ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP MOMENT TENSOR GEMPA BUMI DI MANOKWARI PAPUA BARAT

SEMINAR TESIS

ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN

TERHADAP MOMENT TENSOR GEMPA BUMI DI

MANOKWARI PAPUA BARAT

Jurusan Fisika Program Study Geofisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2011

Oleh :

IRWAN SETYOWIDODO Dosen Pembimbing :

22

PENDAHULUAN

Secara geologis, Indonesia berada pada perbenturan tiga

lempeng kerak bumi yaitu Eurasia, Pasifik, dan India

Australia.

Selain itu berada pada pertemuan 2 jalur gempa utama,

yaitu Sirkum Pasifik dan Alpide Transasiatic.

Karena itu, kepulauan Indonesia berada pada daerah yang

mempunyai aktivitas gempa bumi cukup tinggi

Gempa

tektonik

adalah

berguncangnya

bumi

yang

disebabkan oleh tumbukan antar lempeng bumi.

Arus konveksi inti bumi mengalir ke mantel atas dan

merupakan gaya-gaya utama yang mengontrol terjadinya

gerakan-gerakan lempeng-lempeng.

44

Continue…

1. Pemahaman terhadap karakteristik sesar diperlukan untuk memperkirakan / mengetahui karakter dan akibat kegempaan.

2. Karakteristik ini dapat dilakukan dengan memodelkan moment tensor gempa bumi (Shearer: 2009).

3. Pemodelan moment tensor ini menggunakan metode inversi yang memanfaatkan waveform / waktu tiba gelombang P (Zahradnick: 2008).

4. Penelitian ini dilakukan dengan analisis waveform 3 komponen gempa yang terjadi akibat gerakan sesar.

5. Data yang digunakan ialah, data seismik lokal yang diunduh dari data gempa Jaringan IA.

6. Set data yang digunakan membandingan waveform teramati oleh stasiun dan

waveform sintetik yang telah dihitung fungsi Green.

7. Hasil analisis berupa parameter-parameter gempa yang meliputi: skala, kedalaman, energi gempa, serta model patahan penyebab gempa bumi.

ANALISIS SEISMOGRAM

TIGA KOMPONEN TERHADAP

MOMENT TENSOR GEMPA BUMI

DI MANOKWARI PAPUA BARAT

6

TUJUAN dan MANFAAT PENELITIAN

Bagaimana mengestimasi CMT, fault plane dan

paramater sumber gempa, sehingga akan diketahui

sesar penyebab gempa bumi serta arah bidang patahan.

Sehingga

dapat

barmanfaat

untuk

mengetahui

karakteristik

sumber

gempa,

selanjutnya

akibat

kegempaan dapat diperkirakan sebagai langkah awal

antisipasi

dampak

bencana

gempa

bumi

bagi

masyarakat di sekitarnya.

7

1.

Event gempa yang dipilih adalah gempa di

Kabupaten Manokwari Papua Barat yang

tercatat pada jaringan IA.

2.

Gempa-gempa yang akan dianalisis adalah

gempa dengan magnitude > 6 SR.

3.

Request data yang dilakukan dengan

memilih rekaman data yang memiliki SNR

tinggi, diupayakan dalam bentuk farm.

4.

Rekaman data request meliputi tiga

komponen (BHN, BHE, BHZ).

8

KAJIAN PUSTAKA

8

Continue…

Gelombang seismik mengirimkan energy

strain elastik yang keluar dari sumber

seismik gempa bumi.

Kecepatan

getaran

seismik

ditentukan

oleh modulus elastik dan kerapatan bahan

yang dilalui.

Gelombang

seismik

disebut

juga

gelombang elastik karena osilasi

partikel-partikel medium terjadi akibat interaksi

antara gaya gangguan melawan gaya-gaya

elastik (Kearey, 2002).

10

Continue…

10

.

Menurut cara bergetarnya gelombang seismik dibedakan atas dua tipe :

1) Gelombang longitudinal / gelombang P : arah getar partikel-partikel

medium searah dengan arah penjalaran.

2) Gelombang transversal / gelombang S : arah getar (osilasi)

partikel-partikel medium tegak lurus terhadap arah penjarannya.

Bila arah getar gelombang S terpolasir pada bidang vertikal maka

gelombang tipe ini disebut gelombang SV. Sedangkan bila arahnya

terpolarisir

pada

bidang

horisontal

maka

gelombang

tipe

ini

dinamakan gelombang SH.

Menurut tempat menjalarnya gelombang seisimik :

1. Gelombang tubuh (body wave) yang menjalar masuk menembus

medium. Gelombang ini terdiri atas gelombang P dan gelombang S.

2. Gelombang permukaan (surface wave).

Gelombang Rayleigh (gabungan gelombang P dan gelombang P-SV)

Gelombang Love (gabungan gelombang SH).

Continue…

Gempa Bumi adalah berguncangnya bumi yang akiibat tumbukan antar

lempeng bumi, aktivitas gunung api ataupu runtuhan batuan.

Gerakan lempeng itu akan mengalami perlambatan akibat gesekan dari

selubung bumi. Perlambatan gerak itu menyebabkan penumpukkan

energi di zona subduksi dan zona patahan. Akibatnya di zona-zona itu

terjadi tekanan, tarikan, dan geseran. Pada saat batas elastisitas

lempeng terlampaui, maka terjadilah patahan batuan yang diikuti oleh

lepasnya energi secara tiba-tiba.

Proses ini menimbukan getaran partikel ke segala arah yang disebut

gelombang Gempa bumi. Magnitudo/besaran gempa bumi adalah energi

yang dilepaskan saat gempa bumi, biasanya diukur dari rekaman

gelombang seismik (Purwanto: 2007).

14

16

STRUKTUR GEOLOGI KEKAR DAN SESAR

Kekar tarik (kiri), kekar gerus (tengah), dan kekar hibrid (kanan)

MOMEN TENSOR

Kopel gaya M_ij dlm koordinat Kartesian berupa sepasang gaya berlawanan arah

M₁₁ X₃ X₁ X₃ X₁ X₃ X₁ M₁₃ M₁₃& M₃₁

a. dipol, b. (single) kopel dan c. double kopel

d1

d 3

Momen tensor

Z Z Z M_XX Y M_XY Y M_XZ Y X X X Z Z Z M_YX Y M_YY Y M_YZ Y X X X Z Z Z M_ZX Y M_ZY Y M_ZZ Y X X X

Ada 9 momen tensor yg berbeda. Karena M

_ij

= M

_ji

.

Jadi hanya tinggal 6 elemen tensor yg independen:

[M]=

=





















ZZ YZ XZ YZ YY XY XZ XY

M

M

M

M

M

M

M

M

M

XX





















33 23 13 23 22 12 13 12 11

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

_rr

= M

_zz

M

Θ Θ

= M

_xx

M

Φ Φ

= M

_yy

M

_rΘ

= M

_zx

M

_rΦ

= -M

_zy

M

Θ Φ

= -M

_xy

1. Penyiapan Perangkat Penelitian

Menyiapkan Hardware, software dan program komputer: - Fortran - gs - zview - Matlab - ghostgum - SAC - Isola-GUI - m_map - PC & NB OS Linux - GMT - rdseed - PC & NB OS Windows 22

METHODE PENELITIAN

Continue…

2. Penyiapkan Data Source: Jaringan IA

Pemililihan event dengan magnitude > 6 Pemilihan stasiun:

– 3 s/d 4 stasiun terdekat

– diupayakan berada melingkar di sekitar sumber

– memiliki rekaman dengan signal to noise rasio (SNR) tinggi

– merekam data meliputi tiga komponen (BHN, BHE, BHZ) Request data dalam format seed

Format data dirubah dalam bentuk SAC

24

Continue…

PROSEDUR PENELITIAN

2. Prosedur Pengolahan Data

a. Konversi dan Pre Processing Data - Korversi format data: SAC ke ASCII

- Pre processing data: menyiapkan respon instrument, mengkonversi seismogram ke pergeseran dan memilih filter melalui frekuensi rendah untuk menghilangkan noise dengan frekuensi tinggi.

b. Input Data

- Input model bumi (crustal model) - Input event

Event info: lat, lon, depth

Origin time: Hour, min, second

Commants: magnitude, date (tahun:bulan:tanggal), agency (IA) Start time: sama dengan origin time atau dibuat lebih lambat Data options: time length antara 409.6 dan 819.2

26

- Memilih stasiun

File sudah dibuat dalam format .stn

File berisi nama stasiun, lat dan lon stasiun Diletakkan dalam folder ISOLA

Browse file station

Select stations (yang mengelilingi)

28

- Input data observasi

Load ASCII file dalam folder data

- Input sumber seismik trial/seismic source definition Sources below episenter

Starting depth: di bawah depth event

Dept Step: kelipatan kedalaman yang diinginkan

No of sources: jumlah kelipatan hingga posisi depth event di tengah

c. Menghitung Fungsi Green

Maximum frequency tidak boleh melebihi F4

Parameter perhitungan fungsi green didasarkan pada Time length: dari event info: data option

No of sources: seismic source definition No of station: station selection

d. Melakukan Inversi

Memilih filter (f1, f2, f3, f4): f4 tidak boleh melebihi maximum frequency : low pass, band-pass, and hight pass filter

Memilih type inverse (Full MT, Deviatoric MT, DC Contrained, Fix Mechanism)

Number of subevent: 1

Time search : start, step, end Setelah itu proses inversi

e. Plot Hasil Inversi (plot result)

Plot real and sintetic waveforms Plot correlation and sources

Focal Mechanism: plot momen tensor, plot sources Plot DC vs Corr

PLOT REAL AND SINTETIC WAVEFORMS

HC Plot

Data seismic dari IA yang telah diolah berupa parameter-parameter gempa bumi ini diestimasi dengan menggunakan model inversi untuk mencapai fitting waveform tiga komponen paling baik. Proses inversi yang baik

didasarkan pencocokkan data observasi dan data sintetik hasil inversi saling tumpang tindih.

Hasil inversi berupa parameter gempa diatas, digunakan untuk

penggambarkan fault-plane penyebab gempa bumi. Penggambaran dilakukan dengan menggunakan software hcplot (Zadradnik: 2008). Selanjutnya,

interpretasi dilakukan pada CMT. Centroid Moment Tensor merupakan penggambaran model sesar penyebab gempa bumi tersebut. CMT

digambarkan dengan beach ball mempunyai arti fisis, yakni, bagian yang

cerah merupakan asal gaya yang menekan ke arah bagian yang gelap. Dengan demikian, CMT tersebut menunjukkan sesar penyebab gempa (Shearer:

2009).

38

HASIL PENELITIAN

PETA KABUPATEN MANOKWARI 0

0

_{LS dan 133}

0

_BT

Daerah rawan gempa bumi (BNPB)

1 Jan 2009 – 31 Des 2010 terjadi 40x gempa, magnitude < 5 SR

3 Januari 2009 dengan magnitude 7.9 Mw (Geofon)

Data seismik lokal yang diunduh dari data gempa jaringan stasiun IA Data gempa kabupaten Manokwari propinsi Papua Barat

Tanggal 01 Januari 2009 s.d 31 Desember 2010 dengan magnitude lebih dari 6 SR

Analisis data ini, menggunakan waveform tiga komponen (BHN, BHE dan BHZ) Stasiun seismogram perekam yang digunakan : BAK, LBM, JAY, SWI, MSA, MWP.

Diusahakan stasiun-stasiun yang dipilih mengelilingi sumber, karena kondisi geografis yang ada menyebabkan data yang sampai pada seismogram tidak selalu dapat dianalisis dengan baik.

Parameter sumber gempa, berupa: event, latitude, longitude, depth,

magnitude, tanggal, dan agency, origin time, start time, dan time length.

Proses inversi yang baik didasarkan hasil pencocokkan data observasi dan data sintetik hasil inversi, dimana hasil yang baik terjadi saat data observasi dan data sintetik saling tumpang tindih.

42

44

Variance Reduction per Component

Event Frekuensi Station NS EW Z

3/1/2009 0.02 - 0.035 BAK 0.6 0.52 0.7 LBM 0.54 0.85 0.05 JAY 0.49 0.3 0.09 6/1/2009 0.02 - 0.035 SWI 0.91 0.43 0.4 MSA 0.65 0.44 0.77 LBM 0.95 0.24 0.43 2/8/2009 0.02 - 0.05 SWI 0.72 0.43 0.39 MSA 0.56 0.4 0.78 LBM 0.78 0.45 0.79 13/1/2010 0.02 - 0.05 MWP 0.5 0.95 0.94 SWI 0.68 0.76 0.78 LBM 0.71 0.35 0.34

46

Hasil Inversi Moment Tensor Gempa Bumi Manokwari

HASIL INVERSI KOMPONEN MOMENT TENSOR 03 JANUARI 2009

Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT

Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (1019_Nm) -0.705 132.84 19:43:55 25 7.1 Mrr = M₃₃ 5.469 Mtt = M₁₁ -0.609 Mpp = M₂₂ -4.859 Mrt = M₃₁ -3.077 Mrp = M₃₂ -0.438 Mtp = M₁₂ 1.907

Jenis Sesar strike-slip oblique

06 JANUARI 2009

Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT

Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (1017_Nm) -0.632 133.33 22:48:28 10 5.7 Mrr = M₃₃ 3.475 Mtt = M₁₁ -2.465 Mpp = M₂₂ -1.010 Mrt = M₃₁ -0.974 Mrp = M₃₂ -0.899 Mtp = M₁₂ -2.323

02 AGUSTUS 2009

Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (1017_Nm) -0.444 133.06 08:54:35 10 5.9 Mrr = M₃₃ -1.347 Mtt = M11 -0.919 Mpp = M₂₂ 2.267 Mrt = M₃₁ -7.964 Mrp = M₃₂ -5.009 Mtp = M₁₂ 1.643 Jenis Sesar normal

13 JANUARI 2010

Epicenter Time Depth Mag Komponen MT Plot CMT Latt Long (GMT) (Km) (Mw) (1017_Nm) -0.723 133.33 17:18:11 42 5.7 Mrr = M₃₃ 0.383 Mtt = M11 -2.850 Mpp = M₂₂ 2.468 Mrt = M31 1.583 Mrp = M₃₂ -2.346 Mtp = M₁₂ -2.351

 Berdasarkan hasil centroid moment tensor (CMT), jenis sesar penyebab gempa bumi di Manokwari tersebut berubah-ubah. Hal ini dipicu oleh

pergerakan patahan Sorong yang bersifat aktif berkembang (Irsyam, 2010) dan patahan berada dalam batas pergerakan lempeng Pasifik dan lempeng Australia.

 Lempeng Pasifik ini terus aktif menekan lempeng Australia ke arah selatan dengan laju 112 milimeter per tahun.

 Sesar Sorong merah. Zona penunjaman (subduction) kerak samudra Pasifik ungu. Sesar Sorong membentang mulai dari Kepala Burung sampai ke wilayah Provinsi Maluku hingga ke lengan timur Pulau Sulawesi (BNPB, 2010).

Solusi Moment Tensor

MOMENT TENSOR SOLUTION

Event

Centroid Mo Mag DC CLVD Var. Red

Latt Lon Depth (1017 _{Nm) (Mw) (%) (%) (%)}

3/1/2009 -0.705 132.84 25 6.333 7.1 64.2 35.8 46

6/1/2009 -0.632 133.33 10 4.091 5.7 68.6 31.4 73

2/8/2009 -0.444 133.06 10 9.753 5.9 96.4 3.6 60

50

Perbandingan Parameter Sumber Gempa BMG, USGS, GEOFON dan Penulis

PERBANDINGAN SOLUSI MOMENT TENSOR

03 JANUARI 2009

Agency

Event

Lattitude

Longitude

Depth (Km)

Magnitude

BMKG

_{02:43:51 WIB}

_{- 0.420}

_132.93

10

_{7.2 Mw}

USGS

19:43:54 GMT

- 0.510

132.78

25

7.6 Mw

GEOFON

19:43:54 GMT

- 0.500

132.80

32

7.9 Mw

Penulis

_{19:43:55 GMT}

_{- 0.705}

_132.84

35

_{7.1 Mw}

06 JANUARI 2009

Agency

Event

Lattitude

Longitude

Depth (Km)

Magnitude

BMKG

02:24:24.0 WIB

-0.68

133.22

30

5.7 Mw

USGS

_{22:48:27.2 GMT}

_-0.66

_133.43

16

_{6.0 Mw}

GEOFON

22:48:28.0 GMT

- 0.60

133.40

23

6.2 Mw

02 AGUSTUS 2009

Agency

Event

Lattitude

Longitude

Depth (Km)

Magnitude

USGS

08:54:33.4 GMT

- 0.450

132.91

20

6.1 Mw

GEOFON

08:54:35.0 GMT

- 0.400

133.00

30

6.2 Mw

Penulis

08:54:35.5 GMT

- 0.444

133.06

10

5.9 Mw

13 JANUARI 2010

Agency

Event

Lattitude

Longitude

Depth (Km)

Magnitude

BMKG

00:18:12 WIB

- 0.83

133.36

26

6.2 Mw

USGS

17:18:08 GMT

- 0.69

133.31

10

5.7 Mw

GEOFON

17:18:11 GMT

- 0.69

133.33

32

6.0 Mw

Hasil dari semua analisis tersebut terlihat secara umum ada

kecenderungan analisis penulis sama dengan USGS maupun BMKG.

Adanya perbedaan yang terjadi pada hasil analisis dikarenakan

adanya perbedaan posisi lattitude dan longitude parameter sumber

gempa yang diterima seismogram stasiun sumber gempa yang

berbeda-beda.

Fault Plane Solution

FAULT PLANE SOLUTION

Event

Plane 1 (degrees)

Plane 2 (degrees)

Strike (φ) Dip (δ) Rake (λ) Strike (φ) Dip (δ) Rake (λ)

3/1/2009

180

46

124

316

54

60

6/1/2009

231

55

87

57

36

95

2/8/2009

57

86

-77

166

13

-161

54

Fault-Plane berdasarkan CMT

H - C SOLUTION 03 JANUARI 2009 Input Output Hiposenter Lat -0.57 Jarak H – C 16.98 Plot H-C Long 132.81 Depth 32 Centroid Lat -0.705 Jarak Plane 1* _3.056 Long 132.84 Depth 25

Plane 1 Strike 180 Jarak Plane 2** _2.543

Dip 46

Plane 2 Strike 316 Arah Patahan Barat Laut – Tenggara

06 JANUARI 2009 Input Output Hiposenter Lat -0.69 Jarak H - C 15.36 Plot H-C Long 133.33 Depth 23 Centroid Lat -0.632 Jarak Plane 1* _9.184 Long 132.84 Depth 10 Plane 1 Strike 231 Jarak Plane 2** _10.23 Dip 55 Plane 2 Strike 57

Arah Patahan Timur Laut – Barat Daya

56 02 AGUSTUS 2009 Input Output Hiposenter Lat -0.49 Jarak H - C 21.215 Plot H-C Long 133.02 Depth 30 Centroid Lat -0.444 Jarak Plane 1* _1.926 Long 133.06 Depth 10 Plane 1 Strike 57 Jarak Plane 2** _18.177 Dip 86 Plane 2 Strike 166

Arah Patahan Timur Laut – Barat Daya

13 JANUARI 2010 Input Output Hiposenter Lat -0.69 Jarak H – C 10.648 Plot H-C Long 133.33 Depth 32 Centroid Lat -0.72 Jarak Plane 1* _7.196 Long 132.84 Depth 42

Plane 1 Strike 210 Jarak Plane 2** _1.803

Dip 60

Plane 2 Strike 112 Arah Patahan Barat Laut – Tenggara

Lokasi-lokasi pusat sumber gempa bumi pada tanggal 3 Januari 2009, 6 Januari 2009, 2 Agustus 2009, dan 13 Januari 2010 berada pada lattitude -0.444,

longitude 133.43 kabupaten Manokwari propinsi Papua Barat. Propinsi ini

memiliki intensitas kegempaan tinggi, terutama dengan kedalaman dangkal dari sistem sesar aktif yang berpotensi merusak. Hal ini disebabkan terletak dekat jalur penunjaman lempeng Pasifik dan lempeng Australia di bagian utara. Akibat evolusi tektonik terbentuk beberapa sesar aktif, yaitu : Sesar Sorong, Sesar

Ransiki, Sesar Tarera Aiduna, dan Sesar naik di Pegunungan Jayawijaya.

Kejadian gempa bumi di daerah pensesaran ini terjadi akibat pergerakan sesar Sorong yang tergolong sebagai sesar aktif yang membentang mulai dari Kepala Burung. Selain itu, kondisi daerah ini pada umumnya disusun oleh batuan

metamorf berumur Pra-Tersier, batuan sedimen berumur Tersier dan batuan sediment berumur Kuarter. Daerah yang terkena gempabumi merupakan daerah dataran tinggi yang telah terdeformasi kuat, ditandai dengan adanya sesar-sesar naik yang mengangkat batuan berumur Tersier ke permukaan. Sesar ini menjadi batas litologi antara batuan berumur Kuarter dengan batuan berumur Tersier. Batuan berumur Pra-Tersier dan Tersier yang telah mengalami pelapukan dan batuan berumur Kuarter pada umumnya bersifat lepas, lunak, belum padu (unconsolidated) dan memperkuat efek getaran gempa bumi sehingga rentan terhadap goncangan gempa bumi (PVMBG, 2009).

KESIMPULAN

Gempa 3 Januari 2009 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat memiliki

magnitude gempa 7.1 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude -0.705, longitude 132.84 dan kedalaman 35 km, sesar penyebab gempa bumi termasuk

dalam sesar strike-slip oblique yang bergerak berarah barat laut – tenggara.

Gempa 6 Januari 2009 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat memiliki

magnitude gempa 5.7 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude -0.63, longitude 133.33 dan kedalaman 10 km, sesar penyebab gempa bumi termasuk

dalam sesar reverse yang bergerak berarah timur laut – barat daya.

Gempa 2 Agustus 2009 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat

memiliki magnitude gempa 5.9 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude -0.444, longitude 133.06 dan kedalaman 10 km, sesar penyebab gempa bumi

termasuk dalam sesar normal yang bergerak berarah timur laut – barat daya.

Gempa 13 Januari 2010 yang terjadi di Manokwari propinsi Papua Barat

memiliki magnitude gempa 5.7 Mw dengan episentrumnya berada pada lattitude -0.72, longitude 133.33 dan kedalaman 42 km, sesar penyebab gempa bumi