BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS IV ... - … · Smith (NOAA) tahun 1988. ... antara 60-70 km....
Transcript of BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS IV ... - … · Smith (NOAA) tahun 1988. ... antara 60-70 km....
29
BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS
IV.1. PENGOLAHAN DATA
Dalam proses pemodelan gempa ini digunakan GMT (The Generic Mapping
Tools) untuk menggambarkan dan menganalisis arah vektor GPS dan sebaran gempa,
dan Matlab untuk perhitungan modelnya. GMT adalah suatu paket software untuk
membuat peta kualitas tinggi melalui postscript dalam berbagai jenis proyeksi. Software
ini di kembangkan oleh Paul Wessel (Universitas Manoa, Hawaii) dan Walter H.F.
Smith (NOAA) tahun 1988.
Data yang digunakan adalah data kejadian gempabumi selama 8 bulan di sekitar
pantai barat daya dari Bengkulu (Sumatera Bagian Selatan). Pada tabel 4.1 disajikan
data gempa utama dan beberapa gempa susulannya (tanggal 12 Sepetember 2007),
sementara untuk keseluruhan data sebaran gempa dapat dilihat pada lampiran (tabel 2b).
Tabel 4.1. Mainshock dan Aftershock Earthquake Bengkulu
(12 September 2007).
No Tahun Bulan Tanggal
Waktu
Kejadian (jam
menit detik)
Lintang
(derajat)
Bujur
(derajat)
Kedalaman
(km)
Skala
(magnitud)
1 2007 9 12 111026.83 -4.44 101.37 34 8.5
2 2007 9 12 112307.61 -2.59 101.79 35 5
3 2007 9 12 113011.57 -4.26 101.36 35 5.3
4 2007 9 12 114001.77 -2.84 100.22 35 5.5
5 2007 9 12 120609.45 -4.18 101.31 35 5
6 2007 9 12 122147.1 -2.71 100.28 35 5.2
7 2007 9 12 130207.44 -2.93 101.38 35 5.6
8 2007 9 12 130741.87 -3.53 100.75 35 5
9 2007 9 12 131719.14 -3.26 100.72 43 5.2
10 2007 9 12 144005.73 -3.16 101.46 35 5.9
11 2007 9 12 153509.95 -4.08 101.18 35 5
12 2007 9 12 163703.92 -3.14 101.4 35 5.8
13 2007 9 12 165327.11 -3.07 100.46 42 5
14 2007 9 12 220226.66 -4.43 101.4 28 5.1
15 2007 9 12 221721.55 -2.8 100.91 35 5.1
16 2007 9 12 231946.99 -4.01 101 26 5.1
17 2007 9 12 234903.72 -2.62 100.84 35 8.1
30
Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah mengamati sebaran kejadian gempa.
Agar lebih mudah melihat sebarannya, maka dibuatlah visualisasi gambar sebaran
gempa yang terjadi di sebelah barat daya Bengkulu. Beberapa stasiun pengamatan
SUGAR dan sebaran Gempa (Mainshock dan Aftershock) di tunjukkan di bawah
(gambar 4.1) :
Gambar 4.1. Stasiun SUGAR dan Sebaran Gempabumi
September 2007 (Barat Daya Bengkulu)
Pengolahan data dilakukan untuk mencari parameter-parameter dislokasi yang
diperlukan dalam penentuan model dislokasi, antara lain : panjang bidang gempa (P),
lebar bidang gempa (W), sudut patahan yang terbentuk (dipping), dan slip yang terjadi
di bidang gempa.
Dalam perhitungan menggunakan model dislokasi, nilai parameter yang sudah
diperoleh di atas dimasukkan ke persamaan dislokasi untuk menentukan lebar bidang
gempa dan slip yang terjadi. Selanjutnya akan diperoleh beberapa model dislokasi
dengan nilai lebar dan slip tertentu.
Kemudian dari standar deviasi (residu) setiap model, dipilihlah model yang
memiliki nilai residu paling kecil mendekati nol, untuk ditentukan sebagai model yang
paling mendekati keadaan sebenarnya. Data vektor pergeseran GPS dengan model yang
sudah dipilih dibandingkan, untuk memperoleh kesimpulan akhir. (Gambar 4.2)
Stasiun SUGAR
Mainshock
Aftershock
31
Gambar 4.2. Diagram Alir Langkah-langkah Pengolahan Data.
Plot Sebaran Gempa (Bidang Gempa/Rupture Area)
Data Sebaran Gempa
Panjang Bidang Gempa (p) &
Sudut pada Bidang Gempa (Dipping/ θ)
Rumus Model Dislokasi Lebar (w) = 60-70 km
Slip (s) = 3-7 m (dalam negatif)
d(Gempa) = Ax d(Gempa) = f(p, θ, w, s)
Data GPS : Jarak dan
Vektor Pergeseran
(Horizontal & Vertikal)
Standar Deviasi: (d(GPS) – d(Gempa))2 yang paling minimum
Yes
No
Model Optimal dengan w, s
optimal
32
IV.I.1 Perhitungan Jarak SUGAR & Pengolahan Data Bidang Gempa
IV.I.1.1. Perhitungan Jarak SUGAR
Jarak (X2) merupakan parameter pertama yang ditentukan untuk penyelesain
rumus model dislokasi. Maka didapatkan jarak untuk stasiun-stasiun yang diamati
adalah sebagai berikut (tabel 4.1), letak stasiun SUGAR berada pada jarak <200 km
dari trench (zona subduksi) ke arah pantai :
Tabel 4.2. Jarak SUGAR terhadap Trench
Stasiun GPS Jarak (m)
MKMK 176744,186
LAIS 186046,5116
PRKB 97674,4186
LNNG 195348,8372
IV.I.1.2. Pengolahan Data Bidang Gempa
Secara teoritis sebaran gempa susulan menggambarkan cakupan dari gempa
utama (bidang tempat terjadinya gempa). Dari visualisasi dapat diketahui :
1. Sejauh mana jarak sebaran gempa yang terjadi terhadap trench, dan
2. Panjang bidang gempanya.
Langkah selanjutnya adalah menentukan bidang gempa dari data hasil plot
sebaran gempa di GMT, pengolahan data dijelaskan pada gambar 4.3.
Gambar 4.3. Diagram Pengolahan Data Sebaran Gempa
Untuk lebih jelasnya sebaran gempa dan stasiun SUGAR hasil plot di GMT
ditampilkan pada gambar 4.4 di bawah ini, stasiun SUGAR yang diamati adalah yang
Pengolahan
Output : Peta Bidang Sebaran Gempa
Input : Bujur dan Lintang Gempa & SUGAR
33
terletak di dalam zona studi bidang gempa dan memiliki nilai pergeseran paling
signifikan yaitu PRKB, MKMK, LAIS, dan LNNG sedangkan untuk stasiun BTET,
JMBI, PPNJ, MNNA, dan MLKN nilai pergeserannya tidak signifikan dan tidak masuk
dalam zona studi bidang gempa.
Gambar 4.4. Bidang Gempa dan Sebaran Stasiun SUGAR
IV.I.2. Pengolahan Nilai Dipping (α)
Pengolahan dilakukan dengan mengamati jarak bidang sebaran gempa dari
trench (subduksi) terhadap kedalaman masing-masing pengamatan sebaran gempa
(gambar 4.5). Jarak didapat dari perhitungan dengan rumus :
Jarak = Keterangan :
Xi = koordinat easting toposentrik trench
Xn = koordinat easting toposentrik gempa
Yi = koordinat northing toposentrik trench
Yn = koordinat northing toposentrik
Trench
C
D
Panjang
Jarak
Aftershock
A
B
Stasiun SUGAR
34
Gambar 4.5. Sebaran Gempa (Jarak terhadap Kedalaman)
Dari sebaran gempa dan melalui proses fitting trend-linear diperoleh nilai
dipping (α) = 10,650. Nilai α yang sudah diketahui ini adalah parameter kedua yang
didapat (fix) dan digunakan dalam penyelesaian model dislokasi sederhana ini.
IV.I.3. Penentuan Width dan Slip
IV.I.3.1. Pengolahan Model
Pengolahan model dipakai sebagai pembanding terhadap data pergeseran hasil
pengolahan GPS, dengan syarat semakin kecil selisih hasil pengamatan terhadap model,
maka data pergeseran hasil pengolahan GPS makin baik dan makin fit (cocok) dengan
model, pada kedalaman dan slip tertentu.
Pergeseran Observasi = Obs
Pergeseran Model Kalkulasi = Mod
(Obs-Mod)2 mendekati 0 (nol) atau nilai terkecil.
Trend model dislokasi sederhana (half-space) ini meliputi pergerakan horizontal
dan pergerakan vertikal. Untuk pergerakan horizontal, nilai (-) diartikan bahwa
pergeseran akibat gempa terjadi ke arah barat, dan nilai (+) diartikan bahwa pergeseran
akibat gempa terjadi ke arah timur. Sedangkan untuk pergerakan vertikal, nilai (-)
35
diartikan bahwa pergeseran akibat gempa terjadi ke arah utara, dan nilai (+) diartikan
bahwa pergeseran akibat gempa terjadi ke arah selatan.
IV.I.3.2 Penentuan Data Pergeseran pada SUGAR
Pengolahan data SUGAR dilakukan untuk memperoleh nilai parameter lebar
(width) dan besar slip yang terjadi pada saat gempa dari data vektor pergeseran GPS
yang disesuaikan dengan model. Nilai yang dipilih adalah nilai dengan standar deviasi
lebih kecil dari nilai standar deviasi pada model. Di bawah ini, disajikan informasi
pergeseran horizontal stasiun SUGAR (PRKB, MKMK, LAIS, dan LNNG). Tabel 4.3.
Tabel 4.3. Posisi dan Besar Pergeseran Horizontal Stasiun SUGAR
[Meilano, 2008]
Nama
Stasiun
Bujur
(derajat)
Lintang
(derajat)
dE (m)
(pergeseran
easting)
dN (m)
(pergeseran
northing)
LAIS 102,0458 -3,52922 -0,616538 -0,371153
LNNG 101,1565 -2,28531 -0,163509 -0,341367
MKMK 101,0914 -2,54267 -0,305251 -0,528957
PRKB 100,3996 -2,9666 -0,732255 -0,959663
Pada gambar 4.6a di bawah, ditampilkan visualisasi vektor pergeseran dari data
GPS terhadap arah horizontal. Dari gambar 4.6a ini dapat diamati bahwa pergerakan
horizontal stasiun SUGAR menuju arah barat daya.
36
Gambar 4.6a. Pergerakan Horizontal Stasiun GPS
Pergeseran yang diamati juga dalam lingkup vertikal (naik atau turun). Di
bawah ini, disajikan informasi pergeseran vertikal stasiun SUGAR (PRKB, MKMK,
LAIS, dan LNNG). Tabel 4.4.
Tabel 4.4. Posisi dan Besar Pergeseran Vertikal Stasiun SUGAR
[Meilano, 2008]
Nama
Stasiun
Bujur
(derajat)
Lintang
(derajat)
dU (m)
(pergeseran
vertikal)
LAIS 102,0458 -3,52922 -0,09827
LNNG 101,1565 -2,28531 -0,0217
MKMK 101,0914 -2,54267 -0,09562
PRKB 100,3996 -2,9666 -0,08509
Untuk lebih jelasnya arah pergerakan vertikal ditampilkan dalam visualisasi
vektor pergeseran dari data SUGAR terhadap arah vertikal (gambar 4.6b), dari gambar
dapat dilihat bawah pergerakan stasiun SUGAR menunjukkan ke arah bawah/turun
(bernilai negatif).
3
37
Gambar 4.6b. Pergerakan Vertikal Stasiun SUGAR
Perhitungan pergeseran yang terjadi pada stasiun SUGAR selanjutnya
dibandingkan dengan penyelesaian rumus dari model dislokasi menggunakan
parameter-parameter yang telah diperoleh pada pengolahan data di atas. Dari tabel 4.3
dan tabel 4.4 diperoleh nilai vektor pergeseran. Nilai vektor pergeseran horizontal (tabel
4.5a) dan vertikal (tabel 4.5b) ini merupakan pergeseran observasi SUGAR, koordinat
setelah pergeseran akibat gempa dapat dilihat pada lampiran.
Tabel 4.5a. Posisi dan Pergeseran Horizontal Observasi Stasiun SUGAR setelah Gempa
Stasiun GPS dE (m) dN (m)
R
(dE2+dN2)1/2
(m)
Α*
(derajat)
Pergeseran Horizontal
R . -cos α (m)
PRKB -0,732255 -0,959663 1,207124873 14 -1,171268105
MKMK -0,305251 -0,528957 0,610715712 20 -0,573885048
LAIS -0,616538 -0,371153 0,71963439 12 -0,703908652
LNNG -0,163509 -0,341367 0,378505775 25 -0,343042731
(Α* adalah sudut yang dibentuk oleh R dan garis yang tegak lurus terhadap trench)
9
38
Tabel 4.5b. Posisi dan Pergeseran Vertikal Observasi Stasiun SUGAR setelah Gempa
Nama
Stasiun
Bujur
(derajat)
Lintang
(derajat)
Pergeseran
Vertikal (m)
LAIS 102,0458 -3,52922 -0,09827
LNNG 101,1565 -2,28531 -0,0217
MKMK 101,0914 -2,54267 -0,09562
PRKB 100,3996 -2,9666 -0,08509
Untuk menghitung pergeseran pada model (arah horizontal dan vertikal)
menggunakan rumus model dislokasi maka ditentukan variasi lebar (60-70 km dengan
interval 10 km) dan variasi slip (3-7 meter, dalam negatif, dengan interval 0,5 meter).
Penentuan variasi lebar (width) bidang gempa berdasarkan pada plot sebaran gempa
(gambar 4.4) yang terkonsentrasi dalam jarak 30-100 km, maka jaraknya diperkirakan
antara 60-70 km. Variasi slip ditentukan berdasarkan besar kekuatan gempa coseismic
nya (skala magnitud 8.5), diasumsikan bahwa slip yang terjadi untuk kekuatan gempa
dengan skala tersebut antara 3-7 meter.
Perhitungan model dislokasi dengan cara ini dilakukan untuk mencari lebar dan
slip mana yang paling mendekati nilai vektor pergeseran dari SUGAR. Metode yang
dipakai ini dikenal dengan sebutan Metode Grid Search. (tabel 4.6)
Tabel 4.6. Nilai Pergeseran Stasiun GPS berdasarkan Metode Grid Search
Parameter-
parameter yang
Ditentukan
V (m)
(pergeseran horizontal) di masing-
masing stasiun SUGAR
W (m)
(pergeseran vertikal) di masing-masing
stasiun SUGAR
Width
(km) Slip (m) PRKB MKMK LAIS LNNG PRKB MKMK LAIS LNNG
60 -5,5 -0,3894 -0,7623 -0,7097 -0,7131 -0,1594 -1,1761 -0,6752 -0,1494
60 -5 -0,354 -0,693 -0,6451 -0,6482 -0,1449 -1,0692 -0,6138 -0,1358
70 -4,5 -0,3462 -0,7724 -0,7417 -0,7377 -0,1396 -1,0982 -0,737 -0,3579
39
Proses pencocokan (fitting) beberapa model dan data pengamatan untuk mencari
model yang paling sesuai (mendekati) dapat dilihat pada langkah-langkah berikut, untuk
lebih jelasnya dapat dilihat pada plotting. Semua model dengan parameter kedalaman
(D) = 30 km, jarak SUGAR, dan dipping = 10,650.
1. Model pertama dengan width = 60, slip = -5. Nilai yang diamati untuk pergeseran
horizontal memiliki Standar Deviasi pergeseran horizontal (x) sebesar 0,195
(gambar 4.8a). Pada gambar 4.8a dijelaskan bahwa pengamatan horizontal SUGAR
dibandingkan terhadap model dislokasi untuk pergerakan horizontal. Hasilnya
cukup menjelaskan sebagai contoh : bahwa fitting pergeseran SUGAR di PRKB
yang nilainya -1,171268105 tidak mengikuti trend pergeseran pada model dislokasi
yang nilainya -0,354 dengan standar deviasi yang cukup besar yaitu 0,667927. Dapat
dijelaskan pada gambar di bawah ini, pemodelan bidang gempa dari model (1) :
Gambar 4.7. Pemodelan Bidang Gempa (1)
Gambar 4.8a. Fitting Model (1) dan Data Pengamatan SUGAR (pergeseran horizontal)
w = 60 km
p = 162,5 km
α = 10,65
s = -5 m
SUGAR
Model
40
Nilai yang diamati untuk pergeseran Standar Deviasi pergeseran vertikal (y)
sebesar 0,308 (gambar 4.8b). Pada gambar 4.8b dijelaskan bahwa pengamatan vertikal
SUGAR dibandingkan terhadap model dislokasi untuk pergerakan vertikal. Hasilnya
cukup menjelaskan sebagai contoh : bahwa fitting pergeseran SUGAR di PRKB yang
nilainya -0,08509 mengikuti trend pergeseran pada model dislokasi yang nilainya -0,1449
dengan standar deviasi yang kecil yaitu 0,003578.
Gambar 4.8b. Fitting Model (1) dan Data Pengamatan SUGAR (pergeseran vertikal)
SUGAR Model*
41
Pada gambar 4.8c di plot titik-titik model (1) yang sama dengan jarak stasiun
SUGAR, untuk mengamati selisih nilai pergeseran observasi dengan pergeseran model
baik pergeseran horizontal (gambar 4.8a) maupun pergeseran vertikal (gambar 4.8b).
Visualisasi vektor pergeseran dari model (1) di atas dapat dilihat di bawah ini :
Gambar 4.8c. Visualisasi Pergeseran Horizontal (atas) dan Vertikal (bawah) Hasil Fitting Model (1)
61 cm
35 cm
42
2. Model pertama dengan width = 60, slip = -5,5. Pada model ini diperoleh standar
deviasi antara pergeseran observasi dengan pergeseran model : untuk pergeseran
horizontal Standar Deviasi (x) nya sebesar 0,196 (gambar 4.10a). Pada gambar
4.10a dijelaskan bahwa pengamatan horizontal SUGAR dibandingkan terhadap
model dislokasi untuk pergerakan horizontal. Hasilnya cukup menjelaskan sebagai
contoh : bahwa fitting pergeseran SUGAR di PRKB yang nilainya -1,171268105 tidak
mengikuti trend pergeseran pada model dislokasi yang nilainya -0,3894 dengan
standar deviasi yang cukup besar yaitu -0,1594. Dapat dijelaskan pada gambar di
bawah ini, pemodelan bidang gempa dari model (2) :
Gambar 4.9. Pemodelan Bidang Gempa (2)
Gambar 4.10a. Fitting Model (2) dan Data Pengamatan SUGAR (pergeseran horizontal)
SUGAR
Model
w = 60 km
p = 162,5 km
α = 10,65
s = -5,5 m
43
Nilai yang diamati untuk pergeseran vertikal Standar Deviasi (y) nya sebesar
0,380 (gambar 4.10b). Pada gambar 4.10b dijelaskan bahwa pengamatan vertikal
SUGAR dibandingkan terhadap model dislokasi untuk pergerakan vertikal. Hasilnya
cukup menjelaskan sebagai contoh : bahwa fitting pergeseran SUGAR di PRKB yang
nilainya -0,08509 mengikuti trend pergeseran pada model dislokasi yang nilainya -0,1594
dengan standar deviasi yang kecil yaitu 0,005523 .
Gambar 4.10b. Fitting Model (2) dan Data Pengamatan SUGAR (pergeseran vertikal)
SUGAR Model*
44
Pada gambar 4.10c di plot titik-titik model (2) yang sama dengan jarak stasiun
SUGAR, untuk mengamati selisih nilai pergeseran observasi dengan pergeseran model
baik pergeseran horizontal (gambar 4.10a) maupun pergeseran vertikal (gambar 4.10b).
Visualisasi vektor pergeseran dari model (2) di atas dapat dilihat di bawah ini :
Gambar 4.10c. Visualisasi Pergeseran Horizontal (atas) dan Vertikal (bawah) Hasil Fitting Model (2)
39 cm
68 cm
45
3. Model ketiga dengan width = 70, slip = -4,5. Pada model ini diperoleh standar
deviasi antara pergeseran observasi dengan pergeseran model : untuk pergeseran
horizontal Standar Deviasi (x) nya sebesar 0,219 (gambar 4.11a). Pada gambar
4.11a dijelaskan bahwa pengamatan horizontal SUGAR dibandingkan terhadap
model dislokasi untuk pergerakan horizontal. Hasilnya cukup menjelaskan sebagai
contoh : bahwa fitting pergeseran SUGAR di PRKB yang nilainya -1,171268105 tidak
mengikuti trend pergeseran pada model dislokasi yang nilainya -0,3462 dengan
standar deviasi yang cukup besar yaitu 0,680737. Dapat dilihat dari gambar di bawah
ini, realisasi paramter-parameter berdasarkan pemodelan bidang gempa dari model
(3) :
Gambar 4.11. Pemodelan Bidang Gempa (3)
Gambar 4.12a. Fitting Model (3) dan Data Pengamatan SUGAR (pergeseran horizontal)
SUGAR
Model
w = 70 km
p = 162,5 km
α = 10,65
s = -4,5 m
46
Nilai untuk pergeseran vertikal Standar Deviasi (y) nya sebesar 0,382 (gambar
4.12b). Pada gambar 4.12b dijelaskan bahwa pengamatan vertikal SUGAR
dibandingkan terhadap model dislokasi untuk pergerakan vertikal. Hasilnya cukup
menjelaskan sebagai contoh : bahwa fitting pergeseran SUGAR di PRKB yang nilainya
-0,08509 mengikuti trend pergeseran pada model dislokasi yang nilainya -0,1396 dengan
standar deviasi yang kecil yaitu 0,002972.
Gambar 4.12b. Fitting Model (3) dan Data Pengamatan SUGAR (pergeseran vertikal)
SUGAR
Model *
47
Pada gambar 4.12c di plot titik-titik model (3) yang sama dengan jarak stasiun
SUGAR, untuk mengamati selisih nilai pergeseran observasi dengan pergeseran model
baik pergeseran horizontal (gambar 4.12a) maupun pergeseran vertikal (gambar 4.12b).
Visualisasi vektor pergeseran dari model (3) di atas dapat dilihat di bawah ini :
Gambar 4.12c. Visualisasi Pergeseran Horizontal (atas) dan Vertikal (bawah) Hasil Fitting Model (3)
Nilai perhitungan masing-masing pergeseran dan standar deviasi dari ketiga
model secara lebih lengkap dapat dibaca dalam lampiran (tabel 4.7) beserta koordinat
sesudah gempa.
35 cm
14 cm
48
IV.2. ANALISIS
Dari pengolahan data menggunakan model dislokasi, maka dapat dianalisis
beberapa hal sebagai berikut :
1. Plot data gempa yang didapat dari USGS sejak gempa pada tanggal 12 September
2007sampai 20 Mei 2008 di Bengkulu menunjukkan sebaran gempa
terkonsentrasi (bidang Gempa) di sebelah selatan Pulau Sumatera, barat daya
Bengkulu.
2. Nilai Dipping yang diperoleh dari hasil pengamatan bidang gempa adalah 10,620.
3. Berdasarkan pengamatan sebaran gempa yang terjadi, dari penentuan bidang
gempa maka diperoleh panjang bidang gempa adalah ±162,5 kilometer (km).
4. Dari model dislokasi diperoleh Lebar bidang gempa adalah 60 kilometer (km)
dengan nilai slip -5 meter (m), pemilihan berdasarkan pada nilai standar deviasi
terkecil dari ketiga model, yaitu memiliki Standar Deviasi pergeseran horizontal
(x) sebesar 0,195 dan Standar Deviasi pergeseran vertikal (y) sebesar 0,308.
5. Model dislokasi yang dipakai memiliki sensitivitas tehadap fungsi jarak. Bahwa
jarak pengamatan mempengaruhi arah pergerakan horizontal (barat atau timur)
maupun vertikal (naik atau turun) yang diakibatkan oleh gempabumi.
6. Data hasil pengamatan vektor pergeseran SUGAR (Jaringan GPS Sumatera)
menunjukkan adanya pergerakan ke arah barat daya pada permukaan bidang
gempa, pergerakan turun di daerah sekitar rupture area (dekat pantai, pusat
terjadinya Gempabumi), namun terjadi kenaikan di wilayah Sumatera (>200km
dari pusat gempa).
w = 60 km
p = 162,5 km
α = 10,65
s = -5 m