ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP
PARAMETER SUMBER GEMPA DI SUMBAWA NUSA
TENGGARA BARAT
Muhlis, Bagus Jaya Santosa
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepeluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya, Indonesia 60111 Email: khalish@physics.its.ac.id
Abstrak
Zona patahan di daerah Sumbawa terdiri dari banyak segmen (bagian). Pengaruh dari segmentasi patahan ini terhadap sumber gempa menunjukkan bahwa even-even gempa yang akan datang juga terpengaruh oleh geometri patahan. Analisis seismogram sintetik untuk mendapatkan parameter sumber gempa Sumbawa tanggal 8 Nopember 2009 yang episentrumnya berada pada lattitude -8.32 , longitude 118.70 dan kedalaman 18.3 km dihitung dengan ISOLA yang inputnya adalah model bumi dan data seismogram yang direkam oleh stasiun seismologi SBM, KSM dan KNRA.. Hasil interpretasi atas analisis seismogram waveform tiga komponen menunjukkan bahwa orientasi bidang patahan gempa Sumbawa memiliki sudut dip 39o terhadap bidang horizontal yang menyebabkan zona patahan di daerah tersebut mudah bergeser dan mudah terjadi gempa. Diketahui bahwa sesar penyebab gemapa bumi ini ialah sesar reverse yang bergerak berarah Barat Laut-Tenggara..
Kata kunci: Patahan, parameter sumber gempa, waveform dan sesar
1. Pendahuluan
Indonesia terletak pada jalur pusat gempa gempa bumi global circum-Pacifi, terletak di antara dua samudra, dua benua dan tiga lempeng tektonik mega. Hal inilah yang menyebabkan beberapa daerah di Indonesia sering terjadi gempa bumi dengan intensitas dan kekuatan gempa mulai dari skala terkecil sampai skala terbesar [26], terutama di Sumatra, Selatan Jawa, Nusa Tenggara, Sulawesi dan Irian Jaya.
Gempa-gempa yang terjadi merupakan implikasi geodinamik dari deformasi aktif di sekitar Sunda (Java) trench (Lasitha, S et. al., 2006). Panjang Java trench sekitar 5600 km, terhitung mulai dari pulau Andaman-Nicobar sampai kepulauan Nusa Tenggara Barat. Busur Java Trench merupakan hasil tumbukan antara lempeng lautan, yaitu lempeng India-Australia yang bergerak dengan kecepatan 7 cm/tahun ke arah Utara, dengan lempeng Euroasia. Interaksi lempeng-lempeng yang terjadi di Selatan Busur Java Trench
menciptakan sebuah palung Jawa. Sebagian besar gempa bumi utama di Nusa Tenggara diikuti oleh aftershoc-nya. Hasil analisis perubahan tekanan coulomb dapat digunakan memprediksi tempat aftershoc dan magnitude-nya.
Gambar 1. Pergerakan lempeng di sekitar Indonesia (Humas, 2009)
Gambar 2. Episentrum gempa yang terjadi di Sumbawa (Humas, 2009)
Studi tomografi, memberikan detail tentang featur-featur struktural, begitu juga dengan pola-pola heterogenitas kecil. Studi ini telah banyak mengembangkan pemahaman kita tentang struktur dan dinamika dari interior dalam bumi serta mekanisme gempa bumi melalui estimasi parameter sumber gempa, CMT (Centroid Moment Tensor). Karena gelombang seismik merambat dari sumber menuju stasiun observasi dalam ruang tiga dimensi, oleh karena itu penentuan CMT gempa bumi menggunakan fungsi Green satu komponen yakni pada arah sumbu Z saja tentu belum cukup untuk mengakomodasi komponen X dan Y pada koordinat kartesian. Agar bisa menggunakan seluruh data seismogram, maka untuk mengestimasi parameter sumber gempa digunakan fungsi Green berbasis waveform tiga komponen dalam seismogram, dimana keseluruhan titik-titik data seismogram dianalisa. Penelitian ini menganalisis waveform tiga komponen gempa bumi Sumbawa pada tanggal 8 Nopember 2009 yang terjadi di daerah Sumbawa. Analisis data yang digunakan ialah, data seismik lokal yang diunduh dari data gempa IRIS . Hasil analisis ini berupa parameter-parameter gempabumi tersebut, meliputi Skala, kedalaman dan energi gempabumi serta model patahan penyebab gempabumi.
2. Metode Penelitian
2.1 Inversi Waveform Tiga Komponen
Gambar 3. Model kecepatan yang digunakan untuk inversi momen tensor
Untuk memahami karakteristik gempa dilakukan dengan memodelkan momen tensor gempa bumi (Lay dan Wallace, 1995; Kayal, 2008; Shearer, 2009). Dalam memodelan momentensor ini dapat dilakukan dengan menggunakan metode inversi yang memanfaatkan waveform ataupun waktu tiba gelombang P, penggunaan waveform lebih baik (Kayal, 2008; Sokos dan Zahradnick, 2008). Seismogram teleseismik komponen direkam oleh network IA, selanjutnya diinversi dengan menggunakan fungsi Green yang dihitung dengan metode diskritisasi bilangan gelombang yang dilakukan secara iterasi (Bouchon, 1981). Untuk menghitung fungsi Green digunakan model kecepatan satu dimensi dan hiposenter pada beberapa event dari IRIS. Model kecepatan yang digunakan adalah berdasarkan Haslinger (1999) yang telah di modifikasi sebagaimana gambar 4.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
moho
Velocity (km/sec) D e p th ( k m )Plot of Vp, Vs Model Tomografi
Vp Vs
Gambar 4. Model kecepatan yang digunakan untuk inversi momen tensor
Selanjutnya dilakukan proses inversi data waveform tiga komponen dengan menggunakan metode iterasi dekonvolusi (Zahradnik, 2006;Sokos dan Zahradnik,2008; Kikuchi dan Kanamori, 1991). Metode ini diimplementasikan dalam software ISOLA yang dikembangkan untuk mendapatkan parameter-parameter sumber gempa bumi (Sokos dan Zahradnik, 2008). Parameter-parameter gempa ini tergambarkan dengan menggunakan Centroit Moment Tensor (CMT) atau beach ball, parameter sesar penyebab gempa dan kedalaman gempa bumi. Selanjutnya, hasil parameter-patameter tersebut digunakan untuk mengetahui bentuk patahan yang sebenarnya (Fault-Plane) dengan menggunakan metode H-C (Zahradnik et al. 2008).
2.2 Parameter Sumber Gempa Bumi
Gempabumi disebabkan adanya gerakan suatu sesar dengan karakter gerak tertentu. Model gerak sesar dan karakter sesar penyebab gempa bumi dapat diketahui berdasarkan Momen Tensor gempa bumi. Momentensor ini digunakan untuk menggambarkan arah gaya penyebab gempa bumi. Gaya yang bergerak kearah i terhadap j di simbolkan dalam Mij yang
merupakan komponen momen tensor. Momen tensor (M) dapat diungkapkan berdasarkan persamaan (1).
...(1)
Sifat momen tesor ialah simetris, artinya Mij sama
dengan Mji. Nilai komponen Mij tersebut dapat
digunakna untuk mengetahui parameter strike,
dip dan rake penyebab gempa bumi. Selanjutnya, momentensor ini dapat digunakan untuk mengukur kekuatan gempa bumi dengan menggunakan parameter momen seismik (M0).
...(2)
Parameter sumber gempa bumi ini bergunakan untuk zonasi mikro dan perlakuan resiko seismik. Momen seismik (M0), momen magnituduh (Mw)
atau yang biasa disebut skala gempa, kedalaman dan model bidang sesar penyebab gempabumi tersebut. Pada analisis ini, digunakan waveform lokal tiga komponen. Parameter-parameter sumber gempa bumi ini diestimasi dengan menggunakan model inversi untuk mencapai fiiting waveform tiga komponen dengan baik (Gambar 3). Proses inversi yang baik didasarkan hasil pencocokkan data observasi dan data sintetik hasil inversi. Hasil yang baik terjadi saat data observasi dan data sintetik saling tumpang tindih
3. Pembahasan
Data yang digunakan adalah data seismik lokal yang diunduh dari data gempa IRIS. Yaitu gempa bumi yang terjadi di daerah Sumbawa pada tanggal 8 Nopember 2009 pukul 19:412:44,8 dengan magnitude 6,7 pada latitude -8,32o, longitude 118,70o dan kedalaman 18,30 km. Stasiun yang dipilih adalah tiga stasiun terdekat, yaitu SBM dan KSM Malaysia serta KNRA.
Gambar 5. Posisi stasiun dan gempa Sumbawa 8 Nopember 2009
Pada analisis data ini, digunakan waveform lokal tiga komponen (BHN, BHE dan BHZ). Parameter-parameter sumber gempa bumi ini diestimasi dengan menggunakan model inversi untuk mencapai fiiting waveform tiga komponen dengan baik.
Gambar 6. Data seismogram yang direkam stasiun SBM dengan tiga komponen: N, E dan Z
Gambar 7. Data seismogram yang direkam stasiun KSM dengan tiga komponen: N, E dan Z
Gambar 8. Data seismogram yang direkam stasiun SBM dengan tiga komponen: N, E dan Z
Gambar 9. Fitting seismogram perbanding sintetik dan observasi gempa Sumbawa Proses inversi yang baik didasarkan hasil pencocokkan data observasi dan data sintetik hasil inversi. Hasil yang baik terjadi saat data observasi dan data sintetik saling tumpang tindih
Gambar 10. Curve fitting seismogram moment tensor empa Sumbawa
Hasil inversi berupa parameter gempa diatas, digunakan untuk penggambarkan Fault-Plane penyebab gempabumi. Penggambaran dilakukan dengan menggunakan software hcplot yang didasarkan pada metode H-C (Zadradnik et al., 2008).
Hasil penggambaran Fault-Plane gempa tanggal 8 Nopember 2009 ini seperti pada gambar di bawah. Terlihat bahwa patahan penyebab gempabumi berwarna hijau. Artinya, patahan ini berarah Barat Laut-Tenggara..
-40 -20 0 20 40 -40 -20 0 20 40 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 East-West (km) Sumbawa North-South (km) D e p th
Gambar 11. Fault-Plane berdasarkan CMT
Selanjutnya, interpretasi dilakukan pada CMT. Menurut Kayal (2008), CMT merupakan penggambaran model sesar penyebab gempabumi tersebut . CMT yang digambarkan dengan beach ball mempunyai arti fisis tertentu. Yakni, bagian yang cerah merupakan asal gaya yang menekan ke arah bagian yang gelap. Dengan demikian, CMT tersebut menunjukkan bahwa penyebab gempabumi ini berupa sesar reverse (Kayal, 2008; Shearer, 2009). Namun, Shearer (2009) menjelaskan dari CMT ini tidak dapat digunakan untuk mengetahui jenis sesar reverse tersebut berupa right lateral atau left lateral. Sesar reverse ini jika didasarkan pada hipocenter gempa termasuk dalam sesar Batee. Menurut McCaffrey (2009) Sesar Batee ini berupa sesasr reverse, sesuai dengan hasil model inversi.
Bila terjadi gempa bumi disekitar sesar naik dan sesar reverse. Kemungkinan ini juga telah dipaparkan oleh McCaffrey (2009) dengan gambar blok-blok sesar. Gambar diatas memaparkan bahwa lempeng subduksi bergerak menunjam kebawah. Sedangkan lempeng overriding (dalam hal ini lempeng Eurasia pada Pulau Sumatra) yang bergerak berlawanan arah dengan lempeng subduksi, selain itu lempeng ini juga bergerak mendatar (sesar reverse). Selanjutnya, lempeng sliver yang terletak di antara lempeng subduksi dan lempeng overriding ini mengalami dua gerakan, yaitu strike slip dan reserve. Dengan demikian, wajar jika Sesar Batee (termasuk dalam lempeng silver, karena letaknya yang diapit oleh sesar Sumatra dan Palung Sunda) penyebab gempabumi ini termasuk reserve dan strike slip.
4. Kesimpulan
Analisis data gempa melalui inversi waveform tiga komponen dilakukan dengan menggunakan software ISOLA yang untuk mengestimasi CMT, Fault Plane dan paramater sumber gempa. Analisis dilakukan pada data gempa yang terjadi di Sumbawa pada tanggal 8 Nopember 2009 dari data IRIS. Hasil analisis ini diketahui bahwa
orientasi bidang patahan gempa Sumbawa memiliki sudut dip 39o terhadap bidang horizontal yang menyebabkan zona patahan di daerah tersebut mudah bergeser dan mudah terjadi gempa. Diketahui bahwa sesar penyebab gemapa bumi ini ialah sesar reverse yang bergerak berarah Barat Laut-Tenggara..
Daftar Pustaka
Bouchon, M. (1981). A simple method to calculate Green's functions for elastic layered media, Bulletin of the Seismological Society of America, 71, 959-971.
Humas, 2009. Penyebab Gempa Bumi di Indonesia.
(http://www.bsmipusat.net/v2/article/penye bab-gempa-bumi-di-indonesia)
Lasitha, S., Radhakrishna, M., ande Sanu, T.D.., 2006, Seismically Active deformation in the Sumatra-Java Trench-arc region: Geodynamic Implications, Current Science, Vol. 90 No. 5, 10 March 2006. Lay, T. and Wallace, Terry C., 1995. Modern
Global Seismology. Academic Press, New York, USA, 521 p.
McCafferey, R. 2009. The Tectonic Framework of the Sumatran Subduction Zone. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. Vol 37, pp 345-366.
Natawidjaya, D.H, 2002, Neotectonics of the Sumatra Fault and Paleogeodesy of the Sumatra Subduction Zone, California Institute of Technology Pasadena, California (Thesis).
Newcomb, K.R., and W.R. McCann, Seismic history and seismotectonics of the Sunda Arc, Journal of Geophysical Research, 92, 421-439, 1999.
Kayal J.R. 2008. Microearthquake Seismology and Seismotectonics of South Asia. Springer. India.
Kikuchi, M. and H. Kanamori (1991). Inversion of complex body waves – III, Bulletin of the Seismological Society of America, 81, 2335-2350.
Shearer, PM., 2009. Introduction To Seismology Second Edition. Cambridge University Press
Sieh K, Natawidjaja D. 2000. Neotectonics of the Sumatran fault, Indonesia. J. Geophys. Res. 105:28295–326
Sokos, E.. and Zahradník, J.2008.ISOLA a Fortran code and a Matlab GUI to perform multiple-point source inversion of seismic data.Computers & Geosciences 34,967– 977
Zahradnik, J., Gallovic F., E. Sokos, A. Serpetsidaki and G-A. Tselentis. 2008.Quick Fault-Plane Identification by a Geometrical Method: Application to the Mw 6.2 Leonidio Earthquake, 6 January 2008, Greece. Seismological Research Letters Volume 79, Number 5, September/October 2008, 653-662.
Zahradnik J., Serpetsidaki A., Sokos, E. and Tselentis G.A (2006) . Iterative deconvolution of regional waveforms and a double-event interpretation of the lefkada
earthquake, Greece
