ANALISIS KUALI INDONESIA
TAS DATA SEISMIK 6 STASIUN MENGGUNAKAN PQLX
PERIODE 21 –30 APRIL 2009
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh : Andri Setiyaji NIM: 107097003945
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ( UIN )
SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
ANALISIS KUALI TAS DATA SEISMIK 6 STASIUN INDONESIA MENGGUNAKAN PQLX
PERIODE 21 –30 APRIL 2009
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh : Andri Setiyaji NIM: 107097003945
Menyetujui,
Pembimbing I
Agus Marsono, Msi NIP. 120 112 648
Pembimbing II
Sutrisno, M.Si NIP. 120 129 109
Mengetahui, Ketua Prodi Fisika
Sutrisno, M.Si NIP. 120 129 109
PE
NGESAHAN UJIAN
Skripsi yang berjudul “Analisis Kualitas Data Seismik 6 Stasiun Indonesia Menggunakan PQLX Periode 21 –30 April 2009”telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakltas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sarif Hidayatullah Jakarta pada hari Jumat, 17 Juli 2009. Skripsi ini telah diterima sebagai salahsatu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Strata Satu ( S1 ) Jurusan Fisika.
Jakarta, 17 Juli 2009
Tim Penguji,
Penguji I Penguji II
Arif Tjahjono, ST, M.Si Ambran Hartono, M.Si NIP. 150 389 715 NIP. 19710408 200212 1 002
Mengetahui,
Dekan Fak. Sains dan Teknologi Ketua Jurusan Fisika
DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Si Drs. Sutrisno, M.Si NIP. 150 317 956 NIP. 120 129 109
LEMB
ANALISIS KUALITAS D
AR PENGESAHAN
ATA SEISMIK STASIUN INDONESIA MENGGUNAKAN PQLX PERIODE APRIL 2009
Skripsi
Diajukan kepada Fakultas Sains dan Teknologi Untuk memenuhi persyaratan Memperoleh
Gelar Sarjana Sains (S.Si)
Oleh : Andri Setiyaji NIM: 107097003945
Pembimbing I
Agus Marsono, Msi NIP. 120 112 648
Pembimbing II
Sutrisno, M.Si NIP. 120 129 109
A
BST
RAC
T
Until year-end 2008 BMG has around 102 seismograph stations, its build by indonesian government without help with foreign, and data online goes to Jakarta. Resulting data is still have bad quality, so required by evaluation to know problem that befall seismograph station. Bad data quality reverential because gaps, spike, steps, off tool, long is noise period, and nature noise.
Of research result with PQLX'S software Manado station (MNI) one that lovely its data quality
because this station constitute Indonesian Japanese collaboration station (JISNET) such as Tual
(TLE)). Meanwhile Libra Station such as Sorong (SWI), Labuha (LBMI), Padang (PDSI), Citeko (CBJI) need at check, fixed up gets to be done by beginning of fixed up on data communication, fixed up and seismograph equipment substitution, fixed up seismic vault until seismic vault's move on new location. seismic vault's move or seismograph station location is gone upon because marks sense trouble of tall activity at seismic vault's vicinity. Tall activity reverential seismic vault nearby highway, air station, industrial region, settlement and minefield region. Besides trouble of nature gets to come from oceanic, an river or waterfall. For above mentioned problem, fixed up can't be done besides with seismic vault's location move. But location move is last solution, since it can evoke the other problem, as security, Power supply, data communication, and coverage area.
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahiim
Segala puji bagi Allah SWT yang telah senantiasa memberikan nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi tepat waktu sebagai tugas akhir dengan judul “Analisa Kualitas Data Seismik 6 Stasiun Indonesia Menggunakan PQLX Periode 21 –30 April 2009”.
Penulis sangat menyadari bahwa selesainya penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan saran dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknik Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
2. Drs. Sutrisno, M.Si. selaku ketua Jurusan Fisika yang membuka jalan penulis untuk melanjutkan kuliah di UIN jakarta dan menjadi Pembimbing II yang membimbing dan mengarahkan penulis selama kuliah di UIN Jakarta
3. Drs. Agus Marsono, M.Si, sebagai pembimbing I yang telah memberikan ilmu, waktu, motifasi dan perbaikan teknis penulisan.
4. Fauzi, Msc, Ph.D selaku Kepala Pusat Geofisika BMKG yang telah mengizinkan penggunaan dan akses seluruh alat-alat yang digunakan untuk skripsi ini
5. Bapak dan Emak, Fadli, Mertuaku (Papa dan Mama) atas dukungan moral dan material yang telah diberikan, Istriku tercinta Kurniati Retno Dewi dan Anakku Hilmy Muhammad Hafizh.
6. Seluruh Dosen FISIKA, atas ilmu pengetahuan dan motifasi yang diberikan serta bantuannya selama penulis kuliah di UIN Jakarta.
7. Handi ”Daging ”Sulistyo Widodo, Jajat Jatnika, Fadly Yusuf (In Fay I Trust), Furqon Alfahmi, Artadi Pria sakti dan Mas Bayu yang berjuang bersama dan selalu menemani melewati suka duka selama kuliah.
8. Temen-temen seperjuanganku FISIKA ’06 atas bantuan, semangat dan kekompakannya yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
9. Teman – temanku kelompok shift di BMKG, atas pengertiannya selama penulis menjalankan tugas kerja sekaligus kuliah bersamaan
Penulis Menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna karena keterbataan kemampuan dan pengetahuan penulis. Untuk perbaikan karya tulis ini penulis mengharapkan kritik, saran, dan pendapat yang membangun.
“Sesungguhnya kesempurnaan hanya milik Allah”. Oleh karena itu penulis sangat mengharap kritik dan saran yang membangun agar laporan ini mendekati kesempurnaan.
Jakarta, Juni 2009
Penulis
DAFTAR ISI Halaman Halaman Judul ... i Lembar Pengesahan ... ii KATA PENGANTAR ... iv DAFTAR ISI ... vi DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
ABSTRAK ... xiv
ABSTRACT ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Penelitian ... 1
1.2 Rumusan permasalahan ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 6
1.4 Batasan Masalah ... 6
1.5 Sistematika Penelitian ... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8
2.1 Pengertian Gempabumi ... 8
2.1.1 Jenis Gempa Bumi ... 13
2.1.2 Sumber Gempa Bumi … … … ... 15
2.2 Sistem Pemantauan Gempa Bumi di BMKG ... 18
2.2.1 Pemantauan Gempabumi ... 19
2.2.2 Data seismograf ... 20
2.2.3 Data akselerograf ... 20
2.3 Seismometer ... 21
2.4 Tingkat noise Pada Alat ... 26
2.4.1 Noise Seismik ... 26
2.4.2 Noise Observasi ... 26
2.5 Spektrum Noise ... 26
2.6 Analisa Sistem Noise ... 30
2.7 Kekuatan Spektral Densitas (PSD) ... 31
2.8 Fungsi Probabilitas Densitas (PDF) … … … ... 34
BAB III METODE PENELITIAN ... 36
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 36
3.2 Alat ... 36
3.3 Data Penelitian ... 36
3.4 Pengolahan Dan Analisa Data Alat ... 37
3.4.1 Instalasi Perangkat Lunak PQLX Dengan Varian Linux openSUSE 10.3 ... 37
3.4.2 Penggunaan Software PQLX Untuk Analisa Tingkat Noise ... 38
3.5 PQLX ... 41
3.5.1 Bagian Server Untuk Analisa ... 42
3.5.2 Aplikasi Perangkat Lunak Grafis Untuk Operator ... .. 44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 50
4.1 Jenis Problem Data ... 50
4.1.1 Sensor yang mati ... 50
4.1.2 Step ... 51
4.1.3 Spike ... 52
4.1.4 Strange signal (Sinyal yang telihat aneh) ... 53
4.1.5 Gaps (Data Hilang) ... 54
4.1.6 Noise Periode Panjang (Long Periode Noise) ... 56
4.1.7 Noise Alam ... 57
4.2 Karakteristik Sumber Noise Seismik ... 59
4.2.1 Noise Akibat Perilaku Manusia ... 60
4.2.2 Noise angin, air dan geologi ... 61
4.2.3 Mikroseismik ... 61 4.2.4 Permasalahan Sistem ... 62 4.2.5 Gempabumi ... 62 BAB V PENUTUP ... 63 5.1 Kesimpulan ... 63 5.2 Saran ... 63 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 : Sketsa jenis pertemuan lempeng tektonik ... 11
Gambar 2.2 : Peterson menunjukkan spektral kurva dan tingkatan noise pada stasiun IRIS BOCO ... 28
Gambar 3.1 : Diagram Alir analisis kualitas data menggunakan PQLX ... 40
Gambar 3.2 : Contoh pembagian (split) layar sinyal yang mempertunjukkan tiga sinyal yang lengkap ... 45
Gambar 3.3 : Menunjukkan sembilan layar Utama PDF ... 46
Gambar 3.4 : Menunjukkan layar PDF stasiun MNI (Manado) secara Detil ... 47
Gambar 3.5 : Menunjukkan layar Utama dari layar STN ... 49
Gambar 4.1 : Contoh Sensor Tual yang mati ... 50
Gambar 4.2 : Contoh step pada sinyal ... 51
Gambar 4.3 : Contoh spike pada stasiun lain di indonesia ... 52
Gambar 4.4 : Contoh Spike Pada Stasiun SWI ( Sorong) ... 52
Gambar 4.5 : Sinyal Aneh di Stasiun Tual ... 54
Gambar 4.6 : Contoh gaps di stasiun lain di Indonesia (Tanjung Pandan) ... 55
Gambar 4.8 : Contoh Noise periode panjang ... 56 Gambar 4.9 : Contoh Noise Alam di Stasiun Tegal ( 20 Meter dari
Jalur Pantura) ... 57 Gambar 4.10 : Contoh Noise Alam di stasiun Padang ... 58 Gambar 4.11 : Contoh Noise Alam di stasiun Citeko ... 58 Gambar 4.12 : Variasi Noise akibat lalu lintas kendaraan di dekat
Stasiun Manado ... 60
D AFTAR TABEL
DAF
TAR LAMPIRAN
Lampiran A : Contoh File Kepekaan (response file) dari Stasiun CBJI (Citeko, Bogor)
Lampiran B : File laporan (log) dari PQLX tentang proses yang telah dikerjakan
Lampiran C : Bentuk program perintah (script) yang digunakan pada proses analisa tingkat noise menggunakan PQLX Lampiran D
Lampiran E
Lampiran F
: Daftar Stasiun Seismograf Yang dipakai dalam penelitian
: Daftar rencana pembangunan sistem Monitoring yang akan dibangun hingga 2009
: Jaringan Seismograf Badan Meteorologi dan Geofisika yang dibagi Menjadi 10 jaringan regional.
Lampiran G : Contoh Data yang Masuk di dalam Server libra Lampiran H : Kondisi Status Dari Tanggal 21 April –30 April 2009
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Indonesia adalah negara kepulauan yang letak geografisnya yang membentang pada koordinat 6 LU –11 LS dan 94 BT –144 BT terletak di daerah seismik aktif dimana merupakan pertemuan tiga mega lempeng tektonik, yaitu: Lempeng Eurasia, Lempeng Indo Australia dan Lempeng Pasifik serta patahan kecil (lokal) yang ada pada pulau-pulau di Indonesia seperti P. Sumatera dengan Patah Semangko, P. Sualwesi dengan Palu Koro. Rata-rata 10-20 kali kejadian gempa bumi baik skala besar atau kecil terjadi setiap harinya. Bahkan tidak jarang diantaranya yang menimbulkan korban jiwa, harta benda, serta kepanikan dan kecemasan pada masyarakat.
Ribuan gempa terdeteksi setiap tahunnya dimana sebagian besar hanya terdeteksi oleh seismograph, beberapa merupakan gempa kuat dan dirasakan (70 kali gempa) dan beberapa bahkan merusak (3 kali gempa). Beberapa gempabumi besar di dasar laut juga mengakibatkan tsunami setiap 2 tahun. Getaran Gempa bumi yang terjadi di Indonesia maupun di luar Indonesia dapat direkam dan dilihat pada alat perekam gempa yang terdapat di masing-masing wilayah dan juga yang ada di Sub Bidang Informasi Dini Gempa bumi secara real time.
Gempabumi pada 26 De sember 2004 dengan momen magnitudo 9.3 menghasilkan tsunami yang sangat besar dan memakan korban jiwa lebih dari 200.000 orang di 9 negara yang terkena oleh gelombangnya. Sementara di Indonesia sendiri tepatnya di Propinsi Aceh merupakan area dengan dampak kerusakan terparah dimana lebih dari 160.000 orang meninggal dunia dan dinyatakan hilang.
Tragedi ini sangatlah memilukan dan menyakitkan dimana dirasakan tidak hanya oleh masyarakat Indonesia tetapi juga oleh sebagian besar penduduk dunia. Bantuan dan pertolongan banyak mengalir dari seluruh dunia kepada negara-negara yang terkena dampak bencana ini. Bencana kemanusiaan ini membangunkan pemerintah dan para ilmuwan di seluruh dunia, terutama di sepanjang Samudera Hindia, untuk memahami pentingnya mendirikan Tsunami Early Warning Sytem: IOTWS (Indian Ocean Tsunami Warning and Mitigation System). Saat IOTWS telah berdiri maka peringatan akan menyiagakan masyarakat di daerah yang berpotensi terkena dampak untuk evakuasi dan lari ke dataran tinggi untuk menghindari gelombang tsunami. Pemerintah Indonesia didukung oleh negara-negara lain terutama Jerman, Perancis, China, Jepang, USA dan organisasi internasional; UNESCO melalui IOC-nya berkomitmen untuk membangun InaTEWS (Indonesia Tsunami Early Warning System).
Badan Meteorologi dan Gofisika merupakan salah satu instansi yang mempunyai tugas dan wewenang memonitor, menganalisa, menyebarkan informasi mengenai meteorologi dan geofisika masyarakat dan instansi-instansi pemerintah
yang membutuhkan. Untuk bidan g geofisika khususnya yang berhubungan dengan Gempa bumi tugas tersebut dilaksanakan oleh Bidang Gempa bumi dengan Sub Bidang Informasi Dini Gempa Bumi.
Ketika gempa terjadi, sinyal seismik akan terlepas ke segala arah. Sinyal tersebut akan terekam oleh jaringan seismometer. Sinyal tersebut kemudian dikirim via VSAT (satelit) ke Pusat dan akan diproses dan dianalisa oleh seismologist yang bertugas untuk menghasilkan informasi sumber gempabumi. Ketika parameter gempa memenuhi kriteria menimbulkan tsunami maka peringatan tsunami akan dikeluarkan. Diharapkan sinyal dari alat pendeteksi tsunami di laut (DART Buoy) akan datang segera dimana akan digunakan untuk konfirmasi atau pembatalan peringatan.
Jaringan Seismik telah didesain terdiri dari 160 seismometer broadband, 500 accelerometer dan akan dikelompokan kedalam 10 Regional Center. Dengan jumlah sensor tersebut dan jarak tiap sensor 100 km maka dalam 3 menit pertama sumber gempa dapat ditentukan lokasinya setelah terjadi di wilayah Indonesia
Karena banyak stasiun yang ada, informasi kalibrasi merasa menjadi faktor yang penting. Peningkatan jumlah alat instrumentasi, dapat membuat petugas sukar untuk memelihara keakuratan dan ketepatan data. Sehingga Penggunaan data seismik real-time memerlukan alat quality control yang otomatis untuk memastikan ketelitian dari data real-time gempabumi produk BMKG
Penelitian ini hasilnya da pat dipakai untuk memudahkan teknisi dalam perbaikan stasiun seismik. Stasiun – stasiun tersebut berada pada lokasi yang memiliki aktivitas tinggi seperti jalan raya, laut dan Bandar udara. Permasalahan lain yaitu step, data hilang (gaps), spike, strange signal dan Noise periode panjang lebih disebabkan karena peralatan, seismograf, komunikasi dan seismik vault (tempat sensor)
I.2. Perumusan Masalah
Untuk mendapatkan sistem peringatan dini gempabumi dan tsunamiyang baik, maka BMG terus menerus mengembangkan jaringan seismograf baik dari segi jumlah maupun jenisnya. Sampai 2009 BMG melalui proyek TWS yang dikoordinir RISTEK mentargetkan untuk memasang 160 unit Seismograf yang tersebar di seluruh Indonesia. Target pencapaian yang begitu banyak dengan waktu yang singkat mengakibatkan terjadinya hal – hal yang secara teknis tidak sesuai dengan kondisi idealnya. Hal ini berimbas pada kualitas data yang dihasilkan oleh seismograf. Kualitas data yang buruk menyulitkan operator dalam melakukan proses analisis sehingga berdampak pada menurunnya kualitas informasi gempa dan memperlambat proses penyebaran. Dapat dikatakan dalam hal ini bahwa peranan kualitas data sangat vital dalam pembuatan informasi yang akurat dan percepatan proses penyebaran informasi.
Untuk mempercepat instalasi sensor seismik broadband BMG memasang sebagian sensor seismik di fasilitas stasiun BMG, dengan pertimbangan dasar bahwa
tsunami hanya akan terjadi oleh g empa kuat, untuk langkah pertama banyak sensor dilokasikan di stasiun BMG dimana normalnya dilokasi tersebut tidak cukup tenang untuk penempatan sensor seismik, kita akan menganalisa kualitasnya dan apabila kualitas stasiun dibawah standar minimum maka memungkinkan untuk direlokasi.
Sampai akhir tahun 2008 BMG memiliki sekitar 102 stasiun seismograf yang datanya online ke Jakarta. Data yang dihasilkan masih memiliki kualitas yang buruk, sehingga diperlukan evaluasi untuk mengetahui problem yang menimpa stasiun seismograf. Kualitas data yang buruk disebabkan karena gaps, spike, steps, alat yang mati, long periode noise, dan noise alam. Masing – masing masalah pada data tersebut memiliki sumber masalah yang berbeda. Sumber masalah sangat berpengaruh pada tindakan yang akan dilakukan untuk perbaikan pada stasiun seismograf. Perbaikan dapat dilakukan mulai dari perbaikan pada komunikasi data, perbaikan dan penggantian peralatan seismograf, perbaikan seismik vault hingga pemindahan seismik vault pada lokasi baru. Pemindahan seismik vault atau lokasi stasiun seismograf didasarkan karena adanya gangguan dari aktivitas yang tinggi disekitar seismik vault. Aktivitas yang tinggi disebabkan seismik vault berdekatan dengan jalan raya, lapangan terbang, daerah industri, daerah pemukiman dan daerah pertambangan. Selain itu gangguan dari alam dapat berasal dari laut, sungai atau air terjun. Untuk masalah tersebut di atas, perbaikan tidak dapat dilakukan selain dengan pemindahan lokasi seismik vault. Namun pemindahan lokasi adalah solusi terakhir,
karena hal ini dapat menimbulkan masalah yang lain, seperti keamanan, penyediaan power (power supply), komunikasi data, dan coverage area.
I.3. Tujuan Penelitian
a. Mengetahui penyebab gangguan pada sinyal yang ada pada stasiun –stasiun yang berada pada lokasi yang memiliki aktivitas tinggi seperti jalan raya, laut dan Bandar udara
b. Mengetahui apakah stasiun – stasiun yang di teliti layak atau tidak sebagai tempat pemasangan seismograf
c. Menganalisa kualitas data seismograf karena kualitas data sangat vital dalam pembuatan informasi yang akurat dan percepatan proses penyebaran informasi.
I.4. Batasan Masalah
Pembahasan Masalah pada penulisan tugas akhir ini dibatasi pada analisa aplikasi PQLX mengevaluasi stasiun seismograf memakai beberapa metode, antara lain dengan analisis sinyal, analisis spektral dan absen data. Saat ini metode analisis sinyal yang dipakai secara optimal, sedangkan dengan metode analisis spectral dan absen data belum dapat digunakan. Data yang dipakai adalah data sinyal 6 stasiun seismograf bulan april tahun 2009. Dari hasil evaluasi ini diharapkan dapat diketahui tingkat kualitas stasiun seismograf yang sudah diterapkan di USGS dan IRIS sehingga bisa diterapkan di BMG.
I.5. Sistematika Penulisan
Struktur penulisan ini terbagi menjadi beberapa bab dan sub bab yang tersusun sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Terdiri dari uraian latar belakang, maksud dan tujuan penulisan, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini terdiri dari uraian tentang gempa bumi, sistem pemantauan gempa bumi di BMKG, seismometer, noise, rumusan yang dipakai untuk perhitungan Fungsi probabilitas densitas dan kekuatan spektral densitas
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini berisi pengolahan data yang menguraikan tentang data dan peralatan yang digunakan, pembahasan pengolahan data dengan PQLX (Passcal Quick Look Extended).
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang pembahasan hasil dari analisa PQLX
BAB V PENUTUP
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Gempa Bumi
Gempa bumi merupakan peristiwa pelepasan energi pada saat pergeseran lapisan bumi. Energi ini dapat dapat berupa fisis yang dapat menyebabkan deformasi pada permukaan bumi, energi gelombang maupun bentuk energi lain. Menurut penyebabnya gempa bumi dapat dibedakan menjadi 3 macam :
a. Gempa bumi terban (runtuhan) gempa ini terjadi karena adanya runtuhan di dalam bumi biasanya daerah kapur atau daerah tambang. b. Gempa bumi Vulkanik, gampa ini tejadi karena adanya aktivitas gunung
berapi.
c. Gempa bumi tektonik gempa ini disebabkan oleh patahnya struktur atau lapisan bumi yang bekerja secara terus menerus sehingga melampau batas elastisitas dari batuan tersebut.
Setiap tahun planet bumi digoyang oleh lebih dari 10 gempa bumi besar yang membunuh ribuan manusia, merusak bangunan dan infrastruktur serta menjadi bencana alam yang menimbulkan dampak negatif terhadap perekonomian dan sosial pada daerah di sekitar yang diakibatkannya. Pada masyarakat tradisional dan awam gempabumi disebabkan oleh bermacam-macam hal sesuai dengan kepercayaan masyarakat setempat.
Menurut teori tektonik le mpeng, bagian luar bumi merupakan kulit yang tersusun oleh lempeng-lempeng tektonik yang saling bergerak. Di bagian atas disebut lapisan litosfir merupakan bagian kerak bumi yang tersusun dari material yang kaku. Lapisan ini mempunyai ketebalan sampai 80 km di daratan dan sekitar 15 km di bawah samudra. Lapisan di bawahnya disebut astenosfir yang berbentuk padat dan materinya dapat bergerak karena perbedaan tekanan.
Litosfir adalah suatu lapisan kulit bumi yang kaku, lapisan ini mengapung di atas astenosfir. Litosfir bukan merupakan satu kesatuan tetapi terpisah-pisah dalam beberapa lempeng yang masing-masing bergerak dengan arah dan kecepatan yang berbeda-beda. Pergerakan tersebut disebabkan oleh adanya arus konveksi yang terjadi di dalam bumi.
Bila dua buah lempeng bertumbukan maka pada daerah batas antara dua lempeng akan terjadi tegangan. Salah satu lempeng akan menyusup ke bawah lempeng yang lain, masuk ke bawah lapisan astenosfir. Pada umumnya lempeng samudra akan menyusup ke bawah lempeng benua, hal ini disebabkan lempeng samudra mempunyai densitas yang lebih besar dibandingkan dengan lempeng benua.
Apabila tegangan tersebut telah sedemikian besar sehingga melampaui kekuatan kulit bumi, maka akan terjadi patahan pada kulit bumi tersebut di daerah terlemah. Kulit bumi yang patah tersebut akan melepaskan energi atau tegangan sebagian atau seluruhnya untuk kembali ke keadaan semula. Peristiwa pelepasan energi ini disebut gempabumi.
Gempabumi terjadi di sepanj ang batas atau berasosiasi dengan batas pertemuan lempeng tektonik. Pada kenyataannya pergerakan relatif dari lempeng berjalan sangat lambat, hampir sama dengan kecepatan pertumbuahan kuku manusia (0-20 cm pertahun). Hal ini menimbulkan adanya friksi pada pertemuan lempeng, yang mengakibatkan energi terakumulasi sebelum terjadinya gempa bumi. Kekuatan gempa bumi bervariasi dari tempat ke tempat sejalan dengan perubahan waktu.
Batas lempeng tektonik dapat dibedakan atas tiga bentuk utama, konvergen, divergen, dan sesar mendatar. Bentuk yang lainnya merupakan kombinasi dari tiga bentuk batas lempeng ini.
Pada bentuk konvergen lempeng yang satu relatif bergerak menyusup di bawah lempeng yang lain. Zona tumbukan ini diindikasikan dengan adanya palung laut (trench), dan sering disebut juga dengan zona subduksi atau zona Wadati-Benioff. Zona penunjaman ini menyusup sampai kedalaman 700 km dibawah permukaan bumi di lapisan astenosfir. Bentuk konvergen berasosiasi terhadap sumber gempa dalam dan juga gunung api.
Pada bentuk divergen kedua lempeng saling menjauh sehingga selalu terbentuk material baru dari dalam bumi yang menyebabkan munculnya pegunungan di dasar laut yang disebut punggung tengah samudra (mid oceanic ridge).
Sedang pada tipe jenis sesar mendatar kedua lempeng saling bergerak mendatar. Sketsa jenis pertemuan lempeng tektonik dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.1: Sketsa jenis pertemuan lempeng tektonik
Akibat pergerakan lempeng tektonik, maka di sekitar perbatasan lempeng akan terjadi akumulasi energi yang disebabkan baik karena tekanan, regangan ataupun gesekan. Energi yang terakumulasi ini jika melewati batas kemampuan atau ketahanan batuan akan menyebabkan patahnya lapisan batuan tersebut.
Jadi gempa bumi tidak lain merupakan manifestasi dari getaran lapisan batuan yang patah yang energinya menjalar melalui badan dan permukaan bumi berupa gelombang seismik Energi yang dilepaskan pada saat terjadinya patahan tersebut dapat berupa energi deformasi, energi gelombang dan lain-lain.
Energi deformasi ini dapat terlihat pada perubahan bentuk sesudah terjadinya patahan, misalnya pergeseran. Sedang energi gelombang menjalar melalui medium elastis yang dilewatinya dan dapat dirasakan sangat kuat di daerah terjadinya gempabumi tersebut .
Pusat patahan didalam bu mi dimana gempabumi terjadi disebut fokus atau hiposenter, sedang proyeksi fokus yang berada di permukaan bumi disebut episenter.
Gempabumi selain terjadi pada perbatasan lempeng juga terjadi pada patahan-patahan lokal yang pada dasarnya merupakan akibat dari pergerakan lempeng juga.
Gempabumi yang terjadi di sekitar perbatasan lempeng biasa disebut gempa interplate, sedang yang terjadi pada patahan lokal yang berada pada satu lempeng disebut gempa intraplate. Karena bentuk pertemuan lempeng ada tiga macam, dengan demikian gempa interplate juga bisa terjadi tiga macam, yaitu:
o Gempa bumi yang terjadi di sepanjang sistem rift dimana lempeng samudra terbentuk.
o Gempa bumi yang terjadi di sepanjang sistem subduksi dimana lempeng samudra menyusup di bawah lempeng kontinen.
o Gempa bumi yang terjadi di sepanjang patahan transform atau sesar geser dimana pertemuan lempeng tektonik saling menggeser secara horizontal.
Di Indonesia gempabumi interplate banyak terjadi di laut dengan kedalaman dangkal dan yang terjadi di daratan kedalaman fokusnya menengah sampai dalam dan bisa mencapai kedalaman 700 km. Sedangkan gempabumi intraplate di Indonesia mempunyai kedalaman sumber gempa relatif dangkal dan bisa terjadi di darat dan laut.
Gempabumi yang besar selalu menimbulkan deretan gempa susulan yang biasa disebut dengan aftershock. Kekuatan aftershock selalu lebih kecil dari gempa utama dan waktu berhentinya aftershock bisa mencapai mingguan sampai bulanan tergantung letak, jenis dan besarnya magnitude gempa utama.
2.1.1 Jenis Gempabumi
Gempabumi yang merupakan fenomena alam yang bersifat merusak dan menimbulkan bencana dapat digolongkan menjadi empat jenis, yaitu:
a. Gempabumi Vulkanik ( Gunung Api )
Gempa bumi ini terjadi akibat adanya aktivitas magma, yang biasa terjadi sebelum gunung api meletus. Apabila keaktifannya semakin tinggi maka akan menyebabkan timbulnya ledakan yang juga akan menimbulkan terjadinya gempabumi. Gempabumi tersebut hanya terasa di sekitar gunung api tersebut.
b. Gempabumi Tektonik
Gempabumi ini disebabkan oleh adanya aktivitas tektonik, yaitu pergeseran lempeng lempeng tektonik secara mendadak yang mempunyai kekuatan dari yang sangat kecil hingga yang sangat besar. Gempabumi ini banyak menimbulkan kerusakan atau bencana alam di bumi, getaran gempa bumi yang kuat mampu menjalar keseluruh bagian bumi.
c. Gempabumi Runtuhan
Gempabumi ini biasanya terjadi pada daerah kapur ataupun pada daerah pertambangan, gempabumi ini jarang terjadi dan bersifat lokal.
d. Gempabumi Buatan
Gempa bumi buatan adalah gempa bumi yang disebabkan oleh aktivitas dari manusia, seperti peledakan dinamit, nuklir atau palu yang dipukulkan ke permukaan bumi.
Berdasarkan kekuatannya atau magnitude (M), gempabumi dapat dibedakan atas :
a. Gempabumi sangat besar dengan magnitude lebih besar dari 8 SR.
b. Gempabumi besar magnitude antara 7 hingga 8 SR.
c. Gempabumi merusak magnitude antara 5 hingga 6 SR.
d. Gempabumi sedang magnitude antara 4 hingga 5 SR.
e. Gempabumi kecil dengan magnitude antara 3 hingga 4 SR .
f. Gempabumi mikro magnitude antara 1 hingga 3 SR .
g. Gempabumi ultra mikro dengan magnitude lebih kecil dari 1 SR .
Berdasarkan kedalaman sumber (h), gempabumi digolongkan atas :
a. Gempabumi dalam h > 300 Km .
c. Gempabumi dangkal h < 80 K m
Berdasarkan tipenya Mogi membedakan gempabumi atas:
a. TypeI : Pada tipe ini gempa bumi utama diikuti gempa susulan tanpa didahului oleh gempa pendahuluan (fore shock).
b. Type II : Sebelum terjadi gempa bumi utama, diawali dengan adanya gempa pendahuluan dan selanjutnya diikuti oleh gempa susulan yang cukup banyak.
c. Type III: Tidak terdapat gempa bumi utama. Magnitude dan jumlah gempabumi yang terjadi besar pada periode awal dan berkurang pada periode akhir dan biasanya dapat berlangsung cukup lama dan bisa mencapai 3 bulan. Tipe gempa ini disebut tipe swarm dan biasanya terjadi pada daerah vulkanik seperti gempa gunung Lawu pada tahun 1979.
2.1.2 Sumber Gempabumi
Seperti telah dijelaskan diatas bahwa pembangkit utama terjadinya gempabumi adalah pergerakan lempeng tektonik. Akibat pergerakan lempeng maka di sekitar perbatasan lempeng akan terakumulasi energi, dan jika lapisan batuan telah tidak mampu manahannya maka energi akan terlepas yang menyebabkan terjadinya patahan ataupun deformasi pada lapisan kerak bumi dan terjadilah gempabumi
tektonik. Disamping itu akibat ada nya pergerakan lempeng tadi terjadi patahan (sesar) pada lapisan bagian atas kerak bumi yang merupakan pembangkit kedua terjadinya gempabumi tektonik.
Jadi sumber-sumber gempabumi keberadaannya ada pada perbatasan lempeng lempeng tektonik dan patahan- patahan aktif. Indonesia merupakan salah satu wilayah yang sangat aktif terhadap gempabumi, karena terletak pada pertemuan tiga lempeng tektonik utama dan satu lempeng tektonik kecil. Ketiga lempeng tektonik itu adalah lempeng tektonik Indo-Australia, lempeng Eurasia dan lempeng Pasifik serta lempeng kecil Filipina.
Terdapat tiga jalur utama gempabumi yang merupakan batas pertemuan dari beberapa lempeng tektonik aktif:
1. Jalur Gempabumi Sirkum Pasifik
Jalur ini dimulai dari Cardilleras de los Andes (Chili, Equador dan Caribia), Amerika Tengah, Mexico, California British Columbia, Alaska, Alaution Islands, Kamchatka, Jepang, Taiwan, Filipina, Indonesia, Polynesia dan berakhir di New Zealand.
2. Jalur Gempabumi Mediteran atau Trans Asiatic
Jalur ini dimulai dari Azores, Mediteran (Maroko, Portugal, Italia, Balkan, Rumania), Turki, Kaukasus, Irak, Iran, Afghanistan, Himalaya, Burma, I ndonesia
(Sumatra, Jawa, Nusa Tenggar a, dan Laut Banda) dan akhirnya bertemu dengan jalur Sirkum Pasifik di daerah Maluku
3. Jalur Gempabumi Mid-Atlantic
Jalur ini mengikuti Mid-Atlantic Ridge yaitu Spitsbergen, Iceland dan Atlantik selatan.
Sebanyak 80 % dari gempa di dunia, terjadi di jalur Sirkum Pasifik yang sering disebut sebagai Ring of Fire karena juga merupakan jalur Vulkanik. Sedangkan pada jalur Mediteran terdapat 15 % gempa dan sisanya sebanyak 5 % tersebar di Mid Atlantic dan tempat-tempat lainnya.
Di Indonesia lokasi sumber gempabumi berawal dari Sumatra, Jawa, Bali, Nusa Tenggara, sebagian berbelok ke Utara di Sulawesi, kemudian dari Nusa Tenggara sebagian terus ke timur Maluku dan Irian. Hanya pulau Kalimantan yang relatif tidak ada sumber gempa kecuali sedikit bagian timur.
Lempeng Indo-Australia bergerak menyusup dibawah lempeng Eurasia, demikian pula lempeng Pasifik bergerak kearah barat. Pertemuan lempeng tektonik Indo-Australia dan Eurasia berada di laut merupakan sumber gempa dangkal dan menyusup kearah utara sehingga di bagian darat berturut-turut ke utara di sekitar Jawa –Nusa tenggara merupakan sumber gempa menengah dan dalam.
Kedalaman sumber gempa di Sumatra bisa mencapai 300 km di bawah permukaan bumi dan di Jawa bisa mencapai 700 km, sesuai dengan kedalaman
lempeng Indo-Australia menyusu p dibawah lempeng Eurasia. Disamping itu di daratan Sumatra juga terdapat sumber sumber gempa dangkal yang disebabkan karena aktivitas patahan Sumatra, demikian pula di sebagian Jawa Barat terdapat sumber-sumber gempa dangkal karena aktivitas patahan Cimandiri di Sukabumi, patahan Lembang di Bandung, dan lain lain.
Gempa-gempa dangkal di bagian timur Indonesia selain berasosiasi dengan pertemuan lempeng (trench) juga disebabkan oleh patahan- patahan aktif, seperti patahan Palu Koro, patahan Sorong, patahan Seram, dan lain-lain.
Beberapa tempat di Sumatra, Jawa, Nusa tenggara, Maluku, Sulawesi dan Irian rentan terhadap bencana gempabumi baik yang bersifat langsung maupun tak langsung seperti tsunami dan longsor.
2.2 Sistem Pemantauan Gempa Bumi di BMKG
Sistem pemantauan, merupakan unit terpenting dalam sistem Ina TEWS, oleh karena sistem inilah yang menghasilkan data untuk diproses di PIGB (Pusat Informasi Gempa Bumi) , yang akhirnya menghasilkan informasi dini tsunami.
Salah satu unsur terpenting dalam sistem Ina TEWS adalah sistem pemantauan gempabumi, karena sistem inilah yang menghasilkan data yang dapat diproses untuk menghasilkan suatu peringatan tsunami. Untuk melakukan pedeteksian gempabumi dan tsunami diperlukan jaringan pemantauan gempabumi
dan pemantauan tsunami, sehingg a data hasil pemantauan tersebut cukup memadai untuk menghasilkan parameter gempabumi dengan cepat dan akurat.
2.2.1 Pemantauan Gempabumi
Untuk mengetahui terjadinya gempabumi diperlukan instrumentasi pemantauan gelombang gempabumi yaitu ; seismograf dan akselerograf, tetapi untuk mendapatkan parameter gempabumi dengan cepat dan akurat diperlukan jaringan seismograf yang rapat. Oleh karena itu BMG dengan beberapa negara sahabat merencanakan pembangunan 160 stasiun pemantauan gempabumi ditambah 500 unit akselerograf.
Keseluruhan pembangunan sistem ini direncanakan selesai pada akhir tahun 2008. Jika pembangunan seluruh sistem TEWS selesai maka peringatan dini tsunami akan lebih baik dari yang ada sekarang.
2.2.2 Data seismograf
Data rekaman gempa yang dihasilkan seismograf dikirim secara real time melalui jaringan VSAT dari stasiun-stasiun geofisika yang tersebar di wilayah Indonesia ke pusat dan 10 (sepuluh) pusat regional. Jika terjadi gempabumi, data tersebut diolah menjadi informasi gempabumi di Pusat Gempa Nasional dan pusat regional. Pengolahan data dilakukan secara otomatis (automatic process) dan manual (interaktif process), menggunakan perangkat antara lain:
a. SeiscomP-3 (Jerman) b. MSDP (Cina)
c. Onyx (Prancis) d. NIED (Jepang) e. Early Bird (Kanada)
2.2.3 Data Akselerograf
Data akselerograf digunakan untuk mengukur percepatan tanah dan perhitungan intensitas gempabumi, informasi ini bermanfaat dalam menunjang pembuatan peringatan dini tsunami. Jaringan akselerograf dipasang secara bersamaan dengan pemasangan jaringan seismograf (co-located).
Data akselerograf dikirim ke Pusat Gempa Nasional bersama-sama dengan data seismograf secara real time. Namun untuk mengolah data ini perangkat lunak pendukung dan mekanisme pemindahan data yang bergabung dengan data seismograf belum berjalan baik.
Terkait dengan berbagai Sistem dalam membangun informasi gempabumi dan TWS maka diperlukan distribusi stasiun seismik, berkaitan dengan :
1. Data
2. Penempatan Sensor Seismik di Stasiun 3. Jarak antar sensor ± 80 km.
4. Distribusi Sensor yang merata diseluruh Indonesia 5. Prioritas lokasi
6. Pertimbangan dalam penentukan stasiun oleh masing-masing institusi
• CEA (China) : 10 l
okasi pada 10 region
• GFZ (Jerman) : 20 lokasi pada 10 region
• NIED (Jepang) : 15 lokasi pada 10 region
• BMG, VSI, UGM, Pemerintah Nabire
• CTBTO : 6 lokasi pada 5 region 7. Pengintegrasian Sistem
Data real time untuk seismometer dan accelerometer (mengenai band width telekomunikasi)
• Sampling rate 50 Hz untuk BB
• Sampling 200 Hz untuk accelerometer 2.3 Seismometer
Sensor adalah bagian yang sangat penting dalam rangkaian seismograph karena alat inilah yang bereaksi merespon getaran tanah. Sensor sering disebut juga seismometer. Seismometer adalah alat untuk mengukur getaran tanah. Selain itu alat ini juga bekerja untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik.
a) Prinsip dasar
Prinsip deteksi gempa merupakan deteksi gelombang elastik. Pada saat gelombang elastik menjalar melalui medium, medium yang dilalui gelombang akan mengalami deformasi yang berupa displacement kompresi / dilatasi dan deformasi shear (geser), sehingga untuk mendeteksi sifat gelombang elastik dasar yang digunakan adalah deteksi sifat deformasi media karena peristiwa transfer energi
dalam bentuk gelombang elastik. Sifat deformasi media/batuan dalam hubungannya dengan gejala gelombang adalah terjadinya displacement (perpindahan) partikel media tersebut.
Untuk dapat mencakupi semua gerakan partikel media elastik yang disebabkan oleh gelombang body maupun gelombang permukaan, maka deteksi displacement bertujuan untuk :
1. Mendeteksi displacement vertikal. 2. Mendeteksi displacement horizontal. b) Instrumen Gempa
Beberapa pengertian dari instrumen utama dalam seismologi. Seismoscope adalah alat yang menunjukkan bahwa satu atau lebih kejadian gempa telah terjadi tetapi tidak merekam apapun. Seismograph adalah instrumen yang memberikan rekaman getaran tanah secara kontinyu. Seismometer merupakan seismograph yang merekam getaran secara elementer sehingga memungkinkan untuk dilakukan perhitungan dari data seismogram yang dihasilkan.
c) Prinsip Pendulum
Pada saat gempa terjadi, gelombang elastik menjalar dari sumbernya melalui seluruh bagian dari interior bumi. Sebuah seismograph pada suatu tempat dipermukaan akan mencatat gelombang tersebut tiba atau melewatinya. Tentu saja segala sesuatu yang ada didalam dan dipermukaan bumi akan turut bergetar seperti bangunan, kendaraan dan lain-lain. Jadi dibutuhkan instrumen yang paling kecil ketergantungannya terhadap bagian dari getaran yang merupakan getaran gempa.
Maka digunakanlah prinsip pend ulum statik hanyalah keadaan ideal, karena pada keadaan sebenarnya pendulum memiliki gerakan sendiri walaupun sangat kecil. Oleh karena itu perlu diperhatikan beberapa hal dari pendulum yang digunakan, antara lain:
a. Peredaman (dumping) b. Perioda.
c. Pembesaran (magnification)
Dari ketiga hal tersebut sebuah seismograph akan disesuaikan dengan dengan penggunaan selanjutnya dari rekaman yang dihasilkan, misalnya untuk prediksi gempa atau untuk bidang rekayasa (geologi teknik). Pada umumnya gerakan benda dapat dibagi atas translasi, rotasi dan deformasi, maka dibutuhkan seismograph yang dapat bereaksi terhadap ketiga jenis gerakan tersebut.
Seismometer dengan damping pendulum horizontal memiliki prinsip berayun seperti pintu gerbang pada pagar, sebuah massa yang berat diletakkan di ujung triangle, bertumpu pada ujung vertikalnya. Ketika terjadi gerakan pada tanah, massa tersebut dalam keadaan tetap tidak bergerak dan mengayunkan “pintu gerbang” tersebut pada tumpuannya.
Bagian paling dasar dari sensor yang menggunakan adalah pegas, bandul massa dan coil. Jika ada getaran tanah maka sensor akan merespon dan pegasnya akan bergetar dan menyebabkan massa juga bergetar.
Pada awalnya seismomet er dibuat dengan menggunakan optik dimana pergerakannya direkam sebagai goresan dalam sebuah kertas photograpic yang harus terlindung dari cahaya.
Instrumen modern menggunakan perangkat elektronik, massa pada seismometer di tahan supaya tetap dalam kondisi seimbang oleh aliran elektronik yang disebut negative feedback loop yang menjalankan coil. Jarak perpindahan, kecepatan dan percepatan dari massa tersebut diukur. Hasil dari pengukuran ini kemudiaan didigitasi oleh digitizer dan disimpan dalam rekorder yang berupa komputer dan dapat secara otomotis dibaca oleh program penganalisa untuk menentukan lokasi gempabumi.
Penelitian seismik profesional biasanya menggunakan instrumen dengan tiga sumbu yaitu, sumbu horizontal (utara-selatan dan timur-barat) dan sumbu vertikal (up-down). Para seismologist biasanya memilih komponen vertikal jika hanya satu sumbu saja yang digunakan.
Stasiun untuk penelitian seismologi biasanya berada di daerah bedrock dimana seismometer dapat ditempatkan dengan baik. Penempatan seismometer yang baik adalah pada borehole (lubang) dimana borehole tersebut dapat menjaga seismometer dari perubahan temperatur dan getaran akibat perubahan cuaca.
Sensor tediri dari beberapa jenis, yaitu:
• Berdasarkan range frekuensinya:
o Long periode, dengan f rekuensi antara 0.03 hingga 0,05 Hz o Broadband, dengan frekuensi antara 0.01 hingga 50 Hz
o Very broadband, dengan frekuensi antara 0.0028 hingga 100 Hz
• Berdasarkan kebutuhan power supply:
• Sensor pasif = sensor yang tidak membutuhkan power supply untuk beroperasinya sistem sensor, contohnya SPS-1 Ranger Kinematrik.
• Sensor aktif = sensor yang membutuhkan power supply, contohnya Trillium, Guralp CMG-3T dan accelerometer.
Seismometer broadband memiliki range frekuensi yang lebar sehingga banyak merekam noise, sensor ini sensitif terhadap perubahan temperatur lingkungan dan tekanan udara, dimana komponen horisontalnya lebih sensitif terhadap variasi lingkungan dibanding komponen vertikalnya.
Pada seismograph konvensional yang masih menggunakan sistem inersia pada umumnya memiliki keterbatasan dalam sensitivitas terhadap frekuensi rendah. Dengan ditemukannya prinsip force balance accelerometer (FBA) yang berarti gaya luar yang bekerja pada sensor dikonvensasi oleh gaya elektronik dalam arah yang berlawanan sehingga massa dalam kondisi stasioner atau secara eksak mendekati stasioner getaran kecil yang diperlukan untuk mendeteksi pergerakan sebuah massa. Gaya digerakkan oleh arus menuju coil sehingga arus tersebut digunakan sebagai penyeimbang gaya luar yang bekerja sebanding dengan gaya tersebut.
2.4
Tingkat Noise Pada Alat2.4.1 Noise Seismik
Rekaman sinyal seismik selalu mengandung noise, hal penting untuk dipelajari yaitu sumber Noise dan bagaimana caranya mengukurnya. Noise berasal dari dua hal yakni Noise yang dihasilkan dari instrumentasi dan noise seismik yang berasal dari vibrasi bumi. Secara normal, noise instrumen yang dimaksud dibawah adalah noise seismik walaupun kebanyakan sensor mempunyai beberapa daerah frekuensi dimana noise alat akan mendominasi (misalnya. suatu accelerometer mempunyai daerah pada frekuensi rendah).
2.4.2 Noise Observasi
Semua seismogram memperlihatkan beberapa macam noise, dimana yang paling besar dan paling banyak tempat di dalam dunia, yaitu noise yang selaras (biasa disebut noise mikroseismik) yang mempunyai frekuensi 0.1 - 1.0 Hz , seismogram dapat diamati dalam keadaan alamiah, kecuali jika dikaburkan oleh satu noise yang tinggi
2.5
Spektrum NoiseDengan data digital, sekarang dimungkinkan untuk membuat analisa spektral, maka dengan mudah diperoleh tingkatan noise pada semua frekuensi di dalam satu operasi sederhana. Ini telah menjadi kesepakatan untuk mewakili
spektrum noise sebagai spectrum akselerasi kepadatan kekuatan noise Pa(ω) . Ini
telah menjadi umum untuk mewakili spektrum di dalam unit dari dB menunjuk ke 1 (m s2)2 / Hz. Dengan demikian noise dapat di hitung seperti :
Tingkatan noise spektral dapat dihitung, dengan melihat Tabel 2.1, walaupun amplitudo sangat berbeda pada 4 filter band, tingkat kekuatan spektral hampir sama kecuali untuk filter band 0.6 –1.7 Hz dimana amplitudo pada filter yang relatif besar dipengaruhi oleh noise background yang lebih kuat di frekuensi rendah rendah
Tabel 2.1 Tingkatan Noise Spektral pada 4 daerah filter
Gambar 2.2 Peterson menunjukkan spektral kurva dan tingkatan noise pada stasiun IRIS BOCO. Noise berada di kisaran dB 1 (ms-2)2/ Hz. Model baru tingkatan noise tinggi Peterson dan rendah model diperlihatkan dengan baris. Spektrum noise diperlihatkan bagi seluruh 3 komponen.
Asal dari noise seismik
1. Noise akibat perilaku manusia disekitarnya.
Sering dikenal sebagai noise cultural, ini berasal dari lalu lintas dan permesinan, mempunyai frekuensi tinggi (>2 - 4 Hz) dan menghilang secara jarak jika sumber gangguan bergerak jauh dari peralatan. Ini mengaburkan sebagian besar frekuensi
tinggi pada gelombang permuka an, dengan atenuasi yang cepat pada jarak dan penyusutan amplitude dengan kuat pada kedalaman, bias ini terjadi pada posisi sensor di lubang, terowongan atau dalam gua. Noise ini biasanya mempunyai satu perbedaan besar di antara hari dan malam dan mempunyai karakteristik frekuensi yang bergantung pada sumber gangguan. Noise ini dapat sangat tinggi.
2. Noise Angin.
Angin akan membuat objek apapun bergerak maka bisa menyebabkan noise. Noise ini biasanya mempunyai frekuensi tinggi seperti noise akibat perilaku manusia, bagaimanapun objek yang terayun besar seperti tiang kapal dan menara dapat menghasilkan frekuensi yang lebih rendah. Pohon juga memancarkan getaran angin dan oleh karenanya stasiun seismik harus diinstal jauh dari pohon. Umumnya, turbulensi angin di sekitar ketidakteraturan topografi seperti lereng yang curam atau batu karang menghasilkan noise lokal dan lokasi sensor didekat pohon harus dihindarkan.
3. Lautan menghasilkan noise
Noise ini adalah noise yang paling tersebar luas (noise mikroseismik), dan dapat dilihat secara global, walaupun pada bagian pedalaman benua mempunyai lebih sedikit noise dibandingkan daerah pantai. Panjang periode mikrosesismik samudra dihasilkan hanya pada perairan dangkal di daerah pantai (Bormann 2002), dimana energi gelombang dikonversi secara langsung ke dalam energi seismik
melalui variasi tekanan vertikal, a tau ombak yang memecah di pantai. Ombak itu mempunyai periode yang sama sebagai ombak air
… … … (a)
4. Sumber lain
Aliran air, getaran vulkanis dan adalah sumber lokal lain dari seismik noise. noise buatan manusia dan noise angin biasanya adalah sumber utama pada frekuensi tinggi dan mempunyai batas terendah akan 0.01 nm pada 10 Hz
2.6 Analisa Sistem Noise
•
Persiapan data dan persiapan prosesPendekatan dari metode analisa noise ini berbeda dengan studi analisa tentang noise yang terdahulu dimana penelitian noise dahulu kita tidak dapat memfilterisasi gelombang yang berkelanjutan untuk menghilangkan gelombang body dan gelombang permukaan dari gempabumi, atau masalah yang ada terus menerus dan masalah instrumen seperti data gaps, spike, clipping, mass recenter atau pulsa kalibrasi. Sinyal-sinyal ini termasuk penelitian ini karena masalah masalah itu biasanya kejadiannya kemungkinannya sangat kecil sehinnga tidak terkontaminasi oleh kemungkinan seismik noise yang tinggi yang di observasi oleh PDF. Pada kenyataannya sinyal temporer sering berguna untuk evaluasi kinerja stasiun. Dan juga
berpengaruh signifikan untu k mengurangi perhitungan PSD dengan menyederhanakan pra-prosesing data.
Perhitungan alogaritmanya menggunakan pengembangan dari Albuquerque Seismological Laboratory (ASL) Model noise rendah yang baru (new low noise model, NLNM) dan model noise tinggi yang baru (new high noise model ,NHNM) (Peterson, 1993; Bendat and Piersol, 1971) yang digunakan dalam perhitungan PSD pada stasiun-stasiun yang digunakan dalam penelitian ini. Langkah-langkah proses perhitungan dijelaskan secara detail di bawah ini.
Sebuah rekaman seismik yang terbatas yang berkelanjutan , u(t), mempunyai N titik sampel datar pada interval ∆t. Dalam analisis ini kami menguraikan rekaman gelombang yang berkelanjutan untuk setiap komponen alat kedalam cuplikan per 1 jam (Th=3600s) overlapping sekitar 50 % terdistribusi secara terus menerus. Overlapping segmen time series digunakan untuk mengurangi varians pada estimasi PSD (Cooley and Tukey, 1965). Sebagai contoh, kita asumsikan bahwa data seismik broadband setiap jam kita bagi 13 segmen dan tiap 3600 detik sampelnya sekitar 40 sampel per detik (sps) dengan demikian pada ∆t= … .. s, terdapat N=144,000 titik data.
2.7 Kekuatan Spektral Densitas (PSD)
Metode standar yang digunakan dalam perhitungan latar belakang tingkat noise seismik adalah perhitungan tingkat noise kekuatan spektral densitas (PSD). Kekuatan spektral densitas (PSD) adalah respon frekuensi pada sebuah sinyal yang
beraturan atau sinyal yang tak beraturan. Metode yang paling umum untuk memperkirakan PSD untuk keperluan data seismik secara acak dinamakan transformasi fourier langsung atau metode Cooley-Tukey (Cooley and Tukey, 1965). Metode ini menghitung PSD menggunakan Transformasi fourier cepat dengan jangkauan terbatas (FFT) pada data yang asli dan menguntungkan dalam efisiensi perhitungan komputer.
Transformasi fourier cepat dengan jangkauan terbatas pada seri waktu periodik γ(t) diberikan dengan :
… … … .. (b)
Dimana : Tr = Panjang dari segmen rangkaian waktu, 213 = 8192 s,
f = Frekuensi
Untuk nilai frekuensi yang terpisah, fk, komponen fourier di definisikan sebagai :
… … … .. (c)
Untuk , fk = k/N∆t untuk k = 1,2, …., N-1
Dimana ∆t = sampel interval (0.025s),
N = jumlah dari sampel pa da masing-masing segmen rangkaian waktu, N=Tr/
∆t
Oleh karenanya, menggunakan komponen fourier yang telah ada di atas, estimasi total dari Kekuatan spektral densitas (PSD) didefinisikan sebagai :
… … … … .. (d)
Seperti rumus di atas, total kekuatan , pk, adalah kuadrat dari spektrum amplitudo dengan satu faktor normalisasi 2∆t/N. Sangat penting untuk menerapkan standar normalisasi ini ketika membandingkan estimasi PSD dengan model noise tertinggi terbaru dari Albuquerque seismik laboratory ( Peterson, 1993)
Pada titik dimana estimasi PSD terkoreksi oleh faktor 1.142857 pada perhitungan terakhir. Akhirnya respon alat seismometer di buang dengan membagi fungsi transfer alat dengan akselerasi, pada daerah frekuensi. Untuk perbandingan pada NLNM, estimasi PSD dikonversikan pada satuan desibel (dB) dengan tersendiri ke satuan kekuatan spektral densitas percepatan (m/s2)2/Hz.
Proses PSD berulang untuk data 1 jam, hasil dari estimasi PSD pada semua data terhitung sebagai rata-rata dari 13 segmen PSD. Hasil ini memiliki tingkat keyakinan 95% pada titik spektrum antara -2.14 dB sampai +2.87 dB pada estimasi tersebut (Peterson, 1993)
• Pembatasan.
Teknik perhitungan PSD menggambarkan estimasi spectral yang stabil hampir disemua jarak yang luas pada periode 0.05-100 s. Pada dasarnya, ini muncul karena kurangnya resolusi waktu akibat dari transformasi yang panjang (3600s) dan memerlukan banyak data untuk memperhitungkan statistik yang kapabel. Untuk resolusi yang bagus pada periode yang pendek, beberapa data harus di analisa.
2.8 Fungsi Probabilitas Densitas (PDF)
Untuk menghitung variasi dari noise yang ada pada stasiun seismik, kita hasilkan Fungsi probabilitas densitas noise seismik dari ribuan pemrosesan PSD menggunakan metode yang didiskusikan sebelumnya. Agar sampel PSDnya cukup, rata-rata oktaf penuh sekitar 1/8 oktaf interval. Prosedur ini mengurangi jumlah frekuensi dengan faktor 169. Dengan demikian rata-rata kekuatan antara bagian periode pendek (frekuensi tinggi), Ts, dan pada bagian periode panjang (frekuensi
rendah) adalah Tl=2*Ts, dengan periode tengah, Tc, dengan demikian Tc=sqrt(Ts*Tl)
adalah periode rata-rata pada oktaf.
Rata-rata geometri biasanya tersimpan dalam log. Rata-rata kekuatan tersimpan pada periode tengah di oktaf, Tc, untuk analisa berikutnya. Ts kemudian
dinaikkan 1/8 oktaf dengan demikian rumusnya menjadi Ts= Ts*20.125, untuk
menghitung rata-rata kekuatan untuk periode berikutnya. Tl dan Ts di hitung ulang,
dan proses berjalan terus sampai mencapai periode terpanjang yang ada pada panjang
panel pada data yang asli, berkis ar Tr/10. Proses ini berulang terus untuk estimasi
PSD tiap 1 jam, menghasilkan estimasi PSD yang halus untuk tiap-tiap komponen alat. Kekuatannya kemudian di akumulasikan pada daerah 1 dB untuk menghasilkan ploting dari distribusi frekuensi (histogram), untuk tiap-tiap periode. Untuk tiap-tiap periode ada kemungkinan mendefinisikan model kekuatan noise terendah ketika periode tinggi kita observasi puncak sekunder gelombang yang berhubungan dengan sistem alam dan sumber noise alami.
Fungsi probabilitas densitas, untuk periode tengah, Tc, dapat kita estimasi :
… … … (e) Dimana NPTc adalah nilai dari estimasi spektral yang jatuh pada daerah
kekuatan 1dB, dengan jarak antara -200 sampai dengan -80 dB, serta pada periode tengah, Tc. NTc, adalah nilai total dari seluruh setimasi kekuatan spektral dengan
periode tengah, Tc, Kami kemudian memplot probabilitas kemunculan dari kekuatan
yang dihasilkan dari periode partikel dengan membandingkan langsung ke model noise rendah dan tinggi.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada tanggal 5 Januari – 24 Mei 2009 bertempat di Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG ) Pusat Jakarta.
3.2 Alat 1. Software SeiscomP3.0 2. Software OpenSuse 10.3 3. Software PQLX 4. Software MYSQL 5. Software ArcGIS 2.8 6. Alat tulis 7. CPU 3.3 Data Penelitian
Data yang digunakan meliputi data miniSEED dari stasiun PDSI (Padang), TLE (Tual), MNI (Manado), CBJI (Citeko), SWI (Sorong), LBMI (Labuha) dari hari 112 – 120 (april 2009) di sertai file kepekaan (response file) seismograph yang terbaru dari tiap-tiap stasiun
Data miniSEED diperoleh dari komputer server akuisisi SeiscomP3.0 di Pusat Gempa Nasional Badan Meterologi dan Geofisika Jakarta. Data berupa rekaman seismik digital berasal dari seluruh stasiun seismograf milik BMKG
yang tersebar di seluruh Indonesia yang berjumlah 112 stasiun ditambah 30 stasiun seismograf milik Geofon (GFZ) yang tersebar di beberapa negara tetangga.
Sedangkan data file kepekaan (response file) diperoleh dari file yang dikirim oleh alat tersebut secara otomatis kedalam sebuah komputer server Libra. File kepekaan tersebut berisi tentang keadaan terakhir alat tersebut dan kondisinya seperti poles and zeros, dan lain-lain. (lampiran A)
3.4 Pengolahan dan Analisa Data
3.4.1 Instalasi Perangkat Lunak PQLX (Passcal Quick Look Extended) Dengan Varian Linux openSUSE 10.3
Instalasi dan Kompilasi keseluruhan sistem di kerjakan untuk bekerja di bawah sistem operasi Linux ( semua varian, termasuk varian 64-bit arsitektur), MAC OS X, dan Solaris. PQLX adalah sistem perangkat lunak yang telah dikembangkan dengan dasar open-source dan Sistimnya sendiri adalah open source. Keseluruhan disain menyediakan suatu kerangka secara ilmu yang dimaksudkan untuk dapat diperluas di masa datang sebagai penelitian, (baik untuk operator dan administrator) dan untuk meningkatkan pemeliharaan sistem perangkat lunak. Sistem terdiri atas perangkat lunak yang di sokong dan pengembangan.
Pengembangan baru yang di rilis sekarang meliputi: d esain database, bagian server program analisa, bagian operator, alat penghubung, gambar PDF yang dihasilkan (dalam format png), pengekstrakan data, shell scripts, dan lain lain.
Semua pengembangan asli disajikan oleh Richard Boaz dengan tambahan kontribusi perangkat lunak yang disajikan oleh:
• Mysql: Bagian server database yang memegang semua hasil analisa
• GTK+: Perangkat Lunak grafis untuk operator yang menghubungkan library yang digunakan ke perangkat lunak grafis bagian klien, yang dinamai pqlx
• FFTW3: Fourier Transform Library, yang disajikan oleh MIT ( yang dikerjakan oleh Pete Lombard dari Berkely Seismological Laboratory)
• gdbm- GNU: Alat penghubung database yang memegang semua bagian klien operator
• libmseed : Data yang berformat mini-SEED yang bisa membaca library, yang disajikan IRIS DMS
• evalresp: Data untuk membaca file kepekaan, yang disajikan oleh ISTI
3.4.2 Penggunaan Software PQLX Untuk Analisa Tingkat Noise
Analisa tingkat noise suatu stasiun dapat dilakukan dengan perangkat lunak PQLX yang membutuhkan data miniSEED dan file kepekaan alat tersebut. Untuk penentuan tingkat noise, langkah-langkah yang harus ditempuh :
1. Mengambil data MiniSEED di komputer server GFZ seiscomP3.0 dan memilih data stasiun yang akan kita teliti
2. Mengambil data file kepekaan tiap stasiun yang kita pilih pada Komputer server Libra.
3. Data yang sudah didapat dimasukkan di komputer khusus PQLX pada direktori /PQLX/PROD/bin/LINUX/ARCHIEVE
4. Kemudian menjalankan program PQLX dengan menjalankan script yang kita tentukan dan sesuai dengan program tersebut.
5. Tunggu laporan di log ( laporan hasil dari perhitungan) selesai, yang dijelaskan di lampiran B.
6. Analisa tingkat noise sudah bisa dilakukan.
Data Kepekaan: Poles and zeroes Frekuensi
Data MiniSEED :
Amplitudo, Kode Stasiun, Kode lokasi, Kode Jaringan
Mulai PQLX
Koneksi Dengan Database data yang ada di direktori /PQLX/PROD/bin/LINUX/ARCHIEVE
Pengecekan Data Apakah terdapat data kepekaan dan data miniSEED disertai kode Lokasi Stasiun dan kode
jaringannya. Tidak
Ya
Perhitungan Data
Pembentukan grafik hasil perhitungan
Ploting gambar hasil dalam format PNG
Selesai
Gambar 3.1. Diagram Alir analisis kualitas data menggunakan PQLX
3.5 PQLX
PQLX adalah alat baru yang mengijinkan para pemakai untuk mengevaluasi kualitas stasiun seismik dan karakteristiknya dengan menyediakan transisi yang mudah dan cepat antara visualisasi domain waktu dan frekuensi. Perangkat lunak didasarkan pada Fungsi probabillitas densitas (PDF) pada kekuatan densitas spektral (PSD) ( Mcnamara dan Buland, 2004 ) yang didasari pada pengembangan aplikasi data layar PQL (IRIS-PASSCAL, alogaritmanya ditulis oleh R.I.BOAZ). Dengan PQLX, hasil hitungan PSD disimpan di dalam suatu database Mysql, dan mengizinkan seorang pemakai untuk mengakses periode waktu yang spesifik pada PSD dan rangkaian segmen waktu melalui sebuah perangkat lunak grafis. Kelebihan dari perangkat lunak dan metoda ini adalah tidak usah menyaring data gempabumi atau data umum untuk s istem transisi karena perangkat lunak ini akan memetakan ke dalam suatu latar belakang tingkatan probabilitas/kemungkinan. Sesungguhnya, penelitian ini berhubungan dengan operasi stasiun dan noise budaya yang kadang-kadang memungkinkan kita untuk menghitung baik keseluruhan operasi setasiun dan database tingkatan noise daerahnya pada masing-masing lokasi.
Keluaran dari alat analisa ini adalah bermanfaat untuk aplikasi ilmiah dan operasional.
Untuk operasional manfaat keluaran dari analisa PQLX adalah :
a) alat ini ber manfaat untuk menandai performa dari stasiun broadband yang sudah terpasang pada masa yang lampau dan yang sekarang,
b) untuk membantu tes pada penempatan setasiun seismik baru yang potensial, untuk mengevaluasi batas dasar tingkat noise di stasiun (Mcnamara et al., 2007),
c) untuk pendeteksian permasalahan dengan perekaman sensor atau sistem,
d) dan untuk mengevaluasi keseluruhan mutu data dan metadata.
Untuk penelitian PQLX adalah alat yang bisa meneliti PSD untuk penyelidikan atas evolusi noise seismik (Aster Et al., 2007 ). Sekarang ini, PQLX digunakan pada operasional di beberapa organisasi internasional termasuk di USGS Pusat Informasi Gempabumi Nasional (NEIC), Albuquerque Seismological Laboratorium (ASL), dan Pusat manajemen data IRIS bagian quality control untuk monitoring data stasiun dan respon instrument.
Sistem PQLX baru-baru ini dibuat tersedia untuk masyarakat sebebas- bebasnya. Pembiayaan utama Pengembangan PQLX ini didukung oleh program IRIS-PASSCAL,USGS, program IRIS data manajemen sistem, dan National Science Foundation, dengan pembiayaan tambahan yang diberikan oleh Institut de Ciencies de la Terra 'Jaume Almera'.
3.5.1 Bagian Server Untuk Analisa
Program server analisa PQLX meneliti semua file data dan hasilnya tersimpan dalam sebuah database. Server dapat dieksekusi yang baik dari mengetikkan perintah (command line) ataupun secara otomatis dengan cron.
Sistem dapat mendeteksi secara automatis dan menangani format data seismik data sebagai berikut : mini-SEED, AH, SEGY, SAC, DR100, dan NANO. Sistem ini sangat bermanfaat mulai dari instalasi yang kecil ( seperti suatu stasiun yang tidak permanen) hingga stasiun yang permanen dan sangat besar ( berbagai
jaringan yang berisi lebih dari 8000 channel real-time).
Semua saluran data yang di analisa dengan proses server yang diproses dengan semua informasi pendahuluan (start waktu, panjangnya, sample rate, dll.), dan lokasi data tak terkirim (gaps) dan data yang tumpang tindih (overlaping) yang disimpan di dalam database. Sebagai tambahan, jika suatu stasiun diatur untuk dianalisa PSD, hasilnya juga akan disimpan. Metoda yang digunakan untuk mengkalkulasi hasil dari mengikuti metoda dan algoritma yang dipersiapkan oleh Mcnamara dan Buland, 2004
Mengenai data sinyal untuk analisa PSD digunaan keluaran dari format SEED yang memproses program rdseed, dan digunakan sebagai input ke evalresp . Dengan penambahan suatu database sederhana, pemakai mempunyai kemampuan untuk memilih, chanel yang mana yang harus dianalisa. Sebagai contoh, satu database boleh menggambarkan dua PSD yang berbeda configurasinya baik channel BH* dan channel LH*. Sistem sekarang ini dapat meneliti kelompok Channel berikut : LH, BH, BL, HG, HN, HL, BH, BN, HH, SH, EH, dan EP.
Server juga mempertimbangkan menggunakan database via XML untuk jenis data yang lain. Ini bisa digunakan untuk meliputi database informasi seismik seperti katalog gempa bumi), seperti halnya data yang lain, cara ini juga bisa
digunakan untuk masing-masing saluran (seperti nama ID, Lokasi gempabumi, garis lintang, garis bujur, jenis instrumen, kepekaan, dll.).
Setelah semua data telah dianalisa dan hasilnya ditempatkan ke dalam database, program klien Perangkat Lunak grafis pqlx dapat berhubungka n dengan database untuk visualisasinya dan klien query dari hasil analisanya. Adalah di dalam Perangkat Lunak grafis aplikasi yang paling banyak digunakan dan dicoba setelah sistem PQLX ditemukan.
3.5.2 Aplikasi Perangkat Lunak Grafis Untuk Operator
Kerangka bagian dari PQL, bagian untuk operator dari aplikasi perangkat lunak grafis dapat berhubungan dengan database lokal (yang tersimpan dalam computer yang sama) atau suatu remote server, baik berbasis LAN (Local Area Network) maupun berbasis WAN (mencakup internet). Data aplikasi Visualisasi ini bertanggung jawab untuk menunjukkan semua grafik yang ada pada system PQLX dan dipisahkan ke dalam tiga sistem pengamatan yang terpisah, yaitu:
1. Layar Sinyal,
2. Layar PDF,
3. Layar STN (stasiun).
Masing-Masing menyediakan kemampuan pengamatan data seismologi yang berbeda dan menyokong secara individu dan secara bersama pada tugas pengendalian mutu data
1. Layar Sinyal
Layar Sinyal digunakan sebagati bagian yang bisa digunakan sebagai tempat untuk peraga bentuk gelombang data yang ada di dalam file. Layar Sinyal juga menyediakan untuk perbesaran gelombang, analisa spektral dari data yang dipilih, mengamati tiap data dengan menggunakan pemisahan layar secara simultan, seperti halnya gambar dari nilai dari semua info pendahuluan. (Penggunaan Layar Sinyal tidak memerlukan koneksi ke database PQLX. Tentu saja, PQL yang berdiri sendiri sudah ada pada sistem PQLX . Sejak semua layar terdapat pada aplikasi yang sama (PQLX), layar Sinyal juga dapat dilibatkan dari kedua -duanya baik dari layar PDF dan layar STN.
Gambar 3.2 Menunjukkan suatu contoh pembagian (split) layar sinyal yang mempertunjukkan tiga sinyal yang lengkap, perbesaran dan perubahan bentuk spektral
2. Layar Fungsi Probabilitas Densitas (PDF)
Setelah berhubungan dengan database, layar fungsi probabilitas densitas bisa digunakan sebagai layar untuk berbagai jenis data PSD yang didasarkan pada data fungsi probabilitas densitas yang sebelumnya dihitung dan tersimpan didalam server. Semua hasil dari fungsi probabilitas densitas didasarkan pada parameter waktu dan tanggal (date user-provided) (contoh: suatu PDF dari semua fungsi probabilitas densitas untuk bulan Juni dari 1 tahun data) dapat diminta untuk diperlihatkan. Display utama mempunyai sembilan layar dan proses sistem termasuk kombinasi dalam berbagai PDF, dengan stasiun (tiga PDF yang berbeda untuk suatu saluran pada satu stasiun yang dipilih, dengan PDF (tiga setasiun yang berbeda untuk suatu saluran yang dipilih pada suatu kelompok PDF), dengan kedua-duanya (tiga PDF yang berbeda untuk tiga saluran yang berbeda), atau sebagai suatu daftar (daftar saluran yang dipilih dari suatu PDF yang dipilih).
Gambar 3.3 Menunjukkan sembilan layar Utama PDF layar dengan pemilihan yang digambarkan oleh kontrol bagian: se mua PSD yang terdapat pada database ( Semua Sistem PDF); saluran BHZ dan LHZ, untuk semua stasiun yang ada di dalam database. Dengan meng-klik pada bagian manapun dari PDF yang ada secara keseluruhan, layar akan mengambil PDF untuk analisa lebih lanjut . data ini mengijinkan seorang pemakai untuk memilih suatu porsi yang ditetapkan pada PDF, suatu histogram mempertunjukkan tentang awal data dan akhir jam semua PSD.
Gambar 3 .4 Menunjukkan layar PDF stasiun MNI (Manado) secara Detil. layar bagian atas menunjukkan semua Sistem PDF yang akan di analisa dengan membuat batas berbentuk kotak. Layar yang bawah menunjukkan hasil PDF pada
