membahas tentang p nentuan kedalaman kerak bumi dengan teknik stacking H-K meaggunakan MAILAB padl d^t^ s]fl.tetijk receiver

Fj

JURNAL

METEOROLOGI DAN GEOFISIKA

Vol.1l No.1‐

_Ju五

2010

1SSN:1411‐

3082

Jumal

Metcorologi

dan

Geofisika merupakan jumal riset yang diterbitkan olch Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofrsika sebagai sarana rmtuk metrdokumentasikan hasil pencapaian

perelitian

_di

bidang Meteorologi,

Klimatologi, Kualitas

Udara, dan

Geofisikr. Te6it 2 kaii dalam setahui! bulan Juli dan November. Te6it pertama kali tahun 20fl). Memperolch akeditasi dari LIPI sebagai jumal ilmiah dengan

nilai

B,

dengan nomor akreditasi:

249 I Aked-LlPUY2MBY05/20 I 0

PENANGGI'NGJAWAB!

DRk Sri Woio B. Harijono, M. Sc.

Kepala Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika

REDAXTI,JR; Drs. I Putu Pudja, MM

MITRA BESIARI: DR. Andi Eka Sakya M. Eng. Profl DR.Bayong Tjasyono.HK DEA Proi DR. Sri Mdiyaotoro

DR.

No

Guawan, DEA DR. Wsodono DR. Edvin Alclrian Drs. R. M. Prabowo, M.Sc SEKRETARIAT REDAKSI: GuswaDto, M.Si Thomas Hardy, ST TriAstuti Nuraini, M.Si

Drajat Ngadlns!to, S.Si

PENGAIITAR

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhaa Yang Maha Es4 karcna hanya atas pertenanNya saja Jumal Metmrologi dan Geofisika Volume I I Nomor I - Juli 20 I 0 bisa

teftil

Edisi kali ini merupakan edisi pcrtama

kali

setelah metrdapatkan akeditasi

dengan nilai B dari LIPI.

Jumal Meteorologi dan Geofisika Volume

ll

Nomor

I

- Juli 2010 memuat delapan makalah. Makalah pertama membahas

tentatrg Simulasi prcdiksi probabilitas awal musim hujan dan panjang musim hujan

di

ZOM 126 Denpasar. Makalah kedua membahas tentang p€nentuan kedalaman kerak bumi dengan teknik

stacking H-K meaggunakan MAILAB padl d^t^ s]fl.tetiJK receiver function. Makalah ketiga membahas tentang peftandingan hasil luaran model prakiraan ataca conformal-cttbic atmospheric model (CCAM) terhadap ARPEGE dan TLAPS. Makalah keempat membahas tentang

aplikai

ROC untuk

uji

kehandalan model

HyBMG. Makalah kelima membahas tentang detsksi potensi gerak

vertikal amosfer di atas wilayah Bandung dan sekitamya. Makalah keenam membahas tentang analisis claerah endemik bencana akibat cuaca ekstri.m

di

Sumatera Utara. Makalah ketujuh membahas lentang hasil perhitungan efisiensi termal PLTGU dan peluangnya sebagai penyumbang pemanasan udar4 sedangkan makalah ke

delapan membahas tentang Implemenlasi perhitungan receiver lncrrbz unnrk gemp a _{)atJh (teleseis} m ic) menggunakan MAILAB.

Demikian deskripsi singkat mengenai makalah-makalah dalam Jumal Meteorologi dan Geofisika Volume l0 Nomor

t

- Juli 2010

kali ini. Semoga dapat memberikan manfaal bagi pembaca. Terima kasih dan selamat membaca.

Redaksi Gembrr sampul:

Gambar

atas

: - Wilayah Indian Ocean Dipole Mode (IODM) Sea Surface Temperature (S ST)

Gambarbawah : - Fungsi receiver komponen radial sebagai fungsi waktu dari model kecCpatan

ALAMATREDAKSI:

Pus&t Penelitian dan Pengembangan

Badan Meteorologi, K.limatologi dan Geofisika

I.

Aiekasa I No.2, Kemayoran, Jakarta 10720 Telp | (021) 4246321 ext.2322

Fax : (021) 65866238, e-mail : jumal_MG@yahoo.com

Website : http://puslitbang.bmkg. go.id

PENENTUAN KEDALANIノ

ロヾ

KERAK BUル lI DENGAN TEKNIK

STACKING H‐

K

Ⅳ

IENGGUNAKAN

Ⅳ

IATLAB PADA DATA SINTETIK

RECEIVER FUNCTION

〃″″助ηα

"″ 1,Draic′_N■

_●

_力

"α

″″ち

Pap“

′

_箸

Swsilc“

わ

2

`Zαうοra"rty"GιげSttα,力″ Sa"Fisi■

aじGM,S●

k"υ

′α″ 降″ α施 ″α

2PIs″_めα″

_gB″

_{KG Ja■arra}

Иβ

sEuF

"J●

力

sα

″″ο

′

0ル

“

″

′

“

た

7z`“

′

″α

`滋

_“

'7t/●

初ω

f"′

″

g′

″

α

,s"lt′

″″

bα142α

力′

`""“

滋α

″

b“

ガ

α

ttraヵ

″

c′j“

″

/7“Cri。

″ 焔″

sη

ノ

おα

″″′

わ″ ″

C′

ルα ル″αわ″

j″ 'α

あたみ′″ル滋″″

ル′αね “ α″ル ″たb“

"jル

″r′″2■響 ″α肋 ″:4/●_“asI“″“ ′ “ ″力 滋 ガカSι_″b"bα

ttPs″

電 ″響 α肋 ″わ ″ツθ/s'あ″′α″ “ ね′gι′ο “ bα″

gP″

θ4ソα″g′′0“b●″

gS′

αイα baras"α″″卜降rαカ わ ““

J./蒻

ヽ:″′,電滋 ル ″渤 ga″ ″′″ggtr"α趨 ″bα″′″α″カ ガ ″α″″″らα力s′/asa″あ “ bα_電

顆 撤霧

レ

`物

申聯働鰐勁齢郷

s`αC17″

gμ

κ ブガ′″′わたカカ′あ′α″α_"j"たr/ar′た′″tSaboα/32た羽滋″38ん_"ッα″g bars‐_“α 'α"

′′aga″ ″ο′ι′ッα″g ab17αムP′rlli′

“″gα″′′″ gα″ff′α″K″αsi″g′ηαs'″g sabarツα■3θ I Sα″′た rra″ ′3θf X 3θ ′肋 ″ρ′所:″″ga"“_げ “ ″ε′ 'v′ ″rt`″ε″。リ グ "′ rル趨 ″WαA7●Sノ α "α2θル ″た′α滋 たo商<sub>吻</sub>ptrr′′dellgα<sub>″ρ″οε′</sub>SSο″′ "`´ ′I〕 lrα′Cο ^σ do″ “ ´ “ ο′ 's′ わ′sα′26J_‐ Kata kunci:rccciVcr finction,stacking H―

K,MATLAB

/Bstucr

O″

`グ

″′

`力

ο

お ′

ο

ο

b″

′

″

J″b″ "α

′

JO″

α

み

0“ `s′

″ε

“

″

bα

でα

ル ′

ル ι

arrl

ζ

s″rrac`な

″

c′

レ″

ル″

`′ 'ο

″動ο

b“

た

oο

′

ι

η′グ″ι

av′

″

/1t″

ε

′

Jο

″″

0′

力

0ど

お′

οω″

″α

たげ泌′助″力な

0"暦

′′

グ カ

ンS,71g′力ぉ ′ル リ 中 閾 α″ο″rla722 PS″ αツθw″ε力お αεο″ν′おiο、卜o"P″ αν´40´αJο″わS″αr

,協

i“

協篤協獄筋

霧

t″

f'Ci猥

脇

l解

7撃

霊協ζ

嘉筋

`写

r認;務

lrs,″gハッο″ο′をお,′α `カ カαッοα<sub>ノ</sub>b“″′の,′′ν′わ `'夕″'ο dをおll J`力 ね7gοッグοε″ ιο″″αSr α

`32筋

α″′ 38 Aplげの 清 た οb″j″′グ働α′ルι′9′力〆 ε″sr J″′′崚 ε´α″ αbO″

_`32肋

α_“″3∂肋 乃 ω ´

′

_η

`力 s cο/reψ

ο

″

グ

`ο

湯′ν

′

あ

cプ

ヶ

“

ο

′

θ

l i″

λ

‐

2θs′

ε

ο

″

お

0″

α

Cο 771p″`″ wj′

力α

″

f77た

′

_P"α

′

Cο

″

wJ訪 “ ′ "οッ グ

2G滋

′οιαた●わた ′ 力ο″οιた′wiル3θノ,3θノsattυルsのr〃α″′

K

Key words:reccivCr nanction,stacking H― K,ヽLヽ

TL俎

Naskah inasuk :15 Marct 2010

Naskah ditcHIna1 25 Juni 2010

I.

PENDAHULUAN

Pengamatan sinyal gempabumi

di

seluruh

dunia

memungkinkan

para

ahli

seismologi untuk mengetahui struktur intemal dari bumi

terutama kerak buminya. Salah satu cara yang dapat dipakai untuk mendapatkan informasi tersebut adalah dengan menggunakan data

receiver

_funcliott

Keuntungan dari receiver function ini adalah pada kemampuannya untuk bisa memodelkan struktur

di

bawah stasiun

pengamatan

gempa

hanya

dengan

menggunakan

satu

buah

seismometer 3

komponen. Biasanya cara

yang

digunakan

unhrk mengetahui struktur bum adalah dengan meggunakan banyak station (misalnya teknik array atau teknik tomografi). Metode receiver function ini c\kvp populer dan terbukti mampu merekonstruksi struktur

di

bawah permukaan

dengan tingkat kesesuaian dengan informasi

geologi dan informasi dengan metode geofisika

yang lain dengan cukup tinggi (misal:

Schulte-Pelkum,2005)'.

Beberapa penelitian mengenai penentuan

struktur bumi dari data receiver

_function

ini

diantaranya dilalcukan

oleh Ammon

et

al

(1990)'z yaitu dengan melakukan inversi untuk memodelkan

struktur

kecepatan

di

bawah

stasiun pencatat gempabumi. Kesulitan dari teknik invers data receiver _lunct io n diantaranya adalah kompleksitas datanya karena biasanya

fase-fase gelombang setelah gelombang P

bercampur dengan koda karena heterogenitas

strukhrr

di

dekat permukaan b"mi- Untuk itu dalam paper ini akan diimplementasikan salah satu teknik pemrosesai dalta receiver _function,

yaitu

metode stack

H-K

berdasarkan teknik yang dikembangkan oleh Zhu dan Kanamori,

(2000)3 dengan

menggunakan

bahasa

MATLAB.

Dengan bahasa MATLAB

diharapkan program ini lebih dinamis terutama

dalam menggambarkan hasil perhitungannya dalam bentuk grafis dan

altar

muka dengan sarana-sarana yang

lain

di

dalam MATLAB (Tool

Box).

Keuntungan

ini

tidak diperoleh pada program

yang dibuat

dengan bahasa pemrograman yang

lain, misal

fortran atau

c++.

II.

DATADANMETODE

2.1. Data

Data yang digunakan untuk studi ini adalah data

sintetik yang

dibangkitkan

dari

suatu model maju receiver function dengan model

kecepatan lapisan

bumi

seperti

yang ditunjukkan dalam table

I

dan tabel

2.

Model kecepatan lapisan

bumi

ini

dibuat

kontras

kecepatan padakedalaman 32 km pada model

l,

dan 38 km pada model

2.

Kontras kecepatan ini menggambarkan perbedaan kecepatan yang mencolok pada batas antara kerak bumi dan mantel.

Tabell. Model kecepatan lapisan

bumi

I unruk mendapatkan data sintetik I rece

iy"r.f,,,!,o"'

Tabet

2,

Model kecepatan lapisanbumi 2 untuk mendapatkan data sintetik2 receiverfunction.

Lapisan Ketebalan, km Vs, km/s Vp/Vs o 5,5 10,5 3,18 3,64 1,73 I,731

4,50

1,733 3,64 1,73t |,733 4,50

PENENTUAN KEDALAMAN KERAK BUI\II DENGAN TEKNIKSTACKING H-X MENGGUNAKAN MATLAB PADA DATA SINTETIK RECEIVER FUNCTION

WhlitSt ryanlo, Drajal Ngad a^to, Pupungsusihnlo

15 ０ ６ ，   一 5,5 13,5 J

{

19,0

2.2.

Metode

2.2.I . Konsep Dasar Stacking H-x

Receiver

_{funclion dari}

gelombang teleseismik menggambarkan

struktur

kerak

bumi

di

sekitar stasiun penerima (receiver),

yang diperoleh dengan

cara

mendekonvolusikan komponen gerak radial dengan fungsi wakhr dari sumber gempanya. Biasanya fungsi waktu dari sumber gempa bisa

didekati

dengan menggunakan komponen vertikal

dari

rekaman seismik

3

komponen.

Dalam banyak kasus, biasanya fungsi waktu

dari

sumber

dapat diperoleh

dengan menj umlahkan (stacking) komponen vertikal

untuk beberapa even gempa yang terekam pada sebuah stasiun gempabumi. Sractr'ng

ini

bisa

juga

dilakukan

untuk

sebuah

even

yang

direkam oleh beberapa stasiun penerima yang

saling berdekatan

(array seismic)

terutama

apabila jumlah event gempanya sedikit.a Detil

perhitungan receiver function dapat ditemukan

antara lain dalam Langston (1977) dan Owens

et al.

(1984)5.

Implementasi perhitungan

receiver function dalam bahasa MATLAB telah dilakukan oleh Suryanto et al (2010)6.

Informasi mengenai perkiraan kedalaman

kerak bumi

di

bawah stasiun pencatat gempa

dapat diperoleh

dari

rekaman data receiver

function

pada komponen

radial

yang

didominasi oleh konversi energy gelombang P ke S dari pantulan-pantulan pada perlapisan-perlapisan

di

bawah

kerak bumi.

Karena kontras kecepatan pada batas antara kerak bumi dan mantel (Moho-discontinuiry) yang cukup

besar, biasanya fase gelombang konversi pada

batas Moho

ini

(Ps) terlihat paling besar pada

kol4ponen radial receiver function. Sebagai

ilustrasi dapat

dilihat

pada Gambar

I

yang merupakan komponen radial receiver _funclion

sintetik

hasil

perhitungan

dengan

menggunakan model kerak bumi sebagaimana yang diberikan dalam Tabel

l.

Gambrrl. Fungsi receiver komponen radial sebagai fungsi waktu dari modcl kecepatan sebagaimana yang diberikan dalam Tabel l.

Dari model sintetik inijelas sekali kelihatan fase gelombang Ps, PpPs, dan PpSs+PsPs,

masing-masing pada t sekitar 4 detik, 14 detik dan 17 detik. Indeks fase dalam huruf kecil

berarti lintasan sinargelombang ke arah atas.

Zhu

dan Kanamori, 2000,3 merumuskan hubungan antara selang waktu kedatangan fase gelombang P dan Ps

(Tr)

dengan kedalaman

bidang batas kecepatan

di

bawah permukaan

(I1) dengan persamaan:

H=

dengan

p

adalah parameter gelombang. vP

danvS

masing-masing adalah

kecepatan gelombang

_P

dan

S.

Menurut

Zhu

dan

Kanamori,l

penggunaan fase gelombang ini

L

む ■ ３0 PpP・ Pハ。_ヽPI

,ry

0r

H&rl'rrrl

sangat baik karena hampir tidak terpengaruh

oleh

pengaruh heterogenitas kearah lateral, sehingga

sangat

cocok

untuk

keperluan pengukuran dengan stasiun

anggal

Qtoint

me asureme n

t).

Lebih

jauh,

dengan

menggabungkan dari banyak titik pengukuran, citra model struktur di bawah permukaan dapat digambarkan sehingga

mirip

dengan image

yang diperoleh dengan menggunakan teknik tomografi.

Dalam kenyataanya, untuk data pengamatan

(observed

data),

biasanya penentuan fase

gelombang Ps ini tidak mudah, karena biasanya

fase ini bercampur dengan koda dari gelombang

P dan fase-fase dari perlapisan-perlapisan di dekat permukaan bumi, serta derau dari latar

dan juga hamburan. Untuk

itu,

selaindengan

menggunakan fase Ps, digunakan

juga

fase PpPs dan PpSs+PsPs untuk memperkuat hasil

perolehan fungsi s(H,x). Hubungan waktr,r tiba

kedua fase

gelombang

tersebut

Cengan ketebalanadalah

dalam

domain

H-r,

dengan menggunakan

persamaan

s(H,

r)

₌

wrr(tr)

+

w2r(t)

_-

wlr(t)

(4) dengan

(t)

adalah _,receiver

function

pada komponen radial, tr, t- dan t3 adalah wakhr tiba perkiraan fase-fase Ps, PpPs dan PpSs+PsPs (Persamaan

l-3)

untuk model

kecepatan

dengan kedalaman

H

dan Vr/V"(x). Xwi adalah

faktor

pembobot dengan

kriteria

Xw-i=0?. Nilai

s(Il,r)

akan tinggi pada pada saat ke tiga fase gelombang tersebut

memiliki

koherensi maksimum ketika di stack pada saat nilai H dan yang bersesuaian dengan kondisi nyata.

Pengujian pada Data Sintetik

Tahap pertama dalam melakukan uji metode

penjumlahan

H-k

ini

adalah

dengan membangkitkan beberapa model uji dengan

nilai seperti yang ditunjukkan pada Tabel

I

dan Tabel

2.

Hasil perhitungan komponen radial receiver

_function

dari

model pada Tabel 2 ditunjukkan oleh Gambar 2. Dari Gambar 2 ini terlihat bahwa fase-fase gelombang Ps, PpPs

dan PpSs+PsPs

terlihat

dengan

jelas.

Pada model

ini,

kontras yang paling besar dibuat

terjadi pada kedalaman 38 km yang kita anggap merupakan batas antara kerak bumi dengan mantel bumi (Lapisan Moho). Sedangkan pada

model uj i berdasarkan Tabel 1 _, kontras terbesar

dibuat pada kedalaman 32 km.

卜

肝

+肝

H=:貫

糟

￨≒

争

Untuk melakukan estimasi ketebalan kerak,

dilakukan

stacking

data

receiver _function

つ ´ Ｏ     ｍ     “ ［Ｅ “ ︺ ｃ ｏ Ｅ ● る ０ ● 望 “     “

ヽ

th′dl (b)

Gambar 2. (a)Kompoten ndial receiver _furctior yang dihitung menggunakan model seperti yang diberikan pada Tab€l 2. (b)model kecepatan lapisan pada Tabel 2 yang digunakan untuk mendapatkan komponen ladi^l receiver _function.

PENENTUAN KEDALAMAN KERAK BUMIDENCAN TEKNIK STACШ NC H‐K MENCCUNAKAN MATLAB PADA DATA SINTETIK RECEIVER FtlNCT10N ″ ″″S“●●J●,D″α_=Ng面α "ra,Pり_“"gS“si=α″" W輌コl●etlkl 17 Ｌ コ ー

︱

Ｉ

Ｊ

(a)

III.

HASILDAN PEMBAHASAN

Hasil

perhitungan

s(I/-r)

untuk receiver function dari kedua model sintetik yang dibuat berdasarkan model kecepatan lapisan bumi

diatas ditunjukkan

oleh

Gambar

3.

Dari Gambar

3

tersebut didapatkan koherensi maksimum

terjadi

pada

kedalaman yang menjadi target data sintetis, yain"r masing-masing pada kedalaman 32 km dan 38 km yang

sangat bersesuaian dengan model-model yang

“

崚 O α “

o● ￨ ￨￨● o ll (a)

Kesesuaian kedalaman antara koherensi

maksimum pada gambar

H-x

dengan model

kecepatan lapisan bumi menunjukkan bahwa perhitungan dengan menggunakan stacking H-cukup akurat untuk menentukan kedalaman

batas kontras

kecepatan

yang

biasanya

menunjukkan batas kerakbumi dengan mantel.

Perhitungan stacking

H

dan

x dari

data

receiver _function

ini

tidak memerlukan waktu

yang lama. Menggunakan computer PC normal (Intel Dual Core, Memory 2 Gb) perhitungan hanyaperlu sekitar20 detikdengan grid

r

danH sebanyak masing-masing

301 x 301

buah. Dengan demikian program

ini

cukup efisien

untuk

diterapkan

pada

data-data lapangan untuk memetakkan kedalaman kerak bumi di bawah stasiun pengamatan gempabumi.

IV.

KESIMPULAN

Dari penelitian

ini

telah dihasilkan sebuah

program

berbahasa

MATLAB

untuk

memperkirakan ketebalan

kerak

bumi

telah dibuat. Pada gambar 3a tampak koherensi

maksimun pada kedalaman

32 km, hal

ini

menunjukkan kesesuaian dengan data sintetik I

dimana kontras

kecepatan

berada

pada kedalaman

32 km

seperti model kecepatan lapisan bumi

I

(Tabel

l).

Sementara itu, pada gambar

3b memperlihatkan

dengan jelas koherensi maksimum pada kedalaman 38 km sesuai dengan

kontras

kedalaman model kecepatan lapisan bumi 2 (Tabel2).

menggunakan metode H-r stack dengan akurat

dan efisien. Pengujian menggunakan data-data

receiver

_{functian sintetik}

menunjukkan

kemampuan

program

ini

mendapatkan kedalaman dimana kontras kecepatan yang

cukup besar terjadi. Kontras kecepatan yang

cukup besar

ini

biasanya

te{adi

pada bidang

batas antara lapisan kerak bumi dan mantel (Moho discontinuity).

V.

UCAPANTERIMAKASIH

Terima kasih yang sebesar-besamya kami

ucapkan kepada Pusat Penelitian

dan

Pengembangan

BMKG

yang telah mendanai

penelitian

ini

melalui

kegiatan penelitian

Analisis Prediltibilitas

dan

Pengembangan

Model

Gempabumi

dan

Tsunami

tahun anggaran 2009.

YI. DAFTAR PUSTAKA

'

S"hrlt"-P"lko-,

V., Monslave, G., Sheehan,

A., Pandey, M. R., Sapkota, S., Bilham,

"

… 回

● ●4 ● ●1 0 ●●l αo4 ●●1 0●

(b)

Gambar3. H-r plot untuk receiver.rfrnction serP.fii pada Gambar

I

dan Gambar 2. Koherensi maksimum terjadi pada kedalamanmasing-masing 32 km dan 38 hn sesuai dengan model sintetik yangdibuat.

JURNAL METEOROLOCIDAN GEOFISlKAヽ OLUヽIE llヽ0ヽ:OR l TAHUN 2010:14‐ 19

R., andWu, F.,20O5. Imaging the Indian subcontinent beneath

the

Himalaya,

Nature,

43

5,

1222-5,

doi:.

10.103S/nature03678.

'Arnrnon, C.J., Randall, G.E. and Zandt, G., 1990- On the nonuniqueness of receiver function inversion, J. geopys. Res. 95,

pp. 15303-15318. 3

Zhu, L. and Kanamori, H., 7000. Moho depth varidtion

in

southern _{Califontia from}

teleseismic receiver _functions . loomal

of

Geophysical Research, 1 05(82) n

Svenningsen,

L.

and Jacobsen, B. H., 2007. Absolute

S-velocity

_{estimation from}

receiver _{function. Geophys.} J.

Int,

170,

pp. 1089-1094.

s

Langston, C.

A.,

1979. Strucure under Mount

Rainien

Washington,

inferred from

teleseismic body waves. J. Geophys. Res. 84,47494762.

6

Owens, T. J. and Crosson. R.S., 1988. Shattow

structure effects

on

broadband

teleseismic P waveform, Bulletin of the

Seismological Society of America, v.77,

pp:96-108.

'

Su.y-toW.,

201 0. Implementasi Perhitungan Receiver Function untuk gempa iauh (teleseismic) menggunakan MATLAB.

Submitted

to

Jurnal

Geofis

ika

Meteorologi BMKG, Jakarta.

PENENTUAN KEDALAMAN KERAK BUMI DENGAN TEKNIK STACKING H.r< MENGGI]NAXAI! MATLAB PADA DATA SINIETIK RECEII'ER FT]NCTION

W|*tu SuryaDto, Dralat Ngadmo|,o, Pupsng Susilcn,o