PERBANDINGAN METODE TURUNAN KEDUA VERTIKAL DENGAN DATA
GEMPABUMI HISTORIS UNTUK IDENTIFIKASI LANGSUNG POSISI DAN
STRUKTUR SESAR MATANO
Admiral Musa Julius1, 21Program Studi Geofisika, Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika 2Stasiun Geofisika Jakarta
ABSTRAK
Merebaknya isu tsunami pasca gempabumi Soroako (2.50LS - 121.480BT) Selasa, 15 Februari 2011 pukul 21.33 WITA berkekuatan 6.1 SR kedalaman 16 km berjarak 18 km di timur kota Soroako membuat panik sebagian besar warga Soroako, khususnya di sekitar danau Matano. Sebagian besar masyarakat wilayah danau Matano menerima isu bahwa telah terjadi gempabumi di dasar Matano yang berpotensi tsunami. Akibatnya, ratusan warga meninggalkan tempat tinggalnya lalu mengungsi ke Bandara Soroako bahkan ada juga yang meninggalkan kota. Website detik.com 25 Januari 2011 menyatakan gempa tersebut merusak ratusan rumah, 1 unit dermaga, 1 unit sekolah dan memutus kabel listrik. Berdasarkan kasus di atas, penentuan posisi dan jenis sesar Matano penting dilakukan untuk memberi pemahaman relevan kepada masyarakat di sekitar danau Matano.
Untuk mengetahui posisi patahan Matano dari permukaan dilakukan pengolahan data gaya berat dan gempabumi di sekitar sesar dengan koordinat batas penelitian dari lintang 2°LS – 2.75°LS dan bujur dari 121°BT – 122°BT. Data anomali gaya berat bersumber dari hasil pengukuran Geodetic Satellite (GeoSat) terkoreksi hingga koreksi udara bebas yang diolah dengan bantuan metode SVD. Metode ini dipakai karena belum pernah dilakukan pengukuran gravitasi langsung di sesar Matano mengingat medan morfologi penelitian yang relatif sulit di permukaan danau. Kolaborasi metode SVD, distribusi episenter dan catatan mekanisme fokal di wilayah danau Matano memperlihatkan daerah Sulawesi tengah dan selatan teridentifikasi adanya sesar berjenis strike-slip yang satu garis dengan danau Matano.
Kata Kunci : Bouguer Anomaly, Topografi, Episenter, Mekanisme fokal.
1. PENDAHULUAN
Rekonstruksi tatanan tektonik pulau Sulawesi sejak zaman Eiosen (65 juta tahun lalu) hingga kini telah melahirkan patahan-patahan aktif sepanjang daratan Sulawesi. Salah satu patahan yang sangat terkenal adalah patahan Palukoro yang telah melahirkan banyak gempa dan empat catatan tsunami. Sesar Palukoro merupakan salah satu dari tiga sesar yang membelah kota besar di dunia yakni Sesar San Andreas (membelah kota Los Angeles), Sesar Wellington (membelah kota Wellington) dan Sesar Palukoro (membelah kota Palu). Berikut ini peta sebaran sesar di pulau Sulawesi.
Gambar 1.1. Peta Sebaran Sesar di Sulawesi
Gambar 1.2. Ilustrasi terbentuknya cekungan hasil mekanisme strike-slip
Gempabumi Soroako (2.50LS - 121.480BT) pada Selasa, 15 Februari 2011 pukul 21.33 WITA
berkekuatan 6.1 SR kedalaman 16 km merupakan salah satu gempa terkuat yang pernah terjadi akibat patahan Matano. Pasca gempabumi tersebut merebak isu akan datangnya tsunami dari danau matano pasca gempabumi. Isu tersebut membuat panik sebagian besar warga Soroako, khususnya di sekitar danau Matano, mengakibatkan ratusan warga mengungsi ke Bandara Soroako bahkan ada juga yang meninggalkan kota. Dampak dari gempabumi tersebut yakni telah merusak ratusan rumah, 1 unit dermaga, 1 unit sekolah dan memutus kabel listrik yang berujung pada pemadaman total serta menimbulkan subsidence di beberapa tempat. Kerugian yang ditaksir oleh pemerintah setempat mencapai ratusan juta, beruntung tidak ada korban jiwa dalam bencana tersebut. Berikut ini peta kenampakan danau Matano dengan sebaran mekanisme fokal dari gempa signifikan
empat belas tahun terakhir.
Gambar 1.3. Sebaran Bola Fokus Gempabumi Signifikan wilayah Danau Matano
danau Matano. Berdasarkan fakta tersebut, perlu dilakukan penelitian yang komprehensif untuk mendapatkan posisi sesar Matano terhadap danau Matano serta strukturnya demi mitigasi masyarakat Soroako, terutama di wilayah danau Matano.
Untuk penelitian ini dilakukan pengolahan data gaya berat dan gempabumi di wilayah danau Matano dengan koordinat batas penelitian dari lintang 2°LS – 2.75°LS dan bujur dari 121°BT – 122°BT. Data gaya berat diolah hingga memperoleh kontur Simple Bouguer Anomaly (SBA), kontur residual, dan grafik SVD. Sedangkan data gempabumi diolah hingga memperoleh peta distribusi episenter, garis regresi linier, dan mekanisme fokus. Tinjauan penelitian akan difokuskan dalam pencarian posisi dan jenis sesar yang dekat dengan danau Matano. Analisa posisi dilakukan dengan identifikasi langsung citra sesar terbaik antara SBA atau residual, lalu dibandingkan dengan garis regresi linier distribusi episenter sebagai gambaran posisi sesar. Analisa jenis sesar dilakukan dengan penentuan grafik SVD, dibandingkan dengan data parameter sudut rake/slip mekanisme fokal gempabumi signifikan di wilayah penelitian.
2. LANDASAN TEORI Second Vertikal Derivative (SVD)
SVD bersifat sebagai high pass filter, sehingga dapat menggambarkan anomali residual yang berasosiasi dengan struktur dangkal yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi patahan turun atau patahan naik. Outputnya adalah efek dangkal (shallow) atau anomali residual, sedangkan dalam moving average dan polynomial trend surface, anomali residual diturunkan melalui anomali regionalnya. Sehingga, kita hanya mendapatkan infomasi anomali residual dalam metode SVD. Persamaan dasar yang digunakan dalam perhitungan SVD didasarkan pada persamaan laplaces untuk medan gaya berat.
Persamaan laplaces :
Atau
selanjutnya SVD anomaly Bouger
SVD diturunkan dari minus Second Horizontal Derivative, dapat dihitung melalui konvolusi.
Example of SVD filter (Elkins) (5x5)
-0.083
Metode SVD dapat digunakan untuk membantu interpretasi jenis struktur terhadap data anomali yang diakibatkan oleh adanya struktur sesar turun atau sesar naik.
Formula
Atau
++
Untuk suatu penampang (1-D), anomaly SVD diberikan oleh
Berdasarkan persamaan diatas, tampak bahwa untuk suatu penampang (1-D), anomaly SVD dapat dihitung dari turunan satu kali terhadap data first horizontal derivative atau FHD- . Sedangkan kriteria untuk menentukan jenis struktur sesar adalah :
Untuk patahan turun :
Untuk patahan naik :
Regresi Linier
Untuk melakukan prediksi pola linier digunakan persamaan garis yang dapat diperoleh dengan berbagai cara/metode. Salah satu cara yang sering digunakan oleh peneliti adalah dengan menggunakan metode kuadrat terkecil (least square). Secara matematis persamaan garis adalah sebagai berikut:
Y = a + bx + e
Y = variabel dependen ; X = variabel independen
a = Intercept, perbedaan besarnya rata-rata variabel Y ketika variabel X = 0
b = Slope, perkiraan besarnya perubahan nilai variabel Y bila nilai variabel X berubah satu unit pengukuran
e = nilai kesalahan (error) yaitu selisih antara nilai Y individual yang teramati dengan nilai Y yang sesungguhnya pada titik X tertentu.
1. Orientasi bidang sesar ditentukan oleh parameter bidang sesar yang terdiri atas:
a. strike (Φ), adalah sudut yang dibentuk oleh jurus sesar dengan arah utara. Strike diukur dari arah utara ke
timur / searah jarum jam hingga jurus patahan (0°≤ Φ≤360°).
b. dip (δ), adalah sudut yang dibentuk oleh bidang sesar dengan bidang horizontal, dan diukur pada bidang
vertikal yang arahnya tegak lurus jurus patahan (0°≤ δ ≤90°).
c. Rake atau Slip (λ), adalah sudut pergerakan hanging-wall terhadap strike (-180°≤ λ ≤180°). Rake berharga
positif untuk sesar naik dan negatif untuk sesar turun.
2. Berdasarkan gaya penyebabnya, sesar dapat dibagi menjadi:
a. Sesar Mendatar (Strike slip fault), yaitu sesar dengan blok bergerak relatif mendatar / horizontal satu sama lainnya. Tipe ini dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Sesar mendatar menganan (right lateral-strike slip fault), arah gerakan sesar mendatar searah jarum jam.
2. Sesar mendatar mengiri (left lateral-strike slip fault), arah gerakan sesar mendatar berlawanan arah jarum jam.
b. Sesar tidak mendatar, yaitu sesar dengan blok bergerak relatif vertikal atau miring. Tipe ini dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Sesar Naik (Trust fault atau Reverse fault), yaitu sesar dengan pergerakan hanging wall bergerak relatif naik terhadap footwall.
2. Sesar Turun (Normal fault), yaitu sesar dengan pergerakan hanging wall bergerak relatif turun terhadap
footwall.
3. Sesar Miring (Oblique Fault), yaitu sesar dengan pergerakan blok vertikal yang diiringi dengan gerakan horizontal.
Data yang digunakan dalam penelitian adalah anomali gaya berat dan topografi, bersumber dari hasil pengukuran Geodetic Satellite (GeoSat) terkoreksi hingga koreksi udara bebas yang diunduh di situs
topex.ucsd.edu/cgi bin/get_data.cgi. Situs ini disediakan oleh Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego USA. Data anomali gaya berat maupun data elevasi yang diperoleh telah ter-grid secara teratur dalam format ASCII – XYZ sesuai batas-batas posisi geografis yang di-input-kan. Resolusi spasial titik lintang dan bujur sebesar 1 menit tiap grid. Ketelitian data anomali gravitasi sebesar 0,1 mGal, sedangkan data elevasi sebesar 1 meter. Data yang diambil yaitu pada wilayah 20LS-2.750LS dan 1210-1220 BT.
Gambar 3.1. Peta Wilayah Penelitian
Setelah itu diambil data penunjang yakni rincian rekaman parameter gempabumi (latitude, longitude,
depth, magnitude) di area sesar Matano April 1983 sampai April 2013 dari katalog gempabumi situs usgs.gov atau NEIC serta katalog mekanisme fokal dari situs globalcmt.org atau http://www.iris.edu/spud/momenttensor.
Data anomali gaya berat dan topografi diolah dengan program Ms. Excel untuk mendapatkan nilai anomali bouguer dan residual sebagai acuan pembuatan peta Kontur serta nilai turunan kedua vertikal sebagai acuan penentuan jenis sesar. Peta topografi 2D, kontur anomali bouguer dan residual dibuat dalam program Surfer 9, sedangkan grafik turunan kedua vertikal dapat dibuat melalui Ms.Excel. Data episenter dan mekanisme fokal juga diolah dengan Ms.Excel untuk mencari garis regresi linier sebagai acuan pembuatan kecenderungan sesar pada peta distribusi dan kecenderungan struktur sesar. UTM Convertion digunakan untuk konversi data lintang dan bujur ke UTM X dan UTM Y. Program GIS digunakan untuk pembuatan peta
distribusi episenter. Program Matlab 7.04 digunakan untuk pembuatan peta topografi 3D. Berikut ini Flowchart pengolahan dan analisa data.
Gambar 3.2. Diagram Alir Pengolahan dan Analisa Data
Dari data elevasi dapat dibuat peta topografi 2D dan 3D. Tampilan peta topografi dapat menjadi prakiraan awal posisi sesar.
Gambar 4.1 Peta 2D wilayah Matano Gambar 4.2 Peta 3D wilayah Matano
Gambar 4.2 Peta 3D wilayah Matano dari Tenggara Gambar 4.2 Peta 3D wilayah Matano dari Barat Daya
Dengan identifikasi langsung terhadap citra permukaan wilayah Matano dalam peta topografi, ditemukan bahwa medan penelitian terdiri dari bukit-bukit yang terbagi dua secara rapi oleh suatu daerah dataran rendah memanjang. Dataran rendah ini bisa menjadi perkiraan awal lokasi sesar karena sifat sesar itu sendiri yang memanjang, dinamis, membelah batuan, dan senantiasa berkembang. Bukit di wilayah Matano merupakan perbukitan Verbeek yang membentang dari utara Sulawesi hingga ke timur Sulawesi.
Dari pengolahan data anomali gaya berat, didapat nilai anomali bouguer yang ditampilkan dalam peta kontur. Untuk mempermudah analisa, disertakan basemap dari peta topografi dan google earth sebagai berikut:
Gambar 4.5 Peta kontur BA
Gambar 4.6 Kontur BA dengan Basemap GoogleEarth Gambar 4.7 Peta Kontur BA dengan Basemap Topografi
Peta ini menunjukkan densitas rata-rata bawah permukaan sebesar 1.73 gr/cc . Pola anomali bouguer
menunjukkan adanya perbedaan nilai anomali yang dipisahkan oleh struktur kelurusan rapat berarah tenggara-barat laut. Struktur anomali ini sangat jelas memisahkan anomali tinggi dengan nilai sekitar 1200 hingga 2000 miligal yang ditunjukkan oleh warna oranye, merah hingga merah muda dan anomali rendah yang ditunjukkan warna kuning ke hijau dengan nilai sekitar 800 hingga 400 miligal. Struktur kelurusan rapat yang membatasi anomali tinggi dan anomali rendah diinterpretasikan sebagai sesar Matano. Dugaan posisi sesar ditandai dengan garis hitam, terlihat melewati danau Matano pada gambar 4.2.
Gambar 4.8 Peta kontur residual
Gambar 4.9 Peta dasar residual dengan GoogleEarth Gambar 4.10 Peta dasar residual dengan Topografi
Kontur anomali residual dengan pemisahan SVD operator elkins menyerupai/mirip dengan kontur anomali residual dengan pemisahan menggunakan moving average lebar window 5x5. Sementara kontur regionalnya tidak jauh berbeda dengan kontur anomali bouguernya. Hal ini disebabkan penyebab efek residualnya sangat dangkal. Efek paling dominan pada anomali bouguer yaitu efek regional. Pada gambar kontur anomali residual ini dapat kita perhatikan dengan kasat mata bahwa variasi anomali cenderung
berkurang. Berkurang disini berarti sedikitnya perbedaan anomali dikarenakan lokasinya yang telah diketahui berupa dasar danau ditambah dengan kecenderungan topografi yang memperjelas bidang sesar. Warna hijau masih mendominasi dengan nilai anomali 20 – 40 mGal. Dugaan posisi sesar ditandai dengan garis hitam. Peta kontur residual ini dapat dijadikan peta kontur terbaik untuk penentuan posisi sesar.
Gambar 4.11 Regresi Linier Data Sebaran Episenter
Gambar 4.12 Prediksi Posisi Sesar Dengan Regresi Linier Gambar 4.13 Prediksi Posisi Sesar Dengan Anomali Residual
Analisa Posisi
Sebaran episenter wilayah Matano cukup memberi perkiraan awal sesar. Perkiraan posisi patahan yang ditunjukkan oleh regresi linier (kiri) menunjukkan pola dan arah yang hampir sama dengan identifikasi
langsung (kanan). Namun regresi linier berdasarkan distribusi episenter tersebut tidak dapat diinterpretasi sebagai posisi sesar karena keseluruhan gempa yang belum direlokasi. Model bumi lokal merupakan salah satu model yang harus digunakan dalam relokasi gempa-gempa lokal. Identifikasi langsung pada peta kontur
residual dapat dilihat secara jelas posisi sesar Matano. Berdasarkan peta tersebut dapat disimpulkan bahwa sesar Matano satu garis dengan danau Matano, memanjang membelah kota Poso dan Morowali sampai teluk Lasolo. Bentuk danau Matano yang panjang dan pipih merupakan salah satu tanda pembentukannya yang diakibatkan patahan mendatar.
Untuk menentukan jenis patahan dilakukan analisa grafik second vertical derivative. Setelah membuat slice dalam peta kontur BA, kita dapat melanjutkan langkah selanjutnya untuk menentukan grafik SVD. Dalam data slice yang kita pergunakan hanya nilai BA dan X (sampling data) yang kita ambil sebagai modal awal dalam perhitungan selanjutnya dalam metode SVD ini. Nilai SVD didapatkan dari perkalian antara turunan BA ketiga dengan nilai komponen vertikal yang dipindahruaskan menjadi -1. Berikut ini grafik SVD hasil
pengolahan data.
Gambar 4.7 Grafik Second Vertical Derivative
Anomali yang disebabkan oleh struktur cekungan mempunyai nilai harga mutlak minimal SVD selalu lebih kecil daripada harga maksimalnya. Sedangkan anomali yang disebabkan struktur intrusi berlaku sebaliknya, harga mutlak minimalnya lebih besar dari harga maksimalnya. Dari pembahasan diatas, dengan menggunakan metode SVD dapat diidentifikasi bahwa sesar tersebut adalah sesar turun. Namun kecilnya selisih minimum dan maksimum belum dapat menjadi jawaban akhir. Grafik seperti ini memungkinkan patahan sebenarnya adalah strike slip atau oblique.
Selain melalui grafik SVD, kita bisa memprediksi struktur sesar dari mekanisme fokus gempabumi historis di wilayah danau Matano. Berikut ini ditampilkan mekanisme fokus gempabumi historis di wilayah danau Matano dalam tabel.
Sumber : globalcmt.org
0 33 27 -2.66 121.91 213 70 -158 115 70 -22 normal oblique
5 11 2003 2
0 29 43 -2.64 121.92 129 54 8 34 83 144 strike-slip
1 5 2012 1
3 59 40 -2.61 121.91 111 54 -3 203 88 -144 strike slip
17 5 2012 2
3 50 8.8 -2.65 121.99 132 68 -2 223 88 -158 strike-slip
Gambar 4.8 Tabel Parameter Gempabumi Signifikan Wilayah Danau Matano 1983-2013
Berdasarkan parameter historis gempabumi dignifikan yang diambil dari globalcmt.org, didapat bahwa terjadi 6 kali gempabumi berjenis strike-slip, 2 normal oblique, dan 1 kali normal. Diartikan bahwa 2/3 dari keseluruhan gempa berjenis strike-slip, dan 1/3 berjenis non strike-slip. Kedalaman rata-rata gempabumi dalam tabel tersebut adalah 36 km dan magnitude rata-rata sebesar 4.6 SR.
Analisa Struktur
Dari perbandingan grafik SVD dan data mekanisme fokal, disimpulkan bahwa sesar Matano secara umum merupakan sesar mendatar (strike-slip) namun di tempat tertentu dapat berubah menjadi sesar normal oblique. Tidak ada satupun mekanisme mendatar yang sempurna. Analisa tabel ini memberi jawaban terhadap dua pilihan (strike slip atau oblique) pasca analisa grafik SVD. Meskipun dominasi mekanisme gempabumi wilayah danau Matano adalah strike-slip, sesar tidak boleh sepenuhnya dinyatakan berstruktur strike-slip. Kita tidak dapat mengesampingkan mekanisme oblique karena sudut rake yang dinyatakan juga ideal untuk
mekanisme oblique, terdapat data mekanisme normal, dan nilai Y minimum maksimum grafik SVD tidak sepenuhnya sama.
Hasil ini juga diperkuat dengan ringkasan hasil studi tim revisi peta gempa Indonesia 2010 yang menyatakan bahwa struktur sesar matano adalah strike-slip. Mengingat sesar Palukoro sebagai induk sesar Matano berstruktur strike-slip dan berubah menjadi sesar vertikal di perairan utara, ada dugaan bahwa di penghujung tenggara sesar Matano terdapat perubahan struktur menjadi normal oblique. Perubahan struktur Palukoro di utara dibuktikan dengan adanya empat kali tsunami di perairan utara Palukoro, sedangkan perubahan struktur Matano di perairan tenggara dibuktikan dengan adanya tiga gempa yang bermekanisme oblique. Ketiga gempa tersebut terjadi wilayah tenggara yang masih jauh dari danau Matano. Zona perbatasan laut dan darat sering menjadi lokasi transisi struktur sesar karena merupakan tempat akumulasi sedimen
Analisa Keseluruhan
Sesar Matano memanjang melewati danau Matano karena memang sesar mendatar itu sendiri yang melahirkan danau. Citra danau Matano yang pipih memanjang merupakan jejak geologi yang dapat
diinterpretasikan sebagai proses tektonik patahan mendatar dari mekanisme pull apart (tarik pisah). Danau-danau di Sumatra berbeda dengan Matano karena pembentukannya yang merupakan kombinasi dari proses tektonis dan vulkanis. Kombinasi tektovulkanik dapat diamati dari bentuk danau yang berbentuk ellips. Bentuk ellips dapat diinterpretasi bahwa pada mulanya danau berupa lingkaran kaldera hasil letusan gunung api, lalu proses patahan mendatar memicu perpanjangan danau. Danau demikian sangat mungkin terjadi karena bagian tengah pulau Sumatra dilingkupi oleh pegunungan Bukit Barisan aktif dari provinsi Nanggroe Aceh
Darussalam hingga Lampung serta proses tektonik dipicu oleh Sumatra Fault System (SFS) berjenis strike-slip.
5. KESIMPULAN
Dari hasil dan analisa dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Posisi sesar Matano tepat melewati danau Matano, memanjang dariutara teluk bone menyusuri perbatasan provinsi Sulawesi tengah dan Sulawesi Selatan, membelah kabupaten poso hingga teluk Lasolo di perairan Timur Sulawesi Tenggara.
2. Secara umum struktur sesar Matano adalah strike-slip, namun diduga kuat di penghujung tenggara ditemukan mekanisme normal oblique. Mekanisme normal oblique tidak signifikan karena sudut dip dan rake gempa historis menunjukkan kecenderungan mekanisme strike-slip.
3. Danau Matano tidak akan melahirkan tsunami akibat gempabumi tektonik karena:
a. Sesar Matano berjenis sesar mendatar sehingga tidak ditemukan tsunami-genic yang diakibatkan aktivitas tektonik vertikal.
b. Dalam statistik sederhana, kedalaman rata-rata gempabumi 36 km dan magnitude rata-rata 4.6 SR. Gempabumi demikian tidak memenuhi syarat terjadinya tsunami.
c. Luas danau Matano kurang mendukung terjadinya tsunami. Danau Matano berukuran panjang 25 km dan lebar 6 km. Salah satu ciri tsunami adalah timbulnya gelombang panjang dari puluhan km, periode 10-60 menit dan amplitudo 0.5-3 m di episenter.
Penghargaan
Ucapan terima kasih ditujukan kepada bapak Mahmud Yusuf MT yang telah memberi ilmu perancangan dan pelaksanaan kegiatan penelitian dan bapak Drs. Agus Marsono M.Si yang telah memberikan skript beberapa pemrograman untuk menunjang penelitian.
Daftar Pustaka
Crowe, Sean A. (2008), "The biogeochemistry of tropical lakes: A case study from Lake Matano, Indonesia", Limnology and Oceanography 53 (1): 319–331
Ibrahim, Gunawan, 2010. Tektonik Dan Mineral di Indonesia. Jakarta: Puslitbang BMKG
Octonovrilna, Litanya & I Putu Pudja, 2012, Analisa Perbandingan Anomaly Gravitasi dengan Persebaran Intrusi Air Asin (Studi Kasus Jakarta 2006-2007), Jakarta : Badan Meteorologi dan Geofisika. Budiman, Teguh. 2012, Perbandingan Filtering Data Gravitasi dengan Metode Trend Surface Analysis dan
Moving Average, Studi Kasus : Sesar Lembang, Jakarta : AMG.
Diposaptono, S., dan Budiman.(2008).Hidup Akrab Dengan Gempa dan Tsunami, Bogor: Buku Ilmiah Populer
http://topex.ucsd.edu/cgibin/getdata.cgi
http://ekspedisi.kompas.com/cincinapi/index.php/galeri/video/20/4303 http://neic.usgs.gov
