JTM Vol. XVI No.1/2009

31

APLIKASI METODE DOUBLE DIFFERENCE UNTUK

RELOKASI HIPOSENTER GEMPA VULKANIK

GUNUNG KELUD SECARA AKURAT

David P. Sahara1, Adrianto W. Kusumo

2, Sri Widiyantoro

3, Rachmat Sule

4

Sari Metode double difference (DD) adalah suatu metode relokasi hiposenter relative yang dikembangkan dari metode

Geiger dengan menggunakan data waktu tempuh residual dari pasangan hiposenter ke setiap stasiun seismograf.

Lokasi hiposenter ditentukan dengan menggunakan data waktu tempuh absolute dan data diferensial waktu

tempuh gelombang P dan S yang akurat. Solusi Least Square digunakan untuk mnyelesaikan perubahan vector

(dt0,dx0,dy0,dz0) di antara pasangan hiposenter. Analisis multiplet clustering diaplikasikan untuk memilih

pasangan hiposenter yang memiliki bentuk gelombang (waveform) yang mirip dan jarak antar sumber yang relatif

dekat dibandingkan dengan jarak antara hiposenter-stasiun dan skala heterogenitas model kecepatan, sehingga

ray path antar hiposenter dalam satu cluster ke suatu stasiun hampir sama. Pada kasus ini perbedaan waktu

tempuh untuk setiap pasangan hiposenter dapat digunakan untuk menentukan jarak persebaran spasial pasangan

hiposenter dengan akurasi tinggi. Dengan semikian efek kesalahan akibat model kecepatan yang tidak diketahui

bisa diminimalkan. Algoritma yang diterapkan di sini hanya menggunakan data gelombang P, akan tetapi mampu

memberikan perbaikan lokasi hiposenter secara signifikan. Algoritma ini berhasil membuat lokasi hiposenter hasil

Single Event Determination dan Joint Hypocenter Determination yang tersebar acak menjadi terfokus sehingga

dapat mendeliniasistruktur internal gunung Kelud dengan rinci.

Kata kunci: relokasi relatif, Gunung Kelud, double difference, multiplet clustering.

Abstract The double-difference (DD) method is a relative hypocenter relocation method developed by extending Geiger’s

method using residual time data of pairs of events to each seismographic station. In this study, the location

determination method used absolute travel-time measurements and accurate P-and S-wave differential travel-time

measurements. A least-squares solution was employed to solve the iterative adjustment of the vector difference

(dt0,dx0,dy0,dz0) between pairs of events. A multiplet clustering analysis was applied to select the hypocenter

pairs that have similar and small separation compared to the event – station distance and the scale length of the

velocity heterogeneity, so the ray paths from the source region to a common station are similar. In this case the

difference in travel times for two events observed at one station can be used to determine the spatial (relative)

offset between the events with high accuracy. This the effect of the errors related to unknown velocity model can be

minimized. Here, the algorithm used only the P-wave travel-time measurements. However, it can provide a

significant improvement in the hypocenter location. The algorithm collapses the diffused locations obtained from

Single Event Determination and Joint Hypocenter Determination into sharp images of seismicity and defines the

internal structure of Mt. Kelud in detail.

Keywords: relative relocation, Kelud Volcano, double difference, multiplet clustering.

1) Program Studi Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, ITB Email : dave_sahara@yahoo.com 2) Program Studi Teknik Geofisika, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, ITB 3) Kelompok Keilmuan Geofisika Global, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, ITB 4) Kelompok Keilmuan Geofisika Terapan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, ITB

I. PENDAHULUAN

Gunung Kelud merupakan gunung api bertipe

strato yang relatif kecil dengan ketinggian

1731 m di atas muka laut atau 1650 m di atas

Kota Kediri dan Blitar. Gunung ini terletak

kira-kira 27 km sebelah timur pusat Kota

Kediri dan dikelilingi gugusan Gunung Wilis

disebelah barat, Gunung Welirang-Arjuna

disebelah utara, dan Gunung Kawi-Butak

disebelah timur (Gambar 1).

Periode letusan Gunung Kelud berkisar antara

9-75 tahun. Selama satu abad terakhir Gunung

Kelud tercatat meletus pada tahun 1901, 1919,

1951, 1966, dan 1990. Semua letusan tersebut

mirip dan memiliki ciri waktu letusan yang

sangat pendek, produk letusan kecil (0.1-0.2

km3) dan VEI = 3-4 (Kusumadinata, 1979).

Bahaya utama dari letusan Gunung Kelud

adalah terjadinya erupsi lahar. Letusan terbesar

terjadi pada tahun 1919 yang menyebabkan

5160 orang meninggal. Gunung Kelud terakhir

kali meletus tahun 1990 dan menyebabkan

tujuh orang meninggal dan dua kampung

hancur .

Fokus penelitian ini adalah perkembangan

metode penentuan hiposenter untuk

menghasilkan suatu lokasi hiposenter yang

lebih akurat. Beberapa penelitian sebelumnya

menyebutkan bahwa efek kesalahan model

kecepatan dapat diminimalisasi secara efektif

David P. Sahara, Adrianto W. Kus

32

dengan menggunakan metode relokasi relatif

hiposenter (Poupinet et al., 1984, Got et al.,

1994). Pada tahun 2000 Waldhauser

mengenalkan suatu metode relokasi Double

Difference untuk menentukan posisi relatif

hiposenter dengan lebih akurat. Metode

Double Difference diaplikasikan untuk

merelokasi hasil penentuan lokasi hiposenter

Gunung Kelud dengan menggunakan metode

Single Event Determination

Hypocenter Determination yang telah

dilakukan sebelumnya (Sahara, 2009).

II. DATA GEMPA

Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana

Geologi menggunakan sistem telemetri untuk

mengumpulkan berbagai data dari lokasi yang

jauh dan mengirim informasi ke pusat instalasi

dengan memasang seismometer di 4

(KLD, SUM, GJM, dan KWH) untuk

merekam aktivitas Gunung Kelud (Gambar 2).

Data yang dianalisis adalah data perekaman

mulai tanggal 27 September 2007 hingga 12

November 2007 oleh keempat stasiun tersebut.

Selama periode tersebut tercatat sebanyak 2

sumber gempa vulkanik tipe A dan B (Sahara,

2009). Waktu tiba gelombang S sangat susah

diidentifikasi dengan jelas, sehingga penentuan

lokasi hiposenter hanya menggunakan data

waktu tiba gelombang P dari gempa vulkanik.

III. METODE DOUBLE DIFFERENCEMetode double difference secara teoritis

merupakan pengembangan metode Geiger

dengan menggunakan data relatif waktu

tempuh antar dua hiposenter. Prinsip metode

ini adalah jika jarak persebaran hiposenter

antara dua gempa sangat kecil dibanding jarak

antara stasiun – sumber, maka ray path

gempa dapat dianggap mendekati sama.

Dengan asumsi ini, maka selisih waktu tempuh

antara kedua gempa yang terekam pada satu

stasiun yang sama dapat dianggap hanya

sebagai fungsi jarak antara kedua hiposenter.

Sehingga kesalahan model kecepat

diminimalisasi tanpa menggunakan koreksi

stasiun. (Waldhauser dan Ellsworth , 2000)

Residual relatif waktu tempuh antara

hiposenter i dan hiposenter j (satu pasang

hiposenter) pada stasiun

k ( dapat di formulasikan

dengan :

dan adalah waktu tempuh dari hiposenter

ke stasiun k dan adalah adalah waktu

tempuh dari hiposenter j ke stasiun

P. Sahara, Adrianto W. Kusumo, Sri Widiyantoro, dan Rachmat Sule

dengan menggunakan metode relokasi relatif

hiposenter (Poupinet et al., 1984, Got et al.,

1994). Pada tahun 2000 Waldhauser

mengenalkan suatu metode relokasi Double

an posisi relatif

hiposenter dengan lebih akurat. Metode

Double Difference diaplikasikan untuk

merelokasi hasil penentuan lokasi hiposenter

Gunung Kelud dengan menggunakan metode

dan Joint

yang telah

kukan sebelumnya (Sahara, 2009).

Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana

Geologi menggunakan sistem telemetri untuk

mengumpulkan berbagai data dari lokasi yang

jauh dan mengirim informasi ke pusat instalasi

dengan memasang seismometer di 4 stasiun

(KLD, SUM, GJM, dan KWH) untuk

merekam aktivitas Gunung Kelud (Gambar 2).

Data yang dianalisis adalah data perekaman

mulai tanggal 27 September 2007 hingga 12

November 2007 oleh keempat stasiun tersebut.

Selama periode tersebut tercatat sebanyak 293

sumber gempa vulkanik tipe A dan B (Sahara,

2009). Waktu tiba gelombang S sangat susah

diidentifikasi dengan jelas, sehingga penentuan

lokasi hiposenter hanya menggunakan data

waktu tiba gelombang P dari gempa vulkanik.

DOUBLE DIFFERENCE secara teoritis

merupakan pengembangan metode Geiger

dengan menggunakan data relatif waktu

tempuh antar dua hiposenter. Prinsip metode

ini adalah jika jarak persebaran hiposenter

antara dua gempa sangat kecil dibanding jarak

ray path kedua

gempa dapat dianggap mendekati sama.

Dengan asumsi ini, maka selisih waktu tempuh

antara kedua gempa yang terekam pada satu

stasiun yang sama dapat dianggap hanya

sebagai fungsi jarak antara kedua hiposenter.

Sehingga kesalahan model kecepatan bisa

diminimalisasi tanpa menggunakan koreksi

stasiun. (Waldhauser dan Ellsworth , 2000).

relatif waktu tempuh antara

(satu pasang

dapat di formulasikan

(1)

adalah waktu tempuh dari hiposenter i

adalah adalah waktu

ke stasiun k.

Persamaan 1 hanya berlaku bila jarak antara

kedua hiposenter dekat, tetapi bila jarak kedua

hiposenter berjauhan maka slowness

antara kedua hiposenter tidak konstan dan

persamaan tersebut menjadi tidak stabil.

Linearisasi persamaan 1 diberikan oleh

Persamaan 2 dapat ditulis lengkap menjadi

Dengan menggabungkan persamaan 3 untuk

semua pasangan hiposenter pada semua stasiun

pengamat dalam satu cluster maka dapat

dibuat suatu persamaan linear matriks

difference :

Dengan G merupakan matriks

derivative residual waktu tempuh terhadap

parameter hiposenter. Matriks ini berukuran

x 4N, dengan M adalah jumlah persa

yang mungkin dibentuk dari semua pasangan

hiposenter pada semua stasiun dalam satu

cluster, dan N adalah jumlah hiposenter dalam

satu cluster. m adalah data vektor perubahan

posisi relatif antar pasangan hiposenter

terhadap posisi relatif hiposenter d

(awal) [dx,dy,dz,dt]T pada satu

sedangkan d adalah residual double difference

seluruh pasangan hiposenter. W adalah matriks

diagonal untuk pembobotan tiap persamaan.

Matriks W digunakan karena besar

noise ratio berbeda untuk tiap event

stasiun. Matriks W memberikan bobot untuk

tiap persamaaan berdasar kualitas

event.

Pada dasarnya matriks G masih mempunyai

banyak kelemahan, salah satu kelemahannya

adalah kolom matriks G hanya memiliki 8

kolom yang tidak bernilai nol di satu baris. Hal

ini menyebabkan solusi dari inversi menjadi

kurang stabil. Salah satu cara untuk

meningkatkan kestabilannya yaitu

hiposenter yang akan dimasukan ke dalam

matriks G, hiposenter yang dimasukkan

hanyalah hiposenter yang saling terhubung

dengan baik atau memiliki nilai koherensi

yang cukup tinggi.

(1)

Persamaan 1 hanya berlaku bila jarak antara

kedua hiposenter dekat, tetapi bila jarak kedua

slowness model

antara kedua hiposenter tidak konstan dan

persamaan tersebut menjadi tidak stabil.

Linearisasi persamaan 1 diberikan oleh :

(2)

Persamaan 2 dapat ditulis lengkap menjadi

(3)

Dengan menggabungkan persamaan 3 untuk

semua pasangan hiposenter pada semua stasiun

maka dapat

dibuat suatu persamaan linear matriks double

(4)

merupakan matriks partial

waktu tempuh terhadap

parameter hiposenter. Matriks ini berukuran M

adalah jumlah persamaan

yang mungkin dibentuk dari semua pasangan

hiposenter pada semua stasiun dalam satu

adalah jumlah hiposenter dalam

adalah data vektor perubahan

posisi relatif antar pasangan hiposenter

terhadap posisi relatif hiposenter dugaan

pada satu cluster,

residual double difference

adalah matriks

diagonal untuk pembobotan tiap persamaan.

digunakan karena besar signal to

event pada tiap

memberikan bobot untuk

tiap persamaaan berdasar kualitas pick tiap

Pada dasarnya matriks G masih mempunyai

banyak kelemahan, salah satu kelemahannya

adalah kolom matriks G hanya memiliki 8

i nol di satu baris. Hal

ini menyebabkan solusi dari inversi menjadi

Salah satu cara untuk

menyeleksi

hiposenter yang akan dimasukan ke dalam

matriks G, hiposenter yang dimasukkan

ing terhubung

dengan baik atau memiliki nilai koherensi

Aplikasi Metode Double Difference Untuk Relokasi Hiposenter Gempa Vulkanik

33

IV. METODE MULTIPLET CLUSTERING

Analisis multiplet clustering dilakukan untuk

menentukan hiposenter yang saling terhubung

satu dengan yang lain dan kemudian

mengelompokkannya dalam satu

Multiplet mikroseismik merupakan grup

kejadian mikroseismik dengan waveform

mirip dan diperkirakan berasal dari

dari bidang rekah atau struktur yang sama

(Asanuma et al., 2006).

Analisis multiplet clustering dimulai dengan

analisis koherensi antar waveform

menunjukkan hubungan kemiripan antara dua

waveform yang ditunjukkan dalam rentang

angka 0 hingga 1. Jika nilai koherensi semakin

mendekati 1, maka kedua wavefrom makin

mirip dan sebaliknya.

Nilai koherensi didapatkan dari persamaan:

dan

adalah cross power spectral density

antara dua waveform sedangkan

adalah auto power spectral density

Nilai-nilai tersebut berada dalam domain

frekuensi dan didapatkan dengan

menggunakan Short Time Fourier Transform

(STFT) pada sejumlah window tertentu yang

telah ditentukan.

dengan dan adalah fungsi

dalam domain frekuensi dan

adalah konjugatnya.

Analisis koherensi dilakukan terhadap semua

pasangan hiposenter. Dari hasil analisis dibuat

suatu tabel koherensi antar hiposenter.

Kemudian ditentukan satu nilai

koherensi sebagai nilai minimum pasangan

hiposenter yang dapat dimasukkan ke dalam

satu cluster.

V. ANALISIS SPATIAL ERROR

DISTRIBUTION Analisis error spatial distribution

untuk melihat kualitas persebaran stasiun

pengamat pada daerah studi. Ditentukan dua

plikasi Metode Double Difference Untuk Relokasi Hiposenter Gempa Vulkanik

Gunung Kelud Secara Akurat

MULTIPLET CLUSTERING

dilakukan untuk

menentukan hiposenter yang saling terhubung

satu dengan yang lain dan kemudian

mengelompokkannya dalam satu cluster.

mikroseismik merupakan grup

waveform yang

mirip dan diperkirakan berasal dari shear slip

dari bidang rekah atau struktur yang sama

dimulai dengan

waveform. Koherensi

menunjukkan hubungan kemiripan antara dua

yang ditunjukkan dalam rentang

ngga 1. Jika nilai koherensi semakin

mendekati 1, maka kedua wavefrom makin

Nilai koherensi didapatkan dari persamaan:

(5)

cross power spectral density

sedangkan dan

auto power spectral density.

nilai tersebut berada dalam domain

frekuensi dan didapatkan dengan

Short Time Fourier Transform

tertentu yang

(6)

adalah fungsi waveform

dan

Analisis koherensi dilakukan terhadap semua

pasangan hiposenter. Dari hasil analisis dibuat

suatu tabel koherensi antar hiposenter.

Kemudian ditentukan satu nilai threshold

koherensi sebagai nilai minimum pasangan

hiposenter yang dapat dimasukkan ke dalam

SPATIAL ERROR

error spatial distribution digunakan

untuk melihat kualitas persebaran stasiun

Ditentukan dua

titik sampel, satu pada koordinat (0,0,0) yang

mewakili titik di dalam area coverage

dan kedua pada koordinat (1200,1200,0) pada

luar coverage stasiun pengamat. Dibuat

berukuran 21 x 21 titik pada masing

titik sampel, dengan jarak antar

masing-masing adalah 100 m pada arah X, Y,

Z. Titik sampel berada pada tengah

Mean Square error (RMS Error)

tempuh dihitung pada masing-masing titik

terhadap waktu tempuh titik sampel dan

kemudian dibuat kontur RMS.

Hasil kontur RMS pada sampel (0,0,0)

memberikan nilai minimum global error

titik sampel. Secara umum bisa dianalisis

bahwa persebaran stasiun pengamat pada

lapangan cukup baik dan secara statistik nilai

hasil inversi SED memberikan lokasi pada

minimum error yang tepat. Hasil kurang baik

didapat dari kontur RMS pada sampel di luar

coverage stasiun pengamat. Minimum RMS

tidak berada pada satu titik, tetapi pada satu

trend garis, sehingga hasil inversi belum tentu

memberikan lokasi hiposenter pada

error yang tepat. Dari hasil ini didapat zona

dengan tingkat kepercayaan tinggi pada radius

1000 m dari puncak kawah (0,0), di luar zona

tersebut tingkat kepercayaan hasil inversi

kurang baik. Berdasar analisis tersebut daerah

penelitian dibatasi hanya pada radius 1000 m

dari puncak kawah.

VI. DISTRIBUSI HIPOSENTER HASIL

METODE SINGLE EVENT

DETERMINATION (SED) DAN

HYPOCENTER DETERMINATION

(JHD) Penentuan hiposenter gempa vulkanik Gunung

Kelud dengan metoda SED dan JHD

dilakukan dengan menggunakan

kecepatan 1-D (Sahara, 2009). Model

kecepatan untuk analisis didapat dari

informasi geologi dan survey graviti di

Gunung Kelud.

Perbedaan metode SED dan JHD terletak pada

besaran koreksi stasiun. Metode JHD secara

simultan akan menginversi waktu tempuh

sekelompok hiposenter untuk mendapatkan

lokasi hiposenter serta besaran koreksi stasiun

sebagai koreksi terhadap kesalahan akibat

model kecepatan 1-D yang digunakan. Pada

beberapa kasus dengan menggunakan model

kecepatan yang sama, metode JHD

mengurangi error akibat kesalahan lateral

model kecepatan dan memberikan posisi

hiposenter yang lebih baik dari pada SED

(Pujol, 2000). Dengan memperhitungkan

koreksi stasiun, maka residual waktu tempuh

plikasi Metode Double Difference Untuk Relokasi Hiposenter Gempa Vulkanik

Gunung Kelud Secara Akurat

titik sampel, satu pada koordinat (0,0,0) yang

coverage stasiun

dan kedua pada koordinat (1200,1200,0) pada

stasiun pengamat. Dibuat grid

berukuran 21 x 21 titik pada masing-masing

titik sampel, dengan jarak antar titik grid

masing adalah 100 m pada arah X, Y,

Z. Titik sampel berada pada tengah grid. Root

Mean Square error (RMS Error) waktu

masing titik grid

terhadap waktu tempuh titik sampel dan

kontur RMS pada sampel (0,0,0)

global error pada

titik sampel. Secara umum bisa dianalisis

bahwa persebaran stasiun pengamat pada

lapangan cukup baik dan secara statistik nilai

hasil inversi SED memberikan lokasi pada

yang tepat. Hasil kurang baik

didapat dari kontur RMS pada sampel di luar

stasiun pengamat. Minimum RMS

tidak berada pada satu titik, tetapi pada satu

garis, sehingga hasil inversi belum tentu

memberikan lokasi hiposenter pada minimum

yang tepat. Dari hasil ini didapat zona

dengan tingkat kepercayaan tinggi pada radius

1000 m dari puncak kawah (0,0), di luar zona

tersebut tingkat kepercayaan hasil inversi

kurang baik. Berdasar analisis tersebut daerah

dius 1000 m

DISTRIBUSI HIPOSENTER HASIL

SINGLE EVENT

(SED) DAN JOINT

HYPOCENTER DETERMINATION

Penentuan hiposenter gempa vulkanik Gunung

SED dan JHD telah

dilakukan dengan menggunakan model

D (Sahara, 2009). Model

kecepatan untuk analisis didapat dari apriori

informasi geologi dan survey graviti di

Perbedaan metode SED dan JHD terletak pada

besaran koreksi stasiun. Metode JHD secara

waktu tempuh

sekelompok hiposenter untuk mendapatkan

lokasi hiposenter serta besaran koreksi stasiun

sebagai koreksi terhadap kesalahan akibat

D yang digunakan. Pada

beberapa kasus dengan menggunakan model

kecepatan yang sama, metode JHD berhasil

akibat kesalahan lateral

model kecepatan dan memberikan posisi

hiposenter yang lebih baik dari pada SED

Dengan memperhitungkan

waktu tempuh

David P. Sahara, Adrianto W. Kus

34

yang didapatkan pada station ke-i dapat ditu

sebagai berikut:

dengan adalah waktu tempuh gelombang

pada stasiun ke-i hasil observasi dan

waktu tempuh gelombang dugaan hasil

perhitungan dari model kecepatan yang

dimiliki serta adalah koreksi stasiun.

Pada penelitian ini hasil metode SED dan JHD

hampir sama, maksimal perbedaan lokasi

antara kedua metode tersebut adalah 20m.

Kemiripan hasil ini karena dari analisis inversi

JHD didapat nilai koreksi stasiun yang san

kecil. Rata-rata nilai koreksi stasiun kurang

dari 3 ms. Nilai ini sangat kecil dibanding

dengan nilai data waktu tempuh (rata

bernilai 1000 ms), sehingga nilai koreksi tidak

begitu memberikan perubahan lokasi

hiposenter yang signifikan. Rata

hiposenter hanya bergeser sekitar 8 m dari

posisi SED dengan trend antar hiposenter yang

sama.

Hasil metode SED dan JHD menunjukkan

bahwa episenter gempa vulkanik

terkonsentrasi disekitar Kawah Gunung Kelud

(Gambar 8). Persebaran hiposenter secar

keseluruhan menunjukkan suatu pola yang

teratur, dari bawah mulai dari bulan

September, terus bergerak ke atas hingga bulan

November. Hal ini berkorelasi baik dengan

pergerakan magma menuju permukaan selama

aktivitas Gunung Kelud. Selisih antara waktu

tempuh hasil pengamatan (tobs

) dengan waktu

tempuh hasil perhitungan (tcal) berkisar antara

0,35 detik sampai dengan 0,35 detik (gambar

8).

VII. RELOKASI HIPOSENTER DENGAN

MENGGUNAKAN METODE

DOUBLE DIFFERENCE

Analisis DD diawali dengan analisis

clustering untuk penentuan cluster

Dua hiposenter dipilih sebagai acuan analisis

koherensi dengan hiposenter yang lain.

Hiposenter acuan yang dipilih adalah

hiposenter dengan ID SEP270429

OKT241937. Hiposenter

merupakan representasi gempa dalam (2459

m) dan terjadi sebelum aktivitas utama

Gunung Kelud. Sedangkan hiposenter

OKT241937 merupakan representasi gempa

dangkal (131 m) dan terjadi setelah aktivitas

utama Gunung Kelud. Batas bawah

pasangan hiposenter untuk dapat di

ke dalam satu cluster adalah 80%.

P. Sahara, Adrianto W. Kusumo, Sri Widiyantoro, dan Rachmat Sule

i dapat ditulis

(7)

adalah waktu tempuh gelombang

i hasil observasi dan adalah

waktu tempuh gelombang dugaan hasil

perhitungan dari model kecepatan yang

adalah koreksi stasiun.

Pada penelitian ini hasil metode SED dan JHD

hampir sama, maksimal perbedaan lokasi

antara kedua metode tersebut adalah 20m.

Kemiripan hasil ini karena dari analisis inversi

JHD didapat nilai koreksi stasiun yang sangat

rata nilai koreksi stasiun kurang

dari 3 ms. Nilai ini sangat kecil dibanding

dengan nilai data waktu tempuh (rata-rata

bernilai 1000 ms), sehingga nilai koreksi tidak

begitu memberikan perubahan lokasi

hiposenter yang signifikan. Rata-rata posisi

hiposenter hanya bergeser sekitar 8 m dari

antar hiposenter yang

Hasil metode SED dan JHD menunjukkan

bahwa episenter gempa vulkanik

terkonsentrasi disekitar Kawah Gunung Kelud

(Gambar 8). Persebaran hiposenter secara

keseluruhan menunjukkan suatu pola yang

teratur, dari bawah mulai dari bulan

September, terus bergerak ke atas hingga bulan

November. Hal ini berkorelasi baik dengan

pergerakan magma menuju permukaan selama

aktivitas Gunung Kelud. Selisih antara waktu

) dengan waktu

) berkisar antara -

detik (gambar

RELOKASI HIPOSENTER DENGAN

MENGGUNAKAN METODE

Analisis DD diawali dengan analisis multiplet

cluster hiposenter.

Dua hiposenter dipilih sebagai acuan analisis

koherensi dengan hiposenter yang lain.

Hiposenter acuan yang dipilih adalah

270429 dan

SEP270429

si gempa dalam (2459

m) dan terjadi sebelum aktivitas utama

Gunung Kelud. Sedangkan hiposenter

merupakan representasi gempa

dangkal (131 m) dan terjadi setelah aktivitas

bawah koherensi

pasangan hiposenter untuk dapat dimasukkan

Dari analisis koherensi didapat 199 hiposenter

yang saling terhubung pada 34

hiposenter. Sedangkan hiposenter lainnya

independen terhadap hiposenter yang lain,

karena jarak antar hiposenter yang terlalu jauh

atau koherensi antar waveform yang jelek.

Hiposenter-hiposenter ini tidak dimasukkan

pada proses relokasi metode double diffe

Input delay time digunakan gabungan data

absolut pick dan data delay time

akurat dengan analisis correspond the peak

(pers. comm. Asanuma, 2009).

Metode DD secara keseluruhan bisa membuat

hiposenter lebih terkonsentrasi pada satu

struktur. Hasil relokasi DD menarik hiposenter

ke dalam centroid of gravity tiap

Sehingga hiposenter - hiposenter tersebut

berdekatan dan berkumpul pada satu

bidang rekah.

VIII. ANALISIS

Secara sifat fisika (physical preperties)

relokasi hasil metode DD mempunyai tingkat

kepercayaan yang lebih besar. Hal itu karena

dari analisis koherensi semua hiposenter dalam

satu cluster mempunyai koherensi yang sangat

mirip (mendekati satu), sehingga dapat

diinterpretasikan bahwa hiposenter

tersebut berasal dari satu mekanisme gempa

yang sama dan terletak saling berdekatan pada

satu trend bidang rekah atau struktur.

Secara stasitik hasil ini juga memiliki tingkat

kepercayaan yang lebih tinggi, karena

memiliki nilai RMS waktu tempuh yang lebih

kecil dari pada metode SED dan JHD. Selain

itu analisis DD menggunakan data

yang lebih akurat dengan menggunakan

analisis correspond the peak,

memiliki tingkat kepercayaan yang lebih baik.

Berdasar analisis koherensi, didapat tiga pola

mekanisme gempa sepanjang perekaman

gempa. Kelompok pertama adalah kelompok

gempa yang memiliki koherensi tinggi dengan

hiposenter acuan SEP270429

aktivitas utama) dan terjadi mulai dari 27

September hingga 15 Oktober 2007.

Kelompok gempa ini merupakan gempa dalam

(5138 m hingga 642 m) di bawah permukaan

air laut dengan nilai magnitudo rata

bernilai > 0. Gempa pada cluster

diinterpretasikan sebagai gempa akibat tekanan

(pressure) yang disebabkan oleh desakan

pergerakan magma menuju permukaan. Bila

diplot berdasar waktu kejadian hiposenter

dalam cluster ini terjadinya berurutan dari

bawah ke atas sesuai dengan pergerakan

magma.

Dari analisis koherensi didapat 199 hiposenter

yang saling terhubung pada 34 cluster

hiposenter. Sedangkan hiposenter lainnya

independen terhadap hiposenter yang lain,

karena jarak antar hiposenter yang terlalu jauh

yang jelek.

hiposenter ini tidak dimasukkan

double difference.

digunakan gabungan data

yang lebih

correspond the peak

Metode DD secara keseluruhan bisa membuat

hiposenter lebih terkonsentrasi pada satu trend

truktur. Hasil relokasi DD menarik hiposenter

tiap cluster-nya.

hiposenter tersebut

berdekatan dan berkumpul pada satu trend

(physical preperties),

relokasi hasil metode DD mempunyai tingkat

kepercayaan yang lebih besar. Hal itu karena

semua hiposenter dalam

mempunyai koherensi yang sangat

mirip (mendekati satu), sehingga dapat

hiposenter-hiposenter

tersebut berasal dari satu mekanisme gempa

yang sama dan terletak saling berdekatan pada

bidang rekah atau struktur.

Secara stasitik hasil ini juga memiliki tingkat

kepercayaan yang lebih tinggi, karena

uh yang lebih

kecil dari pada metode SED dan JHD. Selain

itu analisis DD menggunakan data delay time

yang lebih akurat dengan menggunakan

correspond the peak, sehingga

memiliki tingkat kepercayaan yang lebih baik.

Berdasar analisis koherensi, didapat tiga pola

mekanisme gempa sepanjang perekaman

ompok pertama adalah kelompok

tinggi dengan

270429 (sebelum

aktivitas utama) dan terjadi mulai dari 27

September hingga 15 Oktober 2007.

Kelompok gempa ini merupakan gempa dalam

) di bawah permukaan

air laut dengan nilai magnitudo rata-rata

cluster ini

diinterpretasikan sebagai gempa akibat tekanan

) yang disebabkan oleh desakan

pergerakan magma menuju permukaan. Bila

n hiposenter

ini terjadinya berurutan dari

bawah ke atas sesuai dengan pergerakan

Aplikasi Metode Double Difference untuk Relokasi Hiposenter Gempa Vulkanik

Gunung Kelud secara Akurat

35

Kelompok kedua, memiliki nilai koherensi

tinggi dengan hiposenter acuan OKT241937

(setelah aktivitas utama), berkumpul pada

kedalaman 230 m hingga -269 m dari

permukaan laut (kedalaman minus berarti di

atas permukaan laut) dengan nilai magnitudo

rata-rata bernilai antara -0,7 hingga 0.

Berdasarkan apriori informasi, pada

kedalaman ini kemungkinan terdapat kantong

magma (magma chamber) Gunung Kelud.

Berdasar lokasi dan waktu kejadian dari

kelompok kedua, kami menginterpretasikan

pola ini sebagai gempa sebagai akibat

pelepasan energi (penurunan tekanan) pada

kantong magma setelah terjadi aktivitas utama.

Kelompok ketiga, tidak memiliki koherensi

yang baik dengan kedua hiposenter acuan dan

memiliki magnitudo sangat kecil (< -0,7).

Gempa-gempa ini terjadi sebelum dan sesudah

aktivitas utama dengan lokasi hiposenter yang

tersebar secara acak. Gempa ini kemungkinan

disebabkan oleh deformasi pada gunung api

saat aktivitas magma meningkat. Kelompok

gempa ini memiliki mekanisme pergerakan

yang independen satu sama lain dan

kemungkinan tidak memiliki korelasi dengan

pola pergerakan magma menuju permukaan.

IX. KESIMPULAN

Dari studi ini dapat ditarik beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

1. Distribusi hiposenter terletak di bawah

kawah Gunung Kelud mulai dari

kedalaman 5138 m di bawah permukaan

hingga ke permukaan.

2. Histogram kesalahan penentuan

hiposenter (tobs

-tcal

) menunjukkan bahwa

penentuan hiposenter menggunakan

metode DD lebih baik dibandingkan

menggunakan metode SED.

3. Hasil relokasi hiposenter dengan metode

DD menunjukkan bahwa hiposenter bisa

lebih terkonsentrasi pada satu trend

struktur seismisitas dengan jelas.

4. Dari hasil analisis koherensi diperoleh tiga

pola mekanisme utama gempa sepanjang

aktivitas gunung Kelud antara bulan

September sampai dengan November

2007. Yang pertama diinterpretasikan

sebagai gempa akibat tekanan oleh

desakan pergerakan magma menuju

permukaan, yang kedua sebagai akibat

setelah terjadi aktivitas utama, dan yang

ketiga oleh deformasi pada gunung api

saat aktivitas magma meningkat dengan

lokasi sumber gempa tersebar secara acak.

UCAPAN TERIMA KASIH DPS dan AWK menyampaikan terima kasih kepada

ITB yang telah mendanai kami untuk menyelesaikan

pemrograman algoritma metode double difference

di Tohoku University, Japan, selama 1 bulan

(2009). Riset ini didanai oleh Hibah DIKTI 2009

dan sebagian oleh Riset Insentif, RISTEK, 2009 a.n.

SW.

DAFTAR PUSTAKA

1. Asanuma, H., Hotta, A., Manthei, G.,

Niitsuma, H., 2006, Relocation of AE

events from a compression test of a Rock

Salt Specimen by Coherence Collapsing

Method, EAGE 68th

conference and

exhibition, 115-133.

2. Got, J. L., Fre´chet, J., Klein, F. W., 1994,

Deep fault plane geometry inferred from

multiplet relative relocation beneath the

south flank of Kilauea, J. Geophys. Res.

99, 15,375–15,386.

3. Kusumadinata, K., 1979, Data dasar

Gunung api Indonesia. (Catalogue of

references on Indonesian volcanoes with

eruptions in historical times),

Volcanological Survey of Indonesia,

820pp.

4. Poupinet, G., Ellsworth, W. L., and

Fre´chet, J., 1984, Monitoring velocity

variations in the crust using earthquake

doublets: an application to the Calaveras

fault, California, J. Geophys. Res. 89,

5719–5731.

5. Pujol, J., 2000, Joint Event Location- The

JHD Technique and Application to Data

From Local Seismic Networks, Advances

in Seismic Location, 163–204.

6. Sahara, D., P., 2009, Pengembangan dan

Aplikasi Metode Double Difference untuk

Penentuan Relokasi Hiposenter Secara

Akurat; Studi Kasus : Gunung Kelud dan

Model Sintetis Reservoar Geotermal,

Tugas Akhir Program Studi Teknik

Geofisika, ITB.

7. van Bergen, M. J., Bernard, Sumarti, S.,

Sriwana, T., Sitorus, K., 2000, Crater

lakes of Java: Dieng, Kelud and Ijen,

IAVCEI General Assembly : Excursion

Guidebook.

8. Waldhauser, F., and Ellsworth, W.L.,

2000, A double-difference earthquake

location algorithm: Method and

application to the Northern Hayward

fault, California, Bull. Seismol. Soc. Am.

90, 1353–1368.

9. Zaenuddin, A. 1992, Peta Gunungapi

Kelud, Jawa Timur, Direktorat

Vulkanologi, Bandung.

David P. Sahara, Adrianto W. Kusumo, Sri Widiyantoro, dan Rachmat Sule

36

Gambar 1. Lokasi Gunung Kelud diantara gugusan gunung api. Gunung Kelud terletak pada bagian barat dari

pola N-S gugusan gunung api Welirang-Arjuna dan Kawi-Butak (van Bergen et al., 2000).

Gambar 2. Distribusi stasiun pencatat gempa di Gunung Kelud.

Aplikasi Metode Double Difference untuk Relokasi Hiposenter Gempa Vulkanik

Gunung Kelud secara Akurat

37

Gambar 3. Ilustrasi dari algoritma metode double difference. Event i dan event j direlokasi bersama terhadap

stasiun k dan stasiun l (Waldhauser dan Ellsworth, 2000).

Gambar 4. Alur analisis koherensi dari dua data.

Gambar 5. Spatial error distribution dengan titik sampel di tengah coverage stasiun.

David P. Sahara, Adrianto W. Kusumo, Sri Widiyantoro, dan Rachmat Sule

38

Gambar 6. Spatial error distribution dengan titik sampel di luar coverage stasiun.

Gambar 7. Model geologi (kiri) dan model kecepatan (kanan) gelombang-P Gunung Kelud (Zaennudin et al.,

1992).

Aplikasi Metode Double Difference untuk Relokasi Hiposenter Gempa Vulkanik

Gunung Kelud secara Akurat

39

Gambar 8. Perbandingan lokasi hiposenter hasil lokasi metode SED (kiri), metode JHD (tengah),

dan metode DD (kanan).

David P. Sahara, Adrianto W. Kusumo, Sri

40

Gambar 9. (a) Lima sampel data waveform

menggunakan metode

, Sri Widiyantoro, dan Rachmat Sule

(a)

(b)

waveform pada satu cluster, dan (b) contoh analisis delay time

menggunakan metode correspond the peak (pers. comm. Asanuma, 2009).

delay time dengan