estimasi kedalaman bidang batas sesar dari data gravitasi ... · pdf filedata of gravity...

SIMETRI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia Volume 2 Nomor 2 Januari 2016

© 2016 SIMETRI 2207-37

Estimasi Kedalaman Bidang Batas Sesar dari Data Gravitasi di Daerah Rawan Gerakan Tanah (Studi Kasus: Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu)

Arif Ismul Hadi1) dan Kirbani Sri Brotopuspito2)

1)Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Bengkulu. 2)Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Intisari: Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kedalaman bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu dan jenis batuan berdasarkan nilai densitasnya. Penelitian ini menggunakan data digital anomali gravitasi dari International Centre for Global Earth Models (ICGEM). Daerah penelitian terletak pada koordinat 2° LS – 3° LS dan 102° BT – 103°BT. Data yang diperoleh berupa data anomali Bouguer lengkap dan topografi sebanyak 2.500 titik data dengan resolusi spasial 2 menit tiap grid. Pengolahan data diawali dengan proyeksi/pengangkatan data anomali Bouguer lengkap ke suatu bidang datar. Metode pengangkatan ke bidang datar digunakan metode sumber ekivalen titik massa, sedangkan pemisa-han anomali regional dan residual menggunakan metode polinomial least square. Untuk memperoleh kedalaman bidang sesar dan jenis batuan berdasarkan nilai densitasnya dilakukan pemodelan dengan menggunakan pemrograman 2-D. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu terdapat pada kedalaman 20,51 km, sedangkan jenis batuan di daerah penelitian terdiri dari batuan basalt dengan nilai densitas 2,77 g/cm3 dan batuan andesit dengan nilai densitas 2,73 g/cm3.

Kata kunci: Segmen Musi, Sesar Sumatra, nilai densitas, metode sumber ekivalen titik massa, dan metode polinomial least square

Abstract: This study is aims to determine the field depth of Musi Segment, Sumatran Fault at Bengkulu and rock types based on the value of the density. The area of interest of this research at 2° S – 3° S and 102° E – 103° E. It’s used digital data of gravity anomaly of the International Centre for Global Earth Models (ICGEM). 2,500 the complete Boguer anoma-ly and the topographic data is used with a spatial resolution of 2 minutes per grid. The data processing begins from the-projection of the complete Bouguer anomaly data to aflat surface. The method of projection to a flat surface is used the equivalent source technique, while the separation of regional and residual anomalies using polynomial least square me-thod. 2-D programming is used to obtain the depth of field faul tsandrock types based on the value of its density. The re-sults showed that the field boundary Sumatra Fault Musi Segments of Bengkulu are at a depth of 20.51km, while the rock types in the study area consists of basalt rock with a density value of 2.77g/cm3 and andesite rock with a density value of2.73g/cm3.

Keywords: Musi Segment, Sumatran Fault, density value, equivalent source technique, and polynomial least square method

E-mail: [email protected]

1 PENDAHULUAN

engkulu merupakan salah satu wilayah di Pulau Sumatra yang dilalui oleh jalur lintas lempeng

tektonik Indo-Australia dan Eurasia. Selain itu, wila-yah Bengkulu juga dilalui oleh jalur Sesar Sumatra. Energi tektonik kumulatif dan nilai strain rate paling besar terjadi di zona selatan, sekitar wilayah Beng-kulu[1]. Nilai strain rate yang besar berimpilikasi pada gerakan tenaga luncuran slab menjadi mudah me-micu terjadinya patahan (frac-ture) dibandingkan pada zona yang mempunyai strain rate yang lebih kecil. Oleh karena itu dapat ditafsirkan material menjadi lebih mudah untuk terjadinya fracture dan menyebabkan material menjadi relatif kurang elastis (lebih plastis). Hal ini berimplikasi juga pada aktivi-tas kegempaan yang tinggi dibandingkan dengan

daerah lain di Pulau Sumatra. Karena letak posisi tersebut menyebabkan wilayah Bengkulu sering mengalami gempabumi tektonik baik di lautan mau-pun di daratan. Lempeng tektonik Indo-Australia bergerak ke arah utara dan lempeng Eurasia berge-rak ke arah selatan[2]. Konsekuensi dari pergerakan lempeng tersebut menyebabkan Sesar Sumatra ter-bagi menjadi 19 segmen yang merupakan sesar geser dekstral[3].

Salah satu segmen Sesar Sumatra yang ada di wilayah Bengkulu adalah Segmen Musi. Berdasar-kan data kegempaan tahun 1971 s.d. 2011 pada koordinat 20LS-30LS dan 1020BT-1030BT di sekitar Sesar Sumatra Segmen Musi telah terjadi gempa dangkal yang merusak dengan Mw ≥ 5 sebanyak 12 kali kejadian[4]. Rata-rata kejadian gempa di daerah tersebut adalah 6,1×10-3 kejadian/tahun yang ter-

B

mailto:[email protected]

Arif & kirbani/Estimasi Bidang Kedalaman Sesar ... SIMETRI Vol. 2 No.2 Jan’16

2207-38

tinggi di antara segmen Sesar Sumatra di wilayah Bengkulu[3]. Sesar Sumatra Segmen Musi terletak di Kabupaten Kepahiang, Provinsi Bengkulu. Untuk mengurangi risiko bencana gempabumi yang diaki-batkan oleh pergerakan sesar ini, perlu diketahui posisi dan kedalaman bidang batas sesar tersebut, sehingga dapat dijadikan pedoman rencana tata ruang dan wilayah (RTRW) Kabupaten Kepahiang.

Penelitian ini menggunakan metode gravitasi. Perbedaan nilai gravitasi dapat disebabkan oleh massa batuan yang tidak merata. Bila massa yang terdistribusi kontinyu tersebut mempunyai densitas

)( 0r di dalam volume V (Gambar 1), maka poten-

sial gravitasi di suatu titik P di luar V adalah[5] :

VV

prr

rdrG

rr

GdmrU

0

03

0

0

)()(

(1)

dengan

cos2 0

2

02

0 rrrrrr .

Gambar 1. Potensial gravitasi[5].

Penyelidikan anomali gravitasi di lapangan dida-sarkan pada konsep kontras densitas. Berdasarkan kontras densitas tersebut dapat diperkirakan model bawah permukaan termasuk nilai densitas dan ke-dalamannya[6]. Penelitian ini bertujuan untuk me-ngetahui kedalaman bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu dan jenis batuan berdasar-kan nilai densitasnya.

2 METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan data digital anomali gravitasi dari International Centre for Global Earth Models (ICGEM). Daerah penelitian terletak pada koordinat 20LS-30LS dan 1020BT-1030BT. Data yang diperoleh berupa data anomali Bouguer lengkap dan topografi sebanyak 2.500 titik data dengan resolusi spasial 2 menit tiap grid[7]. Data anomali

Bouguer lengkap pada topografi ditampilkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Data anomali Bouguer lengkap pada topografi.

Pengolahan data diawali dengan proyeksi/peng-angkatan data anomali Bouguer lengkap ke suatu bidang datar. Pengangkatan ke bidang datar meng-gunakan metode sumber ekivalen titik massa[8]. Proses yang dilakukan dalam metode ini adalah menentukan sumber ekivalen titik massa diskrit pa-da kedalaman tertentu di bawah permukaan. Selan-jutnya dihitung medan gravitasi teoritis yang diaki-batkan oleh sumber ekivalen tersebut pada regular surface sebarang sesuai yang dikehendaki sesuai syarat batas. Langkah selanjutnya adalah memi-sahkan anomali regional dan residual. Pemisahan anomali regional dan residual menggunakan me-tode polinomial least square. Metode polinomial least square merupakan pendekatan matematis un-tuk menentukan orde optimum keadrat terkecil dari komponen regional, sehingga bila dikurangkan dari data anomali gravitasi Bouguer yang sudah diangkat ke bidang datar akan meminimalkan distorsi kom-ponen lokalnya[9]. Pada penelitian ini anomali gra-vitasi yang dipilih berupa anomali regional orde 3 yang selanjutnya di-slice (sayat), sehingga dapat di-perkirakan kedalaman batas bidang sesar dan jenis batuannya berdasarkan nilai densitas.

3 HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan pengangkatan anomali Bouguer leng-kap ke bidang datar dan sesuai syarat batas tertentu dengan menggunakan metode sumber ekivalen titik massa, diperoleh kontur anomali pada interval ke-dalaman 10.000 m, 11.000 meter, 12.000 m, dan 13.000 m (Gambar 3 s.d. 6). Selanjutnya dipilih hasil pengangkatan ke bidang datar yang mempunyai kontur dan nilai anomali gravitasinya tidak jauh berbeda dengan anomali gravitasi pada topografi. Hasil kontur dan nilai anomali gravitasi yang sesuai adalah pengangkatan ke bidang datar dengan inter-val kedalaman 12.000 m (Gambar 5).


2207-39

Gambar 3. Hasil pengangkatan ke bidang datar dengan

interval kedalaman 10.000 m.







Anomali medan gravitasi di bidang datar meru-pakan superposisi dari anomali regional dan resi-dual, sehingga masih perlu dilakukan pemisahan anomali.Hasil pemisahan anomali regional dan resi-dual dengan metode polinomial least square ditam-pilkan pada Gambar 7 s.d. 12.

Gambar 7. Anomali regional dengan metode polinomial

least square pada orde 1.

Gambar 8. Anomali residual dengan metode polinomial



2207-40







Anomali medan gravitasi regional menggambar-kan kondisi geologi daerah penelitian secara umum seperti basement, lipatan, dan patahan. Adapun anomali residual menggambarkan geologi setempat seperti reservoir, intrusi batuan, jenis dan bentuk struktur maupun mineral[6]. Sesuai dengan target penelitian, maka anomali regional pada orde 3 me-rupakan hasil pemisahan yang diharapkan. Kontur anomali regional orde 3 (Gambar 11) ini selanjutnya disayat untuk memperoleh kedalaman bidang batas sesar dan nilai densitas batuannya. Sayatan dilaku-kan dengan memotong pusat anomali. Hasil sayatan

anomali regional dengan metode polinomial least square pada orde 3 ditampilan pada Gambar 13. Nilai anomali regional hasil sayatan tersebut ke-mudian digunakan sebagai input untuk menda-patkan model dengan menggunakan pemrograman 2-D (Gambar 14). Nilai anomali tertinggi berdasar-kan hasil sayatan tersebut diperoleh 227,4 mgal dan terendah 163,2 mgal. Nilai anomali rendah di dae-rah penelitian ini mengindikasikan keberadaan bi-dang batas sesar.



Gambar 13. Sayatan A-B pada anomali regional dengan

metodepolinomial least square pada orde 3.

Gambar 14. Penampang model Sesar Sumatra Segmen

Musi pada lintasan A-B.


2207-41

Berdasarkan penampang model sesar pada Gambar 14 dapat diperkirakan kedalaman bidang batas sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu dan jenis batuan berdasarkan nilai densitasnya. Hasil pemodelan dengan pemrograman 2-D tersebut di-ketahui bidang batas Sesar Segmen Musi Bengkulu terdapat pada kedalaman 20,51km, sedangkan arah bidang sesar barat laut-tenggara. Dengan menggu-nakan analisis power spectrum diperoleh kedalaman bidang batas sesar yang sesuai adalah 20,10 km un-tuk kedalaman bagianbawah (bottom) dan 3,73 km untuk kedalaman bagian atas (top) (Gambar 15). Penelitian[10] dari data magneto-telluric (MT) menun-jukkan bahwa Sesar Sumatra Segmen Aceh berada pada kedalaman 15 km s.d. 20 km. Hasil penelitian ini sesuai dengan keberadaan Sesar Sumatra Seg-men Musi Bengkulu. Sesar regional daerah peneli-tian yang berarah barat laut-tenggara ditafsirkan merupakan bagian Sistem Sesar Sumatra. Diduga sistem sesar ini terjadi akibat gaya kompresi yang berarah utara-selatan[11]. Aktifnya Sesar Sumatra disebabkan oleh pergerakan Lempeng Indo-Australia yang menyusup ke bawah Lempeng Eura-sia. Konsekuensi dari pergerakan lempeng-lempeng tersebut memisahkan Sesar Sumatra menjadi 19 segmen[3], yang salah satunya adalah Segmen Musi Bengkulu.

Gambar 15. Kedalaman bidang sesar dengan

menggunakan analisis power spectrum.

Dari hasil pemodelan diperoleh benda anomali dengan kontras densitas 0,0988 g/cm3 (body 1) dan 0,0587 g/cm3 (body 2). Hasil penjumlahan kontras densitas pada masing-masing benda anomali den-gan densitas referensi (densitas rata-rata) yang ni-lainya 2,67 g/cm3[12], maka diperoleh jenis batuan di daerah penelitian. Batuan Basalt dengan nilai densi-tas 2,77 g/cm3 (body 1) berada di sebelah barat bi-dang batas sesar dan Batuan Andesit dengan nilai densitas 2,73 g/cm3 (body 2)[13] berada di sebelah timur bidang sesar. Peta geologi lembar Bengkulu menunjukkan juga bahwa di daerah penelitian ter-diri dari satuan batuan gunungpai Basalt-Andesit[11].

Wilayah-wilayah yang dilalui sesar merupakan daerah yang sangat berpotensi memicu gerakan tanah lebih besar dibandingkan daerah lain bila ter-jadi gempabumi. Letak Kabupaten Kepahiang ber-ada di atas Sesar Sumatra Segmen Musi, sehingga dalam perencanaan RTRW perlu menempatkan bangunan-bangunan yang tidak berada persis di atas sesar tersebut dan membangun sarana dan pra-sarana tahan gempa, sehingga dapat mengu-rangi risiko bencana.

4 SIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitan dapat disimpulkan bahwa bidang batas Sesar Sumatra Segmen Musi Bengkulu terdapat pada kedalaman 20,51 km dan jenis batuan di daerah penelitian terdiri dari Batuan Basalt (body 1) dengan nilai densitas 2,77 g/cm3 dan Batuan Andesit (body 2) dengan nilai densitas 2,73 g/cm3.

REFERENSI [1] Murjaya, J., 2011, Zonasi Energi Tektonik Daerah Sub-

duksi Berdasarkan Bentuk Kerutan (Buckling) Searah Busur (Studi Kasus: Wilayah Sumatra), Disertasi S–3, FMIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

[2] Bock, Y., L. Prawirodirdjo, J.F. Genrich, C.W. Stevens, R. McCaffre, C. Subarya,S.S.O. Puntodewo, and E. Ca-lais, 2003, Crustal Motion in Indonesia from Global Po-sitioning System Measurements, Journal of Geophysi-cal Research 108: doi: 10.1029/2001JB000324, issn: 0148– 0227.

[3] Sieh, K. and D. Natawidjaja, 2000, Neotectonics of the Sumatran fault, Indonesia,Journal of Geophysical Re-search, 105 (B12): 28,295– 28,326.

[4] Hadi, A.I., Suhendra, dan O.O. Manik, 2013, Pemetaan Gempa Bumi Berdasarkan Tingkat Keaktifan Gempa di Provinsi Bengkulu Periode 1971-2011,Prosiding Semi-rata BKS PTN Barat, Universitas Lampung, Lampung, 10 – 12 Mei 2013, hal.: 269 – 272.

[5] Grant, F.S. and G.F. West, 1965,Interpretation Theory in Applied Geophysics, McGraw-Hill Book Company, New York.

[6] Blakely, R.J., 1995,Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications, Cambridge University Press, New York.

[7] http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM.html. Diakses tanggal 27 Februari 2015.

[8] Dampney, C.N.G., 1969,The Equivalent Source Tech-nique,Geophysics, 34 (1): 39-53.

[9] Abdelrahman, E.M., S. Riad, and Y. Amin, 1985, On the Least Square Residual Anomaly Determination, Geophysics, 50 (3): 473 –480.

[10] Nurhasan, D. Sutarno, Y. Ogawa, F. Kimata, D. Su-giyanto, 2011, Investigation of Sumatran Fault Aceh

http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM.html


2207-42

Segment Derived from Magnetotelluric Data,The XXV IUGG Conference, Melbourne, 27 June – 7 July 2011.

[11] Gafoer, S., T.C. Amin, and Pardede, 2012,Geology of Bengkulu Quadrangle, Sumatra, Department of Mines and Energy, Directorate General of Geology and Min-eral Resources, Geological Research and Development Centre, Bandung.

[12] Bonvalot, S., G. Balmin, A. Briais, M. Kuh, A. Peyrefitte, N. Vales, N. Biancale, G. Gabalda, G. Moreaux, F. Reinquin, M. Sarrailh, 2012,World Gravity Map (Scale 1 : 50.000.000), 1st Edition, Bureau Gravimetrique In-ternational (BBGI), France.

[13] Telford, W.M., L.P. Geldart, and R.E. Sheriff, 1998, Applied Geophysics, 2nd Edition. Cambridge Universi-ty Press, New York.

estimasi kedalaman bidang batas sesar dari data gravitasi ... · pdf filedata of gravity...

Documents