Estimasi Kedalaman Sedimen dan Batas Diskontinuitas Sesar Palu Koro Menggunakan Metode Power Spectral Density

(1)

The 43rd_{Annual Scientific Meeting of Himpunan Ahli Geofisika Indonesia}

Semarang, 24-27 September 2018

Estimasi Kedalaman Sedimen dan Batas Diskontinuitas Sesar Palu Koro

Menggunakan Metode Power Spectral Density

Ramadhan Priadi1_{*, Rosi Budi Kurniawan}1_{, Purwaningsih Nurdya Utami}1_{, Mahmud Yusuf}2

1_{Jurusan Geofisika, Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Indonesia} 2_{Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Indonesia}

*Corresponding author’s email: ramadhanpriadi6@gmail.com

Abstract. Pulau Sulaswei merupakan pulau yang seismisitasnya sebagian besar dipengaruhi oleh sesar Palu Koro dan sesar Matano. Gravity merupakan salah satu metode geofisika non-destruktif yang mengukur perbedaan kontras densitas bawah permukaan untuk interpretasi struktur geologi bawah permukaan. Penelitian ini bertujuan untuk mengestimasi kedalaman sedimen dan batas diskontinuitas wilayah sesar Palu Koro menggunakan metode power spectral density.Data yang digunakan adalah data anomali gravity dari TOPEX disekitaran wilayah sesar Palu Koro. Metode analisis power spectral density

merupakan metode yang menganalisis fenomena osilator harmonic di alam. Prinsip analisis spectral ini mengacu pada transformasi deret fourier, mengubah domaian waktu menjadi domain frekuensi. Dari hasil pengolahan diperoleh jika batuan sekitar sesar Palu Koro merupakan batuan Tersier dengan initial body density sebesar 2,4 gr/cm3_{. Kedalaman diskontinuitas dangkal berkisar antara 595,8 m hiingga 2.3889 km} dengan rata-rata kedalaman sebesar 1.4570 km. Sedangkan Kedalaman diskontinuitas dalam berkisar antara 13.0536 km hingga 76.204 km dengan rata-rata kedalaman sebesar 36.0987 km.

Kata kunci: power spectra, gravity, diskontinuitas, sedimen

1. Pendahuluan

Pulau Sulaswei merupakan pulau yang seismisitasnya sebagian besar dipengaruhi oleh sesar Palu Koro dan sesar Matano. Sesar aktif yang utama yaitu Sesar Palu Koro. Sesar Palu Koro merupakan jenis sesar mengiri atau left lateral slip yang memanjang mulai dari Selat Makassar sampai pantai utara Teluk Bone dengan panjang patahan sekitar 500 km (Sompotan, 2012). Pengukuran gravitasi digunakan untuk menentukan anomali gaya berat pada titik pengukuran di permukaan bumi. Gravity merupakan metode geofisika non-destruktif yang mengukur perbedaan kontras densitas bawah permukaan untuk interpretasi struktur geologi bawah permukaan. Metode gravity digunakan karena memiliki kemampuan dalam membedakan densitas dari suatu sumber anomali terhadap densitas lingkungan sekitarnya (Mochales,dkk., 2008). Dari variasi densitas tersebut dapat merepresentasikan struktur bawah permukaan. Salah satu metode gravity yang sering digunakan untuk mengetahui kedalaman diskontinuitas dangkal dan diskontinuitas dalam adalah metode analisis power spectral density. Metode analisis power spectral density merupakan metode yang menganalisis fenomena osilator harmonic di alam. Prinsip analisis spectral ini mengacu pada transformasi deret fourier, mengubah domain waktu menjadi domain frekuensi (Bansal & Dimri, 2001). Analisis ini bertujuan untuk mendapatkan distribusi spectrum dari fenomena osilator dan untuk menunjukkan karakteristik statistiknya. Fungsi power spectral density menunjukkan kekuatan dari variasi energi sebagai fungsi frekuensi (Studinger, dkk, 1997). Selain itu power spectral density juga menunjukkan variasi frekuensi kuat dan variasi frekuensi lemah. Gradien dari grafik kurva power spectrum besarnya sebanding dengan kedalaman bidang diskontinuitas (Apriani, dkk, 2018). Terdapat dua macam gradien pada grafik kurva power spectrum , yaitu gradien yang bernilai besar mencerminkan bidang diskontinuitas dari anomali regional dan gradien yang bernilai kecil adalah bidang diskontinuitas dari anomali residual(Indriana, 2008). Kondisi geologi umum pada daerah penelitian digambarkan berdasarkan anomali gravitasi regional ditunjukkan dengan anomali berfrekuensi rendah, sedangkan anomali gravitasi residual ditunjukkan dengan anomali yang berfrekuensi tinggi. Anomali medan gravitasi merupakan superposisi dari anomali gravitasi regional dan anomali gravitasi residual.

Penelitian dengan menggunakan metode analisis power spectral telah banyak dilakukan. (Indriana, 2008) melakukan kajian data anomali gayaberat dengan analisis power spectral untuk memperkirakan ketebalan sedimen dan ketebalan lapisan diskontinuitas Mohorovicic di wilayah Jawa Timur, yang

(2)

pada kedalaman rata-rata 2,7 km dan 25,6 km. (Setiadi, dkk, 2014) melakukan studi interpretasi geologi bawah permukaan menggunakan metode power spectra. (Yusuf dkk, 2017) melakukan penelitian analisis spectral data anomaly gaya berat, untuk mengestimasi ketebalan sedimen daerah DKI Jakarta. Penelitian ini bertujuan untuk mengestimasi kedalaman sedimen serta batas diskontinuitas dangkal dan diskontinuitas dalam yang berada di sesar Palu Koro menggunakan metode power spectral analysis. Informasi kedalaman sedimen di wilayah sesar Palu Koro sangat penting untuk merepresentasi wilayah dengan potensi tingkat amplifikasi yang tinggi di sekitar wilayah sesar.

2. Methodologi Penelitian

Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data anomaly gravity udara bebas (Free Air-Anomaly) dari TOPEX yang dapat di akses di (http://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi). Data yang diperoleh telah mendapatkan koreksi pasang surut bumi, koreksi lintang, dan koreksi udara bebas. Fokus wilayah penelitian adalah sesar Palu Koro yang berada di Sulawesi dengan Batasan wilayah penelitian adalah Daerah penelitian pada 0.52 LS-3.03 LS dan 118.66 BT-121.75 BT. Data awal berupa FAA diolah hingga diperoleh nilai SBA (Simple Bourger Anomaly). Gambar 1 menunjukkan diagram alir penelitian yang digunakan untuk mengestimasi kedalaman sedimen di wilayah Palu Koro. Dari gambar 1 data FAA yang diperoleh diestimasi nilai ρ (massa jenis) menggunakan metode Parasnis untuk mendapatkan nilai Bouguer Correction (BC). Nilai BC digunakan untuk memperoleh simple bouguer anomaly (SBA). Nilai SBA diperoleh dari hasil pengurangan dari FAA dan BC (Sriyanto & Ifantyana, 2016). Data FAA yang diperoleh dari topex dikoreksi terlebih dahulu menggunakan Bouger Corection (BC) sehingga didapatkan nilai Simple Bouger Anomaly (SBA). BC adalah koreksi karena adanya kelebihan massa antara tempat pengukuran dengan bidang referensi. Koreksi Bouger berfungsi untuk menghitung efek tarikan massa diantara tempat pengukuran dan bidang referensi (Chapin, 1996).

(3)

Gambar 2. Pola gradien hasil transformasi dalam domain spasial untuk mengestimasi kedalaman. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode analisis power spectral density untuk mengestimasi kedalaman sedimen dan batas diskontinuitas dangkal serta dalam di wilayah sesar Palu Koro. Metode power spectral density merupakan metode untuk mengestimasi kedalaman sumber anomaly dengan mentransformasikan domain jarak/ruang kedalam bilangan gelombang dalam deret fourier. Pada gambar 1 setelah diperoleh data SBA maka dibuat sebanyak 8 lintasan (cross section) pada data SBA di wilayah sesar Palu Koro untuk memperoleh profil anomaly. Pada analisis power spectral data anomaly gravity pada sebuah cross section ditransformasikan kedalam deret fourier (Sato & Untung, 1978): Δ𝑔̅(𝑥𝑖) = ∑ 𝜆𝑛(𝐴𝑛cos 𝑛𝜋𝑥𝑖 𝐿 + 𝐵𝑛sin 𝑛𝜋𝑥𝑖 𝐿 ) (1) 𝑁 𝑛=0

Dengan N merupakan jumlah maksimum data pada arah x,n adalah 0,1,2,3…, 𝐴𝑛 adalah koefisien suku cosinus, sedangkan 𝐵𝑛 merupakan suku sinus, dan L adalah setengah panjang interval data. Sehingga dengan menggunakan metode kuadrat terkecil dapat dirumuskan sebagai berikut:

𝐴𝑛 = 2 𝐾∑ ∆𝑔𝑘(𝑥𝑖) cos 𝑛𝜋 ( 2𝑘 𝐾 − 1) 𝐾 𝑘=0 (2) 𝐵𝑛= 2 𝐾∑ ∆𝑔𝑘(𝑥𝑖) sin 𝑛𝜋 ( 2𝑘 𝐾 − 1) 𝐾 𝑘=1 (3) dimana: 𝐾 =2𝐿

𝑥𝑖 = harga index maksimum titik sampling arah x 𝑥𝑖 = (

2𝑘

𝐾 − 1)L

𝑘 = indeks titik sampling arah x

Dari persamaan (2) dan (3) dapat diperoleh logaritma power spectral En, sebagai berikut:

𝐿𝑜𝑔𝐸𝑛 = 𝐿𝑜𝑔 (𝐴𝑛2+𝐵𝑛2) (4)

Persamaan power spectral density untuk dimensi 1 dapat ditulis menjadi:

𝐸𝑛 = (𝐴𝑛2+𝐵𝑛2) (5) Distribusi densitas yang tidak seragam di bawah permukaan bumi dapat disebabkan oleh struktur geologi yang ada di dalamnya (SIHOMBING & TINGGI, n.d.). Jika distribusi densitas bersifat random, sehingga tidak ada korelasi yang terjadi pada nilai gravity, maka frekuensi responnya dapat bernilai 1,

Zona Regional

Zona Residual

Zona Noise

(4)

𝐸𝑛 = 𝐶𝑒−2𝜔|𝑑| (6) 𝑙𝑜𝑔𝐸 = 𝑙𝑜𝑔𝐶 − 2𝜔|𝑑| (7) dimana:

C = konstanta 𝜔 = frekuensi sudut

d = kedalaman bidang batas

Untuk mendapatkan dua harga logaritma yang merupakan selisih dari dua power spectrum pada persamaan (6) , diperoleh: |𝑑| = − 1 4𝜋 𝑙𝑜𝑔𝐸1 − 𝑙𝑜𝑔𝐸2 𝑘1 − 𝑘2 = 1 4𝜋tan 𝜙 (8) dimana:

E1, E2 = power spectrum k1, k2 = bilangan gelombang

ϕ = sudut kemiringan garis kurva power spectrum

Nilai power spectra dan bilangan gelombang diperoleh dari hasil pengolahan menggunakan program matlab. Data yang digunakan merupakan data hasil slicing dari 8 lintasan yang telah dibuat. Setelah itu akan diperoleh hubungan antara bilangan gelombang dan power spectra yang akan direpresentasikan dalam bentuk grafik. Pada grafik hubungan bilangan gelombang dan power spectra di peroleh 2 gradien yang merepresentasikan kedalaman 2 bidang diskontinuitas yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Gradien dengan frekuensi rendah menggambarkan diskontinuitas dalam sedangkan Gradien dengan frekuensi tinggi menggambarkan diskontinuitas dangkal (Indriana, 2008). Setelah diperoleh estimasi kedalaman diskontinuitas maka dilakukan validasi hasil pengolahan menggunakan peta geologi daerah penelitian. Dari hasil validasi nanti akan diperoleh secara pasti kedalaman sedimen dan batas diskontinuitas wilayah sesar Palu Koro.

3. Hasil dan Pembahasan

Data FAA dan topografi yang diperoleh dari topex diolah terlebih dahulu hingga diperoleh nilai simple bouger anomaly. Dari hasil pengolahan wilayah sesar Palu Koro memiliki rata rata anomaly bouger sebesar 30 mgal dengan anomali terbesar terkonsentrasi pada wilayah perbukitan dengan anomali bourger sebesar 271 mgal. Pada gambar 1 diperlihatkan sebaran bouger anomali di sekitar wilayah sesar Palu Koro.

(5)

Untuk menganalisa power spectra yang berada di sekitar sesar Palu koro maka dibuat 8 lintasan yang diperlihatkan oleh gambar 2. Pembuatan lintasan bertujuan untuk mendapatkan distribusi spektrum dari anomaly gravity sehingga dapat merepresentasikan kedalaman sumber anomali dengan mentransformasikan dalam deret Fourier dari domain waktu ke domain frekuensi.

Gambar 4. Peta anomaly bourger di sekitar wilayah sesar Palu koro dengan 8 lintasan

Pada gambar 2 lintasan dibuat dengan arah barat-timur dengan tujuan untuk mendapatkan perbedaan anomaly yang jelas pada jalur sesar Palu koro sehingga dapat mengetahui estimasi nilai kedalaman anomali regional dan anomali residual dari wilayah sesar Palu Koro yang membentang dari teluk Palu ke lembah Koro dan berbelok ke sesar Matano disebelah timur . Anomali regional diidentifikasi sebagai anomaly yang lebih dalam sedangkan anomaly residual diidentifikasi sebagai anomaly yang lebih dangkal. Berikut adalah hasil power spectra dari wilayah sesar Palu Koro.

Gambar 5. Analisis power spectra lintasan 1 wilayah Palu Koro

Gambar 6. Analisis power spectra lintasan 2 wilayah Palu Koro 2.39

58.40 9

0.665 36.33

(6)

Gambar 12. Analisis power spectra lintasan 8 wilayah Palu Koro 1.41 7 76.2 04 1.63 8 21.51 0 3.36 1 30.21 1.31 41.6 0.64 45.14 0.59 31.62

(7)

Tabel 1. Kedalaman rata-rata Diskontinuitas dangkal dan dalam di wilayah sesar Palu Koro

Lintasan Kedalaman diskontinuitas

dalam (km) kedalaman diskontinuitas dangkal (km) line 1 58.409 2.3889 line 2 36.331 0.6650 line 3 76.204 1.4178 line 4 21.51 1.6387 line 5 30.212 3.361 line 6 41.6877 1.3187 line 7 45.146 0.6430 line 8 31.621 0.5958 line 9 13.0536 1.4707 line 10 28.9385 1.4784 line 11 13.9731 1.0492 Rata-rata 36.0987 1.4570

Pada gambar 5 hingga gambar 13 menunjukkan hasil grafik power spectral yang menggambarkan 2 gradien berbeda, dimana setiap kontras densitas disetiap segmen merepresentasikan sumber anomaly

Gambar 13. Analisis power spectra lintasan 10 wilayah Palu Koro 1.47

13.05

1.47 28.93

1.04 13.9

(8)

data yang ditunjukkan oleh table 1 diperoleh jika rata-rata kedalaman diskontinuitas dangkal sebesar 1.4570 km dan diskontinuitas dalam sebesar 36.0987 km. Diantara 11 lintasan yang telah dibuat lintasan 8 merupakan lintasan dengan kedalman diskontinuitas dangkal paling dangkal dengan kedalaman sebesar 598.58 m.

(a) (b)

Gambar 13. Peta anomaly gravity a) anomaly regional b) anomaly residual

Berdasarkan perbandingan dengan peta geologi diperoleh jika batuan sekitar sesar Palu Koro merupakan batuan Tersier dengan initial body density sebesar 2,4 gr/cm3_{. Pada peta anomaly residual}

yang ditunjukkan oleh gambar 13, anomali tinggi terdapat pada bagian barat daya dari jalur sesar palu koro yang mencerminkan adanya batuan dengan densitas tinggi dan menembus sampai ke permukaan. Batuan dengan densitas tinggi diduga pada wilayah sesar Palu Koro merupakan batuan terobosan. Peta anomaly regional merepresentasikan batuan yang berada relative jauh dari permukaan bumi dengan membandingkan pada peta geologi.

Gambar 14. Penampang geologi wilayah sesar Palu Koro lintasan 1 (Sompotan, 2012) -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 0 10 20 30 40 50 60 m gal Jarak

(9)

Dari gambar 14 terlihat jika anomali gravity yang diperoleh bersesuaian dengan penampang vertical geologi di wilayah sesar Palu Koro. Batuan terobosan merupakan batuan yang dominan mempengaruhi geologi struktur sesar Palu Koro. Disepanjang sesar palu koro jenis batuan didominasi oleh batuan granitik. Selain batuan dasar granitik, sedimentasi sesar palu koro juga dipengaruhi oleh endapan alluvial sehingga pada gambar 13 terlihat jika wilayah disekitar sesar palu koro memiliki nilai anomali regional rendah yang merepresentasikan pengaruh kedalaman lapisan sedimen.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis power spectral wilayah sesar palu koro diperoleh jika rata-rata kedalaman diskontinuitas dangkal sebesar 1.4570 km dan diskontinuitas dalam sebesar 36.0987 km. Berdasarkan perbandingan dengan peta geologi diperoleh jika batuan sekitar sesar Palu Koro merupakan batuan Tersier dengan initial body density sebesar 2,4 gr/cm3_{. Batas diskontinuitas paling dangkal berada di}

line 8 dengan kedalaman sebesar 598.58 m sedangkan batas diskontinuitas paling dalam berada di line 3 dengan kedalaman sebesar 76.204 km.

Referensi

[1] Apriani, M., Julius, A. M., Yusuf, M., Heryanto, D. T., & Marsono, A. (2018). ESTIMASI KETEBALAN SEDIMEN DENGAN ANALISIS POWER SPECTRAL PADA DATA ANOMALI GAYABERAT. GEOMATIKA, 23(2), 65–74.

[2] Bansal, A. R., & Dimri, V. P. (2001). Depth estimation from the scaling power spectral density of nonstationary gravity profile. Pure and Applied Geophysics, 158(4), 799–812. [3] Berndt, C. (2002). Residual Bouguer satellite gravity anomalies reveal basement grain and

structural elements of the Vøring Margin, off Norway. Norwegian Journal of Geology, 82, 31–36.

[4] Chapin, D. A. (1996). The theory of the Bouguer gravity anomaly: A tutorial. The Leading Edge, 15(5), 361–363.

[5] Hasan, M. A., & Nurwidyanto, M. I. (2008). Estimasi Penyebaran Sedimen Cekungan Jawa Timur Dengan Metode Gravity. BERKALA FISIKA, 11(4), 137–145.

[6] Indriana, R. D. (2008). Estimasi Ketebalan Sedimen dan Kedalaman Diskontinuitas

Mohorovicic Daerah Jawa Timur dengan Analisis Power Spectrum Data Anomlai Gravitasi. Berkala Fisika, 11(2), 67–74.

[7] Mochales, T., Casas, A. M., Pueyo, E. L., Pueyo, O., Román, M. T., Pocoví, A., … Ansón, D. (2008). Detection of underground cavities by combining gravity, magnetic and ground penetrating radar surveys: a case study from the Zaragoza area, NE Spain. Environmental Geology, 53(5), 1067–1077.

[8] Nelson, D. M., Tréguer, P., Brzezinski, M. A., Leynaert, A., & Quéguiner, B. (1995). Production and dissolution of biogenic silica in the ocean: revised global estimates, comparison with regional data and relationship to biogenic sedimentation. Global Biogeochemical Cycles, 9(3), 359–372.

[9] Sari, C., & Şalk, M. (2002). Analysis of gravity anomalies with hyperbolic density contrast: An application to the gravity data of Western Anatolia. Journal of the Balkan Geophysical Society, 5(3), 87–96.

[10]Sato, Y., & Untung, M. (1978). Gravity and geological studies in Jawa, Indonesia. [Bandung]: Geological Survey of Indonesia, 1978.

[11]Setiadi, I., Diyanti, A., & Ardi, N. D. (2014). INTERPRETASI STRUKTUR GEOLOGI BAWAH PERMUKAAN DAERAH LEUWIDAMAR BERDASARKAN ANALISIS SPEKTRAL DATA GAYA BERAT. Jurnal Geologi dan Sumberdaya Mineral, 15(4), 205– 214.

[12]Setyanta, B., Setiadi, I., & Simamora, W. H. (2008). MODEL GEOLOGI BAWAH PERMUKAAN DAERAH MUARAWAHAU HASIL ANALISIS ANOMALI GAYA BERAT BERDASARKAN ESTIMASI KEDALAMAN DENGAN METODE ANALISIS SPEKTRAL. Jurnal Geologi dan Sumberdaya Mineral, 18(6), 379–390.

(10)

KEPAHIANG BERDASARKAN METODE GAYABERAT.

[14]Sompotan, A. F. (2012). Struktur Geologi Sulawesi. Perpustakaan Sains Kebumian ITB. [15]Sota, I. (2011). Pendugaan Struktur Patahan Dengan Metode Gaya Berat. POSITRON, 1(1). [16]Sriyanto, S. P. D., & Ifantyana, I. (2016). IDENTIFIKASI PATAHAN MIKRO PENYEBAB

GEMPA BUMI TARAKAN 21 DESEMBER 2015. In PROSIDING SEMINAR NASIONAL FISIKA (E-JOURNAL) (Vol. 5, hal. SNF2016-EPA).

[17]Studinger, M., Kurinin, R. G., Aleshkova, N. D., & Miller, H. (1997). Power spectra analysis of gravity data from the Weddell Sea embayment and adjacent areas. Terra Antarctica, 4, 23– 26.