1
SEMINAR TESIS
ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP MOMENT TENSOR GEMPA BUMI DI
MANOKWARI PAPUA BARAT
Jurusan FisikaProgram Study Geofisika
Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya2011 1
Oleh :IRWAN SETYOWIDODO
Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Bagus Jaya Santosa, S. U
22
PENDAHULUAN
Secara geologis, Indonesia berada pada perbenturan tigalempeng kerak bumi yaitu Eurasia, Pasifik, dan IndiaAustralia.Selain itu berada pada pertemuan 2 jalur gempa utama,yaitu Sirkum Pasifik dan Alpide Transasiatic.Karena itu, kepulauan Indonesia berada pada daerah yangmempunyai aktivitas gempa bumi cukup tinggiGempa tektonik adalah berguncangnya bumi yangdisebabkan oleh tumbukan antar lempeng bumi.Arus konveksi inti bumi mengalir ke mantel atas danmerupakan gaya-gaya utama yang mengontrol terjadinyagerakan-gerakan lempeng-lempeng.
3
44
Continue…
1. Pemahaman terhadap karakteristik sesar diperlukan untuk memperkirakan /mengetahui karakter dan akibat kegempaan.
2. Karakteristik ini dapat dilakukan dengan memodelkan moment tensor gempabumi (Shearer: 2009).
3. Pemodelan moment tensor ini menggunakan metode inversi yangmemanfaatkan waveform / waktu tiba gelombang P (Zahradnick: 2008).
4. Penelitian ini dilakukan dengan analisis waveform 3 komponen gempa yangterjadi akibat gerakan sesar.
5. Data yang digunakan ialah, data seismik lokal yang diunduh dari data gempaJaringan IA.
6. Set data yang digunakan membandingan waveform teramati oleh stasiun danwaveform 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.
5
ANALISIS SEISMOGRAM TIGA KOMPONEN TERHADAP MOMENT TENSOR GEMPA BUMIDI MANOKWARI PAPUA BARAT
Judul Penelitian
5
6
TUJUAN dan MANFAAT PENELITIAN
Bagaimana mengestimasi CMT, fault plane danparamater sumber gempa, sehingga akan diketahuisesar penyebab gempa bumi serta arah bidang patahan.
Sehingga dapat barmanfaat untuk mengetahuikarakteristik sumber gempa, selanjutnya akibatkegempaan dapat diperkirakan sebagai langkah awalantisipasi dampak bencana gempa bumi bagimasyarakat di sekitarnya.
7
λ
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).
7
BATASAN MASALAH
8
KAJIAN PUSTAKA
8
Struktur Dalam Bumi
9
Continue…
9
Gelombang seismik mengirimkan energystrain elastik yang keluar dari sumberseismik gempa bumi.Kecepatan getaran seismik ditentukanoleh modulus elastik dan kerapatan bahanyang dilalui.Gelombang seismik disebut jugagelombang elastik karena osilasi partikel-partikel medium terjadi akibat interaksiantara gaya gangguan melawan gaya-gayaelastik (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 makagelombang tipe ini disebut gelombang SV. Sedangkan bila arahnyaterpolarisir pada bidang horisontal maka gelombang tipe inidinamakan 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).
11
12
13
Continue…
11
Gempa Bumi adalah berguncangnya bumi yang akiibat tumbukan antarlempeng bumi, aktivitas gunung api ataupu runtuhan batuan.
Gerakan lempeng itu akan mengalami perlambatan akibat gesekan dariselubung bumi. Perlambatan gerak itu menyebabkan penumpukkanenergi di zona subduksi dan zona patahan. Akibatnya di zona-zona ituterjadi tekanan, tarikan, dan geseran. Pada saat batas elastisitaslempeng terlampaui, maka terjadilah patahan batuan yang diikuti olehlepasnya energi secara tiba-tiba.
Proses ini menimbukan getaran partikel ke segala arah yang disebutgelombang Gempa bumi. Magnitudo/besaran gempa bumi adalah energiyang dilepaskan saat gempa bumi, biasanya diukur dari rekamangelombang seismik (Purwanto: 2007).
14
PROSES TERJADINYA GEMPA BUMI
15
GERAKAN LEMPENG
16
STRUKTUR GEOLOGI KEKAR DAN SESAR
Kekar tarik (kiri), kekar gerus (tengah), dan kekar hibrid (kanan)
Sesar turun (kiri), sesar naik (tengah), dan sesar geser (kanan)
17
Hubungan focal spheres dan fault geometries
MOMEN TENSOR
Kopel gaya Mij 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
d3
19
Momen tensorZ Z Z
MXX Y MXY Y MXZ Y
X X X
Z Z Z
MYX Y MYY Y MYZ Y
X X X
Z Z Z
MZX Y MZY Y MZZ Y
X X X
Ada 9 momen tensor yg berbeda. Karena Mij = Mji . Jadi hanya tinggal 6 elemen tensor yg independen:
[M]= =
ZZYZXZ
YZYYXY
XZXY
MMMMMMMMMXX
332313
232212
131211
MMMMMMMMM
Mrr = MzzMΘ Θ = MxxMΦ Φ = Myy
MrΘ = MzxMrΦ = -Mzy
MΘ Φ = -Mxy
21
Setting Tektonik Papua (ESDM, 2010)
1. Penyiapan Perangkat PenelitianMenyiapkan 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
PERANCANGAN PERSIAPAN PENELITIAN
23
Continue…
PROGRAM KOMPUTER SIAP UNTUK MENGANALISIS DATA
2. Penyiapkan Data Source: Jaringan IAPemililihan event dengan magnitude > 6Pemilihan 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 seedFormat data dirubah dalam bentuk SAC
24
Continue…
25
Continue…
PROSEDUR PENELITIAN1. Diagram Alir Penelitian
2. Prosedur Pengolahan Dataa. 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, depthOrigin time: Hour, min, secondCommants: magnitude, date (tahun:bulan:tanggal), agency (IA)Start time: sama dengan origin time atau dibuat lebih lambatData options: time length antara 409.6 dan 819.2
26
Continue…
27
- Memilih stasiunFile sudah dibuat dalam format .stnFile berisi nama stasiun, lat dan lon stasiunDiletakkan dalam folder ISOLABrowse file stationSelect stations (yang mengelilingi)
28
Continue…
- Input data observasi Load ASCII file dalam folder dataKoreksi data: jika data jelek dapat dipotong, sehingga start time-nya berubah
29
- Input sumber seismik trial/seismic source definitionSources below episenterStarting depth: di bawah depth eventDept Step: kelipatan kedalaman yang diinginkanNo of sources: jumlah kelipatan hingga posisi depth event di tengah
30
c. Menghitung Fungsi GreenMaximum frequency tidak boleh melebihi F4Parameter perhitungan fungsi green didasarkan padaTime length: dari event info: data optionNo of sources: seismic source definitionNo of station: station selection
d. Melakukan InversiMemilih filter (f1, f2, f3, f4): f4 tidak boleh melebihi maximum frequency : low pass, band-pass, and hight pass filterMemilih type inverse (Full MT, Deviatoric MT, DC Contrained, Fix Mechanism)Number of subevent: 1Time search : start, step, endSetelah itu proses inversi
31
32
e. Plot Hasil Inversi (plot result)Plot real and sintetic waveformsPlot correlation and sources Focal Mechanism: plot momen tensor, plot sourcesPlot DC vs Corr Focal mechanism polarities: plot polarities
33
PLOT REAL AND SINTETIC WAVEFORMS
34
PLOT MOMEN TENSOR
35
HC Plot
36
FAULT-PLANE BERDASARKAN CMT
37
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
Analisis Data Hasil Penelitian
39
HASIL PENELITIAN
PETA KABUPATEN MANOKWARI 00 LS dan 1330 BT
Daerah rawan gempa bumi (BNPB)1 Jan 2009 – 31 Des 2010 terjadi 40x gempa, magnitude < 5 SR3 Januari 2009 dengan magnitude 7.9 Mw (Geofon)
Data seismik lokal yang diunduh dari data gempa jaringan stasiun IAData gempa kabupaten Manokwari propinsi Papua Barat Tanggal 01 Januari 2009 s.d 31 Desember 2010 dengan magnitude lebih dari 6 SRAnalisis 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.
40
41
Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 03 Januari 2009
42
Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 06 Januari 2009
43
Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 02 Agustus 2009
44
Waveform Observasi dan Sintetik Gempa 13 Januari 2010
45
Variance Reduction per ComponentEvent Frekuensi Station NS EW Z
3/1/2009 0.02 - 0.035BAK 0.6 0.52 0.7LBM 0.54 0.85 0.05JAY 0.49 0.3 0.09
6/1/2009 0.02 - 0.035SWI 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 - 0.05SWI 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 - 0.05MWP 0.5 0.95 0.94
SWI 0.68 0.76 0.78
LBM 0.71 0.35 0.34
Varian Reduksi Perkomponen
46
Hasil Inversi Moment Tensor Gempa Bumi Manokwari
HASIL INVERSI KOMPONEN MOMENT TENSOR03 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 5.469Mtt = M11 -0.609Mpp = M22 -4.859Mrt = M31 -3.077Mrp = M32 -0.438Mtp = M12 1.907
Jenis Sesar strike-slip oblique06 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 3.475Mtt = M11 -2.465Mpp = M22 -1.010Mrt = M31 -0.974Mrp = M32 -0.899Mtp = M12 -2.323
Jenis Sesar reverse
47
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 -0.919Mpp = M22 2.267
Mrt = M31 -7.964
Mrp = M32 -5.009Mtp = M12 1.643
Jenis Sesar normal13 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 -2.850Mpp = M22 2.468
Mrt = M31 1.583
Mrp = M32 -2.346Mtp = M12 -2.351
Jenis Sesar strike-slip
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).
48
49
Solusi Moment Tensor
MOMENT TENSOR SOLUTION
EventCentroid 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
13/1/2010 -0.723 133.33 42 4.552 5.7 54.5 45.5 70
50
Perbandingan Parameter Sumber Gempa BMG, USGS, GEOFON dan Penulis
PERBANDINGAN SOLUSI MOMENT TENSOR03 JANUARI 2009
Agency Event Lattitude Longitude Depth (Km) MagnitudeBMKG 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 Mw06 JANUARI 2009
Agency Event Lattitude Longitude Depth (Km) MagnitudeBMKG 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
Penulis 22:48:28.7 GMT - 0.63 133.33 10 5.7 Mw
51
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
Penulis 17:18:11 GMT - 0.72 133.33 42 5.7 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.
52
53
Fault Plane Solution
FAULT PLANE SOLUTION
EventPlane 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
13/1/2010 210 60 15 112 77 149
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 * 3.056Long 132.84
Depth 25
Plane 1Strike 180
Jarak Plane 2 ** 2.543Dip 46
Plane 2Strike 316
Arah Patahan Barat Laut – TenggaraDip 54
55
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 * 9.184Long 132.84
Depth 10
Plane 1Strike 231
Jarak Plane 2 ** 10.23Dip 55
Plane 2Strike 57
Arah Patahan Timur Laut – Barat DayaDip 36
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 * 1.926Long 133.06
Depth 10
Plane 1Strike 57
Jarak Plane 2 ** 18.177Dip 86
Plane 2Strike 166
Arah Patahan Timur Laut – Barat DayaDip 13
57
13 JANUARI 2010Input 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 * 7.196Long 132.84
Depth 42
Plane 1Strike 210
Jarak Plane 2 ** 1.803Dip 60
Plane 2Strike 112
Arah Patahan Barat Laut – TenggaraDip 77
*) Plane 1 = hijau, **) Plane 2 = merah
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).
58
59
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 termasuk dalam sesar strike-slip yang bergerak berarah barat laut – tenggara.
Terima Kasih
61
62
63
64
65
66
68
69
70
71