapat dipelajari anomali gaya berat yang berhubungan oleh gempa bumi Padang 2 Maret METODE Penelitian dilakukan di wilayah barat daya kepulauan Mentawai, Sumatera Barat, Indonesia. Data yang digunakan ialah data gayaberat harian (daily gravity-field models) dari 16 Februari 2016 sampai 17 Maret 2016 yang dikeluarkan oleh GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Data dari satelit GRACE yang digunakan pada penelitian ini merupakan data harian anomali Bouger yang telah terkoreksi hingga Simple Bouger Anomaly dengan batas koordinat 3 o LU-13 o LS dan o BT o BT. Data pada penelitian ini menggunakan lebar grid step sebesar 0.05 o untuk mendapatkan kontur dengan resolusi cukup tinggi. Penelitian ini menggunakan metode gayaberat antar waktu (time lapse gravity) yang merupakan metode dalam survey gaya berat 3D dengan waktu sebagai dimensi ke-4. Metode ini dapat digunakan untuk memecahkan masalah dinamika bawah permukaan seperti pemantauan reservoir panas bumi, injeksi air, aliran lumpur, dan gempabumi (Fauzi, 2012). Metode ini pernah digunakan oleh Fauzi untuk penelitian precursor gempa bumi yang menunjukkan anomali gayaberat-mikro time lapse berasosiasi denngan precursor gempa bumi di segmen singkarak dan menunjukkan adanya kemunculan anomali di sekitar episenter gempa bumi Padang Panjang 6 maret Berdasarkan hal tersebut peneliti menggunakan metode ini dengan tujuan untuk melihat perubahan anomali gayaberat sebelum dan sesudah gempa bumi terjadi di daerah penelitian. 396

3 Seminar Nasional Penginderaan Jauh ke-4 Tahun 2017 Mulai Download data anomaly bouger (GRACE) Menghitung selisih nilai SBA sebelum kejadian gempa Menghitung selisih nilai SBA setelah kejadian gempa Pembuatan sayatan melintang Pembuatan sayatan melintang Analisa Kesimpulan Selesai Gambar 1. Diagram alir penelitian Metode yang dilakukan pada Gambar 1 adalah dengan menghitung selisih nilai SBA ( Simple Bouger Anomaly) setelah gempa terjadi dan sebelum gempa terjadi. Kemudian, untuk menggambarkan perubahan dilakukan penyayatan melintang yang memotong daerah episenter pada data Anomali Bouger dari wilayah penelitian dengan rentang waktu penelitian 15 hari sebelum kejadian gempa hingga15 hari setelah terjadinya gempa. Setelah dilakukan penyayatan dilakukan analisa untuk menarik kesimpulan dari hasil penelitian 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan hasil sayatan yang memotong daerah episenter dari gempa tersebut, terdapat perubahan nilai gayaberat didaerah penelitian dari 15 hari sebelum gempa terjadi sampai 15 hari setelah gempa terjadi. Perubahan yang signifikan terjadi pada saat terjadinya gempa. Hal ini disebabkan oleh deformasi sesar penyebab gempa tersebut. Nilai gaya berat yang tidak berhubungan dengan kejadian gempa bumi tidak memiliki perubahan yang signifikan. Dari hasil pengolahan ini, belum dapat disimpulkan tanda-tanda sebelum gempabumi terjadi. Berikut tabel hasil pengolahan data anomali bouger dari satelit GRACE 15 hari sebelum kejadian dan 15 hari setelah gempa berlangsung : 397

4 Analisis Perubahan Anomali Gayaberat Sebelum dan Sesudah Gempa Bumi Padang 2016 Mw 7,8 Menggunakan Citra Satelit GRACE (Simamora, dkk.) Tabel 1. Perubahan Nilai Gayaberat Rentang 30 Hari Time SBA 16/02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /03/ /03/ Time SBA 03/03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ Dari Tabel 1 dapat dilihat pada 3 hari sebelum terjadinya gempa, terdapat peningkatan nilai gayaberat yaitu pada tanggal 28/02/2016 sebesar mgal, kemudian terjadi peningkatan kembali pada tanggal 29/02/2016 sebesar mgal dan pada tanggal 01/03/2016 sebesar mgal. Namun, nilai gayaberat justru menurun saat kejadian gempa berlangsung dan penurunan secara signifikan terjadi selang 1 hari gempa, yaitu sebesar mgal pada tanggal 03/03/2016. Nilai gaya berat dari tabel tersebut kemudian di konversikan ke dalam grafik. Hasil konversi dapat dilihat pada Gambar 2 yang menggambarkan terjadinya perubahan nilai SBA dalam mgal terhadap waktu di titik episenter pada 15 hari sebelum dan 15 hari sesudah kejadian gempa. Pada grafik tersebut dapat dilihat terjadi penurunan nilai SBA yang signifikan pada hari kejadian gempa. Gambar 2. Perubahan nilai SBA terhadap waktu di titik episenter pada 15 hari sebelum dan 15 hari setelah kejadian gempa 398

5 Seminar Nasional Penginderaan Jauh ke-4 Tahun 2017 (a) (b) Gambar 3. Kontur selisih nilai SBA (a) 1 hari sebelum dan sesudah gempa, (b) 5 hari sebelum dan sesudah gempa Hasil selisih nilai SBA pada Gambar 3 antara 1 hari setelah dengan sebelum gempa (a) menunjukkan tidak adanya polarisasi disekitar episenter yang dapat dijadikan sebagai acuan untuk prekursor gempabumi. Apabila ditinjau lebih jauh lagi yaitu dengan mencari nilai selisih antara 5 hari setelah gempa dengan 5 hari sebelum gempa (b), menunjukkan adanya polarisasi disekitar episenter, namun polarisasi tersebut memiliki nilai berkisar antara Nilai polarisasi tersebut belum bisa dijadikan acuan untuk studi prekursor gempa. mgal Gambar 4. Kontur selisih nilai SBA 15 hari setelah kejadian gempa terhadap nilai SBA 15 hari sebelum gempa Berdasarkan kontur anomali bouger pada Gambar 4 nilai anomali gaya berat disekitar episenter gempa berkisar dari 0-0,0008 mgal pada saat 15 hari sebelum kejadian dan 15 hari setelah kejadian gempa. Perbedaan nilai anomali bouger di sekitar wilayah episenter adalah sebesar 0,0004 mgal, kearah timur sebesar 0,0002 mgal, dan 0,0008 mgal ke arah utara dari episenter gempa. Pada kontur tersebut juga menunjukkan perbedaan nilai anomali bouger 15 hari sebelum dan 15 hari setelah gempa berlangsung di arah barat laut episenter mengalami perubahan anomali bouger bernilai positif sedangkan pada sebelah tenggara dari episenter mengalami perubahan bernilai negatif. 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, anomali yang dihasilkan pada kejadian yang terjadi pada 2 Maret 2016 hanya dapat diidentifikasi dalam rentang waktu 15 hari sebelum gempa hingga 15 hari sesudah 399

6 Analisis Perubahan Anomali Gayaberat Sebelum dan Sesudah Gempa Bumi Padang 2016 Mw 7,8 Menggunakan Citra Satelit GRACE (Simamora, dkk.) gempa terjadi. Hal ini ditunjukkan dengan adanya polarisasi nilai gayaberat disekitar episenter. Gempa besar yang mengguncang wilayah Sumatera Barat ini memilliki kedalaman 10 km dengan koordinat episenter 4, LS - 94,275 0 BT. Hasil pengolahan data harian anomali bouger yang di ambil dari satelit GRACE pada tanggal 28/02/2016 terjadi peningkatan nilai gravitasi sebesar mgal, kemudian pada tanggal 29/02/2016 terjadi peningkatan kembali sebesar mgal dan pada tanggal 01/03/2016 sebesar mgal. Namun, nilai gayaberat justru menurun saat kejadian gempa berlangsung dan penurunan secara signifikan terjadi selang 1 hari gempa, yaitu sebesar mgal. Sehingga dapat disimpulkan bahwa gempa bumi pada tanggal 2 Maret 2016 didaerah kepulauan mentawai mengakibatkan perubahan nilai gravitasi pada saat sebelum terjadi gempa dan setelah terjadi gempa. 5. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) yang telah menyediakan data gaya berat sehingga peneliti bisa menggunakan data tersebut untuk melakukan penelitian ini. Terimakasih juga peneliti sampaikan kepada Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG),USGS, dan semua pihak yang telah berkontribusi dalam menyediakan informsi dan data-data yang peneliti gunakan untuk memenuhi penelitian ini. 6. DAFTAR PUSTAKA Han, Shin-Chan, dkk., (2006). Crustal Dilatation Observed by GRACE After the 2004 Sumatra-Andaman Earthquake. SCIENCEl 313, Pudja, I Putu, (2015). FISIKA BATUAN: PT. Nagakusuma. Fauzi, Ahmad, Kadir, Wawn Gunawan A., Dahrin,Darhata, Hamdi, Alawiyah, Susanti. (2012). Penerapan Metode Gayaberat-Mikro Time-Lapse Untuk Mendeteksi Precursor Gempabumi Di Sumatera Barat, Laporan Penelitian Hibah Kompetensi. Padang: Universitas Negeri Padang. Sianipar, Dimas Salomo. (2016). Analisis Gempa Sumatera 2 Maret 2016 Mw 7,8, diunduh 30 Agustus 2017 dari Nugraha, Arry Prasetya. (2010). Satelite GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), diunduh 30 Agustus 2017 dari diakses pada 30 Agustus