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

67

68

69

70

71