DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR.

Transkripsi

1 DAFTAR ISI PRAKATA DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR. DAFTAR LAMPIRAN INTISARI ABSTRACT. iv vi viii ix xvii xviii xix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang dan Permasalahan Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan penelitian Manfaat penelitian Keterbaruan Penelitian Batasan Masalah 12 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tatanan Tektonik dan Geologi Jawa Tengah dan 14 Yogyakarta 2.2 Struktur Kerak Jawa Tengah Beberapa Penelitian Menggunakan Analisis Gelombang Permukaan Untuk Pemodelan Struktur Kecepatan Gelombang S BAB III LANDASAN TEORI Struktur Lapisan Bumi Gelombang Permukaan Gelombang terpandu sepanjang bidang batas Gelombang Rayleigh Gelombang Love Dispersi Gelombang Permukaan Sinyal dispersif Analisis Waktu-Frekuensi Filter Filter multipel Koreksi instrumen Inversi Kuadrat Terkecil Terlinearisasi.. 68 vi

2 BAB IV METODE PENELITIAN Daerah Penelitian Data Penelitian Langkah Penelitian Pemrosesan Data Analisis Data Pemilihan Kurva Dispersi Inversi. 81 BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Gelombang Permukaan pada Seismogram Pengujian Validitas Perangkat Lunak Seismogram sintetis gelombang permukaan Perbandingan struktur V s dengan model struktur lapisan kerak bumi acuan dan sintetis Struktur V s pada lapisan Kerak Bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta Struktur V s berdasarkan inversi kecepatan grup Struktur V s berdasarkan inversi kecepatan fase Ketebalan Kerak Bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta Struktur rapat massa lapisan Kerak Bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta Implikasi Hasil Penelitian terhadap Tatanan Tektonik Jawa Tengah dan Yogyakarta 139 BAB VI KESIMPULAN Kesimpulan Saran 145 DAFTAR PUSTAKA 146 LAMPIRAN vii

3 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Event gempa awal yang digunakan dalam penelitian.. 76 Tabel 4.2 Rekomendasi parameter filter terhadap jarak (Levshin dkk., 1992) Tabel 5.1 Distribusi teramatinya gelombang Rayleigh dan Love pada stasiun-stasiun MERAMEX... Tabel 5.2 Parameter-parameter dalam pembuatan seismogram sintetis 93 untuk stasiun AK5. Tabel 5.3 Hasil uji t kurva-kurva dispersi stasiun AFB 99 Tabel 5.4 Hasil uji t kurva-kurva dispersi stasiun NJ7 100 Tabel 5.5 Kecepatan Vs rendah pada closure kontur dari Gambar 5.13 hingga Gambar 5.15 Tabel 5.6 Kedalaman cekungan kontur V s 3,2 km/s, 3,3 km/s, dan 3,4 km/s... Tabel 5.7 Kecepatan gelombang S pada lapisan kerak bumi dan mantel atas (de Souza dkk., 2016) Tabel 5.8 Rapat massa rata-rata pada closure kontur rapat massa rendah viii

4 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tatanan tektonik Jawa Tengah yang dikontrol oleh penunjaman Lempeng Indo-Australia di bawah Lempeng Eurasia di selatan Pulau Jawa 15 Gambar 2.2 Zona Fisiografi Jawa Tengah, modifikasi dari Van Bemmelen (1949) 18 Gambar 2.3 Gambar 2.3 Peta anomali Bouguer-residual Jawa Tengah bagian selatan-timur (Syafri dkk., 2013). Gambar kotak garis putus-putus merah menunjukkan daerah Pegunungan Kulonprogo 21 Gambar 2.4 Lintasan pengukuran magnetotelluric yang memotong Jawa Tengah dengan arah sekitar N30 o E, (b) Bagian real dari panah induksi dalam konvensi Wiese pada perioda 50 detik dan 2000 detik. Mata anak panah berongga menunjukkan bagian imajiner dan mata anak panah takberongga menunjukkan bagian real, (c) Interpretasi awal satu dimensi yang menunjukkan suatu zona konduktivitas tinggi di Jawa Tengah dengan resistivitas minimum di bawah 1 m. Perbesaran horisontal terhadap vertikal 3:1 (Ritter dkk., 1998). 23 Gambar 2.5 Kompilasi hasil kajian magnetolelluric dengan data-data geologi dan geofisika Jawa Tengah. Keterangan: (1) Kedalaman zona Benioff (Hamilton, 1979), (2) Central Java Fault (Chotin dkk, 1984a,b), (3) Sesar Barbaris(Baribis)-Kendeng (Simanjuntak dan Barber, 1996), (4) Sesar-sesar (Chotin, 1984a,b; Genevraye dan Samuel, 1973), (5) daerah dengan anomali Bouguer negatif (Hasegawa dan Hasegawa, 1978), (6) Zona konduktivitas tinggi (Rothe, 2001), (7) Ofiolit melange (Chotin dkk., 1980), (8) Gunungapi 27 Gambar 2.6 Anomali kecepatan gelombang S yang diperoleh berdasarkan inversi tomografi. Nampak adanya anomali kecepatan rendah di antara Merapi-Lawu hingga kedalaman 15 km (Koulakov, 2007). 30 Gambar 2.7 Hasil dari inversi gabungan untuk model kecepatan gelombang P. Penampang profil berdasarkan gambar atas. Gambar profil pada bagian kiri menunjukkan perturbasi kecepatan gelombang P (%) sedangkan gambar pada profil bagian kanan menunjukkan kecepatan gelombang P absolut (km/s) (Wagner, 2007).. 31 ix

5 Halaman Gambar 2.8 (a) Interpretasi anomali isotropis dan anisotropis pada kerak pada kedalaman 5 km. (b) Daerah berwarna merah tua merupakan anomali MLA. Daerah berwarna kuning menunjukkan kemungkinan daerah feeding gunungapi di Jawa Tengah.Lingkaran biru menunjukkan anomali lokal kecepatan tinggi, yang kemungkinan merefleksikan posisi pembekuan intrusi magmatik dalam kanal gunungapi dan reservoirnya. Abu-abu merupakan daerah anomali dengan kecepatan tinggi dalam depan busur dan kemungkinan berupa blok-blok kerak yang dikelilingi sabuk lipatan ( folded belt). (c ) Pembesaran gambar untuk area di bawah Gunung Merapi. Gambar-gambar elips menunjukkan distribusi skematis dari kanal-kanal, tanggul, dan lensa-lensa yang terisi dengan material magma. Garis hijau mengindikasikan lapisan-lapisan sedimen (Koulakov, 2009). 33 Gambar 2.9 Gambar 2.9 Anomali kecepatan gelombang S untuk kedalaman 5 km dan 45 km. Warna mengindikasikan perturbasi kecepatan isotropik relatif terhadap model kecepatan AK135. Merapi Lawu Anomali (MLA) tampak pada kedalaman 5 km (Luehr dkk., 2013).. 34 Gambar 2.10 Penampang lintang dari Gambar 2.9 (Luehr dkk., 2013) 35 Gambar 2.11 Gambar 2.11 Hasil dari inversi tomografi atenuasi seismik di bawah Jawa tengah pada kedalaman 0 km, 15 km, 45 km, dan 60 km. Garis putus-putus putih menunjukkan kontur anomali Bouguer 0 mgal (Bohm dkk., 2013) Gambar 2.12 Gambar 2.12 Hasil inversi dengan metode tomografi seismic ambient noise transdimensional untuk kecepatan grup gelombang Rayleigh perioda 2 hingga 12 detik (Zulfakriza dkk., 2014) 37 Gambar 2.13 Gambar 2.13 Penampang lintang hasil tomografi waktu penjalaran di sekitar bujur 110,5 o BT. Batas utara dan selatannya adalah 6,1 o S dan 9,8 o S. (a) Profil kecepatan gelombang P lintasan BB dengan arah lintasan diberikan pada gambar (b), (c) Struktur kerak dari batas aktif benua. Struktur busur depan lautan dari Kopp (2011), daerah dengan warna putih mengindikasikan mantel, daerah dengan warna putih berlubang mengindikasikan kemungkinan dari mantel serpentin (Habberland dkk., 2014). 39 x

6 Halaman Gambar 3.1 Gambar 3.1 Variasi kecepatan gelombang P dan gelombang S terhadap kedalaman dan korelasinya terhadap komposisi perlapisan dan reologi (Kearey dan Vine, 1996)dan F Gambar 3.2 Dua media homogen elastis yang dipisahkan oleh bidang batas horisontal (Bullen dan Bolt, 1985). 46 Gambar 3.3 Perpindahan horisontal (U) dan perpindahan vertikal (W) gelombang Rayleigh dalam setengah ruang takberhingga. Gerakan partikel retrograde di atas h dan prograde di bawah h (Lay dan Wallace, 1995) 52 Gambar 3.4 Lapisan di atas setengah ruang tak-berhingga (Bullen dan Bolt, 1985) 52 Gambar 3.5 Kurva-kurva dispersi kecepatan grup sebagai fungsi perioda untuk gelombang Love dan gelombang Rayleigh untuk mode dasar dan mode-mode lebih tinggi (Oliver (1962) dalam Bullen dan Bolt (1985)) 58 Gambar 3.6 Seismogram terfilter diperoleh dengan menjumlahkan sinyal-sinyal kuasimonokromatis (Kolinsky, 2004) 63 Gambar 4.1 Posisi stasiun Meramex. Koordinat geografis dan nama stasiun ini diberikan dalam Lampiran A. 75 Gambar 4.2 Episenter gempa yang dipakai dalam penelitian ini dengan nomor pada episenter menunjukkan DOY ( day of year) dari event sesuai dengan Tabel 4.1 di atas. 77 Gambar 4.3 Langkah penelitian. Bagian yang diarsir merupakan langkah multiple filtering atau pemfilteran berulang untuk memperoleh kurva dispersi 78 Gambar 4.4 Diagram alir multiple filtering untuk memperoleh kurva dispersi. 79 Gambar 4.5 Menu utama dalam SURF96 82 Gambar 4.6 Kurva relasi Nafe-Drake mengkorelasikan V p dengan rapat massa. (Lillie dan Corey, 1998).. 85 Gambar 5.1 Penggunaan analisis frekuensi-waktu (FTAN) dan pemfilteran sesuai rentang frekuensi hasil dari FTAN tersebut pada data rekaman stasiun AFB komponen Z event 161 sebagai contoh data rekaman seismogram broadband, (a) raw signal, (b) hasil pemrosesan FTAN, (c) sinyal seismogram terfilter dengan menggunakan butterworth bandpass 0,02-0,06 Hz. 87 xi

7 Halaman Gambar 5.2 Penggunaan analisis frekuensi-waktu (FTAN) dan pemfilteran sesuai rentang frekuensi hasil dari FTAN tersebut pada data rekaman stasiun AJ1 (3076) komponen Z event 161 sebagai contoh data rekaman seismogram perioda pendek, (a) raw signal, (b) hasil pemrosesan FTAN, (c) sinyal seismogram terfilter dengan menggunakan butterworth band pass 0,02-0,07 Hz. 88 Gambar 5.3 Contoh seismogram yang tidak digunakan lebih lanjut dalam penelitian ini yaitu seismogram komponen transversal event 180 stasiun-stasiun broadband. Envelope dispersi tidak begitu tampak pada seismogram 89 Gambar 5.4 Sebaran stasiun-stasiun Meramex yang dapat teramati adanya dispersi gelombang permukaan; event gempabumi 249b paling banyak, terekam di hampir seluruh stasiun Meramex.. 90 Gambar 5.5 Gelombang Rayleigh muncul pada ketiga komponen seismogram stasiun AF2 untuk event Gambar 5.6 Seismogram sintetis yang dibuat dengan menggunakan program Computer Program Seismology versi 3.30 untuk stasiun AK5 untuk event 161 (a) dan 249b (c), sedangkan overlay seismogram sintetis terhadap mode dasar dari gelombang permukaan dari event-event tersebut diberikan pada (b) dan (d). Waveform berwarna merah merupakan seismogram sintetis, biru hasil perekaman 93 Gambar 5.7 Seismogram sintetis yang dibuat dengan menggunakan program Computer Program Seismology versi 3.30 untuk stasiun AFB untuk event 161 (a) dan 249b (c), sedangkan overlay seismogram sintetis terhadap mode dasar dari gelombang permukaan dari event-event tersebut diberikan pada (b) dan (d). Waveform berwarna merah merupakan seismogram sintetis, biru hasil perekaman 94 Gambar 5.8 Perbandingan profil struktur V s di bawah stasiun AK5. Warna merah merupakan model struktur bumi AK135-f, warna hijau IASP91, biru model struktur bumi PREM, kuning profil V s AK5, dan hitam profil V s model sintetis AK xii

8 Halaman Gambar 5.9 Perbandingan profil struktur V s di bawah stasiun AFB. Warna merah merupakan model struktur bumi AK135- f, warna hijau IASP91, biru model struktur bumi PREM, kuning profil V s AFB, dan hitam profil V s model sintetis AFB. 96 Gambar 5.10 (a) seismogram setelah dilakukan filter multipel sehingga diperoleh dispersi gelombang permukaan untuk komponen vertikal, dan (b) seismogram sesudah diisolasi mode dasarnya. 98 Gambar 5.11 Kurva-kurva dispersi kecepatan grup gelombang 99 Rayleigh untuk event-event yang terekam pada stasiun AFB dan kurva dispersi reratanya. Gambar 5.12 Kurva-kurva dispersi kecepatan grup gelombang Rayleigh untuk event-event yang terekam pada stasiun NJ Gambar 5.13 Deviasi standar kurva-kurva dispersi terhadap kurva dispersi rerata stasiun AFB berdasarkan Gambar Gambar 5.14 Model awal, model akhir, dan pengepasan terhadap kurva dispersi sebagai hasil inversi dengan mengunakan routine program SURF96 untuk data dispersi kecepatan grup dari event 249b untuk stasiun AJ Gambar 5.15 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 0 km Gambar 5.16 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 2 km Gambar 5.17 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 4 km Gambar 5.18 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 6 km Gambar 5.19 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 8 km Gambar 5.20 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 10 km Gambar 5.21 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 12 km Gambar 5.22 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 14 km Gambar 5.23 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 16 km Gambar 5.24 Profil V s kerak bumi Jawa Tengah dan Yogyakarta untuk kedalaman 18 km xiii

9 Halaman Gambar 5.25 Tumpang susun pada kontur topografi: Kontur V s pada kedalaman 0 km (kiri), dan Kontur anomali gravity Bouguer (Untung dan Sato, 1978) (kanan). 115 Gambar 5.26 Lintasan-lintasan yang dibuat penampang lintang pada kontur V s (sebelah kiri) dan kontur topografi yang bersesuaian. Kontur V s merupakan kontur V s pada permukaan. 116 Gambar 5.27 Tampang lintang kontur V s lintasan lintang 7 o S (atas) dan 7,25 o S bawah). Pada lintasan lintang 7,25 o S ini zona anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s membentuk sebauh cekungan yang terletak di Zona Kendeng dengan kedalaman mencapai 11 km 116 Gambar 5.28 Tampang lintang kontur V s lintasan lintang 7,5 o S (atas), 7,75 o S (tengah), dan 8 o S (bawah). Kontur V s 3,2 km/s dan 3,4 km/s membentuk cekungan-cekungan pada lintasan lintang 7,5 o dan 7,75 o S. Pada lintasan lintang 7,5 o S zona anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s terletak di kedalaman 9,6 km dan V s 3,4 km/s terletak di Zona Kendeng dengan kedalaman mencapai 13 km. Pada lintasan lintang 7,75 o S, zona anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s terletak di kedalaman 7,2 km dan V s 3,4 km/s terletak di MLA dengan kedalaman mencapai 11,8 km Gambar 5.29 Tampang lintang kontur V s lintasan bujur 110 o E (atas), 110,25 o E (tengah), dan 110,5 o E (bawah). Pada lintasan bujur 110,5 o, zona anomali kecepatan rendah membentuk sebuah cekungan dengan V s 3,2 km/s terletak hingga kedalaman 9,3 km. 118 Gambar 5.30 Tampang lintang kontur V s lintasan bujur 110,75 o E (atas), 111 o E (tengah), dan 111,2 o E (bawah). Pada lintasan bujur 110,75 o E, cekungan zona anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s terletak di kedalaman 10,8 km. Pada lintasan bujur 111 o E, cekungan zona anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s terletak di kedalaman 7,2 km, V s 3,3 km/s terletak di kedalaman 9,3 km, dan V s 3,4 km/s terletak pada kedalaman yang mencapai 11,5 km. Pada lintasan bujur 111,2 o E, cekungan-cekungan zona anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s terletak di kedalaman 6,5 km, V s 3,3 km/s terletak di kedalaman 8,6 km, dan V s 3,4 km/s terletak pada kedalaman yang 119 xiv

10 mencapai 10,8 km.. Halaman Gambar 5.31 Tampang lintang kontur V s dengan lintasan melalui daerah segaris dengan Muria Progo Lineament (MPL). Pada lintasan ini V s 3,2 km/s membentuk sebuah cekungan hingga kedalaman 6,3 km di bawah Gunung Merbabu dan cekungan dengan kedalaman hingga 3,9 km yang berjarak 5 km di timur lautnya Gambar 5.32 Tampang lintang kontur V s dengan lintasan melalui daerah Zona Kendeng. Pada lintasan ini, zona cekungan anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s terletak di kedalaman 10,8 km, kontur anomali V s 3,3 km/s terletak pada kedalaman hingga 12,1 km Gambar 5.33 Tampang lintang kontur V s dengan lintasan lainmelalui daerah Zona Kendeng. Pada lintasan ini, zona anomali kecepatan rendah dengan V s 3,2 km/s yang membentuk sebuah basin terletak di kedalaman hingga 10,9 km dan V s 3,4 km/s terletak pada kedalaman yang mencapai 13,3 km Gambar 5.34 Kontur kedalaman untuk V s 3,2 km/s di Zona Kendeng 124 Gambar 5.35 Kontur permukaan 3D untuk V s 3,2 km/s di Zona Kendeng. 125 Gambar 5.36 Kurva dispersi hasil pengolahan menggunakan POM96 event 249 untuk lintasan antara stasiun CK3 dan NL1 (a) komponen vertikal, (b) komponen radial Gambar 5.37 Hasil inversi dengan mengunakan routine program SURF96 untuk data dispersi kecepatan fase lintasan CK3-NL1: (a) proses iterasi, (b) model awal, model akhir, dan pengepasan terhadap kurva dispersi. 127 Gambar 5.38 Lintasan antar 2 stasiun yang dapat diperoleh model struktur berdasarkan inversi dispersi kecepatan fase. Warna lintasan menunjukkan azimut balik dari event yang digunakan: hitam untuk event 249, merah untuk event 161, dan kuning untuk event Gambar 5.39 Beberapa lintasan antar dua stasiun dengan profil diberikan pada Gambar 27, Gambar 28, & Gambar Gambar 5.40 Profil V s terhadap kedalaman untuk lintasan AH3-NJ1, AG4-BH3, BH3-DH3, dan DH3-NJ Gambar 5.41 Profil V s terhadap kedalaman untuk lintasan AH5-NJ8, DJ2-AH1, BI4-NJ5, dan DJ1-NJ3 131 Gambar 5.42 Profil V s terhadap kedalaman untuk lintasan CJ1-AH4, CJ3-NK5, CJ3-BJ2, dan CJ3-AI Gambar 5.43 Profil V s terhadap kedalaman untuk lintasan AI3-DJ3-133 xv

11 DK3, AJ1-NK5, CK4-NK1.. Halaman Gambar 5.44 Ketebalan kerak bumi antara CJ3 dan AI3 sekitar 22 km. Diskontinuitas Mohorovicic terletak antara kerak bawah dan mantel atas yang ditandai dengan adanya kenaikan V s drastis dari 3,75 km/s menjadi 4,50 km/s 135 Gambar 5.45 Profil rapat massa kerak bumi Jawa Tengah untuk kedalaman 0 km, 2 km, 4 km, dan 6 km 137 Gambar 5.46 Profil rapat massa kerak bumi Jawa Tengah untuk kedalaman 8 km, 10 km, 12 km, dan 14 km 138 Gambar 5.47 Profil rapat massa kerak bumi Jawa Tengah untuk kedalaman 16 km dan 18 km. 139 Gambar 5.48 Perbandingan profil V s pada bujur 111 o E, anomali kecepatan rendah dari Luehr dkk. (2013) (tengah) dan profil V s dari penelitian ini (bawah) xvi

12 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A Kode dan Posisi stasiun MERAMEX 156 Lampiran B Hasil Pemrosesan Sinyal Awal hingga Inversi 161 Lampiran C Kurva Dispersi dan Hasil Uji t Lampiran D Kontur kecepatan gelombang S kedalaman km, km, dan 75 km Lampiran E Listing program:. 206 xvii